低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置，利用四個功率ＭＯＳＦＥＴ管、兩個電感和五個二極管構成無橋交錯倍壓ＰＦＣ電路，面對低輸入電壓和大功率應用場合，能進一步提高電路轉換效率和減少電路波紋。本發明專利技術集成了二極管整流橋與功率因數校正電路，具有固有的倍壓功能，能降低電流的有效值，從而能降低導通損耗，減少電路紋波，提高了效率，適合于低壓大功率應用場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置，具有固有的倍壓功 能，能降低了電流的有效值，從而能降低導通損耗，交錯結構減少電路輸入輸出紋波，提高 了效率。
技術介紹
由于電磁兼容標準對整流器網側輸入電流的諧波的強制要求，近年來功率因數校 正技術成為必要且重要的技術手段。在許多電力電子裝置中，較典型的功率校正電路是采 用二極管整流橋和直流儲能電容之間串聯一個升壓BOOST變換器來實現上述目的。通過控 制BOOST變換器的開關的通斷時刻，裝置可以實現接近于1的功率因數。標準的BOOST變 換器電路，當開關斷開時，電流流過兩個整流二極管和一個快恢復二極管；當開關導通時， 電流通過二個整流二極管和變換器的功率開關。在低壓輸入和大功率應用中，標準的BOOST 電路導致高的器件導通損耗和引起較低的轉換效率。近年來許多研究人員積極探索改進標 準的boost電路拓撲來減少功率半導體器件數目，尤其是導通損耗.I^rasad N. Enjeti等 人(見參考文獻1)1993年首先提出無整流橋功率因數校正電路，減少電路導通損耗，提 高轉換效率，在低輸入電壓和中大功率應用場合具有顯著優點，無橋PFC得到廣泛的重視 與研究。Y. Jang, Milan Μ.等人((見參考文獻2)2007年提出了具有固有倍壓功能的 交錯升壓PFC電路，有效減少低輸入電壓時的電流有效值，減少了導通損耗。但是由于該電 路采用整流橋，電路轉換效率受到了限制。在低輸入電壓和大功率應用場合，整流橋的損耗所占的比例非常重要，如何減少 功率因數校正電路導通損耗，進一步減少電路導通回路功率元器件和減少流過器件電流的 有效值，是提高PFC電路轉換效率的關鍵。
技術實現思路
本專利技術目的是要提供一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置，該裝置利 用四個功率MOSFET管、兩個電感和五個二極管構成無橋交錯倍壓PFC電路，面對低輸入電 壓和大功率應用場合，能進一步提高電路轉換效率和減少電路波紋。本專利技術的低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置，包括交流輸入電源Vin，功 率 MOSFET 管 SIP、SIN、S2P、S2N, 二極管 Do、Dl、D2、D3、D4,儲能電容 CB1、CB、C0,電感 Li、 L2，其特征在于通過功率MOSFET管S1P、S1N，二極管D3、D4、D0，儲能電容CB、CB1，電感L2 構成了無橋交錯BOOST電路1 ;功率M0SFET管S2P、S2N，二極管D1、D2、D3、D4、D0，電感L1 構成了無橋交錯BOOST電路2，所述交流輸入電源Vin的一端接二極管D3的陽極、D4的陰 極、功率MOSFET管SIN、S2N的漏極，交流電源的另一端接電感Li、L2，電感Ll的另一端接 功率MOSFET管S2P的漏極、二極管Dl的陽極、D2的陰極，電感L2的另一端接功率MOSFET 管SlP的漏極、電容CBl的正極、CB的負極，二極管Dl的陰極接Do的陽極、電容CB的正極，二極管Do的陰極接D3的陰極、電容CO的正極、輸出負載正極，電容CO的負極接二極管D4 的陽極、D2的陽極、電容CBl的負極、輸出負載負極，功率MOSFET管S2P的源極與S2N的源 極相連，功率MOSFET管SlP的源極與SlN的源極相連，功率MOSFET管S1P、S1N、S2P、S2N的 柵極接各自的控制驅動信號。本專利技術集成了整流橋，具有固有的倍壓功能，能降低了電流的 有效值，從而能降低導通損耗，減少電路紋波，提高了效率，適合于低壓應用場合。附圖說明圖1是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置具體實現電路圖。圖2是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置第一種工作模式圖。圖3是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置第二種工作模式圖。圖4是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置第三種工作模式圖。圖5是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置第四種工作模式圖。圖6是低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置關鍵波形圖。具體實施例方式如圖1所示，本專利技術提出的一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置包括 交流輸入電源Vin,功率MOSFET管SIP、SIN、S2P、S2N, 二極管Dl、D2、D3、D4、Do，儲能電容 CBU CB, CO,電感 L1、L2。圖1中的功率MOSFET管S1P、S1N，二極管D3、D4、D0，儲能電容CB、CB1，電感L2構 成了無橋交錯BOOST電路1 ；功率MOSFET管S2P、S2N，二極管D1、D2、D3、D4、D0，電感Ll構 成了無橋交錯BOOST電路2。功率MOSFET管S1P、功率MOSFET管S1N、功率MOSFET管S2P 和功率MOSFET管S2N高頻工作，且控制驅動信號交錯工作。本專利技術提出的低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置的4種工作模式如附 圖2，附圖3，附圖4，附圖5所示。工作模式一如圖2所示，交流輸入電源Vin上正下負，功率MOSFET管SIP、S1N、 S2P、S2N導通，所有二極管關斷。交流輸入電源Vin通過功率MOSFET管S1P、S1N給電感L2 充電，通過功率MOSFET管S2P、S2N給電感Ll充電，即無橋交錯BOOST電路兩電感L1、L2處 于充電狀態。工作模式二如圖3所示，交流輸入電源Vin上正下負，功率MOSFET管S2P、S2N關 斷，二極管Dl導通，其余二極管關斷。交流輸入電源Vin和電感Ll上儲存的能量通過二極 管Dl傳遞給儲能電容CB，即無橋BOOST電路的電感Ll放電續流，電感L2繼續充電，電容 CB處于充電狀態。工作模式三如圖4所示，交流輸入電源Vin上正下負，功率MOSFET管SIP、S1N、 S2P、S2N導通，所有二極管關斷。交流輸入源Vin通過功率MOSFET管S1P、S1N繼續給電感 L2充電，通過功率MOSFET管S2P、S2N重新給電感Ll充電，即無橋交錯BOOST電路電感Ll 與L2處于充電狀態。工作模式四如圖5所示，交流輸入電源Vin上正下負，功率MOSFET管SIP、SlN關 斷，功率MOSFET管S2P、S2N繼續導通。交流輸入源Vin通過功率MOSFET管S2P、S2N繼續 給電感Ll充電，交流輸入源Vin、電感L2、儲能電容CB通過二極管DO和二極管D4放電，給4輸出儲能電容CO充電和輸出負載供電，即交錯Boost支路電感L2處于放電狀態，電感Ll 處于充電狀態。如圖6所示，本專利技術中提出的一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置的 關鍵波形圖。圖中給出穩態工作模式下，交流輸入源Vin上正下負，功率MOSFET管S1P、S1N、 S2P、S2N的驅動信號；二極管DO和Dl的電壓波形；電感Li、L2電流波形；功率MOSFET管 SIP、S2P開關電流波形；二極管DO和Dl的電流波形；儲能電容CB和輸入電流波形。以上所述僅為本實用專利技術的較佳實施例，凡依本實用專利技術申請專利范圍所做的均 等變化與修飾，皆應屬本實用專利技術的涵蓋范圍。參考文獻1 Y. Jang, Milan Μ. “ Interleaved Boost Converter With Intrinsic Voltage-Doubler Characteristic for Universal-Li本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低壓輸入的無橋交錯倍壓功率因數校正裝置，包括交流輸入電源Ｖｉｎ，功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ１Ｐ、Ｓ１Ｎ、Ｓ２Ｐ、Ｓ２Ｎ，二極管Ｄｏ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４，電容ＣＢ１、ＣＢ、ＣＯ，電感Ｌ１、Ｌ２，其特征在于：所述交流輸入電源Ｖｉｎ的一端接二極管Ｄ３的陽極、Ｄ４的陰極、功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ１Ｎ、Ｓ２Ｎ的漏極，交流電源的另一端接電感Ｌ１、Ｌ２，電感Ｌ１的另一端接功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ２Ｐ的漏極、二極管Ｄ１的陽極、Ｄ２的陰極，電感Ｌ２的另一端接功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ１Ｐ的漏極、電容ＣＢ１的正極、ＣＢ的負極，二極管Ｄ１的陰極接Ｄｏ的陽極、電容ＣＢ的正極，二極管Ｄｏ的陰極接Ｄ３的陰極、電容ＣＯ的正極、輸出負載正極，電容ＣＯ的負極接二極管Ｄ４的陽極、Ｄ２的陽極、電容ＣＢ１的負極、輸出負載負極，功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ２Ｐ的源極與Ｓ２Ｎ的源極相連，功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ１Ｐ的源極與Ｓ１Ｎ的源極相連，功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｓ１Ｐ、Ｓ１Ｎ、Ｓ２Ｐ、Ｓ２Ｎ的柵極接各自的控制驅動信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：林維明，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：35[]