[发明专利]无桥式PFC交流直流电源变换器

说明书

背景介绍

发明所属领域

本专利是属于电源变换领域里的一项发明，更具体地说是一种不用整流桥而可以完成功率因数调整(PFC)和直流变换功能的交流直流电源变换器电路结构和相关的控制操作方法。该种变换器结构使用单级变换电路来实现功率因数调整和直流电源变换功能，具有高效率和低成本的优点。

相关领域的描述

随着日益迫切的环境保护的需求人们越来越广泛地要求在各个领域使用绿色能源。这在电能使用领域里势必要求用电设备和电能转换装置进一步提高效率并消耗尽量少的零件和材料。另一个势在必行的要求则是对交流用电装置的功率因数的提高以提高装机容量利用率并减少电能的传输损耗。在我们的日常生活中众多的半导体电子设备都需要有一个把交流电能转换成直流电能的电源变换装置以便于从交流市电网络取得操作所需的直流电能。在这种情形下，如果能设计制造出一个高效率，低成本，低材料消耗并具有功率因数调节的交流-直流电源变换器，其对人们所带来的广泛的环境和经济价值是显而易见的。

目前具有功率因数调整功能(PFC)的交流-直流电源变换器通常采用两种普遍的做法。在小功率应用时可以使用单级反激变换电路同时实现功率因数调整和直流电压变换的双重功能，其典型电路结构如图1(A)所示。在图一中交流输入电压经整流桥B1整流后成为正弦脉动直流电压V1，如图1(B)中所示，再经电容器C1进行滤波。这里C1的电容量特意地选得比较小，只是滤去反激开关Q1高频操作所产生的纹波，对V1的工频正弦波形不造成影响。反激开关Q1的高频开关操作通过脉宽调制来控制电流I1的峰值包络线跟随V1的脉动正弦波形，如图1(B)所示，而输出电压的大小则通过I1包络线的幅值大小来进行调节。注意图案(B)中的脉动正弦波形V1主要是为了说明I1的电流调制原理，并不具有具体幅值的意义。这种电路使用元件少，成本低，但效率比较低，所以通常只适用于功率较小的场合。

在用电功率较大时交流-直流电源变换器一般都需要采用双端式变换电路如半桥或全桥式直流变换电路配以独立的功率因数调整(PFC)电路来实现整个功能。这样的典型电路如图2所示。在图2电路中电子开关Q11，电感L11，二极管D11和电容C11组成了功率因数调整电路。电子开关Q11的开关操作通过脉宽调制使得I1，也即电感L11的电流波形的包络线跟随整流后的直流脉动正弦电压波形。这里C1同样取较小的值而不至于影响V1的工频脉动正弦波形。这样从整流桥BG1交流输入端AC1，AC2所输入的交流电流自然也维持正弦波形并且与输入电压同相，从而可以使功率因数达到接近于1的理想状态。图2中的直流变换部分使用由Q1和Q2所组成的半桥电路来驱动变压器TF1，TF1的次级绕组输出经D1和D2整流后从C2两端输出直流电压。除了半桥电路以外，其它电路结构如全桥，推挽电路等均可用来完成DC-DC变换功能。