[发明专利]一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子，特别是涉及一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路。

背景技术

图腾柱无桥功率因素校正电路(Toem-pole Bridgeless Power Factor Correction)是一种能实现高效率、低电磁干扰的拓扑，如图1所示，它由串联的两个开关器件S₁、S₂和串联的两个整流二极管D₁、D₂组成。由于两个开关器件S₁、S₂在一个桥臂上，为了防止直通短路，必须要设置死区时间，拓扑只能工作在电流断续和临界导通模式，不能工作在电流连续模式。同时两个开关器件S₁、S₂工作在硬性开关状态，损耗较大，在高频工作时需要使用较大额定值的功率器件，增加了电路的成本。因此，图腾柱柱无桥功率因素校正电路不适合中大功率的应用。

发明内容

本发明的主要目的是：针对现有技术存在的缺点，提出一种软开关图腾柱无桥功率因素校正电路，提出的电路两个开关器件S₁、S₂均工作在软开关状态，无需使用较大额定值的功率器件，无需设置死区时间，可工作在电流断续、临界导通模式与电流连续模式，适合小、中、大等各种功率应用。

为达到上述目的，本发明的构思是：通过在现有图腾柱无桥功率因素校正电路的母线与输出之间加上电感、电容、二极管组成的谐振网络，控制两个开关器件在输入电源正负半周的每一个PWM占空比期间，一个作为主开关，一个作为谐振开关，如图2所示。图3为一个PWM期间的工作波形。

下面结合图2、3说明本发明所涉及的工作原理。

根据图2拓扑的对称性，正负半周的工作原理类同，此处只分析正半周的工作情况。

为了简化分析，假定升压电感L₁、L₂和滤波电容C_O足够大，在每个PWM占空比期间，可以把输入电流I_in近似为与导通那个时刻输入电压Vac成正比的恒定值，输出电压视为恒直流电压源。

阶段1：(t₀≤t≤t₁)

假定t₀前，谐振电感电流i_Lr为输入电流I_in，谐振电容电压V_cr等于零。在t＝t₀时刻，开关S₁导通，因初始电流为零，故S₁为零电流开通。输入电流I_in通过升压电感L₁、开关管S₁流到电源，到t₁时刻增大到I_in。谐振电感电流i_Lr通过D_S2回到电源，到t₁时刻下降为零。等效电路如图4(a)所示。

阶段2：(t₁≤t≤t₂)

在该阶段，输入电流I_in通过升压电感L₁、开关管S₁回到电源，电流恒定为I_in。谐振电感电流i_Lr、谐振电容电压V_cr均为零。等效电路如图4(b)所示。该阶段的输入电流I_in近似等于Vac_(t1)/L₁，使输入电流的波形跟随输入电压波形。实现功率因素校正。

阶段3：(t₂≤t≤t₃)

在t₂时刻，S₂导通，初始电流为零，故S₂为零电流开通。电感L_r、电容C_r通过S₁、S₂产生谐振。谐振电流i_Lr从零反向流过S₁、S₂到最大值，在t₃时刻变为零，而谐振电压V_cr在t₃时刻到达最大值。在该阶段，输入电流I_in仍然通过升压电感L₁、开关管S₁回到电源。等效电路如图4(c)所示。