一種無電解電容并聯反激式PFC變換器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種無電解電容并聯反激式PFC變換器，所述反激式PFC變換器組成如下：EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器“+”和“-”端分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變壓副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極；其特征在于：所述的并聯反激式PFC變換器只在輸出端并聯，而輸入端分別連接兩個獨立交流源；兩個獨立交流源能夠提供頻率、幅值相同且在線性頻率上相差90度相位角的電壓，使得輸入功率波動最小，從而用薄膜電容或陶片電容取代用來平抑輸入輸出功率的電解電容，延長了變換器的壽命和減小了變換器的體積。

【技術實現步驟摘要】

本技術是由反激式變換器、PFC電路及濾波電容構成的一種無電解電容并聯反激式PFC變換器，屬于功率因數校正

技術介紹
電力電子技術的迅猛發展以及大量電力電子設備的使用在給生產發展帶來巨大動力的同時，也給電網帶來了嚴重的諧波污染。解決電力電子設備諧波污染的方法主要有兩種:一是對電網實施諧波補償；二是在電力電子設備中加入功率因數校正電路。比較而言，后者能夠主動消除諧波源，更有實際意義。功率因數校正(PFC)變換器可以降低輸入電網電能的諧波含量，提高輸入電網電能的功率因數，已得到廣泛應用。PFC變換器可以分為有源和無源兩種方式，相對于無源來說，有源方式具有輸入功率因數高、體積小、成本低等優點。有源PFC變換器可以采用多種電路拓撲和控制方法，根據電感電流是否連續，可將其分為三種工作模式，即電感電流連續模式(CCM)，電感電流臨界連續模式(CRM)，電感電流斷續模式(DCM)。由于在PFC變換器中，輸入功率存在2倍工頻波動，而輸出功率是恒定的，因此需要儲能電容來平衡輸入功率和輸出功率的功率差。在相同的電壓和容值下，與薄膜電容、陶片電容等其他種類的電容相比，電解電容的體積和成本相對較小，且所需的儲能電容的容值一般都比較大，因此通常選用電解電容作為儲能電容。但是電解電容也存在一定局限性，其壽命有限，是電源系統中壽命最短的元器件，也是電源失效或短壽的主要原因。減小輸入端功率波動的傳統方式主要有：1)在輸入功率因數滿足一定要求時，向輸入電流中注入一定量的諧波，減小輸入端的功率波動；2)在輸出端并聯一個雙向變換器，平衡輸入端的功率波動。本技術的初衷就是利用兩個獨立交流源在線性頻率上交錯90度輸入，平抑輸入輸出功率波動，濾波電容用容值較小的薄膜電容或陶片電容取代容值較大的電解電容。
技術實現思路
本技術的目的主要有：消除輸入端的功率波動，采用薄膜電容或陶片電容來濾除高頻紋波。為了實現上述目的，本技術采用如下技術方案，本技術包括兩個反激式PFC變換器和一個輸出濾波電容，反激式PFC變換器由EMI濾波器、單相整流橋、MOS管、高頻變壓器及二極管組成，EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器“+”和“-”端分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變壓副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極；其特征在于，所述的兩個反激式PFC變換器只在輸出端并聯，而輸入端分別連接兩個獨立交流源，所述的輸出濾波電容為薄膜電容或陶片電容；所述的兩個獨立交流源輸出電壓滿足頻率、幅值相同且在線性頻率上相差90度相位角。本技術的有益效果在于：不需要儲能電容來平抑輸入輸出功率，從而用薄膜電容或陶片電容取代電解電容，延長了變換器的壽命和減小了變換器的體積。附圖說明圖1為一種無電解電容并聯反激式PFC變換器；圖2為一種無電解電容并聯反激式PFC變換器穩定工作電流波形。附圖標記說明：1)圖1標記說明：vin1、vin2為兩個獨立交流源；EMIFilter1、EMIFilter2為輸入濾波器；RB1、RB2為單相整流橋；Q1、Q2為MOS管；T1、T2為高頻變壓器；D1、D2為二極管；Co為輸出濾波電容；RL為阻性負載；iin1、iin2為輸入端第一相電流和第二相電流；vg1為整流橋(RB1)的輸出電壓；vg2為整流橋(RB2)的輸出電壓；ip1為高頻變壓器(T1)原邊電流；ip2為高頻變壓器(T2)原邊電流；高頻變壓器(T1、T2)變比都為n:1；Lp1、Ls1為高頻變壓器(T1)原邊和副邊電感值；Lp2、Ls2為高頻變壓器(T2)原邊和副邊電感值；iD1、iD2分別為功率二極管(D1、D2)的電流；iD為兩個功率二極管的電流之和；iC為流向電容(Co)的電流；io為流向負載(RL)的電流；Vo為變換器輸出電壓。2)圖2標記說明：ip1為高頻變壓器(T1)原邊電流；ip1_pk為電流ip1的包絡線；ip1_av為電流ip1的平均電流；ip2為高頻變壓器(T2)原邊電流；ip2_pk為電流ip2的包絡線；ip2_av為電流ip2的平均電流；is1為高頻變壓器(T1)副邊電流；is1_pk為電流is1的包絡線；is2為高頻變壓器(T2)副邊電流；is2_pk為電流is2的包絡線；is_av為高頻變壓器(T1、T2)副邊電流ip1_av與ip2_av之和。具體實施方式以下結合附圖對本
技術實現思路
進行詳細說明。本技術具體連接如下：兩個獨立交流源分別連接到兩個反激式PFC變換器的EMI濾波器輸入端；兩個EMI濾波器輸出端分別連接到整流橋(RB1、RB2)輸入端；整流橋(RB1)的“+”端與高頻變壓器(T1)的原邊同名端連接；整流橋(RB2)的“+”端和高頻變壓器T2的原邊同名端連接；整流橋(RB1)的“-”端和MOS管(Q1)源極連接；整流橋(RB2)的“-”端和MOS管(Q2)的源極連接；MOS管(Q1)的漏極與高頻變壓器(T1)原邊異名端連接；MOS管(Q2)的漏極與高頻變壓器(T2)原邊異名端連接；高頻變壓器(T1)與高頻變壓器(T2)副邊異名端都接地，同名端分別二極管(D1、D2)的陽極；二極管(D1、D2)的陰極、輸出濾波電容Co一端及負載的一端相連；輸出濾波電容的另一端和負載的另一端接地。本技術是基于高頻變壓器在電感電流斷續模式下工作的，設兩個獨立交流源輸出電壓滿足頻率、幅值相同且相位不同步，表達式如下(參考圖1)：vin1＝Vmsinωt(1)當PFC變換器獲得單位輸入功率因數時，輸入電流和輸入電壓同相位的正弦波，電流表達式如下：iin1＝Imsinωt(3)根據式(1)-(4)，可以推導出瞬時輸入功率的表達式：pin1＝Pin(1-cos2ωt)(5)pin=VmIm2---(7)]]>假設變換器是沒有功率損耗的理想器件，變換器的輸出功率等于輸入功率。基于這個假設，經過輸出側電流iD可看作是功率二極管的電流iD1、iD2的疊加：iD1=PinVo(1-cos2ωt)---(8)]]>根據式(8)、(9)，可以很明顯地看出來，電流iD1、iD1包含一個直流成分和一個2倍倍頻的正弦諧波電流。如果直接驅動負載，負載端電壓將包含大量兩倍頻電壓，傳統的方法是通過容值較大的電解電容來平衡線性波動的電壓。在本技術中，變換器是由兩個獨立交流源供電，通過在線性頻率上錯開一定的相位角來可以消除輸入功率的波動。從式(10)可以明顯地看出來，當時，輸出電流只含有直流成分。并聯反激式PFC變換器分析：當變換器運行在電流斷續模式時，假設變換器開關頻率遠高于線頻率，在一個開關周期內，輸入電壓認為是恒定值。當開關開通時，高頻變壓器原邊電流從零線性增加，當開關關斷時，達到電流達到峰值。在一個開關周期內，每相電流的峰值和平均值分別為(參考圖2)：ip1_pk=Vm|sinωt|DyLpfs---(11)]]>ip1_av=Vm|sin&o本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無電解電容并聯反激式PFC變換器，所述并聯反激式PFC變換器，包括兩個反激式PFC變換器和一個輸出濾波電容，反激式PFC變換器由EMI濾波器、單相整流橋、MOS管、高頻變壓器及二極管組成，EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器“+”和“?”端分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變壓副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極；其特征在于，所述的兩個反激式PFC變換器只在輸出端并聯，而輸入端分別連接兩個獨立交流源，所述的輸出濾波電容為薄膜電容或陶片電容。

【技術特征摘要】
1.一種無電解電容并聯反激式PFC變換器，所述并聯反激式PFC變換器，包括兩個反激式PFC變換器和一個輸出濾波電容，反激式PFC變換器由EMI濾波器、單相整流橋、MOS管、高頻變壓器及二極管組成，EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器“+”和“-”端分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于東升，王龍，朱虹，楊杰，張勇，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32