一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路

摘要

本发明公开了一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路，其属于电力电子领域，通过在工频输入电压的正负半周中切换电路的连接关系，取消了传统变换器输入侧的整流桥，从而有助于提高能量的转换效率。本发明的控制并不复杂，仅需要对两个高频开关管施加相应的互补开关信号，以及对工频开关管施加跟踪于输入电压的开关信号。发明通过实现开关管的零电流开关，从而解决了变换器效率以及功率密度限制的问题，在结构中取消了整流桥，可以进一步提高变换器的效率。

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路。

背景技术

随着消费电子和便携式设备的发展，人们对电源适配器的效率提出了更高的要求。为了避免设备在接入电网时为电网带来大量的电流谐波，PFC电路常被用来作为电源适配器中的前端电路。通常情况下，PFC电路由Buck、Boost、Buck-Boost等PWM变换器构建，然而这类变换器因其硬开关的特性不利于提高适配器的效率，而且大电感的存在也极大地限制了功率密度的提高。同时，因为结构简单、控制方便，由上述PWM变换器构建的有桥PFC电路常被业界采用。但是，有桥PFC电路因其整流桥内二极管压降的存在，限制了变换器效率。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路解决了现有技术中变换器效率被限制的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路，包括交流电压源V

所述交流电压源V

进一步地，所述无桥功率因数校正电路包括正半工频周期的三种模态和负半工频周期的三种模态。

进一步地，所述正半工频周期的三种模态均令频开关管S

第一模态：令高频开关管S

第二模态：令高频开关管S

第三模态：令高频开关管S

进一步地，所述负半工频周期的三种模态均令工频开关管S

第四模态：令高频开关管S

第五模态：令高频开关管S

第六模态：令高频开关管S

进一步地，所述无桥功率因数校正电路的功率因数PF为：

其中，π表示圆周率，V

进一步地，所述无桥功率因数校正电路的总谐波失真THD为：

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过实现开关管的零电流开关，从而解决了变换器效率以及功率密度限制的问题。

(2)本发明在结构中取消了整流桥，可以进一步提高变换器的效率。

(3)本发明结构简单，方便控制，同时对变换器效率无限制，拥有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路结构图；

图2为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在正半工频周期的第一模态；

图3为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在正半工频周期的第二模态；

图4为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在正半工频周期的第三模态；

图5为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在负半工频周期的第四模态；

图6为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在负半工频周期的第五模态；

图7为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在负半工频周期的第六模态；

图8为本发明提供的一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期和开关周期内的关键波形图；

图9为本发明提供的实施例中一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期内的仿真波形图(输入电压V

图10为本发明提供的实施例中一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期内的仿真波形图(输入电压V

图11为本发明提供的实施例中一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期内的仿真波形图(输入电压V

图12为本发明提供的实施例中一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期内的仿真波形图(输入电压V

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路，其特征在于，包括交流电压源V

所述交流电压源V

正半工频周期内，工频开关管S

如图2所示，第一模态：高频开关管S

如图3所示，第二模态：高频开关管S

如图4所示，第三模态：高频开关管S

与正半工频周期类似，负半工频周期内，工频开关管S

如图5所示，第四模态：高频开关管S

如图6所示，第五模态：高频开关管S

如图7所示，第六模态：高频开关管S

与上述六种工作模态依次对应，本发明提供的基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路在工频周期和开关周期内的关键波形图如图8所示。

基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路的功率因数PF为：

其中：π表示圆周率，V

基于谐振开关电容变换器的无桥功率因数校正电路的功率因数PF输入电流的总谐波失真THD为：

需要特别注意的是，本发明中工频开关管和高频开关管均被视为理想开关，在实际应用中，为了在关断时阻断体二极管导通，需使用双向开关管。

仿真分析结果：

如图9所示，本发明实施例的仿真波形，其仿真参数为：输入交流电压V

如图10所示，本发明实施例的仿真波形，其仿真参数为：输入交流电压V

如图11所示，本发明实施例的仿真波形，其仿真参数为：输入交流电压V

如图12所示，本发明实施例的仿真波形，其仿真参数为：输入交流电压V

综上，本发明所提出的基于谐振开关电容变换器的无桥PFC电路可以实现宽输入范围的功率因数校正，且具有较好的功率因数校正性能。