[发明专利]一种多单元并联整合降压无桥PFC变换器

说明书

本发明公开了一种多单元并联整合降压无桥PFC变换器，包括输入电压源，第一整流二极管，第二整流二极管，第三二极管，第四二极管，第一开关管，第二开关管，第五二极管，第六二极管，第一反激开关管，第一理想变压器，第二反激开关管，第二理想变压器，第一励磁电感，第二励磁电感，负载，输出电容，控制逻辑电路用于产生开关管的驱动信号，通过将降压变换单元与反激变换单元输入输出并联整合，得到无输入电流死区的降压‑反激变换单元，然后再次进行输入输出并联配置，得到无整流桥的无输入电流死区降压式多变换单元整合的PFC变换器，从而实现在无输入电流死区时，不使用整流桥提高buck PFC变换器的效率与功率因数。

技术领域

本发明涉及电能变换装置的变换器技术领域，具体涉及一种多单元并联整合降压无桥PFC变换器。

背景技术

电力是我们当前工业应用与居家生活的必要能源之一，而在当前社会主要的城市电网电力形式仍然是交流电(AC)。因此，在负载多为直流(DC)的场景下，需要使用大量AC-DC变换器。其中带有功率因数校正(PFC)功能的AC-DC变换器凭借其体积小、功率因数高、电流谐波小等优势被广泛应用。

在家用小功率应用场景中，如数百瓦的电池充电装置、电源适配器等，通常会使用降压式(buck)PFC作为前级的交流电转直流电的电路。因为这种降压式buck PFC变换器的输出电压可以在60至160V之间，比传统升压式(boost)PFC变换器380到400V的母线电压低很多。这样的低输出电压buck PFC变换器有利于后级直直变换器的设计与轻载效率提升。

此外，为了提高变换器效率，无整流桥的buck PFC变换器也被提出。它的效率提升主要是通过减少变换器电流导通通路里的二极管数量实现的。其拓扑具体特点是取消了由四个二极管组成的整流桥，即无桥buck PFC变换器。图1给出了无桥buck PFC变换器的电路图以及输入电流波形，如图1所示的无桥buck PFC变换器输出电压由于输入电流谐波的限制而无法设置得更高，因为过高的输出电压会增大输入电流死区时间，进而增大输入电流谐波。实际上，该问题本质上是由于降压式变换器本身在输入电压v_in小于输出电压V_o时，不再工作，因此存在输入电流i_in死区。

另一方面，有学者提出了如图2所示的高功率因数的降压buck与反激flyback变换单元整合的高功率因数buck-flyback PFC变换器。通过开关器件整合方式得到的buck-flyback PFC变换器如图2所示；通过电感器件整合方式得到的buck-flyback PFC变换器如图3所示。但是上述两种整合PFC变换器都增加了额外的二极管在电流导通回路中，降低了变换器的效率。

总结现有变换器的问题：1)现有无桥buck PFC变换器存在输入电流死区并导致较高的输入电流谐波，不利于变换器设计；2)整合式的buck-flyback PFC变换器需要增加额外的二极管在电流回路中，增加了变换器的损耗，降低了变换器效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何在消除电流死区的同时提高buck PFC变换器的效率与功率因数，目的在于提供一种多单元并联整合降压无桥PFC变换器，通过将buck变换单元与flyback变换单元输入输出并联整合，得到无输入电流死区的buck-flyback变换单元，再将上述得到的无输入电流死区的buck-flyback变换单元再次进行“输入输出并联”配置，得到无整流桥的无输入电流死区降压式多变换单元整合的PFC变换器，从而在无输入电流死区时，不使用整流桥，提高buck PFC变换器的效率与功率因数。

本发明通过下述技术方案实现：