高功率因数软开关维也纳整流电路及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高功率因数软开关维也纳整流电路，包括第一整流二级管D1、第二整流二级管D2、第一直流环节电容器C01、第二直流环节电容器C01、第一主开关S1和第二主开关S2，该整流电路还包括两个分别设置在第一整流二级管D1和第二整流二级管D2所在回路内的有源缓冲电路，每个有源缓冲电路均由阻断二极管、缓冲电感、辅助开关、变压器和阻容二极管钳位电路构成。与现有技术相比，本发明专利技术具有降低反向恢复损耗、避免振铃问题、实现了维也纳开关的零电压开关和辅助电路开关的零电流开关等优点。电压开关和辅助电路开关的零电流开关等优点。电压开关和辅助电路开关的零电流开关等优点。

【技术实现步骤摘要】
高功率因数软开关维也纳整流电路及控制方法


[0001]本专利技术涉及电路拓扑
，尤其是涉及一种高功率因数软开关维也纳整流电路及控制方法。

技术介绍

[0002]在现有技术中，电路拓扑采用有源和无源缓冲电路来产生半导体器件和整流二极管的软开关条件，这些缓冲电路用于限制二极管电流的变化率，并为电路的半导体元件创造软开关条件。
[0003]现有文献Halder,"An Improved Soft Switched Boost Power Converter Suitable for Power Factor Correction",Power Electronics(IICPE)2018 8th IEEE India International Conference on,pp.1
‑
6,2018中提出的采用有源缓冲电路的变换器电路，除了开关导通和整流电路关断的软开关外，还具有减小的电流和电压应力的作用，然而，有源缓冲电路的辅助开关具有较高的电流应力，并且在硬开关条件下工作，文献M.M.Jovanovic,“Atechnique for reducing rectifier reverse
‑
recovery
‑
related losses in high
‑
voltage,high
‑
power boost converters,”in Proc.IEEE APEC
’
97,Mar.1997,pp.1000
–
1007描述的boost拓扑中，主开关和辅助开关都在软开关条件下工作，但是，主开关的电压应力比上述采用有源缓冲电路的变换器电路中的要高，这需要通过适当选择缓冲电感值和开关频率来控制，并且门极驱动电路的要求复杂且昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高功率因数软开关维也纳整流电路及控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种高功率因数软开关维也纳整流电路，包括第一整流二级管D1、第二整流二级管D2、第一直流环节电容器C01、第二直流环节电容器C01、第一主开关S1和第二主开关S2，该整流电路还包括两个分别设置在第一整流二级管D1和第二整流二级管D2所在回路内的有源缓冲电路，每个有源缓冲电路均由阻断二极管、缓冲电感、辅助开关、变压器和阻容二极管钳位电路构成。
[0007]在第一整流二级管D1所在回路内的有源缓冲电路具体包括第一阻断二极管Ds1、第一缓冲电感Ls1、变压器、第一辅助开关Ss1和第一阻容二极管钳位电路，所述的第一阻断二极管Ds1的正极连接到输入端与第一主开关S1之间，第一阻断二极管Ds1的负极以及经过第一缓冲电感Ls1、变压器的一次绕组和第一辅助开关Ss1后接地，所述的第一阻容二极管钳位电路与变压器的二次绕组连接。
[0008]所述的第一阻容二极管钳位电路由第一钳位电阻R1、第一钳位电容C1、第二二极管Ds2和第三二极管Ds3构成，所述的第一钳位电阻R1和第一钳位电容C1并联，所述的第三二极管Ds3正极与变压器的二次绕组连接，负极分别与第一钳位电阻R1和第一钳位电容C1
连接，并且通过第二二极管Ds2与第一整流二级管D1的负极连接。
[0009]所述的第一主开关S1和第二主开关S2采用MOSFET管。
[0010]所述的第一辅助开关Ss1采用MOSFET管。
[0011]所述的变压器的匝数比n小于1。
[0012]所述的变压器的匝数比n<0.5，用以保证第一主开关S1的输出电容完全放电。
[0013]一种高功率因数软开关维也纳整流电路的控制方法，在线电压正半周期间，第一主开关S1和第一辅助开关Ss1在接通期间具有重叠的门信号，第一辅助开关Ss1在第一主开关S1关闭之前关闭，当第一主开关S1和第一辅助开关Ss1关闭时，输入电流Ii通过第一整流二极管D1流入负载RL，当第一辅助开关Ss1接通时，输入电流Ii开始依次流过第一阻断二极管Ds1、第一缓冲电感Ls1、变压器一次绕组、第一辅助开关Ss1的路径后并返回电源，流过第一缓冲电感的电流以斜率直线增加，则有：
[0014][0015]其中，V
01
为变压器二次绕组的电压，n为变压器的匝数比，L
s1
为第一缓冲电感值。
[0016]在线电压正半周期间，第一缓冲电感的电流i
Ls1
与第一整流二极管电流i
D1
之和恒等于输入电流Ii，第一缓冲电感的电流的增加速率等于第一整流二极管中电流减小的速率，则第一整流二极管D1的电流关断变化率为：
[0017][0018]通过调节变压器匝数比n和第一缓冲电感Ls1的值控制第一整流二极管电流的关断变化率。
[0019]在线电压正半周期间，当第一整流二极管中的电流达到零时，第一缓冲电感中的电流达到输入电流值，由于残余电荷，第一整流二极管电流继续反向流动，当残余电荷被完全去除时，第一整流二极管恢复阻断电压的能力，第一主开关S1的输出电容放电后，主开关S1的反并联二极管开始导通，第一主开关S1可以在零电压下打开，第一辅助开关Ss1中的电流也线性减小，第一主开关S1中的电流从负电流峰值线性增加，在第一主开关S1的反并联二极管导通的同时接通第一主开关S1，实现零电压开关ZVS开关第一主开关S1，第一缓冲电感电流以第一主开关S1中的电流继续增加的相同速率继续线性减小，当第一缓冲电感电流为零时，第一主开关S1的电流达到输入电流Ii，即输入电流完全流过第一主开关S1。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]在本专利技术中，辅助开关的缓冲电感通过控制整流二极管的电流I
D
的变化速率来降低整流二极管的反向恢复损耗，另外，缓冲电感中储存的能量被用来在主开关打开前将输出电容放电至零，从而产生零电容导通开关损耗，当主开关断开时，有源缓冲电路的辅助开关和电容器为缓冲电感中存储的剩余能量提供放电路径，该电路拓扑结构有效地解决了整流二极管结电容与缓冲电感相互作用引起的振铃问题，并且实现了维也纳开关的零电压开关(ZVS)和辅助电路开关的零电流开关(ZCS)。
附图说明
[0022]图1为高功率因数软开关维也纳整流电路的电路结构示意图。
[0023]图2为高功率因数软开关维也纳整流电路的简化电路图。
[0024]图3为本专利技术在线电压正半周期间各阶段的拓扑电路图，其中，图(3a)为第一阶段，图(3b)为第二阶段，图(3c)为第三阶段，图(3d)为第四阶段，图(3e)为第五阶段，图(3f)为第六阶段，图(3g)为第七阶段，图(3h)为第八阶段，图(3i)为第九阶段，图(3j)为第十阶段，图(3k)为第十一阶段。
[0025]图4为本专利技术在正半线周期内的关键理论波形图。
具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率因数软开关维也纳整流电路，包括第一整流二级管D1、第二整流二级管D2、第一直流环节电容器C01、第二直流环节电容器C01、第一主开关S1和第二主开关S2，其特征在于，该整流电路还包括两个分别设置在第一整流二级管D1和第二整流二级管D2所在回路内的有源缓冲电路，每个有源缓冲电路均由阻断二极管、缓冲电感、辅助开关、变压器和阻容二极管钳位电路构成。2.根据权利要求1所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，在第一整流二级管D1所在回路内的有源缓冲电路具体包括第一阻断二极管Ds1、第一缓冲电感Ls1、变压器、第一辅助开关Ss1和第一阻容二极管钳位电路，所述的第一阻断二极管Ds1的正极连接到输入端与第一主开关S1之间，第一阻断二极管Ds1的负极以及经过第一缓冲电感Ls1、变压器的一次绕组和第一辅助开关Ss1后接地，所述的第一阻容二极管钳位电路与变压器的二次绕组连接。3.根据权利要求2所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，所述的第一阻容二极管钳位电路由第一钳位电阻R1、第一钳位电容C1、第二二极管Ds2和第三二极管Ds3构成，所述的第一钳位电阻R1和第一钳位电容C1并联，所述的第三二极管Ds3正极与变压器的二次绕组连接，负极分别与第一钳位电阻R1和第一钳位电容C1连接，并且通过第二二极管Ds2与第一整流二级管D1的负极连接。4.根据权利要求2所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，所述的第一主开关S1和第二主开关S2采用MOSFET管。5.根据权利要求2所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，所述的第一辅助开关Ss1采用MOSFET管。6.根据权利要求1所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，所述的变压器的匝数比n小于1。7.根据权利要求6所述的一种高功率因数软开关维也纳整流电路，其特征在于，所述的变压器的匝数比n<0.5，用以保证第一主开关S1的输出电容完全放电。8.一种高功率因数软开关维也纳整流电路的控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼苏乐，徐雅梅，
申请(专利权)人：常州天曼智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：