[发明专利]一种单级式基于交错并联无桥PFC电路和LLC谐振的隔离型AC-DC变换器

说明书

本发明提供了一种单级式基于交错并联无桥PFC电路和LLC谐振的隔离型AC‑DC变换器，包括前级交错并联无桥PFC电路，用于将交流输入电压转化为直流电压；所述后级全桥LLC谐振电路的原边为全桥电路结构，原边可以实现开关管零电压软开通、副边可以实现二极管零电流软关断。该变换器减少了开关管的数量，从而提升了整个变换器的效率。该变换器的AC/DC部分为交错并联无桥PFC电路，两路输入电感电流交错使得输入电流纹波大大减小；该变换器能够使输入电流很好地跟随输入电压变化，实现功率因数矫正功能；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可以实现电气隔离。

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体设计一种单级式基于交错并联无桥PFC电路和LLC谐振的隔离型AC-DC变换器。

背景技术

随着通讯技术、电动汽车和电力系统等的发展，对通讯用开关电源、电动汽车充电器和电力操作电源的性能、重量、体积、效率和可靠性提出了更高的要求，这些领域的电源通常从交流电网取电输出直流电能，并且从对电网电能质量的影响和安全角度考虑，要求变换器同时具备功率因数矫正和电气隔离的功能。

传统的桥式功率因数矫正电路(俗称为Boost PFC)由于在同一时刻电流流过的功率半导体器件较多，电路的效率提升受到限制；随着功率半导体器件的发展，尤其是宽禁带半导体器件的应用，无桥式PFC电路由于在同一时刻电流只流过两个功率半导体器件，可以提升变换器的效率，受到了越来越多的重视。其中，图腾柱式无桥PFC电路由于共模干扰小等原因，得到了专家和学者越来越多的研究。

交错并联式功率因数矫正电路中每个功率因数矫正电路并联运行在交错状态，每个模块的开关管依次错开1/N个开关周期导通，可以有效减小输入电流纹波、降低EMI。LLC谐振式DC-DC变换器，结构简单，桥臂开关管可以实现软开关，开关损耗小，同时具有高频变压器，广泛用于直流变换场合。

传统的通讯用开关电源、电动汽车充电器和电力操作电源等为两级式电路，前级为功率因数矫正电路，后级为隔离型的DC-DC电路。但是两级式电路采用的器件较多，成本较高，体积较大。

Y.Wang和Y.Guan等人在标题为ASingle-Stage LED Driver Based onInterleaved Buck-Boost Circuit and LLC Resonant Converter(IEEE Journal ofEmerging And Selected Topics in Power Electronics,2015,3(3),pp.732-741)提出了一种基于Buck-Boost和LLC的单级式变换器，该变换器同时具备功率因数矫正和电气隔离的功能，同时可以实现功率器件的软开关；但是，该电路前级采用的为桥式整流结构，导通损耗较大；同时，该电路的输入电流为断续模式，该模式的电流纹波较大。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提出一种单级式基于交错并联无桥PFC电路和LLC谐振AC-DC变换器。该变换器将功率因数矫正技术和谐振技术结合，使变换器输入电流很好地跟随输入电压变化，实现功率因数矫正功能；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可以实现电气隔离的功能。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种单级式基于交错并联无桥PFC电路和LLC谐振的隔离型AC-DC变换器，包括全桥LLC谐振电路，全桥LLC谐振电路的原边包括交错并联无桥PFC电路，具体为：

第一原边支路，由带反并联二极管D_S1的第一功率开关管S₁、带反并联二极管D_S2的第二功率开关管S₂串联组成；