单级PFC变换器后级纹波消除电路制造技术

本发明专利技术设计一种单级PFC变换器后级纹波消除电路，由单级PFC变换器(1)、DC‑DC变换器(2)、滤波电容和输出电容构成。单级PFC变换器(1)具有三组或者两组输出。当单级PFC变换器(1)有三组输出时，第一组和第二组输出的电压差值作为DC‑DC变换器(2)的输入，DC‑DC变换器(2)的输出与第三组输出叠加。控制使得DC‑DC变换器(2)输出的交流分量正好抵消第三组输出的二次谐波，从而得到无纹波的直流输出。当整机功率较小时，单级PFC变换器(1)可以去掉第三组输出，而DC‑DC变换器(2)的工作电压不变，其输出则为无纹波直流。优越性：DC‑DC变换器(2)的工作电压和变换功率显著降低，可以采用低压功率器件，提高效率降低成本。本发明专利技术是一种单级PFC+DC变换的新技术方案，可广泛用于高功率因数开关电源。

【技术实现步骤摘要】
单级PFC变换器后级纹波消除电路
本专利技术涉及一种单级PFC变换器后级纹波消除电路，是一种开关电源技术，属于电力电子

技术介绍
目前，高功率因数的隔离型AC-DC变换器，有两类技术方案，一是单级变换拓扑，二是两级变换拓扑。单级变换拓扑主要有反激式、桥式等单级PFC(PowerfactorCorrection)变换器，以及由PFC变换和DC-DC变换(共用一套开关管及控制电路)构成的组合式单级变换器。单级PFC变换器的特点是功率因数高，但是直流输出端含有二次谐波纹波。组合式单级变换器的特点是，直流输出端的纹波和交流输入端的功率因数可以折中优化，能够减少或者消除直流输出端的纹波，但是会降低输入端的功率因数。两级变换拓扑的方案是，第一级为功率因数校正AC-DC变换，第二级为DC-DC变换。其中又分为两种技术路线。一种是第一级AC-DC非隔离，一般采用Boost拓扑；而第二级DC-DC隔离，主要有移相全桥、LLC变换和单端变换等拓扑。另一种是第一级AC-DC隔离，即为单级PFC变换器，主要有反激式和桥式等拓扑；而第二级DC-DC非隔离，主要有Buck、Boost、Buck-Boost等拓扑。两级变换拓扑可以完全消除输出纹波。两级变换拓扑方案的主要缺点是，①电路复杂。②整机效率降低。③成本较高。这些都是由于输入电能全部需要经过两级功率变换才能到达负载所造成的。上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容都是现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服上述现有技术的不足，设计一种单级PFC变换器后级纹波消除电路。它是一种单级PFC+非隔离DC-DC变换的新型技术方案，利用简洁的电路拓扑，降低后级DC-DC变换器的工作电压和变换功率，不但提高整机效率，而且降低成本。本专利技术的技术方案如下。单级PFC变换器后级纹波消除电路，由单级PFC变换器(1)、DC-DC变换器(2)、滤波电容(C1、C2、C3)和输出电容(Co)构成。单级PFC变换器(1)具有三组输出或者两组输出，它们以共地连接或者共正极连接。DC-DC变换器(2)为非隔离的Buck拓扑或者Boost拓扑或者升-降压拓扑，具有输入正极P、输入负极N和输出极S；DC-DC变换器(2)的输入电压由输入正极P和输入负极N接入，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N或者输入正极P之间形成。其中，当单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出以共地连接时，单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出的负极连接在一起形成地端GND，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N形成，DC-DC变换器(2)的输出极S作为正极端Vo；单级PFC变换器(1)的第一组输出的正极Vo1连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，单级PFC变换器(1)的第二组输出的正极Vo2连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；若单级PFC变换器(1)有三组输出，则其第三组输出的正极Vo3连接DC-DC变换器(2)的输出极S。滤波电容(C1)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C1)的负极连接地端GND；滤波电容(C2)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C2)的负极连接地端GND；滤波电容(C3)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C3)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；或者去掉三个滤波电容(C1、C2、C3)中的任何一个。输出电容(Co)的正极连接DC-DC变换器(2)的输出极S，输出电容(Co)的负极连接地端GND或者连接DC-DC变换器(2)的输入负极N。由正极端Vo和地端GND连接负载。当单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出以共正极连接时，单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出的正极连接在一起形成正极端Vo，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入正极P形成，DC-DC变换器(2)的输出极S作为地端GND；单级PFC变换器(1)的第一组输出的地GND1连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，单级PFC变换器(1)的第二组输出的地GND2连接DC-DC变换器(2)的输入正极P；若单级PFC变换器(1)有三组输出，则第三组输出的地GND3连接DC-DC变换器(2)的输出极S。滤波电容(C1)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C1)的正极连接正极端Vo；滤波电容(C2)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C2)的正极连接正极端Vo；滤波电容(C3)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C3)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P；或者去掉三个滤波电容(C1、C2、C3)中的任何一个。输出电容(Co)的负极连接DC-DC变换器(2)的输出极S，输出电容(Co)的正极连接正极端Vo或者连接DC-DC变换器(2)的输入正极P。由正极端Vo和地端GND连接负载。本专利技术与现有技术相比具有如下优越性。1)所述专利技术，后级DC-DC变换器(2)的输入电压等于单级PFC变换器(1)的第一组输出和第二组输出的电压之差；即工作电压显著降低，可以采用低压功率器件。2)所述专利技术，后级DC-DC变换器(2)的变换功率远小于单级PFC变换器(2)的两组输出的总功率，更小于三组输出的总功率，则其功率损耗进一步降低。3)所述专利技术，设计简洁巧妙的电路拓扑，降低了后级DC-DC变换器(2)的工作电压和变换功率，提高了整机效率、降低了电路成本，具有普适的实用性。附图说明图1是单级PFC变换器后级纹波消除电路的共地连接原理图。图2是单级PFC变换器后级纹波消除电路的共正极连接原理图。其中，1——单级PFC变换器，2——DC-DC变换器，C1、C2、C3——滤波电容，Co——输出电容。ua——交流输入电源，Vo——正极端，GND——地端。图3是所述专利技术的DC-DC变换器的同步Buck拓扑图。图4是所述专利技术的DC-DC变换器的非同步Buck共负极输出拓扑图。图5是所述专利技术的DC-DC变换器的非同步Buck共正极输出拓扑图。其中，Q1、Q2——开关管，D1——二极管，Lo——滤波电感。具体实施方式下面将结合附图，以优选实施例，对本专利技术进行详细地描述与分析。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例而非全部。再说明一点，在本专利技术中涉及的“第一”“第二”和“第三”等描述仅用于指示性说明之目的，而不能理解为表示其相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。1、本专利技术的优选实施例如图1、图2所示，单级PFC变换器后级纹波消除电路，由单级PFC变换器(1)、DC-DC变换器(2)、滤波电容(C1、C2、C3)和输出电容(Co)构成。单级PFC变换器(1)具有三组输出或者两组输出，它们以共地连接或者共正极连接。DC-DC变换器(2)为非隔离的Buck拓扑或者Boost拓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单级PFC变换器后级纹波消除电路，由单级PFC变换器(1)、DC-DC变换器(2)、滤波电容(C1、C2、C3)和输出电容(Co)构成；单级PFC变换器(1)具有三组输出或者两组输出，它们以共地连接或者共正极连接；DC-DC变换器(2)为非隔离的Buck拓扑或者Boost拓扑或者升-降压拓扑，具有输入正极P、输入负极N和输出极S；DC-DC变换器(2)的输入电压由输入正极P和输入负极N接入，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N或者输入正极P之间形成；其特征是：/n当单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出以共地连接时，单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出的负极连接在一起形成地端GND，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N形成，DC-DC变换器(2)的输出极S作为正极端Vo；单级PFC变换器(1)的第一组输出的正极Vo1连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，单级PFC变换器(1)的第二组输出的正极Vo2连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；若单级PFC变换器(1)有三组输出，则第三组输出的正极Vo3连接DC-DC变换器(2)的输出极S；滤波电容(C1)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C1)的负极连接地端GND；滤波电容(C2)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C2)的负极连接地端GND；滤波电容(C3)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C3)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；或者去掉三个滤波电容(C1、C2、C3)中的任何一个；输出电容(Co)的正极连接DC-DC变换器(2)的输出极S，输出电容(Co)的负极连接地端GND或者连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；/n当单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出以共正极连接时，单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出的正极连接在一起形成正极端Vo，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入正极P形成，DC-DC变换器(2)的输出极S作为地端GND；单级PFC变换器(1)的第一组输出的地GND1连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，单级PFC变换器(1)的第二组输出的地GND2连接DC-DC变换器(2)的输入正极P；若单级PFC变换器(1)有三组输出，则第三组输出的地GND3连接DC-DC变换器(2)的输出极S；滤波电容(C1)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C1)的正极连接正极端Vo；滤波电容(C2)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C2)的正极连接正极端Vo；滤波电容(C3)的负极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C3)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P；或者去掉三个滤波电容(C1、C2、C3)中的任何一个；输出电容(Co)的负极连接DC-DC变换器(2)的输出极S，输出电容(Co)的正极连接正极端Vo或者连接DC-DC变换器(2)的输入正极P。/n...

【技术特征摘要】
1.单级PFC变换器后级纹波消除电路，由单级PFC变换器(1)、DC-DC变换器(2)、滤波电容(C1、C2、C3)和输出电容(Co)构成；单级PFC变换器(1)具有三组输出或者两组输出，它们以共地连接或者共正极连接；DC-DC变换器(2)为非隔离的Buck拓扑或者Boost拓扑或者升-降压拓扑，具有输入正极P、输入负极N和输出极S；DC-DC变换器(2)的输入电压由输入正极P和输入负极N接入，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N或者输入正极P之间形成；其特征是：
当单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出以共地连接时，单级PFC变换器(1)的三组输出或者两组输出的负极连接在一起形成地端GND，DC-DC变换器(2)的输出电压由输出极S与输入负极N形成，DC-DC变换器(2)的输出极S作为正极端Vo；单级PFC变换器(1)的第一组输出的正极Vo1连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，单级PFC变换器(1)的第二组输出的正极Vo2连接DC-DC变换器(2)的输入负极N；若单级PFC变换器(1)有三组输出，则第三组输出的正极Vo3连接DC-DC变换器(2)的输出极S；滤波电容(C1)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C1)的负极连接地端GND；滤波电容(C2)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入负极N，滤波电容(C2)的负极连接地端GND；滤波电容(C3)的正极连接DC-DC变换器(2)的输入正极P，滤波电容(C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝辉，
申请(专利权)人：张朝辉，
类型：发明
国别省市：河北;13