一種Z型雙boost無橋PFC變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及AC/DC變換領(lǐng)域，尤其涉及一種Z型雙boost無橋功率因數(shù)校正電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大量的使用橋式不控整流不僅給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染，而且交流側(cè)功率因數(shù)的偏低也造成了電能的浪費(fèi)。功率因數(shù)校正技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)交流側(cè)電流跟蹤交流側(cè)電壓，可以提高交流側(cè)的功率因數(shù)。
[0003]傳統(tǒng)的單相BoostPFC電路由于整流橋的存在導(dǎo)致系統(tǒng)損耗大、傳輸效率低。為了提高轉(zhuǎn)換效率，PFC已經(jīng)從傳統(tǒng)的有橋PFC發(fā)展到無橋PFC。一般的無橋Boost PFC電路中電感充電回路中一般有兩個(gè)開關(guān)器件，導(dǎo)致多余損耗。
[0004]為了解決上述的問題，本實(shí)用新型提出了一種Z型雙boost無橋PFC變換器。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有Boost PFC變換器功率損耗大、效率偏低等問題，本實(shí)用新型的目的在于一種結(jié)構(gòu)簡單的Z型雙boost無橋PFC變換器，能降低電路損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。
[0006]為了達(dá)到以上所述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案.
[0007]一種Z型雙boost無橋PFC變換器，由兩個(gè)電感、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT、四個(gè)二極管、一個(gè)電容組成:所述第一電感的一端分別與輸入交流電壓源的一端、第二 IGBT的發(fā)射極、第三二極管的負(fù)極連接，第一電感的另一端分別與第一 IGBT的集電極、第一二極管的正極連接;所述第二電感的一端分別與輸入交流電壓源的另一端、第一 IGBT的發(fā)射極、第四二極管的負(fù)極連接，第二電感的另一端分別與第二 IGBT的集電極、第二二極管的正極連接;所述電容的正極分別與第一二極管的負(fù)極、第二二極管的負(fù)極、負(fù)載的一端連接，電容的負(fù)極分別與第三二極管的正極、第四二極管的正極、負(fù)載的另一端連接。
[0008]當(dāng)輸入交流電壓源在正半周時(shí)，第一IGBT的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號(hào)控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二 IGBT的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在正半周期時(shí)，交流電壓源、第一電感、第一IGBT、第一二極管、電容、第四二極管共同組成一個(gè)Boost電路。
[0009]當(dāng)輸入交流電壓源在負(fù)半周時(shí)，第二IGBT的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號(hào)控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第一 IGBT的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在負(fù)半周期時(shí)，交流電壓源、第二電感、第二IGBT、第二二極管、電容、第三二極管共同組成另一個(gè)Boost電路。
[0010]上述電容足夠大能夠保證電容兩端的電壓穩(wěn)定，負(fù)載兩端的輸出直流電壓等于電容兩端的電壓。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0012]1、結(jié)構(gòu)和原理簡單
[0013]本實(shí)用新型采用兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT(S1_S2)分別工作在輸入交流電源的正負(fù)半周，每個(gè)半周可以視為一個(gè)Boost電路，結(jié)構(gòu)和原理簡單，容易控制。
[0014]2、損耗低
[0015]本實(shí)用新型采用不帶反并聯(lián)二極管的IGBT，電源正負(fù)半周的電感充電回路中只有一個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通，進(jìn)一步降低器件損耗。
[0016]3、整機(jī)效率高
[0017]本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的BoostPFC變換器相比，省去了整流橋，減少整流橋帶來的損耗，整機(jī)效率得到提高。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的一種Z型雙boost無橋PFC變換器結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2a、圖2b分別是圖1所示電路在輸入電壓Vin正半周時(shí)第一IGBT SI開通和關(guān)斷時(shí)的工作示意圖；
[0020]圖3a、圖3b分別是圖1所示電路在輸入電壓Vin負(fù)半周時(shí)第二IGBTS2開通和關(guān)斷時(shí)的工作示意圖；
[0021 ]圖4是仿真得到交流側(cè)輸入交流電壓與電流的波形圖；
[0022]圖5是仿真得到直流側(cè)輸出直流電壓的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0024]如圖1所示，一種Z型雙boost無橋PFC變換器，由兩個(gè)電感(L1-L2)、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT(S1-S2)、四個(gè)二極管(D1-D4)、一個(gè)電容C組成:所述第一電感LI的一端分別與輸入交流電壓源Vin的一端、第二 IGBTS2的發(fā)射極、第三二極管D3的負(fù)極連接，第一電感LI的另一端分別與第一 IGBTSl的集電極、第一二極管Dl的正極連接;所述第二電感L2的一端分別與輸入交流電壓源Vin的另一端、第一 IGBTSl的發(fā)射極、第四二極管D4的負(fù)極連接，第二電感L2的另一端分別與第二 IGBTS2的集電極、第二二極管D2的正極連接;所述電容C的正極分別與第一二極管Dl的負(fù)極、第二二極管D2的負(fù)極、負(fù)載R的一端連接，電容C的負(fù)極分別與第三二極管D3的正極、第四二極管D4的正極、負(fù)載R的另一端連接。
[0025]如圖2a~2b，當(dāng)輸入交流電壓源Vin在正半周時(shí)，第一IGBTSl的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號(hào)控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二IGBTS2的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在正半周期時(shí)，交流電壓源Vin、第一電感L1、第一IGBTSl、第一二極管Dl、電容C、第四二極管D4共同組成一個(gè)Boost電路。當(dāng)控制第一 IGBTSl導(dǎo)通時(shí)，輸入交流電壓源Vin對(duì)第一電感LI進(jìn)行充電儲(chǔ)能，電容C對(duì)負(fù)載R放電。當(dāng)控制第一IGBTSl關(guān)斷時(shí)，輸入交流電壓源Vin、第一電感L1、第一二極管Dl、第四二極管D4、電容C和負(fù)載R形成通路，此時(shí)交流電壓源Vin和第一電感LI向電容C進(jìn)行充電和負(fù)載R供電。根據(jù)輸出直流電壓UO的要求調(diào)整第一 IGBTSl的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
[0026]如圖3a~3b，當(dāng)輸入交流電壓源Vin在負(fù)半周時(shí)，第二IGBTS2的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號(hào)控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第一IGBTSl的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在負(fù)半周期時(shí)，交流電壓源Vin、第二電感L2、第二IGBTS2、第二二極管D2、電容C、第三二極管D3共同組成另一個(gè)Boost電路。當(dāng)控制第二IGBTS2導(dǎo)通時(shí)，輸入交流電壓源Vin對(duì)第二電感L2進(jìn)行充電儲(chǔ)能，電容C對(duì)負(fù)載R放電。當(dāng)控制第二 IGBTS2關(guān)斷時(shí)，輸入交流電壓源Vin、第二電感L2、第二二極管D2、第三二極管D3、電容C和負(fù)載R形成通路，此時(shí)交流電壓源Vin和第二電感L2向電容C進(jìn)行充電和負(fù)載R供電。根據(jù)輸出直流電壓UO的要求調(diào)整第二 IGBT管S2的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
[0027]如圖4，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:輸入交流電源Vin=220V/50HZ，電感Ll=L2=3mH，輸出功率Pout= lkW，電容C=100yF,輸出電壓Uo=400V，IGBT開關(guān)頻率fs=50HZ，IGBT選用英飛凌的FGW40N120H。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本實(shí)用新型交流側(cè)輸入電流跟蹤輸入電壓，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行，電流諧波小。
[0028]如圖5，在同樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下，得到電容C兩端直流電壓Uo穩(wěn)定，紋波小。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下對(duì)本具體實(shí)施例做出各種修改或補(bǔ)充或者采用類似的方式替代，但是這些改動(dòng)均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此本實(shí)用新型技術(shù)范圍不局限于上述實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Z型雙boost無橋PFC變換器，其特征在于包括兩個(gè)電感(L1-L2)、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT(S1-S2)、四個(gè)二極管(D1-D4)和一個(gè)電容(C);所述第一電感(LI)的一端分別與輸入交流電壓源(Vin)的一端、第二 IGBT (S2)的發(fā)射極、第三二極管(D3)的負(fù)極連接，第一電感(LI)的另一端分別與第一IGBT(Sl)的集電極、第一二極管(Dl)的正極連接;所述第二電感(L2)的一端分別與輸入交流電壓源(Vin)的另一端、第一 IGBT (SI)的發(fā)射極、第四二極管(D4)的負(fù)極連接，第二電感(L2)的另一端分別與第二 IGBT (S2)的集電極、第二二極管(D2)的正極連接;所述電容(C)的正極分別與第一二極管(Dl)的負(fù)極、第二二極管(D2)的負(fù)極、負(fù)載(R)的一端連接，電容(C)的負(fù)極分別與第三二極管(D3)的正極、第四二極管(D4)的正極、負(fù)載(R)的另一端連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種Z型雙boost無橋PFC變換器，包括兩個(gè)電感、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT、四個(gè)二極管和一個(gè)電容，第一電感的一端與輸入交流電壓源的一端、第二IGBT的發(fā)射極、第三二極管的負(fù)極連接，第一電感的另一端與第一IGBT的集電極、第一二極管的正極連接；所述第二電感的一端與輸入交流電壓源的另一端、第一IGBT的發(fā)射極、第四二極管的負(fù)極連接，第二電感的另一端與第二IGBT的集電極、第二二極管的正極連接；所述電容的正極與第一二極管的負(fù)極、第二二極管的負(fù)極、負(fù)載的一端連接，電容的負(fù)極與第三二極管的正極、第四二極管的正極、負(fù)載的另一端連接。本實(shí)用新型電路損耗低，效率高，可以實(shí)現(xiàn)交流側(cè)單位功率因數(shù)。
【IPC分類】H02M7/06, H02M3/07, H02M1/42
【公開號(hào)】CN205212701
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521078068
【發(fā)明人】杜貴平, 柳志飛, 朱天生, 杜發(fā)達(dá)
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月20日