交流－直流功率变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种交流‑直流功率变换器，其两级功率级电路只需一个功率开关和控制电路即可实现能量的传输过程，此外，通过利用前级功率电路为储能电容充电，且直流输入的至少部分能量直接通过后级功率电路的一次功率转换传输至负载，以此来提高效率；另外，当直流输入电压小于储能电容上的电压时，后级功率电路通过获取储能电容上的能量为负载供电，从而使得本发明专利技术的交流‑直流功率变换器，具有输出纹波较低、能量转换效率高、器件应力低等优点，PF也得到了优化。

AC-DC power converter

The invention discloses an AC-DC power converter, in which only one power switch and a control circuit are needed to realize the energy transmission process. In addition, the energy storage capacitor is charged by the former power circuit, and at least part of the energy input from DC is directly transferred to the load through the primary power conversion of the latter power circuit, so as to improve the efficiency. In addition, when the DC input voltage is less than the voltage on the energy storage capacitor, the power circuit of the latter stage supplies power to the load by obtaining the energy on the energy storage capacitor, so that the AC/DC power converter of the invention has the advantages of low output ripple, high energy conversion efficiency and low device stress, and PF is also optimized.

【技术实现步骤摘要】
交流－直流功率变换器
本专利技术涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于开关电源中的交流-直流功率变换器。
技术介绍
交流-直流功率变换器(AC/DCconverter)用以将交流电压转换为一恒定的直流电信号(例如直流电压或者直流电流)。由于交流-直流功率变换器的功率较高，因此广泛应用于驱动大功率的负载，例如电机、LED灯等。交流-直流功率变换器通常包括一整流桥，以将外部交流电压转换为一正弦半波直流输入电压来提供给后续变换电路。为了减小对交流电网的谐波污染，交流-直流功率变换器通常需要功率因数校正电路(PFC)来实现功率因数校正功能，获得一较高的功率因数。现有技术中，两级变换电路或者单级变换电路均可以实现功率因数校正功能以及获得恒定的输出电信号，但是现有的两级PFC+DC/DC方案，器件较多，控制也比较复杂；而单级方案的储能电容的电压偏高，选择功率器件成本较高，均不利于节省成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种，以解决现有技术中控制复杂或者成本较高的问题。第一方面，提供一种交流-直流功率变换器，包括：功率开关，被配置为作为前级功率电路和后级功率电路的公共的主功率开关，其中，负载与所述后级功率电路相连接，且所述前级功率电路的第一感性元件与所述后级功率电路的第二感性元件没有串联在直流输入电压的同一个回路中；储能电容，其耦接于所述前级功率电路和所述后级功率电路；其中，所述第一感性元件与所述第二感性元件有公共的节点，且所述功率开关直接连接至所述节点。优选地，当直流输入电压大于所述储能电容上的电压时，在每一开关周期内，直流输入的至少部分能量直接通过所述后级功率电路的一次功率转换传输至负载。优选地，当所述功率开关导通时，所述直流输入电压对所述第一感性元件进行储能，并通过所述输入电压和所述储能电容中的至少一个同时对所述第二感性元件进行储能。优选地，所述直流输入电压为所述前级功率电路供电，所述直流输入电压或所述储能电容为所述后级功率电路供电。优选地，当所述直流输入电压大于所述储能电容上的电压时，所述直流输入电压为所述前级功率电路和所述后级功率电路供电。优选地，当所述直流输入电压小于所述储能电容上的电压时，所述储能电容为所述后级功率电路供电；所述前级功率电路不工作，或者，由所述直流输入电压为所述前级功率电路供电。优选地，所述交流-直流功率变换器包括第一二极管，其阳极连接至所述储能电容的正极，其阴极连接至所述直流输入电压的第一输出端，且所述功率开关与所述第一二极管的阴极连接。优选地，所述前级功率电路包括：第一感性元件，其一端连接至所述功率开关的第一端，另一端与第二二极管的阳极连接，所述功率开关的第二端连接至所述直流输入电压的第一输出端；所述第二二极管，其阴极连接至所述储能电容的正极。优选地，所述后级功率电路包括：第一变压器，其原边绕组的一端与所述功率开关以及所述第一感性元件的公共节点连接；第三二极管，其阳极连接至所述第一变压器的副边绕组的一端；第四二极管，其阴极连接至所述第三二极管的阴极；第二电感，其一端连接至所述第四二极管的阴极；其中，所述功率开关、所述第一变压器、所述第三二极管、所述第四二极管、以及所述第二电感构成forward电路拓扑。优选地，所述后级功率电路包括：第二感性元件，其第一端与所述功率开关以及所述第一感性元件的公共节点连接，其第二端连接至地；第五二极管，其阴极与所述第二感性元件以及所述功率开关的公共节点连接。优选地，所述前级功率电路包括：第一感性元件，其与所述功率开关以及所述直流输入电压构成第一回路，所述第一回路用于利用所述直流输入电压给所述第一感性元件储能。优选地，所述前级功率电路还包括：第六二极管，其阴极与所述储能电容的正极相连，阳极连接至地，并且，所述第六二极管用于为所述第一感性元件续流提供回路。优选地，所述后级功率电路包括：第七二极管，其阴极连接至地，阳极通过负载与所述后级功率电路的第二感性元件连接，所述第七二极管用于利用所述直流输入电压给所述后级功率电路的第二感性元件储能提供回路。优选地，所述后级功率电路还包括：第八二极管，其阳极与所述储能电容的正极相连，阴极与所述功率开关相连，并且，所述第八二极管用于在所述直流输入电压小于所述储能电容上的电压时，利用所述储能电容给所述后级功率电路的第二感性元件储能提供回路。本专利技术的交流-直流功率变换器，其两级功率级电路只需一个功率开关和控制电路即可实现能量的传输过程，此外，通过利用前级功率电路为储能电容充电，且直流输入的至少部分能量直接通过后级功率电路的一次功率转换传输至负载，以此来提高效率；另外，当直流输入电压小于储能电容上的电压时，后级功率电路通过获取储能电容上的能量为负载供电，从而使得本专利技术的交流-直流功率变换器，具有输出纹波较低、能量转换效率高、器件应力低等优点，PF也得到了优化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术第一实施例的交流-直流功率变换器的结构图；图2为本专利技术第二实施例的交流-直流功率变换器的结构图图3为本专利技术第三实施例的交流-直流功率变换器的结构图；具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。参考图1，所示为依据本专利技术的交流-直流功率变换器的第一实施例的结构图。在本实施例中，外部交流电压Vac,in经整流电路11和滤波电容Cin整流滤波后得到一正弦半波的直流输入电压Vin。所述交流-直流功率变换器包括功率开关S1、储能电容C1、前级功率电路以及后级功率电路。其中，功率开关S1，被配置为作为前级功率电路和后级功率电路的公共的主功率开关，其中，负载R与后级功率电路相连接。且前级功率电路的第一感性元件与后级功率电路的第二感性元件没有串联在直流输入电压的同一个回路中，其中，第一感性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流‑直流功率变换器，其特征在于，包括：功率开关，被配置为作为前级功率电路和后级功率电路的公共的主功率开关，其中，负载与所述后级功率电路相连接，且所述前级功率电路的第一感性元件与所述后级功率电路的第二感性元件没有串联在直流输入电压的同一个回路中；储能电容，其耦接于所述前级功率电路和所述后级功率电路；其中，所述第一感性元件与所述第二感性元件有公共的节点，且所述功率开关直接连接至所述节点。

【技术特征摘要】
1.一种交流-直流功率变换器，其特征在于，包括：功率开关，被配置为作为前级功率电路和后级功率电路的公共的主功率开关，其中，负载与所述后级功率电路相连接，且所述前级功率电路的第一感性元件与所述后级功率电路的第二感性元件没有串联在直流输入电压的同一个回路中；储能电容，其耦接于所述前级功率电路和所述后级功率电路；其中，所述第一感性元件与所述第二感性元件有公共的节点，且所述功率开关直接连接至所述节点。2.根据权利要求1所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，当直流输入电压大于所述储能电容上的电压时，在每一开关周期内，直流输入的至少部分能量直接通过所述后级功率电路的一次功率转换传输至负载。3.根据权利要求1所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，当所述功率开关导通时，所述直流输入电压对所述第一感性元件进行储能，并通过所述输入电压和所述储能电容中的至少一个同时对所述第二感性元件进行储能。4.根据权利要求2所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，所述直流输入电压为所述前级功率电路供电，所述直流输入电压或所述储能电容为所述后级功率电路供电。5.根据权利要求4所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，当所述直流输入电压大于所述储能电容上的电压时，所述直流输入电压为所述前级功率电路和所述后级功率电路供电。6.根据权利要求5所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，当所述直流输入电压小于所述储能电容上的电压时，所述储能电容为所述后级功率电路供电；所述前级功率电路不工作，或者，由所述直流输入电压为所述前级功率电路供电。7.根据权利要求6所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，所述交流-直流功率变换器包括第一二极管，其阳极连接至所述储能电容的正极，其阴极连接至所述直流输入电压的第一输出端，且所述功率开关与所述第一二极管的阴极连接。8.根据权利要求7所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，所述前级功率电路包括：第一感性元件，其一端连接至所述功率开关的第一端，另一端与第二二极管的阳极连接，所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋凯，邓建，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33