专利名称：一种用于无输入整流元件的单级隔离pfc功率电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电源技术领域，涉及PFC功率电路，具体涉及一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路。
背景技术：
功率管是PFC功率电路中的必要元件，现有功率管中都寄生有二极管，由于二极管的单向导通特性，在目前的PFC功率电路在使用过程中，均是以直流输入的，即交流的市电需要经过整流成直流后方可输入给PFC功率电路，因此目前的PFC功率电路都含有输入整流元件在里面。这样，因为受整流元件整流桥正向导通阀值的影响，PFC功率电路的PF值最高只能达到0. 98 0. 99，而无法达到I。在现在地球环境日趋恶劣情况下，我们对所有的用电设备提出了更高的要求，那就是尽量提高有用功率，降低无用功耗减少温室效应，减 少人类对气候环境的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有PFC功率电路无法以交流输入、PF值无法达到I等缺陷，提供一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路。本发明实现其目的采用的技术方案是一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，所述的单级隔离PFC功率电路中含有至少一对反向连接的功率管。本发明PFC功率电路可以有以下三个基本拓扑结构，即所述的单级隔离PFC功率电路为由两对通过高频变压器反向连接的功率管以推挽方式形成的无输入整流元件单级隔离推挽PFC功率电路。或者，所述的单级隔离PFC功率电路为由一对反向连接的功率管以正激方式形成的无输入整流元件单级隔离正激PFC功率电路。或者，所述的单级隔离PFC功率电路为由至少两对反向连接的功率管以桥式方式形成的无输入整流元件单级隔离桥式PFC功率电路。本发明PFC功率电路利用了晶体管单向工作的特性，由于功率管中都寄生了一个二极管，因此在交流输入的情况下功率管只能在正半周工作，而本发明通过由两个功率元件反向(背向)直接连接或通过变压器连接，这样，一个功率管负责正半周工作，而另一个功率管则负责负半周工作，从而可以在交流输入的情况下实现正反都能工作的效果。正因为可以以交流直接输入，因此无需整流，理论上在没有输入整流桥的情况下，减少了输入的节点损耗和传统PFC功率电路损耗，能将PF值提高至少2. 0%，达到1，从而使电网供电系统的电流变得更加线性，也就相对的降低了所有电力变电设备因无功功率造成的额外损耗。同时采用单级隔离转换还降低了所有开关电源里面体积。
图I是本发明无输入整流元件单级隔离推挽PFC功率电路的电路原理图2是本发明无输入整流元件单级隔离正激PFC功率电路的电路原理图；图3是本发明无输入整流元件单级隔离桥式PFC功率电路的电路原理图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。结合图I 图3所示，首先，本发明实现交流输入无整流元件的工作原理在电网输入的正半周时，以下功率管图I的Kl和K3、图2的K2、图3的K2和K4内部的寄生二极管将导通，同时这些功率管将通过驱动控制电路送出一个固定的驱动电压 到使其工作在深度饱和状态，用于短路内部寄生二极管形成一根短路导线，从而达到输入只有线路损耗，没有二极管整流损耗和导通死区的目的；而此时图I的K2和K4、图2的K1、图3的Kl和K3将工作在PWM状态去驱动高频变压器传递能量到次级侧。当电网输入在负半周时，功率管图I的Kl和K3、图2的K2、图3的K2和K4由控制电路将直通状态转为PWM状态，而图I的K2和K4、图2的K1、图3的Kl和K3由正半周的PWM状态转为直通状态，继续传递能量到次级侧。下面分别结合
每种基本拓扑结构的工作过程I.无输入整流元件单级隔离推挽PFC功率电路如图I所示，功率管Kl与K4通过高频变压器连接构成一对反向连接的功率管，功率管K2与K3也通过高频变压器连接构成一对反向连接的功率管，然后两对反向连接的功率管以推挽方式形成单级隔离推挽PFC功率电路。工作过程如下经过EMI滤波电路滤波后的市电输入直接接入图I的A、B两端，当输入电压工作在A为正B为负的半周时，Kl和K3的内部寄生二极管将自动导通，而K2和K4内部的寄生二极管反向截止。当控制和PWM电路建立起来时，Kl和K3会通过控制电路将驱动送到(PWM1-B加反转驱动信号I、PWM2-B加反转驱动信号I)使功率管内部的寄生二极管短路，形成一根短路导线，而K2和K4则有PWM控制。在K2导通期间，推挽变压器的Pl绕组的正向磁化电流转换为磁能，然后由次级侧绕组S将磁能转换为电能，这样继做到了输出电压隔离又实现了输出电压任意可以变化的目的；当K2导通结束后，K4立即进入导通状态，推挽变压器的P2绕组的反向磁化电流转换为磁能，再由磁能通过次级绕组转换为电能，两个绕组交替工作，最终通过次级的整流元件和滤波电容将电能转换给次级的负载。2.无输入整流元件单级隔离正激PFC功率电路如图2所示，功率管Kl与K2直接反向连接构成一对反向连接的功率管；工作过程如下经过EMI滤波电路滤波后的市电输入直接接入图2的I、J两端，当输入电压工作在I正J负半周时，PWMB加反转驱动信号2由控制和PWM驱动电路直接送出一个固定电压到K2，使其工作在长期导通状态。此时Kl由PWMA加反转驱动信号I输出一个PWM信号去驱动高频变压器，将初级侧的能量传递给次级绕组，次级侧的D2负责将能量传递给储能电感LI。在截止时，次级侧的Dl负责将LI能量通过变压器内部电感继续传递给负载，同时LI与Dl在截止期间也加速了高频变压器的磁复位，当输入市电工作在J正I负时，KU K2和D1、D2则反之。3.无输入整流元件单级隔离桥式PFC功率电路如图3所示，功率管Kl与K2直接反向连接构成一对反向连接的功率管，功率管K3与K4也直接反向连接构成一对反向连接的功率管，然后两对反向连接的功率管以桥式方式形成单级隔离桥式PFC功率电路。工作过程如下经过EMI滤波电路滤波后的市电直接接入图3的0、P两端，当输入电压工作在O正P负半周时，控制和PWM驱动电路将送出一个固定电压到PWM-B和反转驱动信号2、PWM-D和反转驱动信号2使其K2和K4工作在深度饱和状态，而PWM-A和反转驱动信号I、PWM-C和反转驱动信号I由控制和PWM驱动电路送出一个PWM驱动分别到Kl和K3交替工作，将高频变压器的初级侧的能量直接传递给次级侧绕组，然后再由次级侧的整流、储能、滤波等元件将能量传递给输出回路。(如果要实现全桥无输入整流隔离PFC时，可以用完全相同的Kl K4接在高频变压器的初级绕组另一端取代C3、C4即可。)当然，以上三个只是本发明的几个较佳实施例，本发明还可以根据以上基本拓扑结构和电路原理衍生出其他实施方式。综上所述，本发明PFC功率电路利用了晶体管单向工作的特性，由于功率管中都寄生了一个二极管，因此在交流输入的情况下功率管只能在正半周工作，而本发明通过由 两个功率元件反向(背向)直接连接或通过变压器连接，这样，一个功率管负责正半周工作，而另一个功率管则负责负半周工作，从而可以在交流输入的情况下实现正反都能工作的效果。正因为可以以交流直接输入，因此无需整流，理论上在没有输入整流桥的情况下，减少了输入的节点损耗和传统PFC功率电路损耗，将提高至少2. 0%，能将PF值提高到1，从而使电网供电系统的电流变得更加线性，也就相对的降低了所有电力变电设备因无功功率造成的额外损耗。同时采用单级隔离转换还降低了所有开关电源里面体积。本发明的优点主要体现在I).目前针对三相全桥PFC技术还在初级阶段，可以通过成熟的单相PFC技术更稳定的实现三相PFC控制；2).以前的所有PFC功率转换电路都会因为传统的整流电路和PFC功率电路这两个节点损耗较大，用此技术可以减少两级损耗；3).在没有输入整流元件的导通死区，使市电的工作电流更加线性，真正能做到PF 为 I ;4).采用桥式或推挽结构组成三相PFC控制功率电路，高频变压器实现双向磁化，有效的减小了变压器的体积，真正实现了高功率密度；5).采用此技术，减少了单独的一级PFC功率电路，在同等功率时设备的体积可比以前更小；6).没有以前传统方式的PFC输出大容量电解电容，可以有效的通过PWM软启动方式实现开机小电流启动，减小了设备启动瞬间对电网的大电流冲击；7).所有的功率管不用全程工作在PWM状态，只有在市电输入的其中半周才有开关损耗，另半周只有直流损耗，所以保证了所有功率元件有足够的散热时间，散热效果比以前传统的方式更加好。
权利要求
1.一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，其特征在于所述的单级隔离PFC功率电路中含有至少一对反向连接的功率管。
2.根据权利要求I所述的一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，其特征在于所述的单级隔离PFC功率电路为由两对通过高频变压器反向连接的功率管以推挽方式形成的无输入整流元件单级隔离推挽PFC功率电路。
3.根据权利要求I所述的一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，其特征在于所述的单级隔离PFC功率电路为由一对反向连接的功率管以正激方式形成的无输入整流元件单级隔离正激PFC功率电路。
4.根据权利要求I所述的一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，其特征在于所述的单级隔离PFC功率电路为由至少两对反向连接的功率管以桥式方式形成的无输入整流元件单级隔离桥式PFC功率电路。
全文摘要
本发明属于电力电源技术领域，涉及PFC功率电路，具体涉及一种用于无输入整流元件的单级隔离PFC功率电路，所述的单级隔离PFC功率电路中含有至少一对反向连接的功率管。本发明PFC功率电路利用了晶体管内部计生二极管单向工作的特性，因此在交流输入的情况下功率管只能在正半周工作，而本发明通过由两个功率元件反向(背向)直接连接或通过变压器连接，这样，一个功率管负责正半周工作，而另一个功率管则负责负半周工作，从而可以在交流输入的情况下实现正反都能工作的效果，无需整流，减少了输入的节点损耗和传统PFC功率电路损耗，能将PF值提高到1。
文档编号H02M1/42GK102684471SQ201210125269
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者陈帮云 申请人:陈帮云