功率因子校正转换器制造技术

一种可降低共模噪音与增强功率密度的无桥式功率因子校正转换器包含升压电感，耦接至输入端；双向开关，与该升压电感串联；第一串联整流电路，具有接面节点，耦接于升压电感与双向开关之间；第二串联整流电路，具有接面节点，耦接至该双向开关；以及输出电容，与该第二串联整流电路并联；其中第二串联整流电路由缓慢恢复二极管组成，而第一串联整流电路由迅速恢复二极管组成。因此，本发明专利技术可降低转换器中的共模噪音并且提升转换器的功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率因子校正转换器，更特别的，本专利技术涉及一种能够降低共模噪音干扰与提升功率密度的无桥式功率因子校正转换器。
技术介绍
交换式电源供应器(switching mode power supply)为一种利用开关切换的方式将输入电压波形转换成一个特定输出电压波形的电源转换电路。升压转换器为一种交换式电源供应器的例子，其可提供功率因子校正(powerfactor correction)与总谐波失真衰减(total harmonic distortion reduction)给输入电压，并且将输入电压转换成一个稳定且可调整的输出电压。图1显示一种常见的功率因子校正转换升压转换器(PFC boostconverter)的电路示意图。在图1中，桥式整流器(bridge rectifier)BR耦接至输入交流电压Vin，用以将输入交流电压Vin转换成全波整流的直流电压(full-wave rectified DC voltage)。升压电感(boost inductor)L11耦接至桥式整流器BR的输出端，其设定为接收由桥式整流器BR所输出的电流，借此将能量储存于其中，并且根据开关Q11的开关切换将所储存的能量释放而经由整流二极管D11向输出电容C11充电，借此在输出电容C11的两侧产生输出直流电压。电容C11两侧上的输出直流电压提供给负载(未显示)。然而组成桥式整流器BR的整流二极管会产生相当大的导通损耗(conductionloss)，导致转换器的转换效率降低。再者，当升压电感L11在储存能量或释放能量的时候，皆会有三个功率半导体元件导通，从而使得转换器的导通损失加大。图2显示一种图腾柱功率因子校正升压转换器(totem-pole PFC boostconverter)的电路示意图。在图2中，升压电感L21耦接于输入端以及与晶体管开关Q21与Q22之间的接面节点(junction node)。图2的转换器还包含整流二极管D21和D22，其互相串联并且与晶体管开关Q21与Q22并联，其中晶体管开关Q21与晶体管开关Q22的开关切换以互补(complementary)的方式来工作。图2的转换器的工作说明如下。在输入电压的正半周期间，晶体管开关Q21导通而整流二极管D21为逆向偏压(reverse-biased)，并且通过调节(modulate)晶体管开关Q22来完成输出电压稳压(output voltageregulation)。在任务周期(duty cycle)D的时间间隔内，晶体管开关Q22导通，使得升压电感L21能够跨接于输入交流电压Vin的两侧。此时升压电感L21的电感电流上升而储存能量于升压电感L21中。在1-D的时间间隔内，晶体管开关Q22截止，使得升压电感L21将所储存的能量释放而经由整流二极管D22向输出电容C21充电，借此在输出电容C21的两侧产生输出电压。在输入电压的负半周期间，晶体管开关Q22导通而整流二极管D22为逆向偏压，并且通过调节晶体管开关Q21来完成输出电压稳压(output voltageregulation)。在任务周期D的时间间隔内，晶体管开关Q21导通，使得升压电感L21能够跨接于输入交流电压Vin的两侧，此时升压电感L21的电感电流上升而储存能量于升压电感L21中。在1-D的时间间隔内，晶体管开关Q21截止，使得升压电感L21将所储存的能量释放而经由整流二极管D21向输出电容C21充电，借此在输出电容C21的两侧产生输出电压。由上述说明可知在输入电压的正半周期间或负半周期内，只有两个功率半导体会承载电流。因此图2的转换器的电源转换效率是相当高的。再者，当图2的转换器在连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)下工作时，由于整流二极管D21或D22将输入交流电压Vin的一端与输出电容C21连接起来，转换器的共模噪音(common-mode noise)会变的很小。然而，图2的转换器的晶体管开关，Q21和Q22的寄生二极管(parasitic diode)需要在高频处进行开关切换，并且寄生二极管的反向恢复(reverse recovery)特性很差。因此在实际应用时，转换器往往会因为开关频率不高或是在非连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)下工作而失去共模噪音小的优点。图3显示一种公知的无桥式功率因子校正转换器的电路示意图。在图3中，升压电感，L31和L32互相并联且分别与输入交流电压Vin的一端耦接，并且晶体管开关Q31和Q32分别与升压电感L31和L32耦接。整流二极管，D31和D32分别与晶体管开关S21和S32串联。在输入交流电压Vin的正半周期间，晶体管开关Q31导通而输入电流流向升压电感L31，借此向升压电感L31充电。此时晶体管开关Q32也会导通，而电流路径会经由晶体管开关Q32的体二极管(body diode)而封闭起来。接着晶体管开关Q31截止，升压电感L31所储存的能量会释放出来而电流会经由整流二极管D31向输出电容C31充电，而电流路径会经由晶体管开关Q32的体二极管而封闭起来。在输入交流电压Vin的负半周期间，晶体管开关Q32导通而输入电流流向升压电感L32，借此向升压电感L32充电。此时晶体管开关Q31也会导通，而电流路径会经由晶体管开关Q31的体二极管而封闭起来。接着晶体管开关Q32截止，升压电感L32所储存的能量会释放出来而电流会经由整流二极管D32向输出电容C31充电，而电流路径会经由晶体管开关Q31的体二极管而封闭起来。因此在每个半周期内，一个晶体管以主动开关(active switch)的方式来工作，而另一个晶体管以整流二极管(rectifying diode)的方式来工作。图3的转换器的缺点在于输入交流电压Vin与输出电压的两端之间存在电源跳动(power bounce)，因此共模噪音很大，并且随着输出电容C31的电容值增加，共模噪音会急剧增大。图4显示图3的无桥式功率因子校正转换器的一种变形电路结构。与图3相比较，图4的升压电感L41和L42、晶体管开关Q41和Q42、整流二极管D41和D42，以及输出电容C41的电路配置与工作原理与图3的升压电感L31和L32、晶体管开关Q31和Q32、整流二极管D31和D32，以及输出电容C41相同，在此不加以赘述。特别的，图4的无桥式功率因子校正转换器在输入侧增设了一对辅助二极管D43与D44，其能够有效减少转换器的共模噪音。尽管如此，图4的转换器的升压电感L41和L42由于体积庞大，会造成电路空间使用上的浪费。此外，在输入电压Vin的时间周期内，升压电感L41和L42是交替工作的，因此升压电感L41和L42的利用率很低，同时也限制了功率密度的提升。因此有必要研发一种无桥式功率因子校正转换器，其可降低转换器中的共模噪音并且提升转换器的功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用无桥式升压转换器来实现的功率因子校正电路，其可降低电路中的共模噪音并且提升转换器的功率密度。根据本专利技术的基本结构，其提供功率因子校正转换器，包含升压电感，耦接至交流输入端；开关电路，与该升压电感串联；第一串联整流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率因子校正转换器，其包含：升压电感，耦接至交流输入端；开关电路，与该升压电感串联；第一串联整流电路，具有接面节点，耦接于该升压电感与该开关电路之间；第二串联整流电路，与该第一串联整流电路并联，其具有接面 节点，与该开关电路耦接；以及输出电容，与该第二串联整流电路并联；其中该第一串联整流电路由具有迅速反向恢复特性的整流二极管组成，并且该第二串联整流电路由具有缓慢反向恢复特性的整流二极管组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘腾，辛晓妮，曾剑鸿，应建平，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]