可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種與現行的LLC諧振模式、移相全橋軟開關模式完全不一樣的且適于雙極型晶體管應用的軟開關模式的可調輸出功率的有源PFC?+橋式軟開關功率變換器，特別是中、大功率的高效開關電源，由可調輸出功率的有源PFC及功率變換器構成；可調輸出有源PFC用于PFC控制并調節輸出功率，功率變換器用于PFC至負載的能量轉換及隔離，輸出采樣反饋至有源PFC。優點：一是實施成本低，開發簡單，性能可靠；二是電源轉換效率高????達90%以上，并可根據負載的變化自動調節電源轉換器的輸出功率。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種與現行的LLC諧振模式、移相全橋軟開關模式完全不一樣的且適于雙極型晶體管應用的軟開關穩壓模式的可調輸出功率的有源PFC+橋式軟開關功率變換器，特別是中、大功率的高效開關電源，屬開關電源制造領域。
技術介紹
現有的中、大功率高效開關電源，以LLC諧振模式、移相全橋軟開關模式居多，然而，LLC諧振模式輸入電壓范圍不寬、動態差、諧振漏感不易控制(產品一致性差)，技術遠未成熟；移相全橋軟開關模式原邊環流損耗大，輕載時滯后臂難以實現軟開關(需附加較復雜的輔助電路)，占空比丟失，功率管利用率低，損耗上升。在功率器件方面，雖然雙極型晶體管芯片利用率高、價格低廉、技術成熟、負載能力強，但由于其驅動困難(開關速度慢且隨負載變化)，加之現有軟開關電源控制芯片均以成本較高的MOSFET(或IGBT)為驅動對象，所以，中、大功率的高效開關電源成了MOSFET的舞臺。然而，由于功率MOSFET導通損耗大(大電流時尤為突出P＝Id2*Ron)，使之成為進一步提高電源效率的瓶頸。橋式(半橋或全橋)功率變換器通過控制，可以很好的工作于軟開關狀態，也適合雙極型晶體管的應用，然而，由于不能調節占空比以控制輸出電壓，因而只能簡單的應用于電子變壓器。
技術實現思路
設計目的：避免
技術介紹
中的不足之處，設計一種與現行的LLC諧振模式、移相全橋軟開關模式完全不一樣的且適于雙極型晶體管應用的軟開關穩壓模式：可調輸出功率的有源PFC+橋式軟開關功率變換器。設計方案：為了實現上述設計目的。本技術在電路結構的設計上，開關電源包括可調輸出功率的有源PFC及軟開關功率變換器，其中可調輸出功率的有源PFC接受反饋據以輸出PWM信號驅動開關器件調節輸出功率，功率變換器用于能量轉換。參見圖1，當輸出電壓降低，反饋電路將信號送到PFC，PFC占空比上升，PFC輸出電壓上升，軟開關變換器輸入電壓上升，使輸出電壓上升，實現穩壓。參見圖2，當輸出電壓升高，反饋電路將信號送到PFC，PFC占空比下降，PFC輸出電壓下降，軟開關變換器輸入電壓下降，使輸出電壓下降，實現穩壓。所謂隨動控制，即是通過單片機檢測半橋或全橋的關鍵節點，獲得開關管的開關狀態，進而控制雙極型晶體管在最佳導通時間內導通，使開關器件進入軟開關狀態，減小開關器件的開關損耗，使開關電源更為高效。所謂動態驅動，即是雙極型晶體管的驅動功率能跟隨負載電流的增大而增大。技術方案：一種可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，由可調輸出功率的有源PFC及功率變換器構成；可調輸出有源PFC用于PFC控制并調節輸出功率，功率變換器用于PFC至負載的能量轉換及隔離，輸出采樣反饋至有源PFC。可調輸出有源PFC為數字PFC。功率變換器為橋式軟開關變換器。橋式軟開關變換器是具有開關狀態檢測電路的隨動控制功率變換器。隨動控制功率變換器接受反饋電路的交流分量，并控制功率變換器占空比，達到消除紋波的目的。橋式軟開關變換器的開關器件為雙極型晶體管。雙極型晶體管設有動態驅動電路，可根據負載電流大小動態驅動。數字PFC由單片機或DSP構成。單片機或DSP，其內置模數轉換器可接受反饋信號，實現數字控制。本技術與
技術介紹
相比，一是實施成本低，開發簡單，性能可靠；二是電源轉換效率高----達90％以上，并可根據負載的變化自動調節電源轉換器的輸出功率。附圖說明圖1和圖2是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器穩壓方法示意圖。圖3是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第一種實施例的示意圖。圖4是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第二種實施例的示意圖。圖5是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第三種實施例的示意圖。圖6是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第四種實施例的示意圖。圖7是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第五種實施例的示意圖。圖8是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第六種實施例的示意圖。圖9是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第七種實施例的示意圖。圖10是可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器第八種實施例的示意圖。具體實施方式實施例1：參照圖3。前級采用可調輸出有源PFC電路，本實施例的PFC電路采用BOOST電路。功率因數校正的目的是要使電流I的波形跟隨輸入電壓V，同時輸出電壓V_pfc。若滿足了輸入電流與輸入電壓相位相等，則負載可以等效為電阻R。因此：V＝I×R，對于BOOST電路來說，其輸入電壓Vin與輸出電壓V_pfc及占空比D的關系為：將V＝I×R代入：V_pfc*(1-D)＝I*R因此：其中：D為占空比，I為BOOST電路電流，R為等效電阻，V_pfc為PFC的輸出電壓。因此，調節占空比可以實現功率因數校正，同時控制PFC的輸出電壓。本實施例功率變換器采用公知技術，令功率變換器的占空比及開關頻率不變，則功率變換器的增益G不變。輸出電壓Vo＝V_pfc*G。輸出采樣電壓反饋至PFC。PFC根據輸出采樣改變占空比，調節V_pfc，從而調節Vo，實現恒壓控制；若采樣輸出電流，則可以實現恒流控制。實施例2：參照附圖4。在實施例1的基礎上，利用現有的利用數字處理器單價便宜，開發簡單，多路輸入輸出，可進行邏輯運算，可時序控制的特點，將有源PFC前級中的PFC控制器用數字處理器代替。反饋電路和電流采樣通過模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號傳遞給數字處理器，數字處理器根據反饋數據，通過計算，得出PFC電路占空比，使有源PFC前級調節輸出電壓的同時完成功率因素校正功能。其中，模數轉換器可以利用數字處理器內部自帶的模數轉換器。實施例3：參照附圖5。本實施例功率變換器采用隨動控制的半橋電路，功率器件工作在軟開關狀態。設開關管導通時間為t。有源PFC前級輸出電壓V_pfc，半橋中點電壓為V_mid。假定Q2導通，中點電壓V_mid等于V_pfc。狀態一：根據設定的時間t，控制電路使Q1關斷，同時內部計時器開始計時，由于諧振電容C3的存在，中點電壓V_mid等于V_pfc，Q1零電壓關斷。諧振電容C3通過變壓器T1放電，電路進入諧振狀態。狀態二：中點電壓V_mid諧振到零，由于T1的漏感能量尚未放盡，故T1電流依然從左到右，二極管D2續流導通，控制電路檢測到中點電壓過零，控制電路使Q2導通，Q2零電壓開通。同時計時器停止計時記錄Q1的關斷時間t1。狀態三：根據設定的時間t，控制電路使Q2關斷，由于諧振電容C3的存在，中點電壓V_mid等于0，Q2零電壓關斷。狀態四：根據電路對稱特點，利用記錄的關斷時間t1確定Q1的導通時間，使Q1零電壓開通。回到狀態一重新循環。以上開關管可以使用雙極型晶體管、MOS管、IGBT等開關器件等效替換。實施例4：參見圖6。本實施例功率變換器采用隨動控制的全橋電路，功率器件工作在軟開關狀態。設開關管導通時間為t。有源PFC前級輸出電壓V_pfc，全橋中開關器件(Q1、Q2)中點為V_mid1，開關器件(Q3、Q4)中點為V_mid2，假定Q1、Q4導通，中點電壓V_mid1等于V_pfc，中點電壓V_mid2等于0。狀態一：根據設定的時間t，控制電路使Q1、Q4關斷，由于諧振電容C1的存在，中點電壓V_mid1等于V_pfc，Q1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，其特征是由可調輸出功率的有源PFC及功率變換器構成；可調輸出有源PFC用于PFC控制并調節輸出功率，功率變換器用于PFC至負載的能量轉換及隔離，輸出采樣反饋至有源PFC，通過單片機檢測半橋或全橋的關鍵節點，獲得開關管的開關狀態，進而控制雙極型晶體管在最佳導通時間內導通，使開關器件進入軟開關狀態，減小開關器件的開關損耗，使開關電源更為高效。

【技術特征摘要】
1.一種可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，其特征是由可調輸出功率的有源PFC及功率變換器構成；可調輸出有源PFC用于PFC控制并調節輸出功率，功率變換器用于PFC至負載的能量轉換及隔離，輸出采樣反饋至有源PFC，通過單片機檢測半橋或全橋的關鍵節點，獲得開關管的開關狀態，進而控制雙極型晶體管在最佳導通時間內導通，使開關器件進入軟開關狀態，減小開關器件的開關損耗，使開關電源更為高效。2.根據權利要求1所述的可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，其特征是：可調輸出有源PFC為模擬PFC，或可調輸出有源PFC為數字PFC。3.根據權利要求1所述的可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，其特征是：功率變換器為橋式軟開關變換器。4.根據權利要求3所述的可調輸出功率的有源PFC+軟開關功率變換器，其特征是：橋式...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余思明，
申請(專利權)人：杭州重芯力科技有限公司，
類型：新型
國別省市：浙江;33