一種交流-直流功率變換器制造技術

本發明專利技術涉及一種交流-直流功率變換器，包括第一儲能元件，第二儲能元件和第三儲能元件；其中，在第一工作狀態時，第一路徑接收所述正弦半波直流輸入電壓，并對所述第一儲能元件進行儲能，流過所述第一儲能元件的第一電流連續上升；第二路徑接收第二直流電壓，并對所述第二儲能元件進行儲能，流過所述第二儲能元件的第二電流持續上升；在第二工作狀態時，所述第一儲能元件通過第三路徑釋放能量至所述第三儲能元件，以在所述第二儲能元件上產生所述第二直流電壓，并且，所述第一電流連續下降；所述第二儲能元件通過第四路徑將能量釋放至一負載，并且保證所述交流-直流功率變換器的輸出電信號維持恒定，以及交流-直流功率變換器具有較高的功率因數。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電子
，尤其涉及一種交流-直流功率變換器。
技術介紹
交流-直流功率變換器(AC/DC converter)用以將交流電壓轉換為一恒定的直流電信號(例如直流電壓或者直流電流)。由于交流-直流功率變換器的功率較高，因此廣泛應用于驅動大功率的負載，例如電機、LED燈等。交流-直流功率變換器通常包括一整流橋， 以將外部交流電壓轉換為一正弦半波直流電壓來提供給后續變換電路。為了減小對交流電網的諧波污染，交流-直流功率變換器通常需要具有功率因數校正電路(PFC)來實現功率因數校正功能，獲得一較高的功率因數?，F有技術中，單級變換電路或者兩級變換電路均可以實現功率因數校正功能以及獲得恒定的輸出電信號。參考圖1，所示為一種采用現有技術的單級交流-直流功率變換器的一具體實施例。在該實施方式中，單級交流-直流功率變換器包括單級PFC主電路10和單級PFC控制電路20兩部分。其中，單級PFC主電路為反激式(flyback)拓撲結構，單級PFC控制電路包括電流閉環控制電路21，電流控制電路22，過零觸發電路23，隔離電路和乘法器U5。電流閉環控制電路21采樣單級PFC主電路的輸出電流，其輸出信號經隔離電路后與輸入電壓經乘法器U5運算后得到的信號，作為基準信號輸入至電流控制電路22的同相輸入端，反相輸入端采樣輸入電流，輸出端連接至過零觸發電路23。過零觸發電路23包括電壓比較器U3和RS觸發器U4，電流控制電路22的輸出端和電壓比較器U3的輸出端分別連接至RS觸發器的復位端R和置位端S。RS觸發器的輸出信號通過控制開關管S的導通或者截止的狀態，使輸入電流跟隨輸入電壓變化，以此提高單級PFC電路的功率因數。但是，采用這種實現方式，輸出電流存在紋波，并且當紋波較大時，輸出電流的誤差較大，因此，輸入端的電流存在較大誤差，不能準確跟隨輸入電壓的變化，功率因數大大降低。參考圖2，所示為另一種采用現有技術的兩級變換電路的交流-直流功率變換器的原理框圖。在該實施方式中，交流-直流功率變換器包括兩級功率級電路203和205，以及第一級控制電路204和第二級控制電路205。第一級功率級電路203接收正弦半波直流輸入電壓，第一級控制電路204控制第一級功率級電路203，使得輸入電流的波形跟隨所述正弦半波直流輸入電壓，從而實現功率因數校正。與第一級功率級電路級聯的第二級功率級電路205用以接收第一級功率級電路203的輸出電壓Vtjutl，根據LED燈207所需的驅動電壓，第二級控制電路206控制第二級功率級電路205，以獲得基本恒定的輸出電流和輸出電壓，使之能夠正常驅動LED燈207。采用圖2所示的交流-直流功率變換器，對諧波的處理效果較好，可以達到較高的功率因數；具有獨立的PFC級，可以對輸入DC/DC級的直流電壓進行預調節，輸出電壓比較精確；帶載能力比較高，適合于功率較高的場合。但是，它至少需要兩套控制電路和至少兩個功率開關管，所需的元器件較多，成本較高；功率密度低，損耗比較大；尤其對于中小功率的電子設備，很不經濟。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種簡化的交流-直流功率變換器，以利用最簡化的變換器結構來同時獲得較高的功率因數以及穩定的輸出電信號。依據本專利技術一實施例的交流-直流功率變換器，包括一整流橋和濾波電容，以將外部交流電壓轉換為正弦半波直流輸入電壓，還包括第一儲能元件，第二儲能元件和第三儲能元件； 在每一開關周期內，在第一工作狀態時，第一路徑接收所述正弦半波直流輸入電 壓，并對所述第一儲能元件進行儲能，流過所述第一儲能元件的第一電流連續上升；第二路徑接收第二直流電壓，并對所述第二儲能元件進行儲能，流過所述第二儲能元件的第二電流持續上升；所述第一路徑和所述第二路徑共用一開關管；在第二工作狀態時，所述第一儲能元件通過第三路徑釋放能量至所述第三儲能元件，以在所述第三儲能元件上產生所述第二直流電壓，并且，所述第一電流連續下降；所述第二儲能元件通過第四路徑將能量釋放至一負載；其中，所述第一工作狀態的持續時間維持不變，并且，所述第一電流的峰值與所述正弦半波直流輸入電壓成正比例關系；以及保證所述交流-直流功率變換器的輸出電信號維持恒定。進一步的，所述交流-直流功率變換器，還包括位于所述第二路徑中的電流采樣電路，以在所述第一工作狀態時，采樣所述第二電流產生一反饋信號。優選的，所述第一儲能元件包括第一感性元件，所述第二儲能元件包括第二感性元件，所述第三儲能元件包括一容性元件。進一步的，所述交流-直流功率變換器還包括一控制和驅動電路，用以根據接收到的所述反饋信號產生一驅動信號來驅動所述開關管。優選的，在第一工作狀態時，所述開關管處于導通狀態；在第二工作狀態時，所述開關管處于關斷狀態。優選的，所述第一儲能元件、所述第三儲能元件、所述第一路徑和所述第三路徑組成第一級功率級電路。優選的，所述第二儲能元件、所述第二路徑和所述第四路徑組成第二級功率級電路。優選的，所述第一級功率級電路為升壓型或者反激式或者升壓-降壓型拓撲結構，所述第二級功率級電路為降壓型或者反激式拓撲結構或者升壓-降壓型拓撲結構。優選的，所述輸出電信號包括一!'亙定的輸出電流，用以驅動LED負載。依據本專利技術實施例的交流-直流功率變換器，集合了兩級功率級電路，包含第一儲能元件和第三儲能元件的第一級功率級電路通過控制不同的路徑控制第一儲能元件和第三儲能元件的儲存能量以及釋放能量的時間區間來實現功率因數校正功能，并給第二級功率級電路提供電源電壓；包含第二儲能元件的第二級功率級電路用以獲得穩定的輸出電信號。根據第一級功率級電路和第二級功率級電路的拓撲結構的類型，兩者至少共用一開關管以及一控制和驅動電路，根據拓撲結構的類型，兩者還可以共用其他的元器件。通過這種元器件共用的實現方式，來最大程度的簡化電路結構，減小成本；并且提高變換器的功率因數以及獲得對輸出電信號的良好的控制效果。附圖說明圖I所示為采用現有技術的一種單級交流-直流功率變換器的原理框圖；圖2所示為采用現有技術的一種兩級交流-直流功率變換器的原理框圖；圖3A所示為依據本專利技術第一實施例的交流-直流功率變換器的原理框圖；圖3B所示為圖3A所示的交流-直流功率變換器在第一工作狀態時的導電路徑圖；圖3C所示為圖3A所示的交流-直流功率變換器在第二工作狀態時的導電路徑圖；圖4A所示為依據本專利技術第二實施例的交流-直流功率變換器的原理框圖；圖4B所示為圖4A所示的交流-直流功率變換器在第一工作狀態時的導電路徑圖；圖4C所示為圖4A所示的交流-直流功率變換器在第二工作狀態時的導電路徑圖；圖4D所示為圖4A所示的交流-直流功率變換器的工作波形圖；圖5A所示為依據本專利技術第三實施例的交流-直流功率變換器的原理框圖；圖5B所示為圖5A所示的交流-直流功率變換器在第一工作狀態時的導電路徑圖；圖5C所示為圖5A所示的交流-直流功率變換器在第二工作狀態時的導電路徑圖；圖6A所示為依據本專利技術第四實施例的交流-直流功率變換器的原理框圖；圖6B所示為圖6A所示的交流-直流功率變換器在第一工作狀態時的導電路徑圖；圖6C所示為圖6A所示的交流-直流功率變換器在第二工作狀態時的導電路徑圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的幾個優選實施例進行詳細描述，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交流？直流功率變換器，包括一整流橋和濾波電容，以將外部交流電壓轉換為正弦半波直流輸入電壓，其特征在于，還包括第一儲能元件，第二儲能元件和第三儲能元件；在每一開關周期內，在第一工作狀態時，第一路徑接收所述正弦半波直流輸入電壓，并對所述第一儲能元件進行儲能，流過所述第一儲能元件的第一電流連續上升；第二路徑接收第二直流電壓，并對所述第二儲能元件進行儲能，流過所述第二儲能元件的第二電流持續上升；所述第一路徑和所述第二路徑共用一開關管；在第二工作狀態時，所述第一儲能元件通過第三路徑釋放能量至所述第三儲能元件，以在所述第三儲能元件上產生所述第二直流電壓，并且，所述第一電流連續下降；所述第二儲能元件通過第四路徑將能量釋放至一負載；其中，所述第一工作狀態的持續時間維持不變，并且，所述第一電流的峰值與所述正弦半波直流輸入電壓成正比例關系；以及保證所述交流？直流功率變換器的輸出電信號維持恒定。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧建，李彬彬，
申請(專利權)人：矽力杰半導體技術杭州有限公司，
類型：發明
國別省市：