一種高效率半無橋功率因數校正變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種高效率半無橋功率因數校正變換器。本發明專利技術提出的變換器通過增加一個LCD箝位網絡，實現了輔助開關管的完全零電流關斷，并將自耦變壓器絕大部分激磁能量和漏感能量饋入到負載中。解決了現有技術僅能實現輔助開關管準零電流關斷，且自耦變壓器激磁能量全部在電路中消耗掉的技術問題。此外，本發明專利技術提出的變換器還實現了主開關管的零電壓開關和升壓二極管的自然開關，電路中各連通二極管也都實現了自然開關。相比現有技術，本發明專利技術提出的變換器可以進一步提升整機效率，在實際應用中具有良好的可推廣性。

An efficient half bridge power factor correction converter

The invention discloses a high-efficiency half bridge power factor correction converter. The converter of the invention realizes the complete zero current turn off of the auxiliary switch tube by adding a LCD clamping network, and feeds most of the excitation energy and the leakage inductance energy of the autotransformer into the load. The utility model solves the technical problems that the prior art can only realize the quasi zero current shutdown of the auxiliary switch tube, and the excitation energy of the autotransformer is all consumed in the circuit. In addition, the converter of the invention also realizes the zero voltage switch of the main switch tube and the natural switch of the boosting diode, and each connected diode in the circuit also implements a natural switch. Compared with the prior art, the converter proposed by the invention can further improve the efficiency of the whole machine, and has good popularization in practical application.

【技術實現步驟摘要】
一種高效率半無橋功率因數校正變換器
本專利技術涉及一種軟開關功率因數校正變換器，更具體的，涉及一種應用于大、中功率場合的零電壓轉換半無橋功率因數校正變換器。
技術介紹
在各類電力電子裝置前級增加單相功率因數校正變換器是目前解決電網諧波污染的主要途徑。在單相功率因數校正變換器拓撲中，通用的無橋BoostPFC變換器由于大幅降低了導通損耗，成為大、中功率應用場合較為理想的變換器拓撲。但其固有的高共模干擾給它在工業界的應用帶來很大的局限性。針對上述問題，已有文獻提出了半無橋BoostPFC變換器，如圖1所示。該變換器通過增加兩個回路二極管(慢恢復二極管)將電源與功率地連接起來，大幅降低了無橋BoostPFC變換器的共模干擾。同時保留了無橋BoostPFC變換器導通損耗低的優勢，并適合工作于電感電流連續模式(ContinuousCurrentMode,CCM)，是無橋BoostPFC變換器中最有發展前途的改進變換器拓撲。半無橋BoostPFC變換器僅降低了導通損耗，對于降低開關損耗，目前的研究主要集中在零電壓轉換技術(Zero-VoltageTransition,ZVT)的研究上。總體而言，ZVT技術均可大幅減小變換器升壓二極管的反向恢復損耗，實現主開關管的零電壓開關(Zero-VoltageSwitching,ZVS)并且不增加主開關器件的電壓應力。而如何降低輔助開關管的開關損耗是進一步提升效率的關鍵。目前，ZVT技術的研究可分為兩類，其一是在主電路中增加各類以諧振電感和諧振電容為主的有源輔助諧振支路以實現輔助開關管的軟關斷；其二是在主電路中增加各類以自耦變壓器為主的有源輔助諧振支路以實現輔助開關管的準零電流關斷(Zero-CurrentSwitching,ZCS)。相較而言，后一類方案可以進一步改善輔助開關管的關斷特性，提升整機效率。但由于自耦變壓器在輔助開關管關斷時存在激磁電流，形成環流后使得諧振電感與輔助開關管寄生電容產生寄生振蕩。這會降低了此類變換器的功率因數，同時還增加了輔助開關管的關斷損耗。為解決以上問題，專利CN202034900U公開了一種ZVT半無橋BoostPFC變換器拓撲結構，如圖2所示。該變換器的有源輔助諧振支路包含了一個RCD箝位網絡，由箝位電阻Rc、箝位電容Cc、箝位二極管Dc組成。其作用是當輔助開關管關斷時，大部分自耦變壓器激磁電流被導入RCD箝位網絡并在箝位網絡中消耗掉，進而抑制了輔助開關管的寄生振蕩。這種方法存在兩個主要問題，其一，輔助開關管關斷時仍存在激磁電流，僅能實現其準ZCS關斷；其二，自耦變壓器激磁能量全部在電路中被消耗掉，而RCD箝位網絡自身也存在一定的損耗。因此該方法無法提升整機效率。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種ZVT半無橋功率因數校正變換器，同樣能夠在輔助開關管關斷時完全抑制其寄生振蕩，還能夠解決現有技術中變換器僅能實現輔助開關管的準ZCS關斷，而且自耦變壓器的激磁能量全部在變換器中消耗掉的技術問題。一種高效率的半無橋功率因數校正變換器，包括半無橋BoostPFC變換器主電路和一個有源輔助諧振支路，如圖3所示。其中：所述半無橋BoostPFC變換器主電路包括第一升壓電感、第二升壓電感、第一主開關管、第二主開關管、第一二極管、第二二極管、第八二極管、第九二極管和濾波電容；主電路中第一二極管陽極接第一主開關管的漏極和第一升壓電感一端，第二二極管陽極接第二主開關管的漏極和第二升壓電感一端；第一升壓電感另一端和第八二極管陰極相連，用于接輸入電源的一端；第二升壓電感另一端和第九二極管陰極相連，用于接輸入電源的另一端。所述有源輔助諧振支路包括輔助開關管、第一諧振電感、第二諧振電感、第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容、第四諧振電容、自耦變壓器、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第十二極管、第十一二極管和第十二二極管；所述第十二極管、第十一二極管反并聯于兩個主開關管兩端，第一諧振電容、第二諧振電容并聯于兩個主開關管兩端；所述第十二二極管反并聯于輔助開關管兩端，第三諧振電容并聯于輔助開關管兩端；所述第三二極管、第四二極管陽極分別接于兩個升壓電感一端，陰極接于第一諧振電感一端；所述自耦變壓器具有輸入端、公共繞組公共端和串聯繞組輸出端，其輸入端接于第一諧振電感另一端，其公共繞組公共端接于輔助開關管的漏極和第四諧振電容的一端，其串聯繞組輸出端接于第五二極管陽極；第四諧振電容的另一端接于第六二極管陽極和第二諧振電感的一端，第二諧振電感的另一端接于第七二極管陰極；所述第一二極管、第二二極管、第五二極管、第六二極管陰極連接到濾波電容正極；所述第七二極管、第八二極管、第九二極管、第十二極管、第十一二極管、第十二二極管陽極，第一主開關管、第二主開關管、輔助開關管的源極，第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容一端一起連接到濾波電容負極；濾波電容兩端用于外接負載。其中，第八二極管(Da)、第九二極管(Db)為慢恢復二極管；第十二極管(DS1)、第十一二極管(DS2)、第十二二極管(DSr)由各開關管體二極管替代；第三諧振電容(CSr)由輔助開關管輸出寄生電容替代；諧振電感電感值應包含自耦變壓器等效漏感值。本專利技術提出的變換器具有兩個優勢：其一，變換器通過增加一個LCD箝位網絡，實現了輔助開關管的完全ZCS關斷；其二，自耦變壓器絕大部分激磁能量和漏感能量被饋入到負載中，另外由于LCD箝位網絡中不存在箝位電阻，因此該網絡還是無損的。以上優勢使得本專利技術提出的變換器可以進一步提升整機效率。附圖說明圖1是已有文獻公開的半無橋BoostPFC變換器拓撲；圖2是專利CN202034900U公開的變換器拓撲；圖3是本專利技術提出的變換器拓撲；圖4是變換器關鍵波形；圖5是變換器工作模態分析。在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：第一主開關管-S1、第二主開關管-S2、第一升壓電感-L1、第二升壓電感-L2、第一二極管-D1、第二二極管-D2、第八二極管-Da、第九二極管-Db、濾波電容-Co；輔助開關管-Sr、自耦變壓器-Tr、第一諧振電感-Lr、第二諧振電感-Lc、第一諧振電容-CS1、第二諧振電容-CS2、第三諧振電容-CSr、第四諧振電容-Cc、第三二極管-D3、第四二極管-D4、第五二極管-D5、第六二極管-Dc1、第七二極管-Dc2、第十二極管-DS1、第十一二極管-DS2、第十二二極管-DSr。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。以下結合附圖對本專利技術實施實例作進一步描述。本專利技術提出的變換器適用于CCM，為方便分析，假定所有開關管和二極管均為理想器件，不考慮開通時間、導通壓降等問題。在一個開關周期內，升壓電感L1和L2可以作為一個恒定輸出的電流源Iin；輸出電容濾波Co可以作為一個恒定的電壓源Vo。變換器關鍵波形如圖4所示，波形從上到下依次為主開關管S1的驅動信號vg1；輔助開關本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效率的半無橋功率因數校正變換器，其特征在于，包括半無橋Boost?PFC變換器主電路和一個有源輔助諧振支路，其中：所述半無橋Boost?PFC變換器主電路用于功率因數校正，其包括第一升壓電感(L

【技術特征摘要】
1.一種高效率的半無橋功率因數校正變換器，其特征在于，包括半無橋BoostPFC變換器主電路和一個有源輔助諧振支路，其中：所述半無橋BoostPFC變換器主電路用于功率因數校正，其包括第一升壓電感(L1)、第二升壓電感(L2)、第一主開關管(S1)、第二主開關管(S2)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第八二極管(Da)、第九二極管(Db)和濾波電容(Co)；其中：第一二極管(D1)陽極接第一主開關管(S1)的漏極和第一升壓電感(L1)一端，第二二極管(D2)陽極接第二主開關管(S2)的漏極和第二升壓電感(L2)一端；第一升壓電感(L1)另一端和第八二極管(Da)陰極相連，用于接輸入電源的一端；第二升壓電感(L2)另一端和第九二極管(Db)陰極相連，用于接輸入電源的另一端；所述有源輔助諧振支路用于實現變換器各開關器件的軟開關，其包括輔助開關管(DSr)、第一諧振電感(Lr)、第二諧振電感(Lc)、第一諧振電容(CS1)、第二諧振電容(CS2)、第三諧振電容(CSr)、第四諧振電容(Cc)、自耦變壓器(Tr)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、第六二極管(Dc1)、第七二極管(Dc2)、第十二極管(DS1)、第十一二極管(DS2)和第十二二極管(DSr)；其中：所述第十二極管(DS1)、第十一二極管(DS2)分別反并聯于兩個主開關管(S1、S2)兩端，第一諧振電容(CS1)和第二諧振電容(CS2)分別并聯于兩個主開關管(S1、S2)兩端；所述第十二二極管(DSr)反并聯于輔助開關管(S...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡瑋，康勇，周小寧，李承，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42