[发明专利]一种BOOST与BUCK集成的无桥单级PFC电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种无桥单级功率因素校正（PFC）电路。更具体地说，本发明涉及一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通和家庭中的应用日益广泛。从交流电网整流供给直流电是电力电子技术中应用广泛的一种基本变流方式，传统的整流器又二极管或晶闸管组成不控或者相控整流电路，会产生大量电流谐波和无功功率，给电网带来危害。其危害主要表现在以下三个方面：造成供电质量下降；影响电网的可靠性；造成电能利用率下降。正是由于谐波的危害日益严重，世界各国都对谐波问题予以充分的重视，不少国家和国际权威组织（如IEC、IEEE等）组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。这就迫使电力电子领域的研究人员对谐波的污染问题给出有效的解决方案。解决谐波污染的主要途径有两条，一是采用无源滤波或有源滤波电路来滤除谐波及谐波补偿，二是对电力电子装置进行改造，使其产生符合标准的谐波且功率因数可控。对新型电力电子设备，多采用或一种方法，即加入功率因数校正级。

现在较为成熟的PFC电路一般都由以下三部分组成：整流桥，功率因数校正级电路，后级DC-DC电路。这种PFC电路校正效果比较理想，但是在工作时，整流桥和功率因数校正级电路同时有三个半导体功率器件导通，导通损耗比较高，而且能量要经过功率因数校正级和后级DC-DC电路处理，存在元件多，费用高，电路效率低等问题。为了提高效率，减小整流桥的损耗，Prasad N. Enjeti等人【1】1993年首先提出无整流桥功率因数校正电路，减少电路导通损耗，提高转换效率，在低输入电压和中大功率应用场合具有显著优点，无桥PFC得到广泛的重视与研究。Milan M等人【2】又对现有PFC电路进行总结分析，指出无桥、软开关和单级PFC是今后研究的方向。相对于传统的Boost型PFC拓扑，无桥PFC由于省略了输入整流桥，效率可以提高约1%-2%。为了减少元件数量，降低成本，提高效率，希望将功率因数校正级电路和后级DC-DC电路结合在一起，能量只被处理一次，用一个控制器就能同时完成功率因数校正和输出电压调节功能，因此提出了单级PFC电路。实现既省略了输入整流桥又将功率因数校正级电路和后级DC-DC电路结合在一起的PFC电路，以进一步提高变换器转换效率。

发明内容

为了降低成本，提高效率，本发明提出了一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路。利用一个功率MOSFET管，一个二极管和一个储能电容将无桥BOOST电路与后级直流Buck变换器电路结合起来成为无桥单级PFC电路。电路元器件数量少，结构简洁，实现了省略整流桥和能量只被处理一次，提高了效率。

为此，本发明采用以下的技术方案：一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路，包括交流输入源Vin，功率MOSFET管S1，功率MOSFET管S2，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，二极管D5，二极管D6，二极管D7，储能电容C1，储能电容C2，电感L1，电感L2和负载等效电阻R1。其特征在于：通过功率MOSFET管S1，储能电容C1和二极管D7结合了一个无桥BOOST电路与一个BUCK电路：功率MOSFET管S1既作为无桥BOOST电路的开关管之一，又作为BUCK电路的开关管；储能电容C1作为无桥BOOST电路的输出电容储存无桥BOOST电路传输的能量，并作为BUCK电路的输入电容，给BUCK电路的负载提供能量。

与现有技术相比，本发明的主要优点是：

1、省略了输入整流桥，降低了导通损耗。

2、将功率因数校正级电路和后级DC-DC电路结合在一起，用一个控制器就能同时完成功率因数校正和输出电压调节功能，器件较少，提高了效率，降低了成本。

附图说明

图1本发明中提出的一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路的具体实现电路图。

图2本发明中提出的一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路的第一种工作模式图。

图3本发明中提出的一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路的第二种工作模式图。

图4本发明中提出的一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路的第三种工作模式图。

图5本发明中提出的一种BOOST电路与BUCK电路集成的无桥单级PFC电路的第四种工作模式图。