專利名稱：一種單級(jí)半橋ac-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AC-DC變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單級(jí)半橋AC-DC變換器。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用的AC-DC變換器往往是由一級(jí)功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)和一級(jí)帶隔離變壓器的DC-DC變換器環(huán)節(jié)組合而成的兩級(jí)變換器，如圖1所示基于半橋變換器的兩級(jí)AC-DC變換器。在這種AC-DC變換器中，功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)通過特定的控制策略使得輸入電流正弦化，提高功率因數(shù)，減少諧波含量，同時(shí)控制電路還對(duì)輸出電壓進(jìn)行反饋，通過占空比對(duì)輸出電壓進(jìn)行初調(diào)。DC-DC變換器環(huán)節(jié)對(duì)功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)輸出電壓進(jìn)行細(xì)調(diào)。雙級(jí)AC-DC變換器可以獲得良好的電氣性能，如高功率因數(shù)、良好的電壓調(diào)節(jié)性能等。但是電路的元件數(shù)多，增加了成本和電路復(fù)雜性，而且功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)輸出的直流電壓比輸入交流電壓幅值高，使得開關(guān)管&、 &和&要承受比較高的電壓應(yīng)力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種單級(jí)半橋AC-DC變換器，減少AC-DC變換器功率器件的數(shù)量，并降低開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力。
本發(fā)明提出一種單級(jí)半橋AC-DC變換器。本發(fā)明的單級(jí)半橋AC-DC變換器，實(shí)際上是將升降壓PFC環(huán)節(jié)和基于半橋的DC-DC變換器環(huán)節(jié)結(jié)合而得。本發(fā)明有如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種單級(jí)半橋AC-DC變換器，包括輸入濾波電路E，整流橋2，電感丄，第一電容Cl，第二電容C2，第三電容C0，第一開關(guān)管&，第二開關(guān)管&，第一二極管D01、第二二極管A)2、和第三二極管其特征在于，輸入濾波電路E與整流橋Q構(gòu)成輸入整流濾波電路；輸入濾波電路E、整流橋^、電感Z、開關(guān)管&、 二極管D和第一電容d、第二電容C2構(gòu)成升降壓PFC環(huán)節(jié)；第一開關(guān)管&和第二開關(guān)管&、第一電容Q、第二電容C2、變壓器T與第一二極管A^和第二二極管A)2構(gòu)成半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)；所述升降壓PFC環(huán)節(jié)與半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)共用第一開關(guān)管&。
上述的單級(jí)半橋AC-DC變換器中，電感i的一端與第三二極管D的陰極、整流橋Q的共陰極連接；電感Z的另一端與第一電容d的一端、第一開關(guān)管&的漏極連接；第一電容d的另一端與第二電容C2的一端連接，然后再與變壓器T一次側(cè)的異名端連接；第二電容C2的另一端與第三二極管D的陽(yáng)極連接，然后與第二開關(guān)管&的源極連接；第一開關(guān)管&的源極與整流橋g的共陽(yáng)極連接，然后再與第二開關(guān)管&的漏極、變壓器T一 次側(cè)的同名端連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明通過控制第一開關(guān)管&的占空比 使得電感l(wèi)的電流不連續(xù)工作從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功率因數(shù)校正的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)第一電容c卜 第二電容C2的端電壓升壓或降壓從而限制開關(guān)管的電壓應(yīng)力在安全工作范圍。通過控制開 關(guān)管&和&的占空比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓Fo的調(diào)制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正，而
且相對(duì)基于半橋的兩級(jí)AC-DC變換器，使用較少的開關(guān)管，開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較小，
從而降低了電路的成本和體積。本發(fā)明適合用作電解、電鍍等電化學(xué)電源。
圖1是現(xiàn)有的基于LLC串聯(lián)諧振的兩級(jí)AC-DC變換器 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中單級(jí)半橋AC-DC變換器的構(gòu)成電路實(shí)例； 圖3a 圖3e是本發(fā)明實(shí)施方式中一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不同階段的工作過程圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的工作波形； 圖5是本發(fā)明實(shí)施方式中在工頻模式下的主要波形。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
參考圖2，單級(jí)半橋AC-DC變換器包括
輸入濾波電路E，整流橋0，電感￡，電容d、 C2和Co，兩個(gè)開關(guān)管&和&， 二極 管D、 ￡>01和￡)02;
輸入濾波電路E與整流橋2構(gòu)成輸入整流濾波電路；
輸入濾波電路E、整流橋g、電感L、開關(guān)管&、 二極管D和電容d、 C2構(gòu)成升降 壓PFC環(huán)節(jié)；
開關(guān)管&和&、電容d和C2、變壓器T與二極管"01和Z)02構(gòu)成半橋DC-DC變換 器環(huán)節(jié)；
升降壓PFC環(huán)節(jié)與半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)共用開關(guān)管S1;
輸入交流電源通過濾波電路E和整流橋Q給AB端供電，AB端電壓為正弦半波。電 感L、開關(guān)管&、 二極管D和電容d、 C2構(gòu)成升降壓電路。開關(guān)管&和&、電容d和
C2與變壓器T構(gòu)成半橋逆變電路。二扱管Am、 A)2和電容Co構(gòu)成輸出整流濾波電路。升
降壓電路與半橋逆變電路共用開關(guān)管&。電感丄的一端與二極管D的陰極、整流橋g的 共陰極連接；電感丄的另一端與電容d的一端、開關(guān)管&的漏極連接；電容d的另一端
4與電容C2的一端連接，然后再與變壓器T一次側(cè)的異名端連接；電容C2的另一端與二極管D的陽(yáng)極連接，然后與開關(guān)管&的源極連接；開關(guān)管&的源極與整流橋Q的共陽(yáng)極連接，然后再與&的漏極、變壓器T一次側(cè)的同名端連接。
圖3給出了本發(fā)明的電路工作過程，圖4給出了本發(fā)明在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的工作波形，圖5給出本發(fā)明在工頻模式下的主要波形。令開關(guān)管&和&的占空比相等。(1)在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電路工作過程如下
階段l (to t》，如圖3a: to時(shí)亥U，開關(guān)管&導(dǎo)通，電感Z在輸入電壓^s下線性充電，輸出整流二極管D01導(dǎo)通，能量由電容d傳遞到Ko。
階段2(t廣t2)，如圖3b: tj寸刻，開關(guān)管&和&關(guān)斷，電感Z在(7d+Fa)電壓下線
性放電，電感丄的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到電容d和C2。輸出整流二極管Dcn和Do2反偏截止，輸出
電容Cc放電并給負(fù)載供電。
階段3 (t2~t3)，如圖3c: t2時(shí)亥U，開關(guān)管&導(dǎo)通，電感丄繼續(xù)在(Ka+P^)電壓下線性
放電，輸出整流二極管Do2導(dǎo)通，能量由電容C2傳遞到&。
階段4(t廣tt)，如圖3d: t3時(shí)刻，開關(guān)管&和&關(guān)斷，電感丄繼續(xù)在(7a+Fa)電壓
下線性放電，電感丄的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到電容d和C2。輸出整流二極管D(M和Do2反偏截止，
輸出電容Co放電并給負(fù)載供電。當(dāng)電感丄的電流/i下降到零時(shí)，此階段完成。
階段5 (t4 ts)，如圖3e: t4時(shí)刻，開關(guān)管&和&關(guān)斷，電感Z的電流&下降到零，輸出整流二極管D^和Do2反偏截止，輸出電容Co放電并給負(fù)載供電。
(2)升降壓PFC環(huán)節(jié)的升降壓原理to h階段電感在輸入電壓F^下線性充電，電流的增量為
其中Dow是開關(guān)管&的導(dǎo)通占空比，r是開關(guān)周期。
ti t4階段電感在電壓(Fd+f^)下線性放電，電流的增量為其中i)ow是電感Z放電的占空比。
當(dāng)電路工作于電感電流&斷續(xù)模式時(shí)，有A^叫A^1，由此可得
Kc 一 "ow
r爿fl "OFF
(1)
(2)
(3)
5^的幅值等于電源^的幅值，因此得
<formula>formula see original document page 6</formula>
由式(4)可知當(dāng)A^〉D。^時(shí)，rcl+rC2>^;當(dāng)Aw〈D。^時(shí)，rcl+FC2<^。通過 控制占空比可以對(duì)電容的端電壓進(jìn)行初調(diào)，而且減小占空比Aw可以有效的控制電容Q
和C2的端電壓之和低于輸入電壓幅值，從而降低了開關(guān)管&和&的電壓應(yīng)力。 (3)輸入功率因數(shù)校正原理 由于電感電流4斷續(xù)，在開關(guān)管&的每個(gè)導(dǎo)通階段&電流峰值與這個(gè)導(dǎo)通階段輸入電 壓FcM (Fc^=l^l)的平均值成比例，又因?yàn)槊總€(gè)導(dǎo)通階段的電壓平均值是正弦變化的， 所以輸入電流的峰值也是正弦變化的。而且電感電流脈沖總是從零開始，所以它們的平均 值也是正弦變化的，如圖5所示。所有交流電流脈沖組成了波形包含了50或60Hz頻率的
基波和開關(guān)頻率分量，經(jīng)過丄in、 Cta濾波電路E得正弦輸入電流/^。
權(quán)利要求
1、一種單級(jí)半橋AC-DC變換器，包括輸入濾波電路(E)，整流橋(Q)，電感(L)，第一電容(C1)，第二電容(C2)，第三電容(CO)，第一開關(guān)管(S1)，第二開關(guān)管(S2)，第一二極管(DO1)、第二二極管(DO2)、和第三二極管(D)；其特征在于，輸入濾波電路(E)與整流橋(Q)構(gòu)成輸入整流濾波電路；輸入濾波電路(E)、整流橋(Q)、電感(L)、開關(guān)管(S1)、二極管(D)和第一電容(C1)、第二電容(C2)構(gòu)成升降壓PFC環(huán)節(jié)；第一開關(guān)管(S1)和第二開關(guān)管(S2)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、變壓器(T)與第一二極管(DO1)和第二二極管(DO2)構(gòu)成半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)；所述升降壓PFC環(huán)節(jié)與半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)共用第一開關(guān)管(S1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)半橋AC-DC變換器，其特征在于，電感(丄)的一端與第三二極管(D)的陰極、整流橋(2)的共陰極連接；電感a)的另一端與第一電容(Q)的一端、第一開關(guān)管(&)的漏極連接；第一電容(d)的另一端與第二電容(C2) 的一端連接，然后再與變壓器(T) 一次側(cè)的異名端連接；第二電容(C2)的另一端與第 三二極管。)的陽(yáng)極連接，然后與第二開關(guān)管(&)的源極連接；第一開關(guān)管(&)的源 極與整流橋(G)的共陽(yáng)極連接，然后再與第二開關(guān)管(&)的漏極、變壓器(T) 一次側(cè) 的同名端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單級(jí)半橋AC-DC變換器，包括輸入整流濾波電路、升降壓PFC環(huán)節(jié)、半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)，半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)由兩個(gè)開關(guān)管(S<sub>1</sub>、S<sub>2</sub>)、兩個(gè)電容(C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>)、變壓器(T)與兩個(gè)二極管(D<sub>O1</sub>、D<sub>O2</sub>)構(gòu)成。所述升降壓PFC環(huán)節(jié)與半橋DC-DC變換器環(huán)節(jié)共用一開關(guān)管S<sub>1</sub>，通過控制該開關(guān)管的占空比使得電感(L)的電流不連續(xù)工作從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功率因數(shù)校正的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)第一電容(C<sub>1</sub>)和第二電容(C<sub>2</sub>)的端電壓升壓或降壓從而限制開關(guān)管的電壓應(yīng)力在安全工作范圍，而且相對(duì)基于半橋的兩級(jí)AC-DC變換器，使用的開關(guān)管較少，開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較小，從而降低了電路的成本和體積。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101499732SQ20091003683
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者波 張, 張桂東, 肖文勛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)