一種零電壓轉換半無橋功率因數校正變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種零電壓轉換半無橋Boost?PFC變換器。本發明專利技術提出的變換器只需增加一個快恢復二極管D

A zero voltage conversion half bridge power factor correction converter

The invention discloses a zero voltage switching half bridge Boost converter PFC. The converter proposed by the invention only needs to add a fast recovery diode D

【技術實現步驟摘要】
一種零電壓轉換半無橋功率因數校正變換器
本專利技術涉及一種軟開關功率因數校正變換器，更具體的，涉及一種應用于大、中功率場合的零電壓轉換功率因數校正變換器。
技術介紹
在各類電力電子裝置前級增加單相功率因數校正變換器是目前解決電網諧波污染的主要途徑。在單相功率因數校正變換器拓撲中，通用的無橋BoostPFC變換器由于大幅降低了導通損耗，成為大、中功率應用場合較為理想的變換器拓撲。但其固有的高共模干擾給它在工業界的應用帶來很大的局限性。針對上述問題，已有文獻提出了半無橋BoostPFC變換器，如圖1所示。該變換器通過增加兩個回路二極管(慢恢復二極管)將電源與功率地連接起來，大幅降低了無橋BoostPFC變換器的共模干擾。同時保留了無橋BoostPFC變換器導通損耗低的優勢，并適合工作于電感電流連續模式(ContinuousCurrentMode,CCM)，是無橋BoostPFC變換器中最有發展前途的改進變換器拓撲。半無橋BoostPFC變換器僅降低了導通損耗，對于降低開關損耗，目前的研究主要集中在零電壓轉換技術(Zero-VoltageTransition,ZVT)上。總體而言，ZVT技術均可大幅減小變換器升壓二極管的反向恢復損耗，實現主開關管的零電壓開關(Zero-VoltageSwitching,ZVS)并且不增加主開關器件的電壓應力。而如何降低輔助開關管的開關損耗是進一步提升效率的關鍵。目前，ZVT技術的研究可分為兩類，其一是在主電路中增加各類以諧振電感和諧振電容為主的有源輔助諧振支路以實現輔助開關管的軟關斷；其二是在主電路中增加各類以自耦變壓器為主的有源輔助諧振支路以實現輔助開關管的準零電流關斷(Zero-CurrentSwitching,ZCS)。相較而言，后一類方案可以進一步減小輔助開關管的關斷損耗，提升整機效率。但由于自耦變壓器在輔助開關管關斷時存在激磁電流，形成環流后使得諧振電感與輔助開關管寄生電容產生寄生振蕩。這會降低此類變換器的功率因數，同時還增加了輔助開關管的關斷損耗。為解決以上問題，專利CN202034900U公開了一種ZVT半無橋BoostPFC變換器拓撲，如圖2所示。該變換器的有源輔助諧振支路增加了一個RCD箝位網絡，由箝位二極管Dc、箝位電容Cc和箝位電阻Rc組成。其作用是當輔助開關管關斷時，大部分自耦變壓器激磁電流被導入RCD箝位網絡并在箝位網絡中消耗掉，進而在輔助開關管實現準ZCS關斷的同時抑制其寄生振蕩。這種方法存在兩個主要問題，其一，RCD箝位網絡會使得變換器拓撲復雜化并增加其體積和成本；其二，自耦變壓器激磁能量全部在電路中被消耗掉，而RCD箝位網絡自身也存在一定的損耗，因此無法提升整機效率。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種ZVT半無橋功率因數校正變換器，同樣可以實現輔助開關管的準ZCS關斷并抑制其寄生振蕩，還能夠解決現有技術中變換器拓撲復雜、成本較高、整機效率偏低的技術問題。本專利技術提出的一種ZVT半無橋功率因數校正變換器，包括半無橋BoostPFC變換器主電路和有源輔助諧振支路；其中：所述半無橋BoostPFC變換器主電路包括第一升壓電感、第二升壓電感、第一主開關管、第二主開關管、第一二極管、第二二極管、第八二極管、第九二極管和濾波電容；主電路中第一二極管陽極接第一主開關管的漏極和第一升壓電感一端，第二二極管陽極接第二主開關管的漏極和第二升壓電感一端；第一升壓電感另一端和第八二極管陰極相連，用于接輸入電源的一端；第二升壓電感另一端和第九二極管陰極相連，用于接輸入電源的另一端。所述有源輔助諧振支路包括輔助開關管、諧振電感、第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容、自耦變壓器、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第十二極管、第十一二極管和第十二二極管；所述第十二極管、第十一二極管反并聯于兩個主開關管兩端，第一諧振電容、第二諧振電容并聯于兩個主開關管兩端；所述第十二二極管反并聯于輔助開關管兩端，第三諧振電容并聯于輔助開關管兩端；所述第三二極管、第四二極管陽極分別接于兩個升壓電感一端，陰極接于諧振電感一端；所述自耦變壓器具有輸入端、公共繞組公共端和串聯繞組輸出端，輸入端接于諧振電感另一端，公共繞組公共端接于輔助開關管的漏極和第六二極管陽極，串聯繞組輸出端接于第五二極管陽極和第七二極管陰極；所述第一二極管、第二二極管、第五二極管、第六二極管陰極連接到濾波電容正極；所述第七二極管、第八二極管、第九二極管、第十二極管、第十一二極管、第十二二極管陽極，第一主開關管、第二主開關管、輔助開關管的源極，第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容一端一起連接到濾波電容負極；濾波電容兩端用于外接負載。其中，第八二極管、第九二極管為慢恢復二極管；第十二極管、第十一二極管、第十二二極管由各開關管體二極管替代；第三諧振電容由輔助開關管輸出寄生電容替代；諧振電感電感值應包含自耦變壓器等效漏感值。相對于現有技術，本專利技術提出的變換器具有三個優勢：其一，變換器只需要增加一個快恢復二極管D7即可替換RCD箝位網絡，抑制了輔助開關管關斷時的寄生振蕩，簡化了變換器拓撲，減少了其體積和成本；其二，當輔助開關管關斷時激磁電流被導入輔助開關管寄生電容中，并被電路充分利用，提升了變換器整機效率。附圖說明圖1是已有文獻公開的半無橋BoostPFC變換器拓撲；圖2是專利CN202034900U公開的變換器拓撲；圖3是本專利技術提出的變換器拓撲；圖4是變換器平均電流控制策略的電路實現；圖5是變換器關鍵波形；圖6是變換器工作模態分析。本專利技術中，所有的標號是統一的：第一主開關管-S1、第二主開關管-S2、第一升壓電感L1、第二升壓電感L2、第一二極管-D1、第二二極管-D2、第八二極管-Da、第九二極管-Db、濾波電容-Co；輔助開關管-Sr、自耦變壓器-Tr、諧振電感-Lr、第一諧振電容-CS1、第二諧振電容-CS2、第三諧振電容-CSr、第三二極管-D3、第四二極管-D4、第五二極管-D5、第六二極管-D6、第七二極管-D7、第十二極管-DS1、第十一二極管-DS2、第十二二極管-DSr。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本實施例所述的ZVT半無橋功率因數校正變換器，如圖3所示，包括半無橋BoostPFC變換器主電路和有源輔助諧振支路，其中：所述半無橋BoostPFC變換器主電路包括第一升壓電感、第二升壓電感、第一主開關管、第二主開關管、第一二極管、第二二極管、第八二極管、第九二極管和濾波電容；主電路中第一二極管陽極接第一主開關管的漏極和第一升壓電感一端，第二二極管陽極接第二主開關管的漏極和第二升壓電感一端；第一升壓電感另一端和第八二極管陰極相連，用于接輸入電源的一端；第二升壓電感另一端和第九二極管陰極相連，用于接輸入電源的另一端。所述有源輔助諧振支路包括輔助開關管、諧振電感、第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容、自耦變壓器、第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種零電壓轉換半無橋功率因數校正變換器，其特征在于，包括半無橋Boost?PFC變換器主電路和有源輔助諧振支路；其中：所述半無橋Boost?PFC變換器主電路用于功率因數校正，其包括第一升壓電感(L

【技術特征摘要】
1.一種零電壓轉換半無橋功率因數校正變換器，其特征在于，包括半無橋BoostPFC變換器主電路和有源輔助諧振支路；其中：所述半無橋BoostPFC變換器主電路用于功率因數校正，其包括第一升壓電感(L1)、第二升壓電感(L2)、第一主開關管(S1)、第二主開關管(S2)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第八二極管(Da)、第九二極管(Db)和濾波電容(Co)；其中：主電路中第一二極管(D1)陽極接第一主開關管(S1)的漏極和第一升壓電感(L1)一端，第二二極管(D2)陽極接第二主開關管(S2)的漏極和第二升壓電感(L2)一端；第一升壓電感(L1)另一端和第八二極管(Da)陰極相連，用于接輸入電源的一端；第二升壓電感(L2)另一端和第九二極管(Db)陰極相連，用于接輸入電源的另一端；所述有源輔助諧振支路用于實現變換器各開關器件的軟開關，其包括輔助開關管(Sr)、諧振電感(Lr)、第一諧振電容(CS1)、第二諧振電容(CS2)、第三諧振電容(CSr)、自耦變壓器(Tr)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、第六二極管(D6)、第七二極管(D7)、第十二極管(DS1)、第十一二極管(DS2)和第十二二極管(DSr)；其中：所述第十二極管(DS1)、第十一二極管(DS2)分別反并聯于兩個主開關管(S1、S2)兩端，第一諧振電容(CS1)、第二諧振電容(CS2)分別并聯于兩個主開關管(S1、S2)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡瑋，康勇，周小寧，李承，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42