[发明专利]灵活多电平无桥功率因数校正变换器及调制方法

说明书

本发明涉及一种灵活多电平无桥功率因数校正变换器及调制方法，变换器包括交流电感部分、电力电子开关网络和直流电容部分；二极管D₁阳极连接到开关管S₁漏极，开关管S₁源极连接到开关管S₂漏极；二极管D₂阳极连接到开关管S₃漏极，开关管S₃源极连接到开关管S₄漏极；开关管S₅源极连接到开关管S₃源极；开关管S₆源极连接到开关管S₁源极；二极管D₁阴极和二极管D₂阴极相连；开关管S₂源极和开关管S₄源极相连；开关管S₅漏极和开关管S₆漏极相连。能减少电感损耗和体积、降低低输入电压时通态损耗，直流电容更小，具有更高的功率密度；能在不改变电路结构的条件下，灵活地实现五电平和七电平两种工作状态切换。

技术领域

本发明属于用于低输入电压、高输出电压的低通态损耗无桥功 率因数校正变换器技术领域，具体涉及一种灵活多电平无桥功率因 数校正变换器及调制方法。

背景技术

开关电源的输入级通常采用二极管构成的不可控电容性整流电 路，但这种电路输入电流波形中含有大量低次谐波成分，电路功率 因数很低，对电网造成严重污染。功率因数校正技术，即PFC(Power Factor Correction)，能对整流电路输入电流波形进行控制，使其尽量 接近正弦波，提高变换器的功率因数。其中，采用全控电力电子开 关器件构成的有源功率因数校正，可以满足现行最严格的谐波标准。 相对于无源功率因数校正而言，有源功率因数校正采用高频开关控 制，可使其中的无源滤波元件，如电感器、电容器体积大大减小， 对提高变换器的功率密度十分有利。目前，有源功率因数校正技术 应用已越来越广泛。

由二极管整流电路加上升压型直流斩波电路(Boost电路)构成 的两电平Boost型PFC电路最为成熟和常见。该电路容易实现，可 靠性高，但存在两个问题：1)一个开关周期内，电感两端电压变化 量为输出电压，当输出电压幅值较大时，电感电流高频开关纹波大；2)二极管整流桥的通态损耗占变换器总损耗的较大比重(约 30％～60％)，当输入电压较低时，二极管整流桥的通态损耗也大大增 加。电感的体积、损耗往往占变换器总体积和损耗的大部分。当开 关电源输出电压高时，过大的高频电流一方面会产生严重的电磁干 扰(EMI)，另一方面会导致电感发热严重，因此必须采用体积较大 的电感、EMI滤波器和散热器，大大增加了变换器的体积，增加了 损耗。所以，该电路不适合应用于低输入电压、高输出电压开关电 源场合。

为解决上述问题，中国发明专利201010138311.6提出的三电平 PFC电路可以在保持开关频率和最大允许电感电流纹波一致的前提 下，将电感体积减小约50％，但仍存在二极管整流桥，因此没有解 决低输入电压时效率下降的问题。中国发明专利201010039662.1提 出的单电感三电平无桥功率因数校正变换器不存在二极管整流桥， 能提高低输入电压时变换器的效率，但在电源电压的半个周期内， 有一个直流电容一直处于放电状态，因此必须采用较大容量和体积 的电容，不利于提高变换器的功率密度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种将无桥结构 和多电平技术相结合的灵活多电平无桥功率因数校正变换器及调制 方法，具有电感体积小、低输入电压时通态损耗低、直流电容小的 优点，具有更高的功率密度，更加适用于低输入电压、高输出电压 开关电源。

为实现上述目的，本发明所设计的一种灵活多电平无桥功率因 数校正变换器，包括交流电感部分、电力电子开关网络和直流电容 部分。