基于降压与反激变换单元的无桥降压型PFC变换器

本发明涉及pfc变换器领域，更具体地说，基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器。

背景技术：

1、目前，随着电力电子技术的高速发展，大量的非线性负载会带来网侧电流畸变问题，造成电流谐波污染。为减少这种谐波污染，多采用有源功率因数校正(active powerfactor correction,apfc)技术。apfc技术能够降低网侧电流总谐波失真(total harmonicdistortion of input current,thdi)，提高网侧功率因数(power factor,pf)，解决谐波污染问题。

2、在现有pfc变换器中，升压(boost)型pfc变换器由于电感串联在输入端，对输入电流高次谐波有显著的抑制效果。但由于boost型pfc变换器的升压特性(输出电压必须高于输入电压)，其不能单独应用于led、低压电池充电等低电压负载的应用场合，需要在后级加入额外的降压电路。但降压(buck)型电路与boost电路构成的两级式pfc电路会增加电路损耗进而降低变换器的效率。相对应地，buck型pfc变换器具有降压转换、开关管应力低等优点，适合led、低压电池充电等负载低电压的场合。

3、现有无桥buck pfc拓扑如图1所示，在交流输入电压vin为正时，交流输入电流iin经可控开关管s1，电感l1和二极管d3向负载供电，d1为正半周期内开关管s1关断时的续流二极管；交流输入为负时，iin经可控开关管s2，电感l2和二极管d4向负载供电，d2为负半周期内开关管s2关断时的续流二极管。通过控制可控开关管s1和s2的通断，可以实现输入电流iin与输入电压vin的相位抑制，实现pfc，同时输出直流电压vo为负载供电。

4、现有无桥buck pfc变换器在交流输入的正半周期均存在输入电流死区现象，如图2所示，这是因为buck类电路只有在输出电压vo低于输入电压的绝对值|vin|时，变换器才能正常工作。在输入电压的绝对值|vin|低于输出电压vo时，尽管开关管s1和s2导通，但输入电流为0。这种输入电流死区现象会导致输入电流较高的thdi和较低的pf值，限制了变换器的应用场合。

5、本发明提出基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器，为能减少输入电流死区的无桥降压型pfc变换器拓扑，仍然为无桥拓扑，但减少了整流二极管导通数量，降低了变换器导通损耗，提高了变换器效率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：

2、本发明的目的是提供基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器，以解决上述背景技术中提出的问题，即现有无桥buck pfc变换器在交流输入的正半周期均存在输入电流死区现象，限制了变换器的应用场合。

3、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

4、基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器，包括buck变换单元和flyback变换单元；

5、所述buck变换单元，用于交流输入正半周期内的电能变换；

6、所述flyback变换单元，用于交流输入负半周期内的电能变换；

7、所述buck变换单元和flyback变换单元实现pfc变换器正、负双极性的交流输入，单极性直流输出。

8、优选地，包括开关管s1、开关管s2，限流二极管d1、限流二极管d2，续流二极管d3、续流二极管d4，输出电容c1、输出电容c2，输出电感l1，变压器t1。

9、优选地，所述开关管s1、输出电感l1和续流二极管d3组成buck单元；

10、所述开关管s2、变压器t1和续流二极管d4组成flyback单元。

11、优选地，交流输入侧的一端与限流二极管d1的阳极、限流二极管d2的阴极连接；交流输入侧的另一端与续流二极管d3的阳极、变压器t1一次侧的一端和二次侧的一端、输出电容c2的正极、输出电容c1的负极相连；

12、所述开关管s1的漏极与限流二极管d1的阴极连接，开关管s1的源极与输出电感l1的一端、续流二极管d3的阴极连接；所述输出电感l1的另一端与输出电容c1的正极、负载的一端相连；

13、所述开关管s2的源极与限流二极管d2的阳极相连，开关管s2的漏极与变压器t1一次侧的另一端相连；变压器t1二次侧的另一端与续流二极管d4的阴极相连，续流二极管d4的阳极与输出电容c2的负极相连；输出电容c1的负极与输出电容c2的正极相连，输出电容c2的负极与负载另一端相连。

14、优选地，交流输入侧的一端与限流二极管d1的阴极、限流二极管d2的阳极连接；交流输入侧的另一端与续流二极管d3的阴极、变压器t1一次侧的一端和二次侧的一端、输出电容c2的负极、输出电容c1的正极相连；

15、所述开关管s1的源极与限流二极管d1的阳极连接，开关管s1的漏极与输出电感l1的一端、续流二极管d3的阳极连接；所述输出电感l1的另一端与输出电容c1的负极、负载的一端相连；输出电容c1的正极与输出电容c2的负极相连，输出电容c2的正极与负载另一端相连；

16、所述开关管s2的漏极与限流二极管d2的阴极相连，开关管s2的源极与变压器t1一次侧的另一端相连；变压器t1二次侧的另一端与续流二极管d4的阳极相连，续流二极管d4的阴极与输出电容c2的正极相连。

17、优选地，基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器，其控制方法包括：

18、工作模态1：开关管s1和开关管s2导通，输入端向输出电感l1充能并向输出电容c1和负载端供能，输出电容c2向外放电，电感电流il1线性上升，开关管s1的电流与电感电流il1的幅值相同，方向相同；限流二极管d1提供回流电流通路；

19、工作模态2：开关管s1和开关管s2关断，续流二极管d3导通，存储于输出电感l1的能量向输出电容c1和负载端供能，输出电容c2保持向外放电，电感电流il1线性下降；

20、工作模态3：开关管s1和开关管s2关断，电感电流il1保持为0，输出电容c1、输出电容c2共同为负载供能；

21、工作模态4：开关管s1和开关管s2导通，输入端经过限流二极管d2、开关管s2向变压器t1一次侧励磁电感充能，变压器t1一次侧励磁电感电流it1,m线性上升；开关管s2、限流二极管d2的电流与励磁电感电流it1,m的幅值相同，方向相同；输出电容c1、输出电容c2共同为负载供能；

22、工作模态5：开关管s1和开关管s2关断，续流二极管d4导通，励磁电感电流it1,m经过变压器t1的一次侧绕组向二次侧绕组传递能量，变压器二次侧电流it1,s经过续流二极管d4向输出电容c2和负载端供能，输出电容c1向外放电，此时，励磁电感电流it1,m线性下降，且等于变压器一次侧电流it1,p与变压器二次侧电流it1,s；

23、工作模态6：开关管s1和开关管s2关断，励磁电感电流it1,m保持为0，输出电容c1、输出电容c2共同为负载供能。

24、有益效果：

25、本发明所述的基于降压与反激变换单元的无桥降压型pfc变换器，相比于现有无桥buck pfc变换器，本发明的优点在于：

26、(1)、本发明中控制电路简单，可以用同一个驱动信号控制两个开关管。且电路具有固有的功率因数校正能力。

27、(2)、本发明中所提出的变换器拓扑可以降低输入电流死区时间，进而使变换器可以工作在更高的输出电压下(如目前的拓扑输出电压可达到160v)，且仍具有较高的pf值和低thdi。

28、(3)、本发明中所提出的拓扑为无桥拓扑，减少了整流二极管数量，进而减少整流二极管损耗，且可以降低变换器导通损耗，提高变换器效率。