分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法技术

本发明专利技术公开了一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法，PFC变换器的AC输入单元的交流输出端电连接整流单元交流输入端，整流单元的第一输出端接负升降压变换单元的输入端，整流单元接正降压变换单元的输入端，正升降压变换单元和负升降压变换单元接负载；第一输出滤波电容和第二输出滤波电容分别接负载的正负极，中间母线电容接第一输出滤波电容和第二输出滤波电容，中间母线电容接第一升降压电感、第二升降压电感、第一输入滤波电容和第二输入滤波电容以及AC输入单元。本方案通过正负升降压变换单元实现PFC功率变换；设置选择开关和PFC控制单元，PFC控制单元根据交流电压大小而闭合与断开以适应较宽交流输入电压范围。流输入电压范围。流输入电压范围。

【技术实现步骤摘要】
分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法


[0001]本专利技术涉及功率拓扑结构领域，更具体地说是一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法。

技术介绍

[0002]开关电源广泛应用于各种消费电子和工业设备中，如充电器、电源适配器、LED驱动器、工控电源等，超过规定功率时需具有功率因数校正(PFC)功能。由于单级结构简单、成本较低，但无法同时兼顾输入高功率因数(PF)低谐波失真(THD)和输出低纹波，甚至功率管存在过高电压或电流应力，因而行业上一般广泛使用两级AC/DC级联结构：前级PFC变换器，用于调节输入功率因数并实现输入与输出能量平衡；以及后级DC/DC变换器，用于调整输出电压并降低输出纹波电压或电流。两级AC/DC变换器中，前级PFC变换器一般使用升压变换器(Boost)；后级DC/DC变换器既可使用隔离型，也可使用非隔离拓扑结构。两级AC/DC变换器的主要优点为能够实现高功率因数，并降低输出纹波电压或电流。
[0003]为了能够长时间可靠运行，开关电源必须适应较宽交流电网电压(AC)变化范围。但工业用电存在较大电压波动，全球电网制式和电压等级也不相同，导致交流电压范围为85
‑
305Vac工作于这样极宽电压范围，Boost变换器存在较严重问题：一方面功率器件需要更大电压、电流和功率等级，导致元器件成本急剧上升；另一方面由于直流母线电压基本固定，交流低压输入时功率器件电流应力高达两倍以上，不可避免产生更多功耗，从而降低转换效率。由于可以设置更低直流母线电压，工业界也有使用升降压变换器(Buck
‑
Boost)，图1为现有升降压变换电路，如图1所示，其中，Lf、Cf为输入EMI滤波电感和滤波电容，D1、D2、D3、D4为输入整流桥二极管，Cin为输入滤波电容，Co为输出滤波电容，并包括功率开关管Q1及其体二极管D
Q1
、升降压电感L1、整流二极管D5。Q1、D5高频开关工作，L1储能与放电并经Co滤波后给输出负载RL供电。
[0004]为了简化升级压PFC变换器的控制器设计，一般采用电流临界导通模式(CRM或BCM)、电流断续导通模式(DCM)控制策略，但峰值电感电流较大导致损耗较大、转换效率较低。因此，需要对升降压PFC变换器进一步改进，既要达到结构简单、较低成本，并且高PF、低THD等优点，同时又能降低功耗、提高转换效率。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面本专利技术，提出一种分时复用低纹波升降压PFC变换器，包括AC输入单元、整流单元、正升降压变换单元、负升降压变换单元和中间母线电容；所述AC输入单元的交流
输出端电连接所述整流单元交流输入端，所述整流单元的第一输出端接所述负升降压变换单元的输入端，所述整流单元的第二输出端接所述正升降压变换单元的输入端，所述正升降压变换单元和负升降压变换单元的输出端接负载；
[0009]所述负升降压变换单元包括第一输入滤波电容、第一输出滤波电容、第一升降压电感、第一功率开关管和第一其体二极管，所述整流单元的第一输出端接第一输入滤波电容的第一端、第一其体二极管的正极和第一功率开关管的S极，第一其体二极管的负极和第一功率开关管的D极接第一升降压电感和第一输出滤波电容的第一端；所述正升降压变换单元包括第二输入滤波电容、第二输出滤波电容、第二升降压电感、第二功率开关管和第二其体二极管，所述整流单元的第二输出端接第二输入滤波电容的第一端、第二功率开关管的D极和第二其体二极管的负极，第二功率开关管的S极和第二其体二极管的正极接第二升降压电感和第二输出滤波电容的第一端；
[0010]第一输出滤波电容和第二输出滤波电容的第一端分别接负载的正负极，所述中间母线电容的第一端接第一输出滤波电容和第二输出滤波电容的第二端，所述中间母线电容的第二端接第一升降压电感、第二升降压电感、第一输入滤波电容和第二输入滤波电容的第二端，以及所述AC输入单元的交流输出端。
[0011]第二方面，本专利技术还提出一种开关电源，包括如上所述的分时复用低纹波升降压PFC变换器。
[0012]第三方面，本专利技术还提出一种升降压方法，基于上述的分时复用低纹波升降压PFC变换器，包括以下步骤：
[0013]通过PFC控制单元获取交流电压值；
[0014]判断所述交流电压值是否大于预设阈值；
[0015]若所述交流电压值大于预设阈值，则通过PFC控制单元控制选择开关断开，交流电经过整流单元整流后为正升降压变换单元和负升降压变换单元同时供电，负升降压变换单元输出第一输出电压给负载，正升降压变换单元输出第二输出电压给负载，同时为负载供电；
[0016]若所述交流电压值大于预设阈值，则通过PFC控制单元控制选择开关闭合，则通过PFC控制单元控制选择开关闭合，在交流电正弦波正半周过程中，交流电经过整流单元整流后为正升降压变换单元供电，正升降压变换单元输出第二输出电压给负载，为负载供电，以及，在交流电正弦波负半周过程中，交流电经过整流单元整流后为负升降压变换单元供电，负升降压变换单元输出第一输出电压给负载，为负载供电。
[0017]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术提供的一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法。分时复用低纹波升降压PFC变换器通过正负对称的正升降压变换单元和负升降压变换单元实现PFC功率变换；设置选择开关和PFC控制单元，PFC控制单元根据交流电压大小而闭合与断开以适应较宽交流输入电压范围，在选择开关闭合时，本方案的PFC变换器工作于无桥整流模式，能够降低峰值电感电流和电流纹波；同时，本方案在交流高低压输入时，负载的输入电流大小基本维持不变，可以进一步提高转换效率，功率器件无需增大电压、电流和功率等级，可以降低元器件成本。
[0018]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能够更明
显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
[0019]图1为现有升降压变换电路的电路连接图；
[0020]图2为本专利技术的一种分时复用低纹波升降压PFC变换器第一实施例的电路原理框图；
[0021]图3为本专利技术的一种分时复用低纹波升降压PFC变换器第一实施例的电路连接图；
[0022]图4为本专利技术的一种分时复用低纹波升降压PFC变换器第二实施例的电路原理框图；
[0023]图5为本专利技术的一种分时复用低纹波升降压PFC变换器第二实施例的电路连接图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分时复用低纹波升降压PFC变换器，其特征在于，包括AC输入单元、整流单元、正升降压变换单元、负升降压变换单元和中间母线电容；所述AC输入单元的交流输出端电连接所述整流单元交流输入端，所述整流单元的第一输出端接所述负升降压变换单元的输入端，所述整流单元的第二输出端接所述正升降压变换单元的输入端，所述正升降压变换单元和负升降压变换单元的输出端接负载；所述负升降压变换单元包括第一输入滤波电容、第一输出滤波电容、第一升降压电感、第一功率开关管和第一其体二极管，所述整流单元的第一输出端接第一输入滤波电容的第一端、第一其体二极管的正极和第一功率开关管的S极，第一其体二极管的负极和第一功率开关管的D极接第一升降压电感和第一输出滤波电容的第一端；所述正升降压变换单元包括第二输入滤波电容、第二输出滤波电容、第二升降压电感、第二功率开关管和第二其体二极管，所述整流单元的第二输出端接第二输入滤波电容的第一端、第二功率开关管的D极和第二其体二极管的负极，第二功率开关管的S极和第二其体二极管的正极接第二升降压电感和第二输出滤波电容的第一端；第一输出滤波电容和第二输出滤波电容的第一端分别接负载的正负极，所述中间母线电容的第一端接第一输出滤波电容和第二输出滤波电容的第二端，所述中间母线电容的第二端接第一升降压电感、第二升降压电感、第一输入滤波电容和第二输入滤波电容的第二端，以及所述AC输入单元的交流输出端。2.根据权利要求1所述的分时复用低纹波升降压PFC变换器，其特征在于，所述AC输入单元包括EMI滤波电感和EMI滤波电容。3.根据权利要求2所述的分时复用低纹波升降压PFC变换器，其特征在于，所述整流单元包括第一整流二极管和第二整流二极管，所述第一整流二极管的负极连接所述AC输入单元的交流输出端，第一整流二极管的正极连接所述第一输入滤波电容的第一端；所述第二整流二极管的正极连接所述AC输入单元的交流输出端，第二整流二极管的负极连接所述第二输入滤波电容的第一端。4.根据权利要求2所述的分时复用低纹波升降压PFC变换器，其特征在于，所述整流单元包括4个第三整流二极管，4个所述第三整流二极管连接组成桥式整流电路，所述AC输入单元的两个交流输出端分别接所述桥式整流电路的两个交流输入端。5.根据权利要求4所述的分时复用低纹波升降...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炎申，
申请(专利权)人：茂硕电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：