一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置及其校正方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单级谐振式AC‑DC功率因数校正变换装置及其校正方法，该装置包括整流桥、主开关管、主开关管寄生电容、辅开关管、辅开关管寄生电容、谐振电容、谐振电感、钳位电容；通过有源钳位技术，将主开关管的电压应力钳制，使主开关管和辅开关管均能实现零电压开关，输出二极管可以实现零电流开关；本装置由于加入软开关技术，减小了开关损耗，从而提高了变换装置的效率和功率密度，有效抑制了并网测电流畸变，获得THD较低的电流波形，同时降低EMI，改善了电磁兼容。

A single-stage resonant AC-DC power factor correction converter and its correction method

【技术实现步骤摘要】
一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置及其校正方法
本专利技术涉及关功率因数校正变换器
，尤其涉及一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置及其校正方法。
技术介绍
AC-DC变换装置已经成为计算机、电动汽车充电和通信电源等工业应用中必不可少的电子设备，同时单相功率因数校正变换装置是目前解决电网谐波污染的主要途径。传统的AC-DC功率因数校正变换装置采用级联的两级式拓扑，其中的前级AC/DC部分用于整流和功率因数校正，后级DC/DC部分用于实现隔离和输出电压调整，这种变换装置存在拓扑复杂、成本较高、整机效率偏低的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的AC-DC功率因数校正变换装置存在拓扑复杂、成本较高、整机效率偏低的问题，提供了一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置。为实现以上专利技术目的，而采用的技术手段是：一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，包括整流桥、输入电感、主开关管、主开关管寄生电容、辅开关管、辅开关管寄生电容、谐振电容、谐振电感、钳位电容；所述整流桥的输入端连接并网侧交流电源的输出端，所述整流桥的其中一个输出端依次连接所述输入电感、主开关管的漏极、钳位电容的一端、谐振电容、谐振电感的一端、D1二极管以及输出电容的一端；所述整流桥的另一个输出端依次连接所述主开关管的源极、辅开关管的漏极、D2二极管的阳极以及输出电容的另一端；所述谐振电感的另一端连接D2二极管的阴极，所述钳位电容的另一端连接所述辅开关管的源极；所述主开关管寄生电容的两端分别与主开关管的漏极和源极连接；所述辅开关管寄生电容的两端分别与辅开关管的漏极和源极连接；所述输出电容的两端连接负载。优选的，所述整流桥为包括4个二极管的不可控二极管整流桥。优选的，所述主开关管和辅开关管为带有反并联体二极管的功率开关管。优选的，所述装置还包括高频变压器，所述谐振电容的一端以及所述辅开关管的漏极与所述高频变压器的原边连接，所述高频变压器的副边通过副边电容与所述谐振电感的一端以及所述D2二极管的阳极连接。本专利技术还提供了一种应用于所述单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法，通过在工作周期t0-t7内控制主开关管和辅开关管的通断实现，在所述工作周期t0-t7内具体包括以下工作模态：a.时刻t0-t1的第一模态：主开关管的反并联体二极管开始导通并钳制其开关电流，门极信号使主开关管零电压开通；b.时刻t1-t2的第二模态：谐振电感和谐振电容发生LC谐振，谐振电感的电流下降到0时，D2二极管实现零电流关断；c.时刻t2-t3的第三模态：D2二极管停止导通，且由谐振电感和谐振电容组成的谐振回路无电流时，输入电感的电流开始线性上升，输入电感开始充电，直至主开关管关断；d.时刻t3-t4的第四模态：辅开关管的反并联体二极管开始导通并钳制其开关电流；时刻t4-t5的第五模态：辅开关管的反并联体二极管开始导通并钳制其开关电流后，施加门极信号使得辅开关管零电压开通；e.时刻t5-t6的第六模态：当谐振电感电流等于谐振电容电流时，流经辅开关管的电流方向改变为由漏极流向源极，直至辅开关管被关断；f.时刻t6-t7的第七模态：输入电感为辅开关管寄生电容充电，主开关管寄生电容放电，直至辅开关管寄生电容完全充电且主开关管寄生电容完全放电时，下一开关周期开始。优选的，在所述第一模态中，输入电感电流iL(t)为：其中iL(t)为t时刻的输入电感电流，L为输入电感，iL(t0)为t0时刻的输入电感电流，Vin为所述装置的输入电压。优选的，在所述第二模态中，谐振电容电压VCr(t)为：VCr(t)＝VCr(t1)cosω(t-t1)+[iL(t1)-is1(t1)]Z其中，VCr(t1)为t1时刻的谐振电容电压，VCr(t)为t时刻的谐振电容电压，is1(t1)为t1时刻主开关管的电流，iL(t1)为t1时刻的谐振电感电流，Lr、Cr分别为谐振电感和谐振电容；谐振电感电流iLr(t)为：优选的，在所述第四模态中，输入电感电流iLn(t)为：iLn(t)为t时刻的输入电感电流，Vin为所述装置的输入电压，VCc为输入的直流电压，L为输入电感，iL(t3)为t3时刻的输入电感电流。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供的单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置及其校正方法通过有源钳位技术，将主开关管的电压应力钳制，使主开关管和辅开关管均能实现零电压开关，D2二极管可以实现零电流开关；本装置由于加入软开关技术，减小了开关损耗，从而提高了变换装置的效率和功率密度，有效抑制了并网测电流畸变，获得THD较低的电流波形，同时降低EMI，改善了电磁兼容。附图说明图1为实施例1单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的整体电路图；图2为实施1单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置平均电流控制策略的电路实现图；图3为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的工作波形图；图4为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第一模态工作原理图；图5为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第二模态工作原理图；图6为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第三模态工作原理图；图7为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第四模态工作原理图；图8为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第四模态中辅开关管的反并联体二极管钳制其开关电流的工作原理图；图9为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第五模态工作原理图；图10为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第六模态工作原理图；图11为实施例2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法的第七模态工作原理图；图12为实施2单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置启动时的等效电路图；图13为实施例3单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的整体电路图。图14为实施例1单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的仿真实验结果图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，如图1所示，包括整流桥、主开关管S1、输入电感L、主开关管寄生电容CS1、辅开关管S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，其特征在于，包括整流桥、输入电感、主开关管、主开关管寄生电容、辅开关管、辅开关管寄生电容、谐振电容、谐振电感、钳位电容；/n所述整流桥的输入端连接并网侧交流电源的输出端，所述整流桥的其中一个输出端依次连接所述输入电感、主开关管的漏极、钳位电容的一端、谐振电容、谐振电感的一端、D

【技术特征摘要】
1.一种单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，其特征在于，包括整流桥、输入电感、主开关管、主开关管寄生电容、辅开关管、辅开关管寄生电容、谐振电容、谐振电感、钳位电容；
所述整流桥的输入端连接并网侧交流电源的输出端，所述整流桥的其中一个输出端依次连接所述输入电感、主开关管的漏极、钳位电容的一端、谐振电容、谐振电感的一端、D1二极管以及输出电容的一端；所述整流桥的另一个输出端依次连接所述主开关管的源极、辅开关管的漏极、D2二极管的阳极以及输出电容的另一端；所述谐振电感的另一端连接D2二极管的阴极，所述钳位电容的另一端连接所述辅开关管的源极；所述主开关管寄生电容的两端分别与主开关管的漏极和源极连接；所述辅开关管寄生电容的两端分别与辅开关管的漏极和源极连接；所述输出电容的两端连接负载。


2.根据权利要求1所述的单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，其特征在于，所述整流桥为包括4个二极管的不可控二极管整流桥。


3.根据权利要求1所述的单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，其特征在于，所述主开关管和辅开关管为带有反并联体二极管的功率开关管。


4.根据权利要求1所述的单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置，其特征在于，所述装置还包括高频变压器，所述谐振电容的一端以及所述辅开关管的漏极与所述高频变压器的原边连接，所述高频变压器的副边通过副边电容与所述谐振电感的一端以及所述D2二极管的阳极连接。


5.一种基于权利要求1～4任一项所述的单级谐振式AC-DC功率因数校正变换装置的校正方法，其特征在于，通过在工作周期t0-t7内控制主开关管和辅开关管的通断实现，在所述工作周期t0-t7内具体包括以下工作模态：
a.时刻t0-t1的第一模态：
主开关管的反并联体二极管开始导通并钳制其开关电流，门极信号使主开关管零电压开通；
b.时刻t1-t2的第二模态：
谐振电感和谐振电容发生LC谐振，谐振电感的电流下降到0时，D2二极管实...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志，孟利伟，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44