[发明专利]一种具有无桥结构的单级谐振式功率因数校正电路

权利要求书

1.一种具有无桥结构的单级谐振式功率因数校正电路，其特征在于，包括交流输入源Vin、输入电感L、主开关管S1、主开关管S2、辅开关管S3、钳位电容C_c、谐振电容C_r、谐振电感L_r、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、输出滤波电容C₀和等效电阻R，所述主开关管S₁具有寄生电容C_s1和体二极管D_s1，所述主开关管S₂具有寄生电容C_s2和体二极管D_s2，所述辅开关管S₃具有寄生电容C_s3和体二极管D_s3；

交流输入源Vin的一端与输入电感L的一端连接，输入电感L的另一端连接主开关管S1的发射极和主开关管S2的集电极，主开关管S1的集电极依次连接二极管D₁的阴极、辅开关管S3的发射极和谐振电容C_r的一端，谐振电容C_r的另一端依次连接谐振电感L_r的一端和二极管D₄的阳极，二极管D₄的阴极依次连接输出滤波电容C₀的一端和等效电阻R的一端，辅开关管S3的集电极与钳位电容C_c的一端连接，谐振电感L_r的另一端连接二极管D₃的阴极，主开关管S2的发射极依次连接二极管D₂的阳极、钳位电容C_c的另一端、二极管D₃的阳极、输出滤波电容C₀的另一端和等效电阻R的另一端，交流输入源Vin的另一端与二极管D₁的阳极和二极管D₂的阴极连接；

工作时，主开关管S1、主开关管S2用相同的PWM信号驱动，而辅开关管S3由与S1、S2互补的PWM信号驱动；通过在工作周期t0-t7内控制主开关管和辅开关管的通断实现电路正常工作，电路在所述工作周期t0-t7内具体包括以下工作模态：

a.时刻t0-t1的第一种工作模态：

当主开关管S2的寄生电容C_s2存储的电能完全释放完时，主开关管S₂的体二极管D_s2开始导通，由于主开关管S1的体二极管D_s1也导通，主开关管S1和主开关管S2实现ZVS开通，辅开关管S3处于关断状态，二极管D₄正向导，直到谐振电感L_r的电流变为零；

b.时刻t1-t2的第二种工作模态：

当谐振电感L_r的电流变为零时，由于主开关管S1和主开关管S2的门极驱动信号为高电平，主开关管S1和主开关管S2保持导通，辅开关管S3关断，输入电感L线性充电，谐振电容C_r的电流由零开始反向，由谐振电感L_r与谐振电容C_r组成的回路发生谐振，直到谐振电感L_r的电流再次降为零，二极管D₃实现零电流关断；

c.时刻t2-t3的第三种工作模态：

当谐振电感L_r的电流再次降为零时，主开关管S2仍处于开通状态，流过主开关管S2的电流等于输入电感L的电流，此时主开关管S2中没有电流，输入电感L的电流继续上升，输出滤波电容C₀为负载提供能量，直到主开关管S1和主开关管S2关断；

d.时刻t3-t4的第四种工作模态：

主开关管S2关断，辅开关管S3仍处于关断状态，辅开关管S3的体二极管D_s3开始导通，输入电感L的电流减小并对寄生电容C_s2和钳位电容C_c充电，直到主开关管S2的寄生电容C_s2的电压由零上升到Vcc；

e.时刻t4-t5的第五种工作模态：

主开关管S1和主开关管S2仍为关断状态，辅开关管S3的驱动信号为高电平，辅开关管S3实现零电压开通，辅开关管S3的电流由源极流向漏极，实现软开关；

f.时刻t5-t6的第六种工作模态：

辅开关管S3实现零电压开通时，流过谐振电容C_r的电流等于输入电感L的电流，辅开关管S3的电流从零开始增加，并且辅开关管S3的电流由漏极流向源极，直到辅开关管S3关断；

g.时刻t6-t7的第七种工作模态：

辅开关管S3断开，主开关管S₂的寄生电容C_s2开始放电，电压由Vcc降为零，且主开关管S2的体二极管D_s2开始导通，当存储在谐振电感L_r中的能量大于储存在寄生电容C_s2的能量时，主开关管S1的体二极管D_s1导通，主开关管S2实现ZVS开通，下一个开关周期开始。