[实用新型]高功率因数变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的高功率因数变换器，特别是应用于高效率、低输入电流谐波的功率因数校正电路场合。 

背景技术

由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件的存在会使输入交流电流波形发生严重畸变，网侧输入功率因数很低，为了满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求，必须在这些用电设备中加入功率因素校正装置（PFC）。传统的有源功率因素校正电路一般采用Boost（升压）拓扑、Buck-boost（升降压）拓扑或Buck（降压型）拓扑。其中，Boost拓扑具有控制容易，驱动简单以及在整个工频周期内都可以进行开关工作，输入电流的功率因数可以接近于1等特点；但是Boost电路具有输出电压高的缺点，而且在宽范围输入（90Vac-265Vac）条件下，在低电压段（90Vac-110Vac）效率会比高压段（220Vac-265Vac）低1-3%。而采用Buck-boost（升降压）拓扑，电路损耗相对Buck拓扑会大一些。在小功率应用场合，Buck（降压）拓扑能够在整个输入电压范围内保持较高效率。由于工业上的热设计都是根据效率最低点来设计的，因此Buck拓扑的热设计也比Boost（升压）拓扑和Buck-boost（升降压）拓扑简单。所以，目前Buck（降压型）拓扑被越来越多地用到工业产品中，如中小功率的直流-直流变换器的前级PFC电路或者单级LED驱动器等，如图1所示。 

然而，Buck（降压型）拓扑应用于PFC电路，在整流后的输入电压V_in小于输出电压V_o的区间内，输入电流i_ac为零，如图2所示。这段死区时间极大程度地增加了输入电流谐波，影响了网侧输入功率因数。 

发明内容

针对上述不足，本实用新型提出了一种高功率因数变换器。本实用新型提出的新型的变换器拓扑可通过对开关管的控制实现PFC功能，并且使得输入电流i_ac在V_in小于输出电压V_o的区间内有电流。从而解决了前文所述的传统Buck（降压型）拓扑应用于PFC电路功率因数较低的问题。 

本实用新型提出的高功率因数变换器包括交流输入电源V_ac、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆、电感L、输出二极管D_o、开关管Q₁、开关管Q₂、输出电容器C_o以及负载R_load。交流输入电源V_ac的一端接二极管D₁的阳极、二极管D₃的阴极和二极管D₅的阴极，交流输入电源V_ac的另一端接二极管D₂的阳极、二极管D₄的阴极和二极管D₆的阴极，二极管D₁的阴极接二极管D₂的阴极、输出二极管D_o的阴极和电感L的一端，电感L的另一端接开关管Q₂的漏极、输出电容器C_o的正端和负载R_load的一端，输出电容器C_o的负端接负载R_load的另一端、开关管Q₁的漏极和输出二极管D_o的阳极，二极管D₃的阳极接二极管D₄的阳极和开关管Q₁的源极，二极管D₅的阳极接二极管D₆的阳极和开关管Q₂的源极。 

采用本实用新型提出的高功率因数变换器，至少可以达到以下有益效果： 

（1）兼具Buck电路和Buck-boost电路二者的功能和优点，通过合适控制既可实现Buck-boost电路功能，又可实现Buck电路功能，因此电路功能灵活。

（2）在应用于PFC电路时，相对传统非隔离Buck PFC电路，提升了输入交流进线的功率因数，降低了电流谐波含量；相对传统非隔离Buck-boost PFC电路，提升了电路工作效率。