无桥式变换器制造技术

一种无桥式变换器，包括：与交流电源串联的升压电感；第一串联电路，包括相串联的第一开关装置和第二开关装置；第二串联电路，包括相串联的第三开关装置和第四开关装置；与所述第一串联电路和所述第二串联电路并联的电容；以及磁化感测电路，包括与所述升压电感电感性耦合的至少一个附加绕组。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于功率变换的电路。更具体地，本专利技术涉及用于包括功率因数校正(PFC)的无桥式升压功率变换器的控制电路。
技术介绍
常规PFC变换器包括为交流输入电压提供全波整流的二极管桥，使得常规PFC变换器的功率变换电路始终接收正极性输入电压。功率变换电路通常包括升压电感，升压电感具有用于消磁感测的附加绕组。附加绕组耦合到包括模拟比较器或集成电路(1C)设备的检测电路。常规升压变换器的常用操作模式包括连续导通模式和边界导通模式。在连续导通模式中，流过升压变换器的升压电感的电流是连续的。在边界导通模式中，当流过升压电感的电流达到0(即，连续导通模式和非连续导通模式之间的边界)时，升压变换器中的开关接通。在非连续导通模式中，流过升压电感的电流达到并在绕组重置时间段内保持为0，形成“死区”(dead zone)。因此，在流过升压电感的电流达到0的临界点时，操作在边界导通模式中的升压变换器接通开关，以避免“死区”。操作在边界导通模式中的升压变换器消除了对操作在连续导通模式中的升压变换器所需的快速恢复(fast-recovery) 二极管的需要。此外，升压变换器的开光能够在边界导通模式中的电流为0或基本为0时接通，这降低了升压变换器中的开关损耗。无桥式PFC变换器依赖于包括在无桥式PFC变换器的开关电路中的二极管和开关来对交流输入电压进行整流。因为无桥式PFC变换器使PFC变换器的功率变换器电路上的输入电压每交流输入电压的半周期在正极和负极之间变化，常规消磁感测电路一般无法和无桥式PFC变换器使用。更具体地，常规消磁感测电路使用二极管将升压电感的附加绕组耦合到感测电路，以便向感测电路发送消磁脉冲，并且这种二极管耦合使感测电路只能检测单种极性。因此，无桥式PFC变换器的消磁感测需要特殊的设计考虑，使得正极性和负极性的消磁脉冲都能够被检测。图1示出了具有消磁感测电路的常规无桥式PFC变换器10。如图1所示，无桥式PFC变换器10包括与升压电感L1串联的交流电源AC。无桥式PFC变换器10还包括以图腾柱(totem-pole)配置相串联的第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，以及相串联的第一二极管D1和第二二极管D2。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2与电容C1并联。电容C1是储能大容量电容，并且电容C1上的电压提供无桥式PFC变换器10的直流输出DC。无桥式PFC变换器10还可包括与第一晶体管Q1和第二晶体管Q2串联的电流感测变压器CS1和CS2，以检测流过第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的电流。升压电感L1和交流电源AC分别连接到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2之间的点以及第一二极管D1和第二二极管D2之间的点。这种布置允许PFC变换器10作为无桥式PFC变换器来操作，由于第一晶体管Q1和第二晶体管Q2以及第一二极管D1和第二二极管D2对交流电源AC进行整流，使得在直流输出DC上，正电压总是施加于电容C1。具体地，当交流电源AC输出正电压时，第二晶体管Q2和第二二极管D2导通，以提供充电电流给升压电感L1，并且第一晶体管Q1和第二二极管D2导通，以提供从升压电感L1到电容C1的放电电流。然而，当交流电源AC输出负电压时，第一晶体管Q1和第一二极管D1导通，以提供充电电流给升压电感L1，并且第二晶体管Q2和第一二极管D1导通，以提供从升压电感L1到电容C1的放电电流。在交流电源AC输出负电压的半周期期间，交流电源AC的负电压转换为正电压，并被提供给直流输出DC。为实现PFC变换器10中的升压变换，有必要适当地控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的通断(on-off)操作，使得PFC变换器10操作在边界导通模式。具体地，基于控制装置11确定的导通时间和升压电感L1的磁化状态来控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，以获得所需的边界导通模式操作，并获得所需的输出电压和输入电流特性。如图1所示，无桥式PFC变换器10的消磁感测电路包括感测电阻R1、差分放大器12、隔离装置ISO和控制装置11。感测电阻R1串联布置在交流电源AC和升压电感L1之间。通过差分放大器12检测感测电阻R1上的电压降，并且经由隔离装置IS0，由控制装置11接收从差分放大器12输出的信号。如图1所示，隔离装置ISO可以是变压器。根据感测电阻R1上的电压，通过确定升压电感L1中的电流的过零，控制装置11能够检测升压电感L1何时变为消磁。更具体地，控制装置11能够检测流过感测电阻R1的电流何时从正电流变为负电流，或者流过感测电阻R1的电流何时从负电流变为正电流。升压电感L1的磁化状态根据流过升压电感L1的电流而变化。当PFC变换器10的升压开关接通时，电流从交流电源AC流过升压电感L1，产生磁场并使升压电感L1磁化。在升压电感L1被磁化后，升压开关关断，并且飞轮(freewheel)开关接通，以将升压电感L1连接到直流输出DC。然后，飞轮开关关断，并且升压电感L1消磁。基于升压电感L1的磁化状态，控制装置11输出控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的通断操作的信号，以保持PFC变换器10的边界导通模式操作。更具体地，控制装置11确定到升压开关被接通以启动切换半周期的延时。可通过控制装置11来计算延时，或者控制装置11可基于包括例如输入电压、输出电压和负载状况的信息，根据查找表确定延时。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2之间的升压开关每交流电源AC的半周期就发生改变。即，在交流电源AC输出正电压的半周期期间，根据控制装置11输出的开关控制信号，第二晶体管Q2作为升压开关来操作，且第一晶体管Q1作为飞轮开关来操作。相反，在交流电源AC输出负电压的半周期期间，根据控制装置11输出的开关控制信号，第一晶体管Q1作为升压开关来操作，且第二晶体管Q2作为飞轮开关来操作。然而，由于升压电感L1的磁化状态根据检测电阻R1上的电压来检测，与图1所示的无桥式PFC变换器10—起使用的消磁感测电路降低了无桥式PFC变换器10的效率。具体地，感测电阻R1是耗散元件，使得消磁感测电路无法在高效应用或者以高电压操作的无桥式PFC变换器中使用。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例提供了一种具有消磁感测、且不包括与升压电感串联的感测电阻的无桥式PFC变换器。根据本专利技术的优选实施例，一种无桥式变换器包括:与交流电源串联的升压电感；第一串联电路，包括相串联的第一开关装置和第二开关装置；第二串联电路，包括相串联的第三开关装置和第四开关装置；与所述第一串联电路和所述第二串联电路并联的电容；以及磁化感测电路，包括与所述升压电感电感性耦合的至少一个附加绕组。所述至少一个附加绕组优选地包括第一附加绕组和第二附加绕组，并且优选地，所述第一附加绕组和所述第二附加绕组相串联。优选地，第一电阻和第二电阻相串联并布置在所述第一附加绕组和第二附加绕组之间。优选地，电压比较器包括连接到所述第一电阻和第二电阻之间的点的第一输入以及连接到参考电压的第二输入，并且所述参考电压优选地是地。优选地，控制装置与所述电压比较器的输出相连，并且优选地，所述控制装置根据所述电压比较器的输出来控制所述第一开关装置和所述第二开关装置。优选地，所述升压电感在所述第一开关装置和第二开关装置之间的点处连接到所述第一串联电路。优选地，所述交流电源在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无桥式变换器，包括：与交流电源串联的升压电感；第一串联电路，包括相串联的第一开关装置和第二开关装置；第二串联电路，包括相串联的第三开关装置和第四开关装置；与所述第一串联电路和所述第二串联电路并联的电容；以及磁化感测电路，包括与所述升压电感电感性耦合的至少一个附加绕组。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士·奥戴，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP