[发明专利]交流到直流电力变换器及变换方法

说明书

本发明涉及AC到DC(交流到直流)变换器及AC到DC变换方法。

接收来自AC输电线的电力的AC到DC变换器通常将正弦波(AC)电源电压进行整流，并将能量储存在一电容器中。该电容器通常充电至峰值电源电压，使得电流只在输入电压的峰值附近流入电源。这使得输入到电源的电流波形成为基波供电频率和基波供电频率的整数倍(谐波)的组合。这些谐波输入电流幅值可以占基波输入电流幅值的相当大的百分比。因此，谐波输入电流会产生畸变，这种畸变会影响与电源线连接的其它敏感器件；或者会产生畸变，其会累积在配电网元件上，给这些元件带来不希望的压力。

通常被称作“功率因数校正”(PFC)技术的各项技术可用来通过将输入电流改变成近似正弦波来降低输入电流的谐波含量。然而，这种功率因数电路通常是复杂的。

图1(现有技术)是一种这样的功率因数校正电路的简图。一种升压变换器包括一电感器1，高频开关2，二极管3，电流敏感电阻(current senseresistor)4，和控制电路5，该升压变换器设置在电力线端子6和储能电容器7之间。控制电路5调制开关2的导通，以便将输入电流整形为近似正弦波。独立的DC到DC变换器包括变压器8，高频开关9，控制电路10，和输出整流器11，其将储能电容器7用作为电压源，并将电容器上的电压变换为可使用的DC输出电压电平，该电平可提供到输出端子12上。DC到DC变换器的控制电路10调制开关9的导通，以提供对输出电压的调节(regulation)。

虽然这些现有技术的功率因数校正电路对于许多应用可令人满意地工作，然而，两个分别的开关2和9和两个分别的控制电路5和10却增加了复杂性和成本。另外，许多应用并不需要几乎完全消除谐波，而只是需要将谐波降低到工业标准所确定的值以下。因此，人们试图寻求一种较便宜的AC到DC变换器，其可得到具有降低了谐波的输入电流，从而不需要两个控制电路和两个开关。

本发明的目的即在于提供AC到DC变换器，使输入电流的谐波成分降低，且复杂性和成本都降低了。

本发明的另一目的在于提供AC到DC变换方法，使输入电流谐波成分降低。

本发明提供一种AC到DC功率变换器，其可获得大于80％的功率因数校正，其只用一个电源开关，只一个磁性元件，只一个控制回路，和一个电容器便可达到75％以上的效率。其仅有的磁性元件是一变压器，其具有第一初级绕组，第二初级绕组，和至少一次级绕组。在AC输入电流周期的第一时间间隔期间中，第二初级绕组是由先前存储在一储能电容器中的能量来激励的。在第二时间间隔期间中，第一初级绕组是由流经AC输入端子的输入电流能量来激励的。因此，AC到DC电力变换器在输入电压达到峰值的时间点以前一段延伸的时间期间得到输入电流，并且在输入电压达到峰值的时间点以后一段延伸的时间期间也得到输入电流。因此，采用只有一个磁性元件的AC到DC电力变换器可降低与基波输入电流相关的输入电流谐波的幅值。为了滤去交流声(ripple)和/或噪声，可增加一附加磁性元件或多个元件。

为了实现本发明的目的，提供了一种AC到DC电力变换器，包括电源开关、储能电容器和控制电路，还包括：变压器，其具有第一初级绕组，第二初级绕组和次级绕组，其中所述电源开关的第一端与所述第二初级绕组的第二端相连，所述电源开关的第二端与所述储能电容器的第一端相连，所述电源开关的第三端与所述控制电路的输出端相连，所述储能电容器的第二端与所述第二初级绕组的第一端相连，变压器的所述次级绕组的一输出端与所述控制电路的输入端相连，所述控制电路用以控制所述电源开关的装置，使得所述第二初级绕组在第一时间间隔用先前存储在所述储能电容器中的能量来激励，并使得所述第一初级绕组在第二时间间隔用流过所述AC输入电流端子的电流能量来激励。