[发明专利]分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法

说明书

本发明公开了一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法，PFC变换器的AC输入单元的交流输出端电连接整流单元交流输入端，整流单元的第一输出端接负升降压变换单元的输入端，整流单元接正降压变换单元的输入端，正升降压变换单元和负升降压变换单元接负载；第一输出滤波电容和第二输出滤波电容分别接负载的正负极，中间母线电容接第一输出滤波电容和第二输出滤波电容，中间母线电容接第一升降压电感、第二升降压电感、第一输入滤波电容和第二输入滤波电容以及AC输入单元。本方案通过正负升降压变换单元实现PFC功率变换；设置选择开关和PFC控制单元，PFC控制单元根据交流电压大小而闭合与断开以适应较宽交流输入电压范围。

技术领域

本发明涉及功率拓扑结构领域，更具体地说是一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法。

背景技术

开关电源广泛应用于各种消费电子和工业设备中，如充电器、电源适配器、LED驱动器、工控电源等，超过规定功率时需具有功率因数校正(PFC)功能。由于单级结构简单、成本较低，但无法同时兼顾输入高功率因数(PF)低谐波失真(THD)和输出低纹波，甚至功率管存在过高电压或电流应力，因而行业上一般广泛使用两级AC/DC级联结构：前级PFC变换器，用于调节输入功率因数并实现输入与输出能量平衡；以及后级DC/DC变换器，用于调整输出电压并降低输出纹波电压或电流。两级AC/DC变换器中，前级PFC变换器一般使用升压变换器(Boost)；后级DC/DC变换器既可使用隔离型，也可使用非隔离拓扑结构。两级AC/DC变换器的主要优点为能够实现高功率因数，并降低输出纹波电压或电流。

为了能够长时间可靠运行，开关电源必须适应较宽交流电网电压(AC)变化范围。但工业用电存在较大电压波动，全球电网制式和电压等级也不相同，导致交流电压范围为85-305Vac工作于这样极宽电压范围，Boost变换器存在较严重问题：一方面功率器件需要更大电压、电流和功率等级，导致元器件成本急剧上升；另一方面由于直流母线电压基本固定，交流低压输入时功率器件电流应力高达两倍以上，不可避免产生更多功耗，从而降低转换效率。由于可以设置更低直流母线电压，工业界也有使用升降压变换器(Buck-Boost)，图1为现有升降压变换电路，如图1所示，其中，Lf、Cf为输入EMI滤波电感和滤波电容，D1、D2、D3、D4为输入整流桥二极管，Cin为输入滤波电容，Co为输出滤波电容，并包括功率开关管Q1及其体二极管D_Q1、升降压电感L1、整流二极管D5。Q1、D5高频开关工作，L1储能与放电并经Co滤波后给输出负载RL供电。

为了简化升级压PFC变换器的控制器设计，一般采用电流临界导通模式(CRM或BCM)、电流断续导通模式(DCM)控制策略，但峰值电感电流较大导致损耗较大、转换效率较低。因此，需要对升降压PFC变换器进一步改进，既要达到结构简单、较低成本，并且高PF、低THD等优点，同时又能降低功耗、提高转换效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分时复用低纹波升降压PFC变换器、开关电源及升降压方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面本发明，提出一种分时复用低纹波升降压PFC变换器，包括AC输入单元、整流单元、正升降压变换单元、负升降压变换单元和中间母线电容；所述AC输入单元的交流输出端电连接所述整流单元交流输入端，所述整流单元的第一输出端接所述负升降压变换单元的输入端，所述整流单元的第二输出端接所述正升降压变换单元的输入端，所述正升降压变换单元和负升降压变换单元的输出端接负载；