[实用新型]具有单级功率因子校正电路的返驰式转换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种具有单级功率因子校正电路的返驰式转换装置。

背景技术

目前广泛采用的功率因子校正电路往往是传统的两级型功率因子校正技术，其电路组件多，成本较高，而且电路复杂，不适用于中小功率场合。为降低两级功率因子校正电路的成本，近年来人们提出了多种单级功率因子校正技术。一般单级功率因子校正电路是通过控制电感电流工作于不连续导电模式，自动实现功率因子校正功能。为了实现输入输出功率的平衡，同时保证电源的保持时间，需要一个低频电容储存能量。由于输入电流不连续，含有大量的输入电流谐波，所以需要在输入端加上电磁干扰抑制电路，整个电路就比较复杂。

在单级的功率因子校正电路里，通过单个控制电路，同时实现输入电流波形的校正、电气隔离、以及输出电压的快速调节。由于去掉了传统的两级方式中对储能电容电压的控制，在实现上述功能的同时，必须保证储能电容电压在适当的范围之内(通常在400V以下)。大部分的单级电路由一个类似于升压器(Booster)的输入部分，和顺向式转换器(Forward Converter)或者反驰式转换器(Flyback Converter)的DC/DC部分组成。一般地，单级电路在功率因子和总谐波含量方面的特性不如两级电路。通常功率因子(Power Factor，PF)在0.8～0.95，总谐波含量(THD)在20～75％的范围之内。

如图1所示，是M.M.Jonanovic和L.Huber所申请的发明名称《AC/DCFlyback Converter》，专利号为U.S.Pat.No.6,950,319的美国专利，该专利提出了一种简单、低成本、高效率并且输出特性良好的具有单级功率因子校正电路的返驰式转换装置100。在图1中，两个整流二极管D3、D4和变压器Tr的初级绕组N1、N2中间抽头之间接入一储能电感器LPFC，通过EMI滤波电路110实现对输入电流Ii的校正作用。并且，另外的两个整流二极管D1、D2通过EMI滤波电路110，实现在储能电容器C1的电压跌落到低于输入电压Vin的时候，构成输入电压Vin对储能电容器C1的直接充电回路，并且可以减小输入电流Ii的纹波。储能电感器LPFC和整流二极管D3、D4与变压器Tr的初级绕组N1、N2中间抽头串联连接，可以把储能电容器C1的电压限制在一定的范围内。对于范围在90～264Vrms之间的输入电压Vin，通常储能电容器C1的电压可以维持在400V以下。

再参考图1，当切换开关Q1导通(turn on)的时候，变压器Tr的初级绕组N2与储能电感器LPFC相串联，此时，初级绕组N2可以回馈储能电容器C1的电压，以减小储能电感器LPFC电流的上升斜率，进而抑制储能电容器C1的电压值。另外，当切换开关Q1断开(turn off)时，变压器Tr的初级绕组N1与储能电感器LPFC相串联，初级绕组N1对变压器Tr次级侧输出的反射电压，可以增大储能电感LPFC电流的下降斜率，进而抑制储能电容器C1的电压值。所以，无论切换开关Q1是导通或截止，都可以通过变压器Tr初级绕组N1、N2的感应电压，来抑制储能电容器C1的电压值。

再参考图1，当切换开关Q1导通时，输入电压Vin可以通过初级绕组N2增加变压器Tr的激磁能量。当切换开关Q1截止时，储能电感器LPFC中所储存的能量，通过初级绕组N1直接向变压器Tr次级侧传输，这些都可以提升整个变换器的效率。最佳化初级绕组N1、N2的比例，可以改善整个变换器的性能，并对功率因子、储能电容电压和效率等指针进行最佳化。

再参考图1，其中具有单级功率因子校正电路的返驰式转换装置100能很好地工作在全电压的输入范围，同时，改进以后的单级拓扑结构，并且减少了回路中串联二极管的个数，以减少导通损耗，提升效率。但是，当切换开关Q1导通的时候，储能电感器LPFC的电流和初级绕组N1的电流都流过初级绕组N2，因而造成大的电流。并于切换开关Q1断开后，流过初级绕组N2的大电流，将会在切换开关Q1的泄极端与源极端之间引起很大的尖峰电压，因而增加切换开关Q1的开关损耗。

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