本發(fā)明涉及AC/DC變換領域，尤其涉及一種用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器。

背景技術：
：

隨著全球能源危機和環(huán)境污染的日益嚴重，太陽能、風能、海洋能等可再生能源越來越受到全世界的關注。波浪能是海洋能的一種形式，合理有效利用波浪能對解決能源危機、保護環(huán)境具有重要意義。磁流體發(fā)電機是一種將波浪能轉化為電能的裝置，然而，磁流體發(fā)電機輸出的電能功率因數(shù)低，且其輸出電壓低、輸出電流大，在實際應用中需要一種高增益的無橋PFC變換器對其進行升壓和功率因數(shù)校正。

傳統(tǒng)的無橋PFC變換器可以實現(xiàn)升壓以及功率因數(shù)校正的功能，但是只有在極限占空比的條件下才能輸出較高的電壓。為了達到較高的輸出母線電壓，會導致占空比一直處在極限狀態(tài)，極限占空比會帶來一系列的不利影響：較大的電流紋波、變換器更易受寄生參數(shù)的影響、輸出電壓達不到預設值、同時導通損耗增加導致變換器效率降低。在輸入電壓較低、輸入電流較大的情況下，傳統(tǒng)無橋PFC的二極管導通損耗所占的比例增加，也會導致變換器效率降低。

為了解決上述的問題，本發(fā)明提出了一種用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器。

技術實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明針對傳統(tǒng)無橋PFC變換器的電壓增益不高、高增益時無橋PFC變換器一直工作于極限占空比狀態(tài)、輸入輸出電流紋波大等問題，提出了一種用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器，解決了傳統(tǒng)無橋PFC應用在高增益場合所遇到的問題，且該變換器結構簡單，損耗低，效率高。

本發(fā)明采用如下技術方案：一種用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器，包括帶有第一繞組L₁、第二繞組L₂的耦合電感，第一主功率開關管S₃，第二主功率開關管S₄，第一輔助開關管S₁，第二輔助開關管S₂和電容C_o，所述耦合電感的第一繞組L₁的同名端與輸入交流電源V_in的一端連接，第一繞組L₁的異名端分別與第一輔助開關管S₁的源極和第一主功率開關管S₃的漏極連接；耦合電感的第二繞組L₂的同名端分別與第一輔助開關管S₁的漏極和第二輔助開關管S₂的漏極連接，第二繞組L₂的異名端與負載的一端連接；輸入交流電源V_in的另一端分別與第二輔助開關管S₂的源極和第二主功率開關管S₄的漏極連接；負載的另一端分別與第一主功率開關管S₃的源極和第二主功率開關管S₄的源極連接。

進一步地，當輸入交流電源V_in在正半周時，第一主功率開關管S₃的漏源極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導通和關斷；當工作在交流正半周時，耦合電感的第一繞組L₁、第二繞組L₂、第一輔助開關管S₁、第一主功率開關管S₃、第二主功率開關管S₄共同組成一個高增益Boost PFC回路。

進一步地，當輸入交流電源V_in在負半周時，第二主功率開關管S₄的漏源極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導通和關斷；當工作在交流負半周時，耦合電感的第一繞組L₁、第二繞組L₂、第二輔助開關管S₂、第一主功率開關管S₃、第二主功率開關管S₄共同組成一個高增益Boost PFC回路。

進一步地，當輸入交流電源V_in在正半周時，第二主功率開關管S₄處于一直導通的狀態(tài)，第二輔助開關管S₂處于一直關斷的狀態(tài)；當輸入交流電源V_in在負半周時，第一主功率開關管S₃處于一直導通的狀態(tài)，第一輔助開關管S₁處于一直關斷的狀態(tài)，即在輸入交流電源V_in正負半周時，均有一個橋臂的開關頻率與輸入交流電源V_in的頻率相同。

進一步地，所述高增益無橋PFC變換器包含一個升壓耦合電感，匝比為N＝N₂：N₁，其中N₁為耦合電感的第一繞組L₁的匝數(shù)，N₂為耦合電感的第二繞組L₂的匝數(shù)。

進一步地，所述高增益無橋PFC變換器使用第一輔助開關管S₁，第二輔助開關管S₂代替二極管，采用同步整流策略。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)的無橋PFC變換器的基礎上，使用耦合電感代替升壓電感，提升升壓效果，解決了在高增益條件下，變換器工作于極限占空比的問題；同時，本發(fā)明使用兩個輔助開關管代替二極管，采用同步整流策略，降低了導通損耗，提高了變換器效率。

附圖說明：

圖1為用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器拓撲結構圖。

圖2為功率開關管S₁、S₂、S₃、S₄的驅動波形圖。

圖3(a)、圖3(b)分別是圖1所示電路在輸入交流電壓V_in正半周時第一主功率開關管S₃開通和關斷時的工作模態(tài)圖。

圖4(a)、圖4(b)分別是圖1所示電路在輸入交流電壓V_in負半周時第二主功率開關管S₄開通和關斷時的工作模態(tài)圖。

圖5為本發(fā)明又一實施例的高增益無橋PFC變換器。

具體實施方式：

以下結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述說明。

如圖1所示，本發(fā)明用于低壓大電流場合的高增益無橋PFC變換器，包括帶有第一繞組L₁、第二繞組L₂的耦合電感，第一主功率開關管S₃，第二主功率開關管S₄，第一輔助開關管S₁，第二輔助開關管S₂和電容C_o，所述耦合電感的第一繞組L₁的同名端與輸入交流電源V_in的一端連接，第一繞組L₁的異名端分別與第一輔助開關管S₁的源極和第一主功率開關管S₃的漏極連接；耦合電感的第二繞組L₂的同名端分別與第一輔助開關管S₁的漏極和第二輔助開關管S₂的漏極連接，第二繞組L₂的異名端與負載的一端連接；輸入交流電源V_in的另一端分別與第二輔助開關管S₂的源極和第二主功率開關管S₄的漏極連接；負載的另一端分別與第一主功率開關管S₃的源極和第二主功率開關管S₄的源極連接。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的無橋PFC變換器的基礎上做出改進，將耦合電感應用到無橋PFC拓撲上，利用耦合電感的升壓特性實現(xiàn)輸出電壓的高增益。所述的帶有兩個繞組L₁、L₂的耦合電感在工作時，低壓交流輸入端的能量存儲在第一繞組L₁，在耦合電感釋放能量階段，儲存在第一繞組L₁的部分能量瞬間轉移到第二繞組L₂上，并共同向負載和輸出電容C_o傳遞能量。因為本發(fā)明采用的是同向耦合電感，所以能夠起到提升輸出電壓的作用，并且耦合電感的引入可以減小兩個主功率開關管S₃、S₄和兩個輔助開關管S₁、S₂的電壓應力。由于輸入電壓較低、輸入電流較大，所以本發(fā)明將傳統(tǒng)無橋PFC變換器中的二極管替換為開關管，減小其導通損耗，提高變換器的效率。

如圖2所示為功率開關管S₁、S₂、S₃、S₄的驅動波形圖，其中g₁為開關管S₁的驅動信號，g₂為開關管S₂的驅動信號，g₃為開關管S₃的驅動信號，g₄為開關管S₄的驅動信號。

如圖3(a)、圖3(b)所示，當輸入交流電源V_in在正半周時，第二輔助開關管S₂一直關斷；第一主功率開關管S₃的漏源極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號可以控制它的導通和關斷；當工作在交流正半周時，耦合電感的第一繞組L₁、第二繞組L₂、第一輔助開關管S₁、第一主功率開關管S₃、第二主功率開關管S₄共同組成一個高增益Boost PFC回路。當?shù)谝恢鞴β书_關管S₃開通時，第一輔助開關管S₁關斷，電流經(jīng)過耦合電感的第一繞組L₁、第一主功率開關管S₃、第二主功率開關管S₄，為第一繞組L₁儲能，第二繞組L₂感應電壓，但沒有電流，輸出電容C_o向負載供電；當?shù)谝恢鞴β书_關管S₃關斷時，第一輔助開關管S₁開通，電流經(jīng)過耦合電感的第一繞組L₁、第一輔助開關管S₁、耦合電感的第二繞組L₂，向輸出電容C_o和負載提供能量，其中耦合電感的第一繞組L₁的部分能量瞬間轉移到耦合電感的第二繞組L₂。

如圖4(a)、圖4(b)所示，當輸入交流電源V_in在負半周時，第一輔助開關管S₁一直關斷；第二主功率開關管S₄的漏源極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號可以控制它的導通和關斷；當工作在交流負半周時，耦合電感的第一繞組L₁、第二繞組L₂、第二輔助開關管S₂、第一主功率開關管S₃、第二主功率開關管S₄共同組成一個高增益Boost PFC回路。當?shù)诙鞴β书_關管S₄開通時，第二輔助開關管S₂關斷，電流經(jīng)過耦合電感的第一繞組L₁、第二主功率開關管S₄、第一主功率開關管S₃，為第一繞組L₁儲能，第二繞組L₂感應電壓，但沒有電流，輸出電容C_o向負載供電；當?shù)诙鞴β书_關管S₄關斷時，第二輔助開關管S₂開通，電流經(jīng)過耦合電感的第一繞組L₁、第二輔助開關管S₂、耦合電感的第二繞組L₂，向輸出電容C_o和負載提供能量，耦合電感的第一繞組L₁的部分能量瞬間轉移到耦合電感的第二繞組L₂。

因此，當輸入交流電源V_in在正半周時，第二主功率開關管S₄處于一直導通的狀態(tài)，第二輔助開關管S₂處于一直關斷的狀態(tài)；當輸入交流電源V_in在負半周時，第一主功率開關管S₃處于一直導通的狀態(tài)，第一輔助開關管S₁處于一直關斷的狀態(tài)，即在輸入交流電源V_in正負半周時，均有一個橋臂的開關頻率與輸入交流電源V_in的頻率相同。

如圖5所示為本發(fā)明的另一實施例，為一種用于低壓大電流場合的高增益雙二極管無橋PFC變換器，包括：一個帶有兩個繞組的耦合電感、兩個主功率開關管，兩個輔助開關管、兩個二極管和一個輸出電容。與第一個實施例相同，也采用耦合電感來實現(xiàn)輸出電壓的高增益。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。