一种高效率半无桥功率因数校正变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效率半无桥功率因数校正变换器。本发明专利技术提出的变换器通过增加一个LCD箝位网络，实现了辅助开关管的完全零电流关断，并将自耦变压器绝大部分激磁能量和漏感能量馈入到负载中。解决了现有技术仅能实现辅助开关管准零电流关断，且自耦变压器激磁能量全部在电路中消耗掉的技术问题。此外，本发明专利技术提出的变换器还实现了主开关管的零电压开关和升压二极管的自然开关，电路中各连通二极管也都实现了自然开关。相比现有技术，本发明专利技术提出的变换器可以进一步提升整机效率，在实际应用中具有良好的可推广性。

An efficient half bridge power factor correction converter

The invention discloses a high-efficiency half bridge power factor correction converter. The converter of the invention realizes the complete zero current turn off of the auxiliary switch tube by adding a LCD clamping network, and feeds most of the excitation energy and the leakage inductance energy of the autotransformer into the load. The utility model solves the technical problems that the prior art can only realize the quasi zero current shutdown of the auxiliary switch tube, and the excitation energy of the autotransformer is all consumed in the circuit. In addition, the converter of the invention also realizes the zero voltage switch of the main switch tube and the natural switch of the boosting diode, and each connected diode in the circuit also implements a natural switch. Compared with the prior art, the converter proposed by the invention can further improve the efficiency of the whole machine, and has good popularization in practical application.

【技术实现步骤摘要】
一种高效率半无桥功率因数校正变换器
本专利技术涉及一种软开关功率因数校正变换器，更具体的，涉及一种应用于大、中功率场合的零电压转换半无桥功率因数校正变换器。
技术介绍
在各类电力电子装置前级增加单相功率因数校正变换器是目前解决电网谐波污染的主要途径。在单相功率因数校正变换器拓扑中，通用的无桥BoostPFC变换器由于大幅降低了导通损耗，成为大、中功率应用场合较为理想的变换器拓扑。但其固有的高共模干扰给它在工业界的应用带来很大的局限性。针对上述问题，已有文献提出了半无桥BoostPFC变换器，如图1所示。该变换器通过增加两个回路二极管(慢恢复二极管)将电源与功率地连接起来，大幅降低了无桥BoostPFC变换器的共模干扰。同时保留了无桥BoostPFC变换器导通损耗低的优势，并适合工作于电感电流连续模式(ContinuousCurrentMode,CCM)，是无桥BoostPFC变换器中最有发展前途的改进变换器拓扑。半无桥BoostPFC变换器仅降低了导通损耗，对于降低开关损耗，目前的研究主要集中在零电压转换技术(Zero-VoltageTransition,ZVT)的研究上。总体而言，ZVT技术均可大幅减小变换器升压二极管的反向恢复损耗，实现主开关管的零电压开关(Zero-VoltageSwitching,ZVS)并且不增加主开关器件的电压应力。而如何降低辅助开关管的开关损耗是进一步提升效率的关键。目前，ZVT技术的研究可分为两类，其一是在主电路中增加各类以谐振电感和谐振电容为主的有源辅助谐振支路以实现辅助开关管的软关断；其二是在主电路中增加各类以自耦变压器为主的有源辅助谐振支路以实现辅助开关管的准零电流关断(Zero-CurrentSwitching,ZCS)。相较而言，后一类方案可以进一步改善辅助开关管的关断特性，提升整机效率。但由于自耦变压器在辅助开关管关断时存在激磁电流，形成环流后使得谐振电感与辅助开关管寄生电容产生寄生振荡。这会降低了此类变换器的功率因数，同时还增加了辅助开关管的关断损耗。为解决以上问题，专利CN202034900U公开了一种ZVT半无桥BoostPFC变换器拓扑结构，如图2所示。该变换器的有源辅助谐振支路包含了一个RCD箝位网络，由箝位电阻Rc、箝位电容Cc、箝位二极管Dc组成。其作用是当辅助开关管关断时，大部分自耦变压器激磁电流被导入RCD箝位网络并在箝位网络中消耗掉，进而抑制了辅助开关管的寄生振荡。这种方法存在两个主要问题，其一，辅助开关管关断时仍存在激磁电流，仅能实现其准ZCS关断；其二，自耦变压器激磁能量全部在电路中被消耗掉，而RCD箝位网络自身也存在一定的损耗。因此该方法无法提升整机效率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种ZVT半无桥功率因数校正变换器，同样能够在辅助开关管关断时完全抑制其寄生振荡，还能够解决现有技术中变换器仅能实现辅助开关管的准ZCS关断，而且自耦变压器的激磁能量全部在变换器中消耗掉的技术问题。一种高效率的半无桥功率因数校正变换器，包括半无桥BoostPFC变换器主电路和一个有源辅助谐振支路，如图3所示。其中：所述半无桥BoostPFC变换器主电路包括第一升压电感、第二升压电感、第一主开关管、第二主开关管、第一二极管、第二二极管、第八二极管、第九二极管和滤波电容；主电路中第一二极管阳极接第一主开关管的漏极和第一升压电感一端，第二二极管阳极接第二主开关管的漏极和第二升压电感一端；第一升压电感另一端和第八二极管阴极相连，用于接输入电源的一端；第二升压电感另一端和第九二极管阴极相连，用于接输入电源的另一端。所述有源辅助谐振支路包括辅助开关管、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容、第四谐振电容、自耦变压器、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管；所述第十二极管、第十一二极管反并联于两个主开关管两端，第一谐振电容、第二谐振电容并联于两个主开关管两端；所述第十二二极管反并联于辅助开关管两端，第三谐振电容并联于辅助开关管两端；所述第三二极管、第四二极管阳极分别接于两个升压电感一端，阴极接于第一谐振电感一端；所述自耦变压器具有输入端、公共绕组公共端和串联绕组输出端，其输入端接于第一谐振电感另一端，其公共绕组公共端接于辅助开关管的漏极和第四谐振电容的一端，其串联绕组输出端接于第五二极管阳极；第四谐振电容的另一端接于第六二极管阳极和第二谐振电感的一端，第二谐振电感的另一端接于第七二极管阴极；所述第一二极管、第二二极管、第五二极管、第六二极管阴极连接到滤波电容正极；所述第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管阳极，第一主开关管、第二主开关管、辅助开关管的源极，第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容一端一起连接到滤波电容负极；滤波电容两端用于外接负载。其中，第八二极管(Da)、第九二极管(Db)为慢恢复二极管；第十二极管(DS1)、第十一二极管(DS2)、第十二二极管(DSr)由各开关管体二极管替代；第三谐振电容(CSr)由辅助开关管输出寄生电容替代；谐振电感电感值应包含自耦变压器等效漏感值。本专利技术提出的变换器具有两个优势：其一，变换器通过增加一个LCD箝位网络，实现了辅助开关管的完全ZCS关断；其二，自耦变压器绝大部分激磁能量和漏感能量被馈入到负载中，另外由于LCD箝位网络中不存在箝位电阻，因此该网络还是无损的。以上优势使得本专利技术提出的变换器可以进一步提升整机效率。附图说明图1是已有文献公开的半无桥BoostPFC变换器拓扑；图2是专利CN202034900U公开的变换器拓扑；图3是本专利技术提出的变换器拓扑；图4是变换器关键波形；图5是变换器工作模态分析。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：第一主开关管-S1、第二主开关管-S2、第一升压电感-L1、第二升压电感-L2、第一二极管-D1、第二二极管-D2、第八二极管-Da、第九二极管-Db、滤波电容-Co；辅助开关管-Sr、自耦变压器-Tr、第一谐振电感-Lr、第二谐振电感-Lc、第一谐振电容-CS1、第二谐振电容-CS2、第三谐振电容-CSr、第四谐振电容-Cc、第三二极管-D3、第四二极管-D4、第五二极管-D5、第六二极管-Dc1、第七二极管-Dc2、第十二极管-DS1、第十一二极管-DS2、第十二二极管-DSr。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。以下结合附图对本专利技术实施实例作进一步描述。本专利技术提出的变换器适用于CCM，为方便分析，假定所有开关管和二极管均为理想器件，不考虑开通时间、导通压降等问题。在一个开关周期内，升压电感L1和L2可以作为一个恒定输出的电流源Iin；输出电容滤波Co可以作为一个恒定的电压源Vo。变换器关键波形如图4所示，波形从上到下依次为主开关管S1的驱动信号vg1；辅助开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率的半无桥功率因数校正变换器，其特征在于，包括半无桥Boost PFC变换器主电路和一个有源辅助谐振支路，其中：所述半无桥Boost PFC变换器主电路用于功率因数校正，其包括第一升压电感(L

【技术特征摘要】
1.一种高效率的半无桥功率因数校正变换器，其特征在于，包括半无桥BoostPFC变换器主电路和一个有源辅助谐振支路，其中：所述半无桥BoostPFC变换器主电路用于功率因数校正，其包括第一升压电感(L1)、第二升压电感(L2)、第一主开关管(S1)、第二主开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第八二极管(Da)、第九二极管(Db)和滤波电容(Co)；其中：第一二极管(D1)阳极接第一主开关管(S1)的漏极和第一升压电感(L1)一端，第二二极管(D2)阳极接第二主开关管(S2)的漏极和第二升压电感(L2)一端；第一升压电感(L1)另一端和第八二极管(Da)阴极相连，用于接输入电源的一端；第二升压电感(L2)另一端和第九二极管(Db)阴极相连，用于接输入电源的另一端；所述有源辅助谐振支路用于实现变换器各开关器件的软开关，其包括辅助开关管(DSr)、第一谐振电感(Lr)、第二谐振电感(Lc)、第一谐振电容(CS1)、第二谐振电容(CS2)、第三谐振电容(CSr)、第四谐振电容(Cc)、自耦变压器(Tr)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(Dc1)、第七二极管(Dc2)、第十二极管(DS1)、第十一二极管(DS2)和第十二二极管(DSr)；其中：所述第十二极管(DS1)、第十一二极管(DS2)分别反并联于两个主开关管(S1、S2)两端，第一谐振电容(CS1)和第二谐振电容(CS2)分别并联于两个主开关管(S1、S2)两端；所述第十二二极管(DSr)反并联于辅助开关管(S...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玮，康勇，周小宁，李承，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42