一种单级高功率因数半桥串联谐振DC／DC变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。本实用新型专利技术把高频电荷泵技术和半桥串联谐振DC/DC变换器相结合，把半桥串联谐振DC/DC变换器中谐振电感电流波形作为高频电荷泵功率因数校正电路中的高频交流源，半桥电路中的功率开关也用于高频电荷泵电路中，这样形成了单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。本实用新型专利技术克服了过去两级方案功率元件增多、成本上升、效率下降和可靠性降低的缺陷。本实用新型专利技术在传统半桥串联谐振DC/DC变换器中引入电荷泵技术，只需添加几个电感、电容和二极管元件，而主功率开关器件和控制方式保持不变。

【技术实现步骤摘要】
一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器
本技术属于交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)变换器领域，具体涉及一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。
技术介绍
半桥串联谐振DC/DC变换器应用广泛，但半桥串联谐振变换器输入直流电源通常采用二极管整流滤波的方法，造成交流输入端谐波成分大、功率因数低下。在本技术专利技术之前，通常使用两级方案，即在第一级使用有源功率因数校正技术(ActivePowerFactorCorrection，APFC)，第二级为半桥串联谐振DC/DC变换器。这样虽然解决功率因数低下的问题，但增加了APFC主电路和控制电路，两级方案功率元件增多，成本上升，效率下降，可靠性也有所降低。
技术实现思路
本技术目的就在于克服上述缺陷，研制一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。本技术的技术方案是：一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器，其主要技术特征在于：输入交流电源(Vi)依次连接输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C6)、工频整流桥(D5-D8)、第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥(D9-D12)、第七电容(C7)和负载(R1)。所述输入交流电源(Vi)经输入端滤波电感(L3)和输入端滤波电容(C6)滤除高频纹波后送入工频整流桥(D5-D8)整流成全波波形，整流后的全波波形输入到由第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥(D9-D12)、第七电容(C7)和负载(R1)组成的电荷泵高功率因数半桥变换器。所述输入端滤波电感(L3)一端与输入交流电源(Vi)一端相连接，输入端滤波电感(L3)另一端与输入端滤波电容(C6)、第八二极管(D8)阴极、第六二极管(D6)阳极相连；滤波电容(C6)的另一端与第五二极管(D5)阳极、第七二极管(D7)阴极、输入交流电源(Vi)另一端相连。所述第一电感(L1)的一端与第五二极管(D5)阴极、第六二极管(D6)阴极相连，第一电感(L1)的另一端与第三二极管(D3)阳极、第一电容(C1)的一端相连；第一电容(C1)的另一端与第二电容(C2)一端、第一功率开关管(M1)的源极、第二功率开关管(M2)的漏极、第一二极管(D1)阳极、第二二极管(D2)阴极、第二电感(L2)的一端相连；第二电容(C2)另一端与第七二极管(D7)阳极、第八二极管(D8)阳极、第四二极管(D4)阴极相连；第四二极管(D4)阳极与第三电容(C3)一端、第五电容(C5)一端、第二功率管(M2)源极、第二二极管(D2)阳极相连；第三二极管(D3)阴极与第三电容(C3)的另一端、第一功率开关管(M1)漏极、第一二极管(D1)阴极、第四电容(C4)的一端相连；第四电容(C4)的另一端与第五电容(C5)的另一端、变压器T的第②端相连；变压器T的①端与第二电感(L2)的另一端相连；变压器T的③端与第九二极管(D9)阳极、第十二极管(D10)阴极相连；变压器T的④端与第十一二极管(D11)阳极、第十二二极管(D12)阴极相连；第七电容(C7)的一端与第九二极管(D9)阴极、第十一二极管(D11)阴极和负载电阻(R1)的一端相连；第七电容(C7)的另一端与第十二极管(D10)阳极、第十二二极管(D12)阳极和负载电阻(R1)的另一端相连。所述的第一二极管(D1)可为所述的第一功率开关管(M1)的反并二极管或体二极管；所述的第二二极管(D2)可为所述的第二功率开关管(M2)的反并二极管或体二极管。所述第三电容(C3)为直流母线电容，第三电容(C3)的电容量分别大于第一电容(C1)、第二电容(C2)、第四电容(C4)和第五电容(C5)，即C3＞＞C1，C3＞＞C2，C3＞＞C4，C3＞＞C5。所述该变换器采用脉冲频率控制。所述输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C6)、工频整流桥(D5-D8)、第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第二功率开关管(M2)，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)构成电荷泵功率因数校正电路。所述第一电感(L1)与第一电容(C1)、第二电容(C2)构成电荷泵功率因数校正电路中的谐振支路，并且C1＝C2。所述第二电感(L2)与第四电容(C4)、第五电容(C5)构成半桥串联谐振DC/DC变换器的串联谐振支路，第四电容(C4)与第五电容(C5)的容值相等。本技术主要技术特点和优点是：通过在传统半桥串联谐振DC/DC变换器中引入高频电荷泵技术实现了高功率因数，减小了谐波干扰，可使设备的谐波及功率因数满足国家相关标准；由于高频电荷泵电路不需要额外增加功率开关，而只要在传统半桥串联谐振DC/DC变换器中添加几个体积小的高频电感、电容及二极管，使得整个装置不需要额外增加多少成本和体积，也不影响原有的控制方法；与两级电路方案相比，既保持较好的性能，又具有较高的经济与社会效益。本专利技术的电路仅仅是在传统半桥串联谐振DC/DC变换器中引入电荷泵技术，只需添加几个电感、电容和二极管元件，而主功率开关器件和控制方式保持不变。附图说明图1——本技术总拓扑示意图。图2——本技术拓扑电路工作波形(仿真)示意图。图3——本技术拓扑模式1工作示意图。图4——本技术拓扑模式2工作示意图。图5——本技术拓扑模式3工作示意图。图6——本技术拓扑模式4工作示意图。图7——本技术仿真结果示意图。具体实施方法为进一步阐述本新型实用型的内容和特点，以下结合附图对本技术的具体实施方案进行具体说明。本技术把高频电荷泵技术和半桥串联谐振DC/DC变换器相结合，把半桥串联谐振DC/DC变换器中谐振电感电流波形作为高频电荷泵功率因数校正电路中的高频交流源，半桥电路中的功率开关也用于高频电荷泵电路中，这样形成了单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。具体说明本技术如下：如图1所示：本技术包括：输入交流电源(Vi)、输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C6)、工频整流桥(D5-D8)、第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第二功率开关管(M2)，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第二电感(L2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、变压器(T)、高频整流桥(D9-D12)、第七电容(C7)和负载(R1)构成的一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器。其主要技术原理：输入交流电源(Vi)依次连接输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器，其特征在于：输入交流电源(Vi)依次连接输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C6)、工频整流桥D5‑D8、第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥D9‑D12、第七电容(C7)和负载(R1)；所述输入交流电源(Vi)经输入端滤波电感(L3)和输入端滤波电容(C6)滤除高频纹波后送入工频整流桥D5‑D8整流成全波波形，整流后的全波波形输入到由第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥D9‑D12、第七电容(C7)和负载(R1)组成的电荷泵高功率因数半桥变换器。

【技术特征摘要】
1.一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器，其特征在于：输入交流电源(Vi)依次连接输入端滤波电感(L3)、输入端滤波电容(C6)、工频整流桥D5-D8、第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥D9-D12、第七电容(C7)和负载(R1)；所述输入交流电源(Vi)经输入端滤波电感(L3)和输入端滤波电容(C6)滤除高频纹波后送入工频整流桥D5-D8整流成全波波形，整流后的全波波形输入到由第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第一功率开关管(M1)、第一二极管(D1)、第二功率开关管(M2)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电感(L2)、变压器(T)、高频整流桥D9-D12、第七电容(C7)和负载(R1)组成的电荷泵高功率因数半桥变换器。2.根据权利要求1所述的一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器，其特征在于：所述输入端滤波电感(L3)一端与输入交流电源(Vi)一端相连接，输入端滤波电感(L3)另一端与输入端滤波电容(C6)、第八二极管(D8)阴极、第六二极管(D6)阳极相连；滤波电容(C6)的另一端与第五二极管(D5)阳极、第七二极管(D7)阴极、输入交流电源(Vi)另一端相连。3.根据权利要求1所述的一种单级高功率因数半桥串联谐振DC/DC变换器，其特征在于：所述第一电感(L1)的一端与第五二极管(D5)阴极、第六二极管(D6)阴极相连，第一电感(L1)的另一端与第三二极管(D3)阳极、第一电容(C1)的一端相连；第一电容(C1)的另一端与第二电容(C2)一端、第一功率开关管(M1)的源极、第二功率开关管(M2)的漏极、第一二极管(D1)阳极、第二二极管(D2)阴极、第二电感(L2)的一端相连；第二电容(C2)另一端与第七二极管(D7)阳极、第八二极管(D8)阳极、第四二极管(D4)阴极相连；第四二极管(D4)阳极与第三电容(C3)一端、第五电容(C5)一端、第二功率管(M2)源极、第二二极管(D2)阳极相连；第三二极管(D3)阴极与第三电容(C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，熊浩然，方宇，郑金燕，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32