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转换，此外，利用前级功率电路为储能电容充电，并在直流输入电压大于储能电容上的电压时，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；且当直流输入电压小于储能电容上的电压时，后级功率电路至少通过获取所述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，同时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 control circuit are needed to realize energy conversion in two-stage power stage circuit. In addition, the energy storage capacitor is charged by the front-stage power circuit, and when the DC input voltage is greater than the voltage on the energy storage capacitor, at least part of the energy input by the DC directly passes through the primary power conversion of the back-stage power circuit. When the DC input voltage is less than the voltage on the energy storage capacitor, the latter stage power circuit supplies power to the load at least 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交流-直流功率变换器，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，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，当所述前级功率电路的第一感性元件在续流时，向所述储能电容和负载传递能量。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，通过所述前级功率电路对所述储能电容进行储能，且当所述直流输入电压小于储能电容上的电压时，所述后级功率电路至少通过获取所述储能电容上的能量为负载供电。优选地，当所述功率开关关断时，所述第一感性元件向所述储能电容和负载传递能量。优选地，所述直流输入电压为所述前级功率电路供电，所述直流输入电压和/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，当所功率开关导通时，所述直流输入电压和所述储能电容共同为所述后级功率电路供电。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；第三二极管，其阳极与所述第一变压器的第一副边绕组连接；其中，所述功率开关、所述第一变压器以及所述第三二极管构成flyback电路拓扑。优选地，所述后级功率电路还包括：第二副边绕组，其与所述第一副边绕组的同名端相反，且共用一原边绕组；第六二极管，其阳极连接至所述第二副边绕组的一端；第七二极管，其阴极连接至所述第六二极管的阴极；第二电感，其一端连接至所述第七二极管的阴极；其中，所述功率开关、所述第一变压器、所述第六二极管、所述第七二极管、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：第一变压器，其原边绕组与所述功率开关串联连接；第三二极管，其阳极与所述第一变压器的第一副边绕组连接；其中，所述功率开关、所述第一变压器以及所述第三二极管构成flyback电路拓扑；所述前级功率电路包括：第二变压器，其与所述第一变压器共用一个所述原边绕组；第六二极管；其阳极连接至所述第二变压器的副边绕组的一端；第七二极管，其阴极连接至所述第六二极管的阴极；第二电感，其一端连接至所述第七二极管的阴极，另一端连接至第二二极管的阳极，且所述第二二极管的阴极连接至所述储能电容的正极；其中，所述功率开关、所述第二变压器、所述第六二极管、所述第七二极管、以及所述第二电感构成forward电路拓扑。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，所述后级功率电路包括：第一变压器，其原边绕组的第一端与所述功率开连接，另一端与所述储能电容的负极连接，且所述储能电容的正极连接至地；第三二极管，其阳极与所述第一变压器的第一副边绕组连接；其中，所述功率开关、所述第一变压器以及所述第三二极管构成flyback电路拓扑。优选地，所述前级功率电路还包括：第九二极管，其阴极与所述储能电容的正极相连，阳极连接至地，并且，所述第九二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：第十二极管，其阴极连接至地，阳极与所述后级功率电路的第二感性元件相连，并且，所述第十二极管用于利用所述直流输入电压对所述后级功率电路的第二感性元件储能时提供回路。优选地，所述后级功率电路还包括：第十一二极管，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，所述第十一二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时提供回路。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转换，此外，利用前级功率电路为储能电容充电，并在直流输入电压大于储能电容上的电压时，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；且当直流输入电压小于储能电容上的电压时，后级功率电路至少通过获取所述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，同时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框图；图2为本专利技术第一实施例的交流-直流功率变换器的工作波形图；图3为本专利技术第二实施例的交流-直流功率变换器的结构框图；图4为本专利技术第三实施例的交流-直流功率变换器的结构框图；图5为本专利技术第四实施例的交流-直流功率变换器的结构框图；图6为本专利技术第五实施例的交流-直流功率变换器的结构框图；图7为本专利技术第五实施例的交流-直流功率变换器的工作波形图。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，当所述前级功率电路的第一感性元件在续流时，向所述储能电容和负载传递能量。

【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，当所述前级功率电路的第一感性元件在续流时，向所述储能电容和负载传递能量。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，通过所述前级功率电路对所述储能电容进行储能，且当所述直流输入电压小于储能电容上的电压时，所述后级功率电路至少通过获取所述储能电容上的能量为负载供电。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，当所述功率开关关断时，所述第一感性元件向所述储能电容和负载传递能量。6.根据权利要求3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，所述直流输入电压和/或所述储能电容为所述后级功率电路供电。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，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。8.根据权利要求6所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，当所功率开关导通时，所述直流输入电压和所述储能电容共同为所述后级功率电路供电。9.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。10.根据权利要求9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。11.根据权利要求10所述的交流-直流功率变换器，其特征在于，所述后级功率电路包括：第一变压器，其原边绕组的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；第三二极管，其阳极与所述第一变压器的第一副边绕组连接；其中，所述功率开关、所述第一变压器以及所述第三二极管构成flyback电路拓扑。12....

【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