一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路制造技术

本发明专利技术公开了一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路，包括升压电感、输入电流采样、图腾柱无桥拓扑、谐振无源网路、滤波电路、输出电压采样、控制电路、电压过零检测。通过在图腾柱无桥拓扑主电路上增加电感、电容、二极管无源元件构成的谐振网络，控制两个开关器件在输入电源正负半周的每一个PWM占空比期间，一个作为主开关，一个作为谐振开关，本发明专利技术实现无需增加辅助功率开关可保证图腾柱无桥拓扑上两个开关器件均工作在零电压导通、零电流关断的软开关状态，电路效率得到了较大的提高，开关器件的额定值得到下降，电路可工作在电流断续、临界导通模式与电流连续模式，适合小、中、大等各种功率应用，且无需设置死区时间，避免了两个开关器件直通短路的可能，提高了电路的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率电子，特别是涉及一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路。
技术介绍
图腾柱无桥功率因素校正电路(Toem-pole Bridgeless Power FactorCorrect1n)是一种能实现高效率、低电磁干扰的拓扑，如图1所示，它由串联的两个开关器件Sp S2和串联的两个整流二极管D P D2组成。由于两个开关器件S 1、&在一个桥臂上，为了防止直通短路，必须要设置死区时间，拓扑只能工作在电流断续和临界导通模式，不能工作在电流连续模式。同时两个开关器件Sp S2工作在硬性开关状态，损耗较大，在高频工作时需要使用较大额定值的功率器件，增加了电路的成本。因此，图腾柱柱无桥功率因素校正电路不适合中大功率的应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是:针对现有技术存在的缺点，提出一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路，提出的电路两个开关器件S1、S2均工作在软开关状态，无需使用较大额定值的功率器件，无需设置死区时间，可工作在电流断续、临界导通模式与电流连续模式，适合小、中、大等各种功率应用。为达到上述目的，本专利技术的构思是:通过在现有图腾柱无桥功率因素校正电路的母线与输出之间加上电感、电容、二极管组成的谐振网络，控制两个开关器件在输入电源正负半周的每一个PWM占空比期间，一个作为主开关，一个作为谐振开关，如图2所示。图3为一个PWM期间的工作波形。下面结合图2、3说明本专利技术所涉及的工作原理。根据图2拓扑的对称性，正负半周的工作原理类同，此处只分析正半周的工作情况。为了简化分析，假定升压电感1^丄2和滤波电容Ctj足够大，在每个PWM占空比期间，可以把输入电流Iin近似为与导通那个时刻输入电压Vac成正比的恒定值，输出电压视为恒直流电压源。阶段1: (tQ彡 t ^ t i)假定h前，谐振电感电流i &为输入电流I in，谐振电容电压Vra等于零。在t = tQ时刻，开关S1导通，因初始电流为零，故S 零电流开通。输入电流I in通过升压电感L 1、开关管到电源，到t i时刻增大到I in。谐振电感电流u通过Ds2回到电源，到t i时刻下降为零。等效电路如图4(a)所示。阶段2t 彡 t2)在该阶段，输入电流Iin通过升压电感L 1、开关管S1回到电源，电流恒定为I in。谐振电感电流谐振电容电压Vc^为零。等效电路如图4(b)所示。该阶段的输入电流Iin近似等于VacaDZl1，使输入电流的波形跟随输入电压波形。实现功率因素校正。阶段3:(t2< t 彡 t3)在〖2时刻，S2导通，初始电流为零，故S#零电流开通。电感L,、电容(；通过S1'S2产生谐振。谐振电流i k从零反向流过S 1、S2到最大值，在13时刻变为零，而谐振电压V cr在t3时刻到达最大值。在该阶段，输入电流I in仍然通过升压电感L 1、开关管S1回到电源。等效电路如图4(c)所示。阶段4:(t3彡 t 彡 t4)在这个阶段，谐振通过Lr-Cr-VtrDs2-Dsi进入另一个半周期，直到14。在t4时刻，i Lr=Iin，通过电流变为零。等效电路如图4(d)所示。阶段5:(t4< t 彡 t5)在这个阶段，U继续按照L「C；-VQ-DS2-DS1谐振，而I in通过D ^Lr-Cr-VDs2回到电源。在t5时刻，S1、S2关断，由于D sl、Ds2导通，故S1、&为零电压关断。等效电路如图4(e)所示。阶段6:(t5< t 彡 t6)在这个阶段，S1, S2关断，谐振停止，在t 5时刻，i I ino Iin通过D !-Lr-Cr-V0-Ds2回到电源。谐振电压Vra逐渐降到零。等效电路如图4(f)所示。阶段7: (t6彡 t 彡 17)在这个阶段，谐振电压V。#于零，D 3开始导通。I in通过D ^LfD3-VDs2回到电源。直到31再次导通，又开始重复上述阶段I?阶段7同样的工作过程。等效电路如图4(g)所不O根据上述专利技术构思及工作原理，本专利技术采用下述技术方案:一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路包括升压电感、输入电流采样、图腾柱无桥拓扑、谐振无源网路、滤波电路、输出电压采样、控制电路、电压过零检测，其特征在于:升压电感与220V工频交流电压Vac连接，输入电流采样与升压电感连接，图腾柱无桥拓扑与输入电流采样连接，谐振无源网络与图腾柱无桥拓扑连接，滤波电路与谐振无源网路连接，输出电压采样与滤波电路连接，控制电路与输出电压采样、输入电流采样、电压过零检测、图腾柱无桥拓扑连接，电压过零检测与输入220V工频交流电压Vac连接。所述的升压电感包括升压电感1^与L 2，升压电感1^的左端与220V工频交流电压Vac 一端连接，升压电感匕的左端与220V工频交流电压Vac的另一端连接。所述的输入电流采样包括电流传感器％与1、检测电阻R2，电流传感器仏的in端、电流传感器仏的out端、升压电感LI的右端汇接，电流传感器U 3的M端、电流传感器U 4的M端、检测电阻R2的上端汇接并输出采样电流I ins，检测电阻R2的下端接地。所述的图腾柱无桥拓扑包括二极管01与D 2、开关器件31与S 2，二极管左端与电流传感器仏的out端连接，二极管D i的右端与开关器件S i上端连接，二极管D 2的左端与电流传感器仏的in端连接，二极管D 2的右端与开关器件S 2的下端连接，开关器件S i的下端、开关器件S2的上端、升压电感L2的右端汇接，开关器件S i内含寄生二极管D S1，开关器件&内含寄生二极管DS2。所述的谐振无源网络包括电感Lp电容C；、二极管D3，电感L的左端与右端连接，电感L的右端、电容C ,的左端、二极管D 3的左端汇接，电容C ,的右端与二极管D 3的右端连接。所述的滤波电路包括滤波电容C。，滤波电容C。的上端与D 3的右端连接并输出直流电压Vtjut，滤波电容C。的下端接地。所述的输出电压采样包括电阻Rtjutl与Rtjut2,电阻Rtjutl的上端与滤波电容C。的上端连接，电阻Rtjutl的下端与电阻R 的上端连接并输出采样电压V outs,电阻Rwt2的下端接地。所述的控制电路包括功率因素校正控制芯片U5、单稳态触发器U6、或门叫与U ^与U12、与门1]9与U 1(|、非门U8，功率因素校正控制芯片4的ISNS端与采样电流I ins连接，功率因素校正控制芯片仏的V FB端与采样电压V wts连接，功率因素校正控制芯片U 5的out端与单稳态触发器U6触发端C、或门U 7的一个输入端汇接，单稳态触发器U 6的输出端Q与或门U 7的另一个输入端、或门U11的一个输入端、或门U 12的一个输入端汇接，或门U 7的输出端和与门U9的一个输入端、与门U 1(!的一个输入端汇接，非门U 8的输入端和与门U 9的另一个输入端连接，非门U8的输出端和与门U 1(1的另一个输入端连接，与门U 1(1的输出端与或门U 12的另一个输入端连接，或门U11的输出V gsl与开关器件S 4勺控制端V gsl连接，或门U 12的输出V gs2与开关器件&的控制端V gs2连接。所述的电压过零检测包括电压传感器U1、比较器U2、电阻R1，电压传感器仏的肌+、HT-端分别与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路，其特征在于：包括升压电感(1)、输入电流采样(2)、图腾柱无桥拓扑(3)、谐振无源网路(4)、滤波电路(5)、输出电压采样(6)、控制电路(7)、电压过零检测(8)，其特征在于：输入220V工频交流电压Vac与升压电感连接(1)，输入电流采样(2)与升压电感(1)连接，图腾柱无桥拓扑(3)与输入电流采样(2)连接，谐振无源网络(4)与图腾柱无桥拓扑(3)连接，滤波电路(5)与谐振无源网路(4)连接，输出电压采样(6)与滤波电路(5)连接，控制电路(7)与输出电压采样(6)、输入电流采样(2)、电压过零检测(8)、图腾柱无桥拓扑(3)连接，电压过零检测(8)与输入220V工频交流电压Vac连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓明，陈震，时倩，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32