交流到直流电力变换器及变换方法技术

一种ＡＣ到ＤＣ电力变换器只使用一个电源开关，只一个磁性元件，只一个控制回路，和一个储能电容器，可改善功率因数校正和效率。仅有的磁性元件是一变压器，具有第一初级绕组，第二初级绕组和至少一次级绕组。在ＡＣ输入电流周期的第一时间间隔期间，第二初级绕组用先前存储在储能电容器中的能量来激励。在ＡＣ输入电流周期的第二时间间隔期间，第一初级绕组是用流过ＡＣ输入端子的输入电流的能量来激励。降低了输入电流谐波的大小。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及AC到DC(交流到直流)变换器。接收来自AC输电线的电力的AC到DC变换器通常将正弦波(AC)电源电压进行整流，并将能量储存在一电容器中。该电容器通常充电至峰值电源电压，使得电流只在输入电压的峰值附近流入电源。这使得输入到电源的电流波形成为基波供电频率和基波供电频率的整数倍(谐波)的组合。这些谐波输入电流幅值可以占基波输入电流幅值的相当大的百分比。因此，谐波输入电流会产生畸变，这种畸变会影响与电源线连接的其它敏感器件；或者会产生畸变，其会累积在配电网元件上，给这些元件带来不希望的压力。通常被称作“功率因数校正”(PFC)技术的各项技术可用来通过将输入电流改变成近似正弦波来降低输入电流的谐波含量。然而，这种功率因数电路通常是复杂的。附图说明图1(现有技术)是一种这样的功率因数校正电路的简图。一种升压变换器包括一电感器1，高频开关2，二极管3，电流敏感电阻(current senseresistor)4，和控制电路5，该升压变换器设置在电力线端子6和储能电容器7之间。控制电路5调制开关2的导通，以便将输入电流整形为近似正弦波。独立的DC到DC变换器包括变压器8，高频开关9，控制电路10，和输出整流器11，其将储能电容器7用作为电压源，并将电容器上的电压变换为可使用的DC输出电压电平，该电平可提供到输出端子12上。DC到DC变换器的控制电路10调制开关9的导通，以提供对输出电压的调节(regulation)。虽然这些现有技术的功率因数校正电路对于许多应用可令人满意地工作，然而，两个分别的开关2和9和两个分别的控制电路5和10却增加了复杂性和成本。另外，许多应用并不需要几乎完全消除谐波，而只是需要将谐波降低到工业标准所确定的值以下。因此，人们试图寻求一种较便宜的AC到DC变换器，其可得到具有降低了的谐波的输入电流，从而不需要两个控制电路和两个开关。本专利技术的目的即在于提供一种AC到DC变换器，其可得到具有降低了的谐波的输入电流，且复杂性和成本都降低了。本专利技术提供一种AC到DC功率变换器，其可获得大于80％的功率因数校正，其只用一个电源开关，只一个磁性元件，只一个控制回路，和一个电容器便可达到75％以上的效率。其仅有的磁性元件是一变压器，其具有第一初级绕组，第二初级绕组，和至少一次级绕组。在AC输入电流周期的第一时间间隔期间中，第二初级绕组是由先前存储在一储能电容器中的能量来激励的。在第二时间间隔期间中，第一初级绕组是由流经AC输入端子的输入电流能量来激励的。因此，AC到DC电力变换器在输入电压达到峰值的时间点以前一段延伸的时间期间得到输入电流，并且在输入电压达到峰值的时间点以后一段延伸的时间期间也得到输入电流。因此，采用只有一个磁性元件的AC到DC电力变换器可降低与基波输入电流相关的输入电流谐波的幅值。为了滤去交流声(ripple)和/或噪声，可增加一附加磁性元件或多个元件。图1(现有技术)是具有两个开关和两个控制电路的功率因数校正电路的简化示意图；图2是按照本专利技术一实施例的电力变换器的简化示意图；图3是表示图2电力变换器工作的简化波形图；图4-7是表示流入图2电力变换器中的电流流动的简化图；图8是按照本专利技术特定实施例的详细电路图；图9A一9I是各种其它实施例的简化图。图2是本专利技术的一电力变换器100的简化图，其将输入端子101上所接收的交流电变成输出端子102上所输出的直流电。电力变换器100包括初级电路103，次级电路104，和控制电路105。桥式整流器二极管106-109将从AC电源线输入端101上所接收的AC电压进行整流。电力变换器100只包括一个电源开关元件(大功率场效应晶体管110)和只一个磁性元件(电源变压器111)。电源变压器包括两个初级绕组112和113和一个次级绕组114。初级绕组112具有N1匝，初级绕组113具有N2匝和次级绕组114具有N3匝。初级电路的二极管115-117确定在电源开关110导通时激励哪个初级绕组。储能电容器118在电源电压较低时提供能量以运行电力变换器。次级电路104包括整流器电路119和120，用以对流自变压器次级114的电流进行整流。控制电路105控制开关110的接通时间，以保持在输出端子102上有受控的DC电压。控制电路105可以用可变频率、可变工作循环(duty cycle)、或两者都用来驱动开关110。在一实施例中，控制电路105是Unitrode的UC 3843集成电路，其管脚2连接于输出端子102上，管脚6则连接到开关110的控制极上。图3是表示图2电力变换器工作的简化波形图。电力变换器100的工作将结合四种工作模式进行描述。开关110在每种工作模式下接通和断开许多次。在模式一中，能量从储能电容器118经变压器111传送给连接于输出端子102的负载(未示出)。然后在模式三中，从储能电容器118耗掉的能量在下一个模式一期间之前恢复。如上所述，开关110在模式一中接通和断开多次。图4描绘出了开关110在模式一中接通时的电流流动，并且图5描绘出了开关110在模式一中断开时的电流流动。二极管106-109对输入电压正弦波VIN进行整流，使得图3中所示的整流输入电压VR出现在结点121上。图2中的虚线接地符号表示图3电压波形的地基准。模式一的初始条件是，在绕组113两端所感应的电压VY等于储能电容器118上的电压VC，即VY＝VC＝VR/(N1/N2)(式1)其中VY是在模式2，3，和4中在开关110接通期间在绕组113两端所感应的电压(结点124上的电压)，其中VC是电容器118上的电压(结点123上的电压)，其中VR是整流后的输入电压(结点121上的电压)，和其中N1/N2是绕组112与绕组113的匝数比。为了简明而清楚地分析和说明，可将二极管视为理想二极管，其没有正向二极管电压降。在式1的条件出现以后，整流的输入电压VR持续降低，并且电容器118上的电压VC保持相对大的电压。因此，二极管116导通，并且绕组113在开关110如图4所示接通时由在储能电容器118上的电压来激励。因此，在模式一中储能电容器118中的能量在开关110接通时被消耗。在模式一期间中，输出电流ILOAD在开关110接通时由次级电路的电容器120来提供。图5表示在开关110断开时以模式1的电流流动。由于将开关110断开，在次级114感应出电流，其经正向偏置二极管119对输出电容器120充电。由于在开关110如图4中所示接通时电容器118将能量提供给绕组113，并且由于在开关如图5中所示断开时电容器118未再被充电，所以电容器118上的电压VC在模式一中降低。该VC的降低(如图3中所示)具有由平均放电电流所确定的近似线性的斜率。对于多次开关循环平均的平均放电电流IDIS由下式给出IDIS＝ILOAD·VOUT/VC＝C118·dVC/dt(式2)其中ILOAD是经输出端子102所提供的平均负载电流，其中VOUT是在输出端子102两端的DC电压幅值，和其中C118是储能电容器118的电容量。在模式一中控制电路105改变开关110接通和断开次数的工作循环，以计及电容器118上的电压降低，并用以保持恒定的能量流至绕组113中。如图3中所示，在模式一中，整流的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有ＡＣ输入电流端子的ＡＣ到ＤＣ电力变换器，包括：变压器，其具有第一初级绕组，第二初级绕组和次级绕组；电源开关；储能电容器；和用以控制所述电源开关的装置，使得所述第二初级绕组在第一时间间隔用先前存储在所述储能电容器中的能 量来激励，并使得所述第一初级绕组在第二时间间隔用流过所述ＡＣ输入电流端子的电流能量来激励。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：何民信，李震锋，蔡富生，潘毅杰，
申请(专利权)人：计算机产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]