[发明专利]电荷泵式低总谐波失真高功率因数校正装置及方法

权利要求书

1.电荷泵式低总谐波失真高功率因数校正装置，其特征是：包括整流器(1)、压控电荷泵电路(2)以及后续功率开关变换器(3)；所述压控电荷泵电路(2)包括输入电流校正支路(21)、电荷泵电路(22)和谐振电容Cr；所述电荷泵电路(22)的输出与谐振电容Cr以及后续功率开关变换器(3)的输入端相并联；所述整流器(1)的输出端与输入电流校正支路(21)的输入端相连，输入电流校正支路(21)的输出端与电荷泵电路(22)的输入端相连；谐振电容Cr的作用是完成压控电荷泵电路(2)的控制；

所述输入电流校正支路(21)由输入电感L1和二极管D1串联组成，输入电感L1的一端为输入端、另一端为输出端；二极管D1并联在输入电感L1的输出端与公共地端之间，二极管D1的阳极为输入电流校正支路(21)的公共地端；

电荷泵电路(22)是由电荷泵电容Cc、二极管D2、电流变压器Tc及填谷电路构成；

所述填谷电路是由电容C1、C2，二极管D3、D4、D5构成；

所述电流变压器Tc有三个绕组，电流变压器Tc的两个副边绕组分别与二极管D3和二极管D5相串联从而构成两个支路----支路Ⅰ和支路Ⅱ；由于二极管D3、二极管D5的单向导电特性，电流变压器Tc的两个副边绕组仅仅同名端可以流出电流；所述支路Ⅰ和支路Ⅱ分别与电容C1和C2相串联而构成填谷电路的放电支路；

二极管D4与电容C1和C2相串联而构成填谷电路的充电支路；

电流变压器Tc的原边绕组与电荷泵电容Cc、二极管D2相串联后与填谷电路的输出相并联；

电流变压器Tc的同名端的设置使得电流变压器Tc的工作状态如下：

电流变压器Tc的两个副边绕组分别经过电容C1和C2后并联对后续功率开关变换器(3)供电；同时电流变压器Tc的原边绕组也经过电荷泵电容Cc向后续功率开关变换器(3)供电；从而实现上述3者的同时向后续功率开关变换器(3)供电；

电流变压器Tc原边绕组的同名端的联接使得当电流变压器Tc的两个副边绕组仅仅同名端流出电流时，电流变压器Tc原边绕组的同名端流入相应的电流；电流变压器Tc原边绕组的同名端流入的电流是将电荷泵电容Cc的存储能量与填谷电路内存储的能量一并提供给后续功率开关变换器(3)；即，借助电流变压器Tc原边绕组的同名端流入的电流的推力将电荷泵电容Cc的存储能量与填谷电路内存储的能量一并提供给后续功率开关变换器(3)；二极管D2是保证电荷泵电容Cc只对填谷电路和后续功率开关变换器(3)提供和输出能量，而电荷泵电容Cc仅仅从输入电流校正支路(21)获取能量；输入电流校正支路(21)输出端的反并 的二极管D1的一端与电荷泵电容Cc与二极管D2相接的节点相接；二极管D1的另一端是与电流变压器Tc原边绕组不与电荷泵电容Cc相接的一端相连；由于反并二极管D1的联接通路，当电流变压器Tc的两个副边绕组同名端流出电流跳变为零时，电流变压器Tc原边绕组的激磁电流经二极管D1对电荷泵电容Cc释放其储能；由于二极管D1导通，整流器(1)输出电压经输入电感L1短路到地，输入电感L1的电流随整流器(1)输出电压线性增加。

2.根据权利要求1所述的电荷泵式低总谐波失真高功率因数校正装置，其特征是：

后续功率开关变换器(3)为反激式功率开关变换器、降压式功率开关变换器、正激式功率开关变换器或升降压式功率开关变换器。

3.利用权利要求1或2所述校正装置进行的电荷泵式低总谐波失真高功率因数校正方法，其特征是为如下5个工作状态：

1)、VAC的瞬时值接近VAC峰值；

当后续功率开关变换器(3)的功率开关导通，所述后续功率开关变换器(3)的输入端有一拉动电流，其大小由后续功率开关变换器(3)的输出电流决定；所述后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流首先从谐振电容Cr获取能量，谐振电容Cr上电压下降；整流器(1)的瞬时输出电压接近VAC峰值，随着谐振电容Cr上电压下降，输入电感L1的电流会增加直至等于后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流；如果此时谐振电容Cr上电压还高于电荷泵电路(22)内的储能电容上的电压，所述电荷泵电路(22)不输出能量但将吸收输入电感L1的储能；输入电感L1电流是与后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流同步；

2)、VAC的瞬时输入电压远大于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压；

当后续功率开关变换器(3)的功率开关导通，所述后续功率开关变换器(3)的输入端有一拉动电流，其大小由后续功率开关变换器(3)的输出电流决定；所述后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流首先从谐振电容Cr获取能量，谐振电容Cr上电压下降；瞬时整流器(1)输出电压高于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，随着谐振电容Cr上电压下降，输入电感L1的电流会增加；如果输入电感L1的电流还不等于后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流并且谐振电容Cr上电压低于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，电荷泵电路(22)开启；所述电荷泵电路(22)与输入电感L1一并向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流；此时所述电荷泵电路(22)的输出电压为电荷泵电路(22)内储能电容上的电压减去电流变压器Tc的反射电压；由于VAC的瞬时输入电压大于电荷泵电路(22)的输出电压，输入电感L1电流将继续增加；如果输入电感L1电流大于等于后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流，所述电荷泵电路(22)将不输出能量但将吸收输入电感L1 的储能；输入电感L1电流是与后续功率开关变换器的输入端拉动电流基本同步；

3)、VAC的瞬时输入电压接近但大于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压；

当后续功率开关变换器(3)的功率开关导通，后续功率开关变换器(3)的输入端有一拉动电流，其大小由后续功率开关变换器(3)输出电流决定；所述后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流首先从谐振电容Cr获取能量，谐振电容Cr上电压下降；瞬时整流器(1)输出电压高于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，随着谐振电容Cr上电压下降，输入电感L1的电流会增加；如果输入电感L1的电流还不等于后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流并且谐振电容Cr上电压低于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，这电荷泵电路(22)开启；所述电荷泵电路(22)与输入电感L1一并向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流；此时所述电荷泵电路(22)的输出电压基本为电荷泵电路(22)内储能电容上的电压减去电流变压器Tc的反射电压；由于VAC的瞬时输入电压接近电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，输入电感L1电流将继续增加；但输入电感L1电流小于后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流，所述电荷泵电路(22)将输出输入电感L1电流与后续功率开关变换器(3)的输入端的拉动电流的差值，但将吸收输入电感L1的储能；

4)、VAC的瞬时输入电压接近但小于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压；

当后续功率开关变换器(3)的功率开关导通，后续功率开关变换器(3)的输入端有一拉动电流，其大小由后续功率开关变换器(3)输出电流决定；所述后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流首先从谐振电容Cr获取能量，谐振电容Cr上电压下降；随着谐振电容Cr上电压下降，并且谐振电容Cr上电压低于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，电荷泵电路(22)开启；所述电荷泵电路(22)向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流；此时电荷泵电路(22)的输出电压为电荷泵电路(22)内储能电容上的电压减去电流变压器Tc的反射电压；随着电荷泵电路(22)向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流，电荷泵电容Cc上电压下降；当后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流跳变到零，整流器(1)输出瞬时电压经输入电感L1对电荷泵电容Cc充电以补充电荷泵电路(22)向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流时电荷泵电容Cc上电压下降直到电荷泵电容Cc上电压到其放电时的初值；由于电荷泵电容Cc上电压随充电增加，输入电感L1电流并不随时间线性增加而基本为恒定值，并且输入电感L1电流持续时间相当长；输入电感L1电流是与后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流基本是错位的；

5)、VAC的瞬时输入电压远小于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压；

当后续功率开关变换器(3)的功率开关导通，后续功率开关变换器(3)的输入端有一 拉动电流，其大小由后续功率开关变换器(3)输出电流决定；所述后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流首先从谐振电容Cr获取能量，谐振电容Cr上电压下降；随着谐振电容Cr上电压下降，并且谐振电容Cr上电压低于电荷泵电路(22)内储能电容上的电压，电荷泵电路(22)开启；电荷泵电路(22)向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流；此时电荷泵电路(22)的输出电压为电荷泵电路(22)内储能电容上的电压减去电流变压器Tc的反射电压；随着电荷泵电路(22)向后续功率开关变换器(3)的输入端提供拉动电流，电荷泵电容Cc上电压下降；当后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流跳变到零，电流变压器Tc原边绕组的激磁电流经二极管D1对电荷泵电容Cc释放其储能；由于二极管D1导通，整流器(1)输出电压经输入电感L1短路到地，输入电感L1电流随整流器(1)输出电压线性增加；电流变压器Tc原边绕组的激磁电流经二极管D1对电荷泵电容Cc充电直到其电荷泵电容Cc电压到其放电时的初值；届时二极管D1进入截至状态而使输入电感L1电流经二极管D2、D4对填谷电容C1和C2充电；输入电感L1电流是与后续功率开关变换器(3)的输入端拉动电流是完全错位的；

所述VAC为输入瞬时电压。