[发明专利]一种双开关降压型直流-直流转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流-直流电源变换电路，特别是一种双开关降压型直流-直流转换电路。

背景技术

交流-直流转换是最基本的电能变换形式之一。为了减少对电网的谐波污染，高功率因数（PFC）整流是交流-直流变换中必须具备的功能之一。因此，交流-直流转换的前级通常需要一个高功率因数（PFC）整流电路，也称PFC变换器或者PFC电流，满足不同应用中对电流谐波的规定。在PFC电路中，理想的输入电流波形是完全跟随正弦交流输入电压，没有相位差和畸变，即功率因数为1，谐波失真（THD）为0。

最常用的PFC电路为传统的Boost PFC电路，如图1所示。包括一个输入整流桥、以及一个Boost电路。传统Boost PFC通过控制Boost电路中电感L的电流，使得交流输入电流完全跟踪输入电压，获得几乎接近与1的功率因数，因此在实际中被广泛使用。但这一电路的特点是输出电压必须高于输入电压。在交流输入电压较高的场合，输出电压太高会导致器件选择困难，以及后级变流器设计困难。如交流输入300V，输出电压必须在430V以上。

为了改善这一缺点，降压型的PFC电路最近受到广泛关注，其中最典型的是BUCK PFC电路。传统BUCK PFC电路根据开关管串联在正母线还是负母线，可以将BUCK电路分为高侧驱动(high side)的BUCK 电路以及低侧驱动(low side)的BUCK电路，分别如图2和图3。

BUCK PFC的电流最显著的优点是直流输出电压比较低，方便后级变换器的设计。但其最大的缺点是交流输入电流波形断续，仅当输入电压超过输出电压时，才有输入电流。其典型的输入电压和输入电流波形示意如图4所示。在输入电压小于输出电压的区间，如t0-t1时间段，输入电流为零。因此，相对Boost PFC电路而言，输入功率因数偏低，电流畸变较大。

如何在维持较低输出电压的基础上，提高功率因数是降压型PFC电路的一个重要研究内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种双开关降压型直流-直流转换电路。

为了解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种双开关降压型直流-直流转换电路，包括输出电容Co；该电路还包括电感L、二极管D1、第一开关管S1和第二开关管S2；该电路连接于一个直流输入，其中：直流输入的正端连接电感L的一端、二极管D1的阴极，电感L的另一端与第二开关管S2的一端、输出电容Co的一端相连；输出电容Co的另一端与二极管D1的阳极、第一开关管S1的一端相连接；第二开关管S2和第一开关管S1的另一端与直流输入的负端相连接；输出电容Co的两端为直流输出，与负载相连接。

本发明还提供了一种双开关降压型直流-直流转换电路，包括输出电容Co；该电路还包括电感L、二极管D1、第一开关管S1和第二开关管S2，所述电感L是一个至少包括2个绕组的耦合电感；该电路连接于一个直流输入，其中，直流输入的正端连接耦合电感第一绕组N1的一端、二极管D1的阴极和输出电容Co的正端，耦合电感第一绕组N1的另一端与第二开关管S2的一端相连；耦合电感第二绕组N2的一端与输出电容Co的负端相连接，另一端则与二极管D1的阳极、第一开关管S1的一端相连接；第二开关管S2与第一开关管S1的另一端与直流母线的负端相连接；输出电容Co的两端为直流输出，与负载相连接。

作为一种改进，所述第一开关管S1和第二开关管S2通过同一个电阻与直流母线的负端相连；或者，第一开关管S1和第二开关管S2分别通过一个电阻与直流母线的负端相连。

作为一种改进，所述第一开关管S1是一个双向阻断开关，在关断状态下能够承受双向阻断电压，是下述的任意一种：MOSFET与二极管的反向串联结构、两个MOSFET的反向串联结构、IGBT与二极管的反向串联结构、两个IGBT的反向串联结构、功率三极管与二极管的反向串联结构、两个功率三极管的反向串联结构、逆阻型IGBT。

作为一种改进，所述第二开关管S2是普通的MOSFET、IGBT或者功率三极管。

作为一种改进，所述第二开关管S2是N型MOSFET，其漏极与电感L的一端相连接，源极与直流母线的负端相连接，控制端则接受控制电路的信号用于控制开关的导通和关断。

作为一种改进，所述第二开关管S2在输入电压小于输出电压时进行开关动作，在输入电压大于输出电压时被关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：