[发明专利]一种交流-直流功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种交流-直流功率变换器。

背景技术

交流-直流功率变换器（AC/DC converter）用以将交流电压转换为一恒定的直流电信号（例如直流电压或者直流电流）。由于交流-直流功率变换器的功率较高，因此广泛应用于驱动大功率的负载，例如电机、LED灯等。交流-直流功率变换器通常包括一整流桥，以将外部交流电压转换为一正弦半波直流输入电压来提供给后续变换电路。为了减小对交流电网的谐波污染，交流-直流功率变换器通常需要功率因数校正电路（PFC）来实现功率因数校正功能，获得一较高的功率因数。

现有技术中，单级变换电路或者两级变换电路均可以实现功率因数校正功能以及获得恒定的输出电信号。

参考图1，所示为一种采用现有技术的单级交流-直流功率变换器的一具体实施例。在该实施方式中，单级交流-直流功率变换器包括单级PFC主电路10和单级PFC控制电路20两部分。其中，单级PFC主电路为反激式（flyback）拓扑结构，单级PFC控制电路包括电流闭环控制电路21，电流控制电路22，过零触发电路23，隔离电路和乘法器U5。

电流闭环控制电路21采样单级PFC主电路的输出电流，其输出信号经隔离电路后与输入电压经乘法器U5运算后得到的信号，作为基准信号输入至电流控制电路22的同相输入端，反相输入端采样输入电流，输出端连接至过零触发电路23。过零触发电路23包括电压比较器U3和RS触发器U4，电流控制电路22的输出端和电压比较器U3的输出端分别连接至RS触发器的复位端R和置位端S。RS触发器的输出信号通过控制开关管S的导通或者截止的状态，使输入电流跟随输入电压变化，以此提高单级PFC电路的功率因数。

但是，采用这种实现方式，输出电流存在纹波，并且当纹波较大时，输出电流的误差较大，因此，输入端的电流存在较大误差，不能准确跟随输入电压的变化，功率因数大大降低。

参考图2，所示为另一种采用现有技术的两级交流-直流功率变换器的原理框图。在该实施方式中，交流-直流功率变换器包括两级功率级电路203和205，以及第一级控制电路204和第二级控制电路206。第一级功率级电路203接收正弦半波直流输入电压，第一级控制电路204控制第一级功率级电路203，使得输入电流的波形跟随所述正弦半波直流输入电压，从而实现功率因数校正。与第一级功率级电路级联的第二级功率级电路205用以接收第一级功率级电路203的输出电压Vout1，根据LED灯207所需的驱动电压，第二级控制电路206控制第二级功率级电路205，以获得基本恒定的输出电流和输出电压，使之能够正常驱动LED灯207。

采用图2所示的交流-直流功率变换器，对谐波的处理效果较好，可以达到较高的功率因数；具有独立的PFC级，可以对输入DC/DC级的直流电压进行预调节，输出电压比较精确；带载能力比较高，适合于功率较高的场合。但是，它至少需要两套控制电路和至少两个功率开关管，所需的元器件较多，成本较高；功率密度低，损耗比较大；尤其对于中小功率的电子设备，很不经济。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交流-直流功率变换器，其通过控制和驱动电路控制功率级电路中的能量传输过程，以实现输出一稳定电信号驱动负载并且同时实现功率因数校正功能。本发明的交流-直流功率变换器较现有技术中的单级交流-直流功率变换器控制精度高，较两级交流-直流功率变换器控制结构简单，成本低。

依据本发明的一种交流-直流功率变换器，包括一整流桥和滤波电容，以将外部交流电压转换为正弦半波直流输入电压，所述交流-直流功率变换器还包括第一储能元件、第二储能元件和第三储能元件，

在每一开关周期内，在第一工作状态时，第一路径接收所述正弦半波直流输入电压，并对所述第一储能元件进行储能，所述第一储能元件上的第一电流连续上升；

第二路径接收第二直流电压，并对所述第二储能元件进行储能，流过所述第二储能元件的第二电流持续上升；所述第一路径和所述第二路径共用一开关管；

在第二工作状态时，所述第一储能元件通过第三路径释放能量至所述第三储能元件和一负载，以在所述第三储能元件上产生所述第二直流电压，同时所述第一电流连续下降；

所述第二储能元件通过第四路径将能量释放至所述负载；

其中，所述第一电流跟随所述正弦半波直流输入电压变化，并且所述交流-直流功率变换器的输出电信号维持恒定。