一種無電解電容并聯(lián)反激式pfc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型是由反激式變換器、PFC電路及濾波電容構(gòu)成的一種無電解電容并聯(lián) 反激式PFC變換器，屬于功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展W及大量電力電子設(shè)備的使用在給生產(chǎn)發(fā)展帶來巨大 動力的同時，也給電網(wǎng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。解決電力電子設(shè)備諧波污染的方法主要有 兩種：一是對電網(wǎng)實(shí)施諧波補(bǔ)償；二是在電力電子設(shè)備中加入功率因數(shù)校正電路。比較而 言，后者能夠主動消除諧波源，更有實(shí)際意義。功率因數(shù)校正(PFC)變換器可W降低輸入電 網(wǎng)電能的諧波含量，提高輸入電網(wǎng)電能的功率因數(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。PFC變換器可W分為 有源和無源兩種方式，相對于無源來說，有源方式具有輸入功率因數(shù)高、體積小、成本低等 優(yōu)點(diǎn)。有源PFC變換器可W采用多種電路拓?fù)浜涂刂品椒?，根?jù)電感電流是否連續(xù)，可將其 分為S種工作模式，即電感電流連續(xù)模式(CCM)，電感電流臨界連續(xù)模式(CRM)，電感電流斷 續(xù)模式(DCM)。
[0003] 由于在PFC變換器中，輸入功率存在2倍工頻波動，而輸出功率是恒定的，因此需要 儲能電容來平衡輸入功率和輸出功率的功率差。在相同的電壓和容值下，與薄膜電容、陶片 電容等其他種類的電容相比，電解電容的體積和成本相對較小，且所需的儲能電容的容值 一般都比較大，因此通常選用電解電容作為儲能電容。但是電解電容也存在一定局限性，其 壽命有限，是電源系統(tǒng)中壽命最短的元器件，也是電源失效或短壽的主要原因。
[0004] 減小輸入端功率波動的傳統(tǒng)方式主要有：1)在輸入功率因數(shù)滿足一定要求時，向 輸入電流中注入一定量的諧波，減小輸入端的功率波動;2)在輸出端并聯(lián)一個雙向變換器， 平衡輸入端的功率波動。本實(shí)用新型的初衷就是利用兩個獨(dú)立交流源在線性頻率上交錯90 度輸入，平抑輸入輸出功率波動，濾波電容用容值較小的薄膜電容或陶片電容取代容值較 大的電解電容。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的主要有：消除輸入端的功率波動，采用薄膜電容或陶片電容來 濾除高頻紋波。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，本實(shí)用新型包括兩個反激式 PFC變換器和一個輸出濾波電容，反激式PFC變換器由EMI濾波器、單相整流橋、MOS管、高頻 變壓器及二極管組成，EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器V'和端分 別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變壓 副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極;其特征在于，所述的兩個反激式PFC變換 器只在輸出端并聯(lián)，而輸入端分別連接兩個獨(dú)立交流源，所述的輸出濾波電容為薄膜電容 或陶片電容;所述的兩個獨(dú)立交流源輸出電壓滿足頻率、幅值相同且在線性頻率上相差90 度相位角。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果在于:不需要儲能電容來平抑輸入輸出功率，從而用薄膜 電容或陶片電容取代電解電容，延長了變換器的壽命和減小了變換器的體積。
【附圖說明】
[000引圖1為一種無電解電容并聯(lián)反激式PFC變換器；
[0009]圖2為一種無電解電容并聯(lián)反激式PFC變換器穩(wěn)定工作電流波形。
[0010]附圖標(biāo)記說明：
[00川 1)圖1標(biāo)記說明：Vini、vin2為兩個獨(dú)立交流源;EMI FilterUEMI Filters為輸入濾 波器;RBl、RB2為單相整流橋;Qi、化為MOS管;Tl、T2為高頻變壓器;Dl、D2為二極管;C。為輸出 濾波電容;化為阻性負(fù)載;iinl、iin2為輸入端第一相電流和第二相電流;Vgl為整流橋(RBl)的 輸出電壓;vg2為整流橋(RB2)的輸出電壓；ip功高頻變壓器(Tl)原邊電流;ip勸高頻變壓器 (T2)原邊電流;高頻變壓器(T1、T2)變比都為n:l;Lpi、Lsi為高頻變壓器(Tl)原邊和副邊電 感值;Lp2、Ls2為高頻變壓器(T2)原邊和副邊電感值;iDi、iD2分別為功率二極管(D1、D2)的電 流;Id為兩個功率二極管的電流之和；ic為流向電容(Cd)的電流;i。為流向負(fù)載(Rl)的電流； V。為變換器輸出電壓。
[001 ^ 2)圖2標(biāo)記說明：ip功高頻變壓器(Tl)原邊電流；ipi_pk為電流ipi的包絡(luò)線；ipi_av為 電流ipl的平均電流；ip2為高頻變壓器(T2)原邊電流；ip2_pk為電流ip2的包絡(luò)線；ip2_av為電流 ip2的平均電流；is功高頻變壓器(Tl)副邊電流；isl_pk為電流isl的包絡(luò)線；is2為高頻變壓器 (T2)副邊電流；is2_pk為電流is2的包絡(luò)線；is_av為高頻變壓器(T1、T2)副邊電流ipl_av與ip2_av 之和。
【具體實(shí)施方式】
[0013] W下結(jié)合附圖對本【實(shí)用新型內(nèi)容】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014] 本實(shí)用新型具體連接如下:兩個獨(dú)立交流源分別連接到兩個反激式PFC變換器的 EMI濾波器輸入端；兩個EMI濾波器輸出端分別連接到整流橋（RBURB2)輸入端；整流橋 (RB1)的V'端與高頻變壓器(Tl)的原邊同名端連接;整流橋(RB2)的V'端和高頻變壓器T2 的原邊同名端連接;整流橋(RBl)的端和MOS管（Qi)源極連接;整流橋(RB2)的端和 MOS管(Q2)的源極連接;MOS管(Qi)的漏極與高頻變壓器(T1)原邊異名端連接;MOS管(Q2)的 漏極與高頻變壓器(T2)原邊異名端連接;高頻變壓器(Tl)與高頻變壓器(T2)副邊異名端都 接地，同名端分別二極管(D1、D2)的陽極;二極管(D1、D2)的陰極、輸出濾波電容Cd-端及負(fù) 載的一端相連;輸出濾波電容的另一端和負(fù)載的另一端接地。
[0015] 本實(shí)用新型是基于高頻變壓器在電感電流斷續(xù)模式下工作的，設(shè)兩個獨(dú)立交流源 輸出電壓滿足頻率、幅值相同且相位不同步，表達(dá)式如下(參考圖1):
[0016] Vinl = Vm sin 〇 t (1)
[0017] = VJmim+ (P) 辟
[0018] 當(dāng)PFC變換器獲得單位輸入功率因數(shù)時，輸入電流和輸入電壓同相位的正弦波，電 流表達(dá)式如下：
[0019] Iini = Im Sinw t (3)
[0020] 4a = 加(只乂 + 例 (4)
[0021] 根據(jù)式(1)-(4)，可W推導(dǎo)出瞬時輸入功率的表達(dá)式：
[0022] pini = Pin(l-cos2 Ot) (5)
[0023] K": = C,[l -CX巧2w/ + 2的] 化）
巧
[0025]假設(shè)變換器是沒有功率損耗的理想器件，變換器的輸出功率等于輸入功率。基于 運(yùn)個假設(shè)，經(jīng)過輸出側(cè)電流iD可看作是功率二極管的電流iDl、iD2的疊加：
貨） ㈱ (IO)
[0029] 根據(jù)式（8)、（9)，可^很明顯地看出來，電流1〇1、1〇1包含一個直流成分和一個2倍 倍頻的正弦諧波電流。如果直接驅(qū)動負(fù)載，負(fù)載端電壓將包含大量兩倍頻電壓，傳統(tǒng)的方法 是通過容值較大的電解電容來平衡線性波動的電壓。在本實(shí)用新型中，變換器是由兩個獨(dú) 立交流源供電，通過在線性頻率上錯開一定的相位角來可W消除輸入功率的波動。
[0030] 從式（10)可W明顯地看出來，當(dāng)bl=7T/2時，輸出電流只含有直流成分。并聯(lián)反激式 PFC變換器分析：當(dāng)變換器運(yùn)行在電流斷續(xù)模式時，假設(shè)變換器開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于線頻率，在 一個開關(guān)周期內(nèi)，輸入電壓認(rèn)為是恒定值。當(dāng)開關(guān)開通時，高頻變壓器原邊電流從零線性增 加，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，達(dá)到電流達(dá)到峰值。在一個開關(guān)周期內(nèi)，每相電流的峰值和平均值分別 為(參考圖2):
(11) (巧 (13) (14)
[00對 Lpi、Lp2分別為變壓器原邊第一相和第二相的電感值，且都等于Lp，Dyi、Dy2分別為第 一相和第二相的占空比，且相等都等于Dy, Vm為第一相和第二相的電壓幅值，《為兩相輸入 的角頻率，f S為開關(guān)頻率。
[0036]根據(jù)上式和電路拓?fù)鋱D，得到每一相在一個開關(guān)周期內(nèi)平均的輸入電流為： (16) (15)
[0039] 從上式可W看出來，如果Dy在半個周期內(nèi)是保持不變的，那么輸入電流波形將成 比例地跟隨輸入電壓波形，因此，該方案能夠自動實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。
[0040] 當(dāng)化關(guān)斷時，副邊二極管導(dǎo)通，儲存在變壓器原邊的能量傳遞到副邊，第一相傳遞 到副邊的電流峰值為：
(巧）
[0042]同理，第二相傳遞到副邊的電流峰值為：
(巧）
[0044] n為變壓器原邊到副邊的變比。
[0045] 副邊電流通過功率二極管線性減小，trl、tr2分別為isl、is2從峰值降至IjO所用的時 間。
(19)
[0047] Lp/Ls = n2對應(yīng)占空比為
(20)
[0049] 同理
(21)
[0051]在每個開關(guān)周期內(nèi)，副邊平均電流可W表示為
(22)
【主權(quán)項】
1. 一種無電解電容并聯(lián)反激式PFC變換器，所述并聯(lián)反激式PFC變換器，包括兩個反激 式PFC變換器和一個輸出濾波電容，反激式PFC變換器由EMI濾波器、單相整流橋、MOS管、高 頻變壓器及二極管組成，EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器"+"和端 分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變 壓副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極;其特征在于，所述的兩個反激式PFC變 換器只在輸出端并聯(lián)，而輸入端分別連接兩個獨(dú)立交流源，所述的輸出濾波電容為薄膜電 容或陶片電容。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電解電容并聯(lián)反激式PFC變換器，其特征是，所述的兩個獨(dú) 立交流源輸出電壓滿足頻率、幅值相同且在線性頻率上相差90度相位角。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種無電解電容并聯(lián)反激式PFC變換器，所述反激式PFC變換器組成如下：EMI濾波器輸出端接單相整流器的輸入端，單相整流器“+”和“-”端分別接高頻變壓器原邊同名端和MOS管源極，MOS管漏極接高頻變壓原邊的異名端，高頻變壓副邊同名端和異名端分別接公共端和二極管陽極；其特征在于：所述的并聯(lián)反激式PFC變換器只在輸出端并聯(lián)，而輸入端分別連接兩個獨(dú)立交流源；兩個獨(dú)立交流源能夠提供頻率、幅值相同且在線性頻率上相差90度相位角的電壓，使得輸入功率波動最小，從而用薄膜電容或陶片電容取代用來平抑輸入輸出功率的電解電容，延長了變換器的壽命和減小了變換器的體積。
【IPC分類】H02M1/42, H02M1/12
【公開號】CN205283386
【申請?zhí)枴緾N201520805766
【發(fā)明人】于東升, 王龍, 朱虹, 楊杰, 張勇
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年10月16日