高效率低谐波AC/DC转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效率低谐波AC/DC转换器，属于电力电子应用技术领域。其相应原理是转换器从电网上取得电能经过滤波电路1，再送往功率转换部分2，并通过相应的输出电路3得到所想要的直流输出。为了提高效率以及功率密度，功率转换部分2工作于开关状态，并通过控制电路4所形成的闭环系统来进行有效地控制，从而保证系统得到稳定的直流输出。功率转换部分2没有使用桥式整流、滤波电容以及PFC，而是直接使用高频变压器与交流开关串联，这样构成的AC/DC转换器既保证了较高的转换效率，同时也保证了较低的谐波含量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了 一种高效率低谐波AC/DC转换器，属于电力电子应用
该转换器可广泛用于各种电子设备中。
技术介绍
随着电子信息技术的飞速发展，对各种办公自动化设备、电子计算机和家用电器等产品的需求逐年增加。在很多这类电子设备和电器的内部，都需要一个将市电转换为直流的AC/DC电源变换电路，相应结构如图1所示。AC/DC电源变换电路前端部分通常采用全波桥式整流和大容量电容滤波电路。由于大容量滤波电容的存在，整流二极管仅在交流 (AC)输入电压瞬时值超过电容上的电压时，二极管则因反向偏置而截止。其结果是，AC输入电压波形畸变可以忽略，仍然保持正弦波形状，但AC输入电流却发生严重失真，不再为正弦波，而是呈高幅值的窄尖峰脉冲。这样的非正弦电流波形，其基波成分很低，而谐波含量却很高。降低了系统的输入功率因素，为了能很好地提高输入功率因数，便在整流与滤波器间插入了有源功率因数校正，但从整体结构来看便在级联系统中多了一个DC-DC变换器。这便增加了电源系统的复杂程度从而也降低了系统的效率、可靠性等等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种效率高、低谐波(高功率因素)、成本低廉且可靠性高的AC/DC 转换器。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种AC-AD转换器，其电路组成包括滤波单元、功率转换单元、输出电路单元、控制单元，其特征在于从电网取得交流电后，经过滤波单元，再将得到的电压送往功率转换单元， 再经输出电路单元处理得到直流输出电压Vo。所述的滤波单元由输入保险丝F1、输入电容Cl、输入扼流圈Tl、输出电容C2构成， 其中Tl的绕组nl、n2的匝数相等，绕向相同，构成共模扼流圈；所述的功率转换单元由高频变压器T2、交流开关构成； 所述的高频变压器T2，次级采用三端中心抽头，且中心抽头接地。所述的交流开关由两个参数一致的N沟道增强型MOS管其源源(S)相接，栅栅(G)相接构成，当交流开关导通时，Q1、Q2均导通，当处于正半周时，电流流向为 3-7-D-S-S-D-4 ；当处于负半周时，电流流向为4-D-S-S-D-7-3 ；所述的输出电路单元包有全波整流部分和低通滤波部分构成； 所述的全波整流部分由2个肖特基二极管共阴极连接、阳极分别与高频变压器T2两端连接构成；所述的低通滤波部分为C3、C4以及扼流圈Ll构成的π型滤波器；所述的控制电路单元由采样电路部分、控制信号部分、系统电源部分构成，系统电源采用隔离电源为控制单元供电，采样电路部分通过光电耦合进行采样，再将采样回来的电压送信号部分处理改变输出驱动波形的PWM波的占空比，控制交流开关动作，使输出电压Vo 达到预设定的值。本发 明具有以下有益效果一、将工频变压器替换为高频变压器，所以具有较高的转换效率；二、由于在交流模式下使用推挽结构，因为交流本身所具有的轴对称性及中心对称性， 所以高频变压器不会发生磁偏问题；三、具有较高的输入功率因素；四、电路结构简单，系统稳定性较好；五、采用了隔离电源作为系统电源，不必考虑驱动设计。附图说明图1所示为一般AC/DC转换器系统框图； 图2所示为本专利技术系统框图3所示为交流电网输入电压波形图4所示为低通滤波部分电路原理图5所示为输入低通滤波器输出电压波形图6所示为高频变压器结构图7所示为功率转换部分原理图8所示为高频变压器初级端电压波形图9所示为高频变压器次级端8、9电压波形图10所示为高频变压器次级端8、10电压波形图11所示为高频变压器次级端9、10电压波形图12所示为输出电路电路原理图13所示为输出电路中经高频整流后的电压波形图14所示为转换器最终输出直流电压波形图15所示为控制部分中采样电路部分电路原理图16所示为控制部分中采样所得的电压波形图17所示为控制部分结构框图18所示为控制部分中基准源电压波形图19所示为控制部分中电压比较器的输出电压波形图20所示为控制部分中误差放大器的输出电压波形图21所示为控制部分中三角波发生器的电压波形图22所示为控制部分中控制信号PWM波生成原理；图23所示为控制部分中生成的PWM波波形图24所示为控制部分中生成的PWM波波的电压分布图25所示为控制部分中驱动部分反相后的PWM波波形图26所示为控制部分中经过驱动电路的最终输出驱动波形图；图27所示为集成控制电路的内部结构框图； 图28所示为集成控制电路的引脚分布图； 图29所示为系统电源(隔离)电路原理图； 图30所示为系统电源(隔离)输出电压波形图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术采用以下技术方案系统框图如图2所示。从电网中取得电能后，经过低通滤波器，再将得到的电压送往功率变换部分，此功率变换部分由一个高频变压器初级和一个交流开关串联而成。高频变压器次级为中心抽头三端输出，将输出的电压用肖特基二极管进行全波整流后再进行低通滤波得到需要的直流输出。由交流开关的导通时间来控制输出电压大小，此交流开关的控制由控制电路部分来完成，为了保证系统的稳定，这里使用了闭环控制。通过光电耦合进行采样。再将采样回来的电压送往比较器电路从而来改变控制器的输出，即改变输出驱动波形的PWM波的占空比。考虑到交流开关工作的特殊模式，整个控制电路部分的电源由一个隔离的系统来源来提供。上述系统主要由滤波部分、功率转换、输出电路、控制电路部分构成。滤波部分电路原理如图4所示，图3为滤波部分输入端电压波形图，图5为滤波部分输出端电压波形图。此部分由输入保险丝F1、输入电容Cl、输入扼流圈Tl、输出电容C2构成。低通滤波回路是开关电源输入的“大门”，电网电力就是经低通滤波进入的。置输入滤波器电路有两个作用第一，防止输入电源窜入噪声干扰，同时还要抑制浪涌电压、尖峰电压的进入；第二，阻止、限制开关电源所产生的噪声，高频电磁干扰信号通过输入电线反馈进入电网。因为噪声的限制更为重要，故一般电路结构主以后者为对象。功率转换电路原理如图7所示，此部分由高频变压器与交流开关构成。(1)高频变压器部分高频变压器的结构图如图6所示。高频变压器工作时输入端的波形如图8所示。上部分中最重要的是对高频变压器的设计，特别是对磁性材料的选择。选用磁性材料时，要选用可饱和的磁性材料。这种材料具有良好的开关特性，可产生优良的振荡波形，并要求磁芯具有近似矩形的磁滞回线。这样的磁性材料的磁滞回线有明显的饱和点和饱和段，而且具有良好的对称性。近似矩形的磁滞回线可使线圈中的电流波形前后沿陡峭， 能很好地传递各种波形电信号。如果磁芯的S形曲线在B方向上被压扁，将严重影响变压器的振荡波形，导致开关晶体管温升加剧。EE磁芯是一种常用磁芯，对于中小功率的变压器来说也很适合。磁芯面积的大小将决定开关电源的功率。一般来说，磁芯面积越大，输出功率也越大。我们这里使用EE磁芯。当然，在高频变压器(T2)上的电压V、频度f、线圈匝数N、铁芯的截面积A以及最大磁通密度Bm之间有如下关系V=4*f*N*A*Bm.变压器匝数、 线径、绕法等对应不同的功率设计也不尽相同，在此不再论述。(2)交流开关部分如图7所示，该图中，QU Q2是为N沟道增强型MOS管，DU D2是其内部寄生的晶体二极管。由于在半导体元件中使用了N沟道的金属氧化物场效应管。因为此半导体器件为双向器件，所以当其一侧被控本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＡＣ－ＡＤ转换器，其电路组成包括滤波单元、功率转换单元、输出电路单元、控制单元，其特征在于：从电网取得交流电后，经过滤波单元，再将得到的电压送往功率转换单元，再经输出电路单元处理得到直流输出电压Ｖｏ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤江，石玉，钟慧，张灵迪，施华虎，王京川，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90