单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，包括：电网电压Vac，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3。相比于传统Cuk PFC变换器，该变换器完全消除了二极管整流桥，仅采用单个输入电感，电感利用率高，可实现可靠的三路正向电压输出，解决了Cuk拓扑的反向电压输出问题，且不存在各路的交叉影响。

Single stage non isolated three channel forward voltage output DCM non bridge CukPFC converter

The utility model relates to a single non isolation type three positive voltage output of the DCM bridge CukPFC converter, including: voltage Vac, L1 second, the first inductor inductance L2, third inductance L3, capacitance C1, the first second capacitor C2, third capacitor Co1, fourth Co2, fifth Co3 capacitor capacitor, a first switch Qm1, second switch Qm2, third switch Qs1, fourth switch Qs2, fifth switch Qs3, the first second diode Dm1, diode Dm2, third Ds1, fourth Ds2 diode and fifth diode diode Ds3. Compared to the traditional Cuk PFC converter, this converter completely eliminates the diode bridge rectifier, using only a single input inductor, inductance, high utilization rate, three positive voltage output can achieve reliable, to solve the problem of Cuk reverse voltage output topology, and there is no cross effect of various.

【技术实现步骤摘要】
单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器
本技术涉及一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，适用于低压小功率场合，属于电力电子变换器

技术介绍
随着电力电子技术的发展，大量的电力电子产品得到应用，电力系统的谐波污染问题便受到广泛关注。功率因数校正变换器作为一种将交流电转变为直流电的电力电子变换装置，在实现单位功率因数的同时实现电压的调节变换，在不间断电源系统、电子仪器仪表、各类工业控制设备、LED照明等诸多领域起着关键作用。传统的BoostPFC由于Boost电路的固有特性，只能实现升压变换，要得到低压输出则需要级联DC-DC变换器实现降压调节，效率低、成本高。若采用BuckPFC单级实现，需解决输入电压低于输出电压而产生的死区问题，且BuckPFC输入电流不连续，影响功率因数的提高。CukPFC与其他拓扑结构相比较，存在如下优点：因其存在输入输出电感，使输入输出电流均连续、THD小，减小了滤波器体积，开机及过载时可抑制浪涌电流，较低的EMI影响等等。而传统的整流桥+CukPFC变换器，前端整流桥的导通损耗在很大程度上降低了变换器的效率，尤其是在低压输入时。想要提高变换器的效率，减少导通损耗，电流流通路径中的功率器件数目必须减少。由此，消除前端二极管整流桥是提高整机效率的首要环节。同时在各类电子仪器仪表以及工控设备中，往往需要多电压等级输出，传统的做法是前级PFC变换器级联多个DC-DC变换器的两级变换，这种方式效率低、成本高。直接由PFC单级实现多路输出的研究尚不多见，为此，研究具备高效率、高功率因数、多路输出的单级无桥功率因数校正变换器具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，包括：电网电压Vac，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关管Qs1的漏极、所述第四开关管Qs2的漏极以及所述第五开关管Qs3的漏极连接；所述第三开关管Qs1的源极与所述第三二极管Ds1的阳极连接；所述第四开关管Qs2的源极与所述第四二极管Ds2的阳极连接；所述第五开关管Qs3的源极与所述第五二极管Ds3的阳极连接；所述第三二极管Ds1的阴极分别与所述电容Co1的一端以及第一负载R1的一端连接；所述第四二极管Ds2的阴极分别与所述第四电容Co2的一端以及第二负载R2的一端连接；所述第五二极管Ds3的阴极分别与所述第五电容Co3的一端以及第三负载R3的一端连接；所述第一开关管Qm1的漏极、所述第二开关管Qm2的漏极、所述第一二极管Dm1的阳极、所述第二二极管Dm2的阳极、所述第三电容Co1的另一端、所述第四电容Co2的另一端、所述第五电容Co3的另一端、所述第一负载R1的另一端、所述第二负载R2的另一端、所述第三负载R3的另一端连接，并接地；所述第一开关管Qm1至所述第五开关管Qs3的栅极分别对应连接控制信号。相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术提供的一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，完全消除了二极管整流桥，仅采用单个输入电感，电感利用率高，通态损耗低。相比于传统CukPFC变换器，该变换器可实现正向电压输出，解决了Cuk拓扑的反向电压输出问题。同时通过分时复用控制方法实现单级非隔离式三路电压输出。该变换器工作于DCM模式下，可使输入电流自然跟踪输入电压，实现单位功率因数，同时可确保主开关管的零电流开通与主二极管的零电流关断，有效解决了主二极管的反向恢复问题，提高了变换器效率。附图说明图1为传统CukPFC电路结构框图。图2为本技术所提出的单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器。图3为图2的电网电压正半周等效电路。图4为图3的电网电压正半周时第一工作模态示意图。图5为图3的电网电压正半周时第二工作模态示意图。图6为图3的电网电压正半周时第三工作模态示意图。图7为图2的电网电压负半周等效电路。图8为图7的电网电压负半周时第一工作模态示意图。图9为图7的电网电压负半周时第二工作模态示意图。图10为图7的电网电压负半周时第三工作模态示意图。图11为本技术一实施例中变换器分时复用控制框图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的技术方案进行具体说明。传统的CukDC-DC变换器输出电压为负值，若将两个对称工作的CukDC-DC变换器组合成为单级PFC电路，其输出电压也为负值，这便需要一个反向电路将输出电压反向后才能接入反馈控制回路，增加了电路的复杂程度，具体结构如图1所示。本技术提供了一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，如图2所示，将常规的CukDC-DC变换器中的MOS管与输出二极管极性对掉，再将两个对称工作的电路组合得到，可实现正向电压输出，省去反向电路，从而节省了电路成本。同时通过分时复用控制方法实现单级非隔离式三路电压输出。该变换器工作于DCM模式下，可使输入电流自然跟踪输入电压，实现单位功率因数，同时可确保主开关管的零电流开通与主二极管的零电流关断，有效解决了主二极管的反向恢复问题，提高了变换器效率。如图2所示，该单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，包括电网电压Vac，电感L1、L2、L3，电容C1、C2、Co1、Co2、Co3，开关管Qm1、Qm2、Qs1、Qs2、Qs3，二极管Dm1、Dm2、Ds1、Ds2、Ds3；交流电网电压Vac的一端经电感L1与开关管Qm1的源极、电容C1的一端连接，电网电压Vac的另一端与开关管Qm2的源极、电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端与二极管Dm1的阴极、电感L2的一端连接，所述电容C2的另一端与二极管Dm2的阴极、电感L3的一端连接，所述电感L2的另一端与所述电感L3的另一端、开关管Qs1的漏极、开关管Qs2的漏极、开关管Qs3的漏极连接，所述开关管Qs1与二极管Ds1的阳极连接，所述开关管Qs2与二极管Ds2的阳极连接，所述开关管Qs3与二极管Ds3的阳极连接，所述二极管Ds1的阴极与电容Co1的一端、负载R1的一端连接，所述二极管Ds2的阴极与电容Co2的一端、负载R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，其特征在于，包括：电网电压Vac，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关管Qs1的漏极、所述第四开关管Qs2的漏极以及所述第五开关管Qs3的漏极连接；所述第三开关管Qs1的源极与所述第三二极管Ds1的阳极连接；所述第四开关管Qs2的源极与所述第四二极管Ds2的阳极连接；所述第五开关管Qs3的源极与所述第五二极管Ds3的阳极连接；所述第三二极管Ds1的阴极分别与所述电容Co1的一端以及第一负载R1的一端连接；所述第四二极管Ds2的阴极分别与所述第四电容Co2的一端以及第二负载R2的一端连接；所述第五二极管Ds3的阴极分别与所述第五电容Co3的一端以及第三负载R3的一端连接；所述第一开关管Qm1的漏极、所述第二开关管Qm2的漏极、所述第一二极管Dm1的阳极、所述第二二极管Dm2的阳极、所述第三电容Co1的另一端、所述第四电容Co2的另一端、所述第五电容Co3的另一端、所述第一负载R1的另一端、所述第二负载R2的另一端、所述第三负载R3的另一端连接，并接地；所述第一开关管Qm1至所述第五开关管Qs3的栅极分别对应连接控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种单级非隔离式三路正向电压输出的DCM无桥CukPFC变换器，其特征在于，包括：电网电压Vac，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：王武，林贤麟，阮慧珊，林琼斌，蔡逢煌，柴琴琴，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：福建,35