一种新型功率因数变换电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型功率因数变换电路，包括交流输入级电路和直流输出级电路。所述输入级电路包括基础电路和钳位电路，所述输出级电路包括基本输出级电路和部分功率处理(PPP)输出级电路。本实用新型专利技术可将工频或其他频率的交流电整流升/降压为直流电，实现功率因数校正功能的同时消除输出电压的低频纹波。对比于已有变换电路，本变换电路输出级串联部分功率处理(PPP)输出级，通过控制PPP电路中开关器件的通断，补偿输出电容两端电压的低频纹波，从而输出低纹波电压。本实用新型专利技术运用钳位电路减小开关电压应力，消除电压尖峰，回收变压器漏感能量，进一步提高变换器效率。此外，本实用新型专利技术为隔离结构，更安全。更安全。更安全。

【技术实现步骤摘要】
一种新型功率因数变换电路


[0001]本技术涉及功率因数校正
，特别涉及一种新型功率因数变换电路。

技术介绍

[0002]功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)变换器广泛用于减小输入电流畸变并满足相关的谐波标准。为减少电力电子设备对电网电能质量的影响，国际上的IEC61000
‑3‑
2Class C 和国家谐波标准GB/T 14549
‑
1993《电能质量公用电网谐波》对电力电子设备的PF(PowerFactor，功率因数)都有着严格的要求。因此采用具有PFC功能的开关电源有着重要的意义。
[0003]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。目前开关电源主要包括单级和多级两种。由于单级开关电源结构简单、成本较低，但无法同时兼顾输入高功率因数和输出低纹波，甚至功率管存在过高电压或电流应力，因此行业内一般广泛使用两级级联结构。两级开关电源能够实现高功率因数，并降低输出纹波电压或电流，但交流输入经过两级全功率变换后才能得到总输出，其转换效率为两个变换器转换效率相乘，不可避免会产生更多功耗，从而使得整体转换效率低。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于解决上述问题，实现高功率因数，提高输入侧的电能质量，输出低纹波，提高整体转换效率和功率密度，降低有源开关的电压应力，进而提出一种新型功率因数变换电路。
[0005]为了实现上述技术目的，本技术提供了以下技术方案：r/>[0006]本技术一种新型功率因数变换电路，包括交流输入级电路和直流输出级电路，所述输入级电路包括基础电路和钳位电路，所述输出级电路包括基本输出级电路和部分功率处理输出级电路；所述一种新型功率因数变换电路，其特征在于，所述输入级电路包括整流桥(2)，整流桥(2)地输入端为交流电源(1)的一端，整流桥(2)输出的上端与输入电感(3)串联，输入电感(3)的右端与主开关管(4)的漏极、中间电容(5)的正极相连接，中间电容(5)的负极与钳位电路(6)的上端、变压器(7)初级侧第一绕组的上端相连接，整流桥(2)输出的下端与主开关管(4) 的源极、钳位电路(6)的下端、变压器(7)初级侧第一绕组的下端相连接，并接于地；所述主开关管(4)的栅极与控制电路的输出信号端相连接。
[0007]可选地，所述输出级电路包括变压器(7)次级侧第二绕组，变压器(7)次级侧第二绕组的上端与续流二极管(8)的阳极相连接，续流二极管(8)的阴极与输出滤波电容(9)的正极、辅助电容 (12)的负极相连接，辅助电容(12)的正极连接直流负载(13)的上端，变压器(7)次级侧第二绕组的下端与输出滤波电容(9)的负极、直流负载(13)的下端相连接，并接于地。
[0008]可选地，所述输出级电路包括变压器(7)次级侧第三绕组，变压器(7)次级侧第三绕组的上端与续流二极管(8)的阴极、输出滤波电容(9)的正极、辅助电容(12)的负极相连
接，变压器(7) 次级侧第三绕组的下端与反向阻断二极管(10)的阳极相连接，反向阻断二极管(10)的阴极与辅助开关管(11)的漏极相连接，辅助开关管(11)的源极与辅助电容(12)的正极、直流负载(13)的上端相连接。
[0009]可选地，所述部分功率处理输出级电路为变压器(7)次级侧第三绕组、反向阻断二极管 (10)、辅助开关管(11)、辅助电容(12)所组成的回路，所述部分功率处理输出级电路与变压器 (7)次级侧第二绕组输出级串联，所述辅助开关管(11)的栅极与控制电路的输出信号端相连接。
[0010]可选地，所述钳位电路(6)与变压器(7)并联，钳位电路(6)中，钳位电容Cc的负极与开关管S2的源极相连接，钳位电容C
c
的正极与中间电容C1的负极、变压器(7)初级侧第一绕组的上端相连接，开关管S2的漏极与整流桥(2)输出的下端、主开关管(4)的源极、变压器(7)初级侧第一绕组的下端相连接；所述开关管S2的栅极与控制电路的输出信号端相连接
[0011]可选地，所述交流电压(1)为频率50Hz的工频交流电或者频率大于50Hz的交流电，整流桥(2)中的二极管均为整流二极管，所述开关管为三极管、MOSFET或者IGBT管。
[0012]可选地，所述变压器(7)为三绕组高频隔离变压器，第一绕组、第二绕组、第三绕组的匝数比为1：n1：n2。
[0013]可选地，所述主开关管(4)与开关管S2接同一控制回路，驱动信号为反向驱动，辅助开关管(11)接单独控制回路进行驱动。
[0014]综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：
[0015]运用本技术所述的一种新型功率因数变换电路，可以将工频交流电或其他频率的交流电整流升/降压为直流电，实现功率因数校正功能的同时消除输出电压的低频纹波。与传统的单相SEPIC PFC变换器相比，本技术在SEPIC PFC变换器的输出级串联了一个部分功率处理输出级，部分功率处理输出级由高频隔离变压器中的一个额外绕组(第三绕组)、辅助开关S3、反向阻断二极管D6和串联辅助电容C
b
组成。通过控制部分功率处理电路中的辅助开关S3，可以补偿滤波电容C
a
两端电压的低频纹波，并最终得到低纹波输出电压V
o
的快速动态响应。同时钳位电路在本技术中的运用有效地减小了有源开关的电压应力，且消除了电压尖峰，而且钳位电路可以回收变压器漏感能量，进一步提高变换器的效率，部分功率处理电路的运用还能通过使用更小的输出滤波电容减小变换器的整体体积，而且，本技术为隔离结构，更安全。
附图说明
[0016]图1为本技术所述的一种新型功率因数变换电路的结构示意图；
[0017]图2为本技术所述电路等效结构及电压电流方向示意图。
[0018]图3为本技术所述电路部分稳态工作近似波形图。
[0019]图4为本技术所述电路输入电压和输入电流仿真波形图。
[0020]图5为本技术所述电路实例中输出滤波电容电压V
a
、辅助电容电压V
b
和输出电压 V
o
的仿真波形图。
[0021]图中标记说明：图1中，1
‑
交流电源，2
‑
整流桥，3
‑
输入电感，4
‑
主开关管，5
‑
中间电容，6
‑
钳位电路，7
‑
三绕组高频隔离变压器，8
‑
续流二极管，9
‑
输出滤波电容，10
‑
反向阻断二极管，11
‑
辅助开关管，12
‑
辅助电容，13
‑
直流负载。图2中，i
in
为输入电流，i1为输入电感
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型功率因数变换电路，包括交流输入级电路和直流输出级电路，所述输入级电路包括基础电路和钳位电路，所述输出级电路包括基本输出级电路和部分功率处理输出级电路；所述一种新型功率因数变换电路，其特征在于，所述输入级电路包括整流桥(2)，整流桥(2)地输入端为交流电源(1)的一端，整流桥(2)输出的上端与输入电感(3)串联，输入电感(3)的右端与主开关管(4)的漏极、中间电容(5)的正极相连接，中间电容(5)的负极与钳位电路(6)的上端、变压器(7)初级侧第一绕组的上端相连接，整流桥(2)输出的下端与主开关管(4)的源极、钳位电路(6)的下端、变压器(7)初级侧第一绕组的下端相连接，并接于地；所述主开关管(4)的栅极与控制电路的输出信号端相连接。2.根据权利要求1所述一种新型功率因数变换电路，其特征在于，所述输出级电路包括变压器(7)次级侧第二绕组，变压器(7)次级侧第二绕组的上端与续流二极管(8)的阳极相连接，续流二极管(8)的阴极与输出滤波电容(9)的正极、辅助电容(12)的负极相连接，辅助电容(12)的正极连接直流负载(13)的上端，变压器(7)次级侧第二绕组的下端与输出滤波电容(9)的负极、直流负载(13)的下端相连接，并接于地。3.根据权利要求1所述一种新型功率因数变换电路，其特征在于，所述输出级电路包括变压器(7)次级侧第三绕组，变压器(7)次级侧第三绕组的上端与续流二极管(8)的阴极、输出滤波电容(9)的正极、辅助电容(12)的负极相连接，变压器(7)次级侧第三绕组的下端与反向阻断二极管(10)的阳极相连接，反向阻断二极管(10)的阴极与辅助开关管(11)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈霞，刘入铫，阎铁生，向俊君，陈锐，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：