【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器及其控制方法，是一种电能高效变换/开关电源技术，属于电力电子/新能源。
技术介绍
1、单级pfc(power factor correction)变换器，是一种交流输入/直流输出的开关变换器；其功能是仅由一次功率变换即可稳定所需的直流输出量，同时实现交流侧的功率因数校正。所谓功率因数校正(pfc)，即是输入的交流电流跟踪交流电压，使它们波形一致相位相同，从而达到高功率因数。
2、目前，pfc(power factor correction)变换器一般为非隔离型，常用的有boost(升压)拓扑、buck(降压)拓扑、升降压拓扑以及图腾柱拓扑。而隔离型的单级pfc变换器，大都采用反激式拓扑，也有半桥式等拓扑。反激式拓扑属于单端变换，所传输的功率不能太大，一般适合于小功率应用。半桥式等拓扑虽然能够应用于中大功率，但是，由于工频整流桥的存在，导致大功率应用时整流损耗较大。
3、上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不表示上述都是现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是，克服上述现有技术的不足，提出一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器及其控制方法。该变换器是一种隔离型单级pfc变换器，输入与输出隔离，稳定直流输出且实现高功率因数。该变换器是一种无工频整流桥的ac-dc电路，采用全桥拓扑，属于双端变换，能传输大功率，并且提高效率降低成本。该变换器包括单变压器和双变压器两种技术方案，相应的控制方法也
2、本专利技术的技术方案如下。
3、一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，有两种技术方案；第一种是单变压器方案，第二种是双变压器方案。两种技术方案具有相同的输入滤波电路和变换桥。
4、输入滤波电路含有共模与差模电感和x电容、y电容，具有两个交流输出端。
5、变换桥含有开关管q1、q2、q3、q4，为全桥拓扑具有两个桥臂，开关管q1和q2构成第一桥臂，开关管q3和q4构成第二桥臂。开关管q1漏极和q2源极相连作为节点v1，开关管q3漏极和q4源极相连作为节点v2；开关管q2和q4漏极相连作为变换桥的正端vd，开关管q1和q3源极相连作为变换桥的地端gnd。
6、单变压器方案包含输入滤波电路、电容网络、变换桥、变压器、整流器和滤波器，它们依次连接。交流电源ua连接输入滤波电路，输入滤波电路的两个交流输出端提供稳定的交流电压；滤波器将滤除高频纹波的直流电压作为变换器的输出而供给负载。
7、电容网络包括电容cd、cs、c1、c2，它们都采用容量较小的薄膜电容而非大容量的电解电容，尤其是cd。电容cd的两端分别连接变换桥的正端vd和地端gnd，电容cs的两端分别连接输入滤波电路的两个交流输出端；电容c1和c2的一端连接输入滤波电路的一个交流输出端而作为节点vs，电容c1另一端连接变换桥的地端gnd，电容c2另一端连接变换桥的正端vd，变换桥的节点v2连接滤波电路的另一个交流输出端。或者去掉电容c1和c2，或者去掉电容cs，或者去掉电容cd，以简化电路降低成本，但各个电容的纹波电流会发生变化。
8、变压器具有原边绕组np和至少一个副边绕组ns。原边绕组np具有两端，副边绕组ns具有两端和中间抽头、或者去掉中间抽头。
9、原边绕组np一端连接电容网络的节点vs、另一端连接变换桥的节点v1。副边绕组ns两端分别连接整流器的两个交流输入端；当整流器采用全波整流拓扑时，ns的中间抽头作为整流器的正输出端或者负输出端；当整流器采用全桥整流拓扑时，则去掉ns的中间抽头。
10、整流器采用全波整流拓扑或者全桥整流拓扑，具有正输出端、负输出端和两个交流输入端。
11、全波整流拓扑包括二极管d1、d2，其连接方式有两种。第一种连接方式称作共阴极连接，即是二极管d1、d2的阴极连接在一起作为整流器的正输出端，二极管d1的阳极和d2的阳极作为整流器的两个交流输入端，变压器副边绕组ns的中间抽头作为整流器的负输出端。第二种连接方式称作共阳极连接，即是二极管d1、d2的阳极连接在一起作为整流器的负输出端，二极管d1的阴极和d2的阴极作为整流器的两个交流输入端，变压器副边绕组ns的中间抽头作为整流器的正输出端。
12、全桥整流拓扑包括二极管d1、d2、d3、d4，二极管d1的阳极与d2的阴极相连作为整流器的一个交流输入端，二极管d3的阳极与d4的阴极相连作为整流器的另一个交流输入端，二极管d1、d3的阴极相连作为整流器的正输出端，二极管d2、d4的阳极相连作为整流器的负输出端。
13、滤波器包括滤波电感lo1、lo2和滤波电容co，构成四端网络，具有正输入端、负输入端和正输出端、负输出端。滤波电感lo1的两端分别作为滤波器的正输入端和正输出端，滤波电感lo2的两端分别作为滤波器的负输入端和负输出端；滤波电容co的正极和负极分别连接滤波器的正输出端和负输出端。滤波电感lo1和lo2独立或者耦合，或者去掉lo1或者去掉lo2，以简化电路；当去掉lo1时则滤波器的正输入端和正输出端直接相连，当去掉lo2时则滤波器的负输入端和负输出端直接相连。或者去掉滤波电容co，以适用于电流源模式输出。当保留co时，则为电压源模式输出。
14、滤波器的正输入端和负输入端分别连接整流器的正输出端和负输出端，滤波器的正输出端和负输出端分别作为该变换器的输出正端+vo和输出负端-vo。
15、对于单变压器方案，为了降低成本(但损耗增加)，能够用二极管d01、d02分别替换变换桥的开关管q3、q4，或者用单向晶闸管s1、s2分别替换变换桥的开关管q3、q4；替换规则为，二极管或者单向晶闸管的阳极和阴极分别对应开关管的源极和漏极。同时保留电容网络的电容c1和c2，电容c1和c2的一端共同连接节点vs或者变换桥的节点v2，电容c1和c2的另一端分别连接变换桥的地端gnd和正端vd。
16、双变压器方案包含输入滤波电路、电容网络、变换桥、第一变压器、第二变压器、整流器x、整流器y、一个滤波器或者两个滤波器，即滤波器x和滤波器y。交流电源ua连接输入滤波电路，输入滤波电路的两个交流输出端提供稳定的交流电压。整流器x和整流器y分别连接滤波器x和滤波器y，形成两组输出；或者，整流器x与整流器y以组合方式共同连接一个滤波器，形成一组输出。
17、电容网络包含电容cs、cd、c1、c2、c3、c4，它们都采用容量较小的薄膜电容而非大容量的电解电容，尤其是cd。电容cs的两端分别连接输入滤波电路的两个交流输出端，电容cd的两端分别连接变换桥的正端vd和地端gnd；电容c1和c3的一端连接输入滤波电路的一个交流输出端而作为节点vs1，电容c2和c4的一端连接输入滤波电路的另一个交流输出端而作为节点vs2，电容c1和c2的另一端连接变换桥的地端g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，为单变压器方案，包含输入滤波电路(1)、电容网络(2)、变换桥(3)、变压器(4)、整流器(5)和滤波器(6)，它们依次连接；输入滤波电路(1)含有共模与差模电感和X电容、Y电容，具有两个交流输出端；交流电源Ua连接输入滤波电路(1)，输入滤波电路(1)的两个交流输出端提供稳定的交流电压；滤波器(6)将滤除高频纹波的直流电压作为变换器的输出而供给负载；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：在单变压器方案中，用二极管D01、D02分别替换变换桥(3)的开关管Q3、Q4，或者用单向晶闸管S1、S2分别替换变换桥(3)的开关管Q3、Q4，替换规则为，二极管或者单向晶闸管的阳极和阴极分别对应开关管的源极和漏极；同时保留电容网络(2)的电容C1和C2，电容C1和C2的一端共同连接电容网络(2)的节点Vs或者连接变换桥(3)的节点V2，电容C1和C2的另一端分别连接变换桥(3)的地端GND和正端Vd。
3.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其
4.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：基于单变压器方案有两种衍生电路；第一种衍生电路是，变压器(4)的原边绕组Np并联电感Lr，电感Lr的自感量远小于原边绕组Np的自感量；第二种衍生电路是，在变压器(4)之原边绕组Np的位置加入电感Lr，而原边绕组Np串联电容Cr，具体连接方式为：电感Lr的两端分别连接变换桥(3)的节点V1和电容网络(20)的节点Vs，原边绕组Np一端连接变换桥(3)的节点V1、另一端连接电容Cr的一端，电容Cr另一端连接变换桥(3)的节点V2或正端Vd或地端GND、或者连接电容网络(20)的节点Vs。
5.一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，为双变压器方案，包含输入滤波电路(1)、电容网络(20)、变换桥(3)、第一变压器(41)、第二变压器(42)、整流器X(51)、整流器Y(52)、一个滤波器(6)或者两个滤波器，即滤波器X(61)和滤波器Y(62)；输入滤波电路(1)含有共模与差模电感和X电容、Y电容，具有两个交流输出端；交流电源Ua连接输入滤波电路(1)，输入滤波电路(1)的两个交流输出端提供稳定的交流电压；其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：整流器X(51)连接滤波器X(61)构成该变换器的第一输出，整流器Y(52)连接滤波器Y(62)构成该变换器的第二输出；具体说明：整流器X(51)的正输出端和负输出端分别连接滤波器X(61)的正输入端和负输入端，滤波器X(61)的正输出端和负输出端分别作为第一输出的正端+Vo1和负端-Vo1；整流器Y(52)的正输出端和负输出端分别连接滤波器Y(62)的正输入端和负输入端，滤波器Y(62)的正输出端和负输出端分别作为第二输出的正端+Vo2和负端-Vo2；第一输出和第二输出能够独立或者并联或者串联供给负载。
7.根据权利要求5所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：整流器X(51)与整流器Y(52)以组合方式共同连接滤波器(6)而构成一组输出，滤波器(6)的正输出端和负输出端分别作为该变换器输出的正端+Vo和负端-Vo；组合方式分为并联组合与串联组合；并联组合为，整流器X(51)和整流器Y(52)的正输出端共同连接滤波器(6)的正输入端，整流器X(51)和整流器Y(52)的负输出端共同连接滤波器(6)的负输入端；串联组合为，整流器X(51)的负输出端连接整流器Y(52)的正输出端，整流器X(51)的正输出端和整流器Y(52)的负输出端分别连接滤波器(6)的正输入端和负输入端。
8.根据权利要求5所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：在双变压器方案中，用开关管替换整流器X(51)和整流器Y(52)中的二极管，替换规则为，开关管的源极和漏极分别对应二极管的阳极和阴极。
9.根据权利要求5所述的一种无桥隔离型AC-DC单级PFC变换器，其特征在于：基于双变压器方案有两种衍生电路；第一种衍生电路是：第一变压器(41)的原边绕组Np1并联电感Lr1，电感Lr1的自感量远小于原边绕组Np1的自感量；第二变压器(42)的原边绕组Np2并联电感Lr2，电感Lr2的自感量远小于原边绕组Np2的自感量；第二种衍生电路是：在第一变压器(41)之原边绕组Np1的位置加入电...
【技术特征摘要】
1.一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，为单变压器方案，包含输入滤波电路(1)、电容网络(2)、变换桥(3)、变压器(4)、整流器(5)和滤波器(6)，它们依次连接；输入滤波电路(1)含有共模与差模电感和x电容、y电容，具有两个交流输出端；交流电源ua连接输入滤波电路(1)，输入滤波电路(1)的两个交流输出端提供稳定的交流电压；滤波器(6)将滤除高频纹波的直流电压作为变换器的输出而供给负载；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，其特征在于：在单变压器方案中，用二极管d01、d02分别替换变换桥(3)的开关管q3、q4，或者用单向晶闸管s1、s2分别替换变换桥(3)的开关管q3、q4，替换规则为，二极管或者单向晶闸管的阳极和阴极分别对应开关管的源极和漏极；同时保留电容网络(2)的电容c1和c2，电容c1和c2的一端共同连接电容网络(2)的节点vs或者连接变换桥(3)的节点v2，电容c1和c2的另一端分别连接变换桥(3)的地端gnd和正端vd。
3.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，其特征在于：在单变压器方案中，用开关管替换整流器(5)中的二极管，替换规则为，开关管的源极和漏极分别对应二极管的阳极和阴极。
4.根据权利要求1所述的一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，其特征在于：基于单变压器方案有两种衍生电路；第一种衍生电路是，变压器(4)的原边绕组np并联电感lr，电感lr的自感量远小于原边绕组np的自感量；第二种衍生电路是，在变压器(4)之原边绕组np的位置加入电感lr，而原边绕组np串联电容cr，具体连接方式为：电感lr的两端分别连接变换桥(3)的节点v1和电容网络(20)的节点vs，原边绕组np一端连接变换桥(3)的节点v1、另一端连接电容cr的一端，电容cr另一端连接变换桥(3)的节点v2或正端vd或地端gnd、或者连接电容网络(20)的节点vs。
5.一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，为双变压器方案，包含输入滤波电路(1)、电容网络(20)、变换桥(3)、第一变压器(41)、第二变压器(42)、整流器x(51)、整流器y(52)、一个滤波器(6)或者两个滤波器，即滤波器x(61)和滤波器y(62)；输入滤波电路(1)含有共模与差模电感和x电容、y电容，具有两个交流输出端；交流电源ua连接输入滤波电路(1)，输入滤波电路(1)的两个交流输出端提供稳定的交流电压；其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种无桥隔离型ac-dc单级pfc变换器，其特征在于：整流器x(51)连接滤波器x(61)构成该变换器的第一输出，整流器y(52)连接滤波器y(62)构成该变换器的第二输出；具体说明：整流器x(51)的正输出端和负输出端分别连接滤波器x(61)的正输入端和负输入端，滤波器x(61)的正输出端和...
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