[发明专利]扼流器和扼流器铁芯

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有铁芯和两个线圈的扼流器，优化为用于交替型配置的升压或降压电路或者功率因数补偿(PFC)滤波器中。进一步的，本发明涉及一种用于升压和降压或功率因数补偿(PFC)电路中的交替型应用的优化的双线圈铁芯。

背景技术

下面，术语“扼流器”涉及设置于共用铁芯上的一个或数个线圈的配置。

升压或降压电路指的是一种电路，其能够升高或降低直流电压。升压和降压电路根据与功率因数补偿滤波器类似的原则来操作，并部分地使用相同的部件。

根据电磁兼容标准(EMC)，功率因数校正从2001年1月1日起在德国被强制性地用于75瓦以上的电气负载中。功率因数描述的是有效功率值和视在功率值之间的比率。小于1的值意味着从电网获得的视在功率大于有效功率，从而使得电网被视在功率额外地负载，该视在功率需要被提供和传输并且需要部分地通过电网流回。从而，在电网中产生了更大的损耗，以及电网需要被设计为比实际需要的更大。功率因数校正滤波器保证功率因数尽可能地接近1，即仅从电网获取纯有效功率。在有源功率因数校正(PFC)中，获取的电流被重新调整为电网的时变正弦波形电压。

升压、降压和PFC的核心部件是扼流器，其大体上被用于暂时存储能量并按照需求释放。下面的解释局限于在PFC滤波器中使用的扼流器。然而，类似的推理对于升压和降压电路也是成立的。

连接到扼流器下游的开关由控制器件实现断开和闭合，该开关能够调整线圈输出为参考电压，从而一方面传输足够的功率到电气负载，然而另一方面使得从电网获取的电网电压曲线的电流同相。

在进一步的发展中，输入功率电压在彼此之间能够相互独立地操作的两个线圈之间分割。一般地，这些开关彼此之间相反地操作，即，如果一个开关断开，则另一个开关闭合。在这种“交替型”操作模式下，扼流器支路(主)直接地由调节电路控制，即，该扼流器的开关时刻直接地由该调节来控制。第二扼流器支路(从)一般以180度的相移来跟随主支路。这种交替型工作设置具有这样的优点，即能够实现更加有效的功率因数校正。由于每个扼流器仅需要处理输出功率的一半，可使用更小尺寸的部件，从而改善功率损耗和发热并能使用更小的PFC电路。需要注意的是，校正功能在小于180度的其它相移处也是可以的。也就是说，一般地，相位可以变化。然而，绝大多数的应用使用180度的相移来进行操作。

有源PFC电路通常由具有直接与线圈和开关的下游连接的升压变换器的整流器组成，其对大电容充电使其电压超过电网交流电压的峰值电压。图1a示意性地示出了交替型技术中升压电路的原理。在输入处，输入电压V_IN施加到两个扼流器线圈L1和L2并且输入电流I_IN在两个扼流器之间分割。在每个线圈或扼流器L1或L2的输出处，开关S1或S2分别能够将由调节电路(未示出)控制的输出L1或L2设置到参考电压。线圈L1和L2的输出通过二极管连接到电容C_OUT，其与线圈L1和L2相互作用以升高电压(升压电路)并平滑电压，从而使得其能够被传输到负载电阻R_LOAD。

开关S1(主)的断开和闭合时刻由控制器设置，这保证了一方面负载R_LOAD被提供足够的电流I_OUT，以及另一方面输入电流I_IN与输入电压V_IN同相。开关S2(从)以180度的相移跟随开关S1。这在原理上导致了对输入电流的脉冲宽度调制，其中脉冲宽度由控制器控制。图1b示出了开关S1和S2的开关特性。开关S1被闭合的时刻被标识为T_ON，并且其根据该控制器可变。在开关S1闭合时，开关S2被断开(180度相移)。由其中开关S1被闭合的时间T_ON和其中该开关被打开的时间T_OFF之和构成的总时间被标识为周期T，并且其是恒定的。占空比D＝T_ON/T是可变的并且其取决于该控制器。在图1b中，示出了为0.5的恒定占空比D。