一种消除工频纹波的ＡＣ／ＤＣ变换方法技术

本发明专利技术将ＡＣ／ＤＣ变换的总功率通道分离为主功率通道和辅功率通道。其中主功率通道是一个主功率变换单元，尽可能完成满足要求的主要功率传输，留下工频纹波低谷；辅功率通道将主功率变换单元不能由自身转移的多余能量直接或者通过一个储能变换单元转移给一个储能电容储能，再经由一个填谷变换单元将储能电容的储能适时地转移给由主功率变换单元留下工频纹波低谷，从而实现消除工频纹波的ＡＣ／ＤＣ变换。本发明专利技术显著减少了需要的储能电容容量，彻底消除了工频纹波，电路形式灵活，适应各种功率等级和控制方式，特别适合高功率因素、高可靠性、高功率密度、无电解电容的ＡＣ／ＤＣ变换，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种消除工频纹波的AC/DC变换方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种消除工频纹波的AC/DC变换方法。
技术介绍
目前，包括最简单的二极管整流电路以及较为复杂的无桥PFC变换在内的所有 AD/DC变换，均采用在其直流输出侧并联大容量电容的无源滤波方式，以减少工频倍频纹 波，给负载提供一个较为平稳的输出。然而，现有技术存在以下问题一、大容量滤波电容只能减少工频纹波，并不能消除工频纹波。在对工频纹波有较 高要求的场合，如果采用加大滤波电容容量的方法将迅速增加成本，如果采用后级功率变 换调节的方法也将增加成本并降低效率。二、由于大容量滤波电容储能很大，在开机瞬间可能引起较大的冲击电流，降低了 可靠性；如果采用软启动电路，将增加成本、降低效率。三、目前大容量滤波电容多采用电解电容，由于器件本身的原因，损耗很大，降低 了效率；电解电容的耐温性能和耐冲击电流性能很差，是功率电子产品中最容易损坏的元 件之一，降低了可靠性；电解电容的寿命较短，且随环境温度的升高迅速恶化，已经成为业 界最头疼的问题之一。由于以上原因，业内已经出现若干不使用大容量电解电容的方案，还有若干针对 LED这样的特定负载的无电解电容的方案，但是这些方案要吗是牺牲了输入侧的PFC性能， 要吗是牺牲了输出侧的纹波性能，或者将工频纹波以高频纹波的方式体现，有的方案确实 在一定程度上减少了工频纹波，但是远没有消除，并没有使因交流电过零能量缺失所产生 工频纹波低谷得到充分的补偿。
技术实现思路
本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法是在AC/DC变换总功率通道IN之 后分离为两个功率通道主功率通道和辅功率通道；其中主功率通道是一个主功率变换单 元，辅功率通道依次为一个储能变换单元、一个储能电容和一个填谷变换单元；两个功率通 道最后在总输出端OUT处汇合。所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制、输出主要功率，在其输入侧留下 功率富裕、输出侧留下工频纹波低谷；所述储能变换单元实施与所述主功率变换单元输入 侧互补的功率控制、利用所述功率富裕给储能电容储能，所述填谷变换单元实施与所述主 功率变换单元输出侧互补的功率控制、利用储能电容的释能填补所述工频纹波低谷；实现 消除工频纹波的AC/DC变换。由于本专利技术所述储能电容处于可控环境，与输出滤波完全分离，使得其储能和释 能可以按照需要的工况运行。比如可以采用高压小容量电容储能，与常规滤波电容工况比 较一方面，由于电容储能与电压的平方成正比，电压的提高可以显著提高储能效能，大大减少了需要的电容容量；另一方面，储能电容的输出功率与电容的电压降直接有关，可以不 像常规滤波电容那样受输出纹波波幅的限制，而是更大幅度地释放能量，显著提高了释能 效能，进一步显著减少了需要的电容容量；同时，电容能量释放是受控的，由所述填谷变换 单元根据纹波波谷位置和大小确定，避免了常规滤波电容那样在输出纹波的峰值后的下降 沿不需要释能时就开始释能、待到谷底最需要释能时已经无法释能的不利工况，更进一步 减少了需要的电容容量。事实上，采用本专利技术所述方法，所述储能电容的能量几乎是全部被 利用到最需要的场合。本专利技术所述储能电容也可以采用与输出电压相同或不同电压等级的 电解电容，所需容量大幅度减少并能消除工频纹波。并且，本专利技术所述储能电容也可以采用 诸如超级法拉电容这样的储能元件，利用器件特性优势获得降低成本、改善性能的效果。本专利技术所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制是指在其输入侧要满足总 传输功率的控制要求，必要时也应能够满足功率因素矫正(PFC)的控制要求，在其输出侧 要满足输出电压或者电流控制要求。对所述主功率变换单元而言，要同时满足上述控制要 求，一方面必然会产生不能由自身转移的功率富裕，这部分能量由辅功率通道转移到储能 电容；另一方面也必然会在其输出侧产生因交流电过零能量缺失所形成的工频纹波低谷， 这部分能量缺失由填谷变换单元用取自储能电容的能量予以填补。由于有总传输功率的控 制要求，这两部分能量是平衡的，输出纹波低谷被充分填补。本专利技术所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制还包括在主功率变换单元 和填谷变换单元同时向负载输出能量的情况下，要满足主辅控制要求，即以主功率变换单 元为主、填谷功率单元为辅的功率分配控制策略。本专利技术所述在AC/DC变换总功率通道IN之后分离为两个功率通道是指主功率通 道和辅功率通道可以在交流输入侧就开始分离，也可以是在不可控的二极管整流电路后以 同压或者倍压的方式分离，还可以是在前级为一级可控的总功率变换单元的同一回路直流 输出或者不同回路直流输出上再实施的分离。特别地，如果要满足PFC控制要求，有前级总 功率变换单元时，前级总功率变换单元可以是一个PFC变换；如果没有前级总功率变换单 元或者前级总功率变换单元不是一个PFC变换，则有两种选择如果所述辅功率通道有一 个储能变换单元，则该储能变换单元与主功率变换单元一起协调互补实现PFC控制要求； 如果没有所述储能变换单元，则需要主功率变换单元具备一个与储能电容功率过程对应的 PFC补偿控制策略，实现可能是不完全的PFC控制要求。本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法对其中各个功率变换单元的具体电 路拓扑的依赖性较少，包括整流电路在内的各个功率变换单元可以根据其运行工况灵活地 选择最适应的电路形式；既可以实现非隔离的输出，也能够实现隔离的输出；既可以是输 出电流控制，也可以是输出电压控制。并且，包括各种PFC技术、无桥整流技术、交错控制技 术、软开关技术、组合拓扑技术以及磁集成技术在内的当前电力电子领域最先进的技术均 可能得到应用。在功率等级上也没有限制，不仅适用于LED驱动这样的小功率应用，也适用 于其他功率等级的AC/DC变换。相较于现有技术，本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法显著减少了需要 的储能电容的容量，充分补偿了因交流电过零能量缺失所形成的工频纹波低谷，彻底摆脱 了 AC/DC变换对工频纹波滤波的依赖，且电路形式灵活，适应各种功率等级和控制方式，使 AC/DC变换不使用大容量电解电容成为可能，特别适合高功率因素、高可靠性、高功率密度、无电解电容的AC/DC变换，具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的结构示意图。图2是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种非隔离输 出电路的结构示意图。图3是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种隔离输出 电路的结构示意图。图4是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的结构示意图。图5是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的一种非隔离输 出电路的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和本专利技术的实施方式作进一步详细说明。请参阅图1，是本专利技术一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的结构 示意图。本实施方式在总功率通道IN之后分离为两个功率通道主功率通道a和辅功率通 道b，分别连接到主功率变换单元和储能变换单元，其中主功率变换单元的输出直接连接到 总输出端OUT，储能变换单元的输出连接到储能电容后，再经由填谷变换单元连接到总输出 端OUT。其中，a、b两个功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除工频纹波的ＡＣ／ＤＣ变换方法，其特征在于：在ＡＣ／ＤＣ变换总功率通道ＩＮ之后分离为两个功率通道：主功率通道和辅功率通道；其中主功率通道是一个主功率变换单元，辅功率通道依次为一个储能变换单元、一个储能电容和一个填谷变换单元；两个功率通道最后在总输出端ＯＵＴ处汇合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李义，
申请(专利权)人：李义，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]