單級PFC變換器后級有源濾波電路制造技術

本實用新型專利技術是一種單級PFC變換器后級有源濾波電路，由單級PFC變換器(1)、雙向變換器(2)、自舉電容、支撐電容和輸出電容構成。雙向變換器(2)為非隔離DC雙向變換電路，可采用同步降壓或升壓等拓撲。雙向變換器(2)和自舉電容、支撐電容組成DC側有源濾波電路：支撐電容接在雙向變換器(2)后端，自舉電容與雙向變換器(2)前端串聯之后并聯在單級PFC變換器(1)的輸出端。優越性：1、利用自舉電容分壓，使雙向變換器(2)工作電壓顯著降低，可采用低壓功率器件。2、雙向變換器(2)的變換功率遠低于整機輸出功率。3、提高整機效率、降低電路成本。本實用新型專利技術是一種單級PFC+DC側有源濾波的新技術方案，拓撲簡潔巧妙，可廣泛用于輸入高功率因數且輸出無紋波的各種開關電源。

【技術實現步驟摘要】
單級PFC變換器后級有源濾波電路
本技術涉及一種單級PFC變換器后級有源濾波電路，是一種開關電源技術，屬于電力電子

技術介紹
目前，高功率因數的隔離型AC-DC變換器，有兩類技術方案，一是單級變換拓撲，二是兩級變換拓撲。單級變換拓撲主要有反激式、橋式等單級PFC(PowerfactorCorrection)變換器，以及由PFC變換和DC-DC變換(共用一套開關管及控制電路)構成的組合式單級變換器。單級PFC變換器的特點是功率因數高，但是直流輸出端含有二次諧波紋波。組合式單級變換器的特點是，直流輸出端的紋波和交流輸入端的功率因數可以折中優化，能夠減少或者消除直流輸出端的紋波，但是會降低輸入端的功率因數。兩級變換拓撲的方案是，第一級為功率因數校正AC-DC變換，第二級為DC-DC變換。其中又分為兩種技術路線。一種是第一級AC-DC非隔離，一般采用Boost拓撲；而第二級DC-DC隔離，主要有移相全橋、LLC變換和單端變換等拓撲。另一種是第一級AC-DC隔離，即為單級PFC變換器，主要有反激式和橋式等拓撲；而第二級DC-DC非隔離，主要有Buck、Boost、Buck-Boost等拓撲。兩級變換拓撲可以完全消除輸出紋波。兩級變換拓撲方案的主要缺點是，①電路復雜。②整機效率降低。③成本較高。這些都是由于輸入電能全部需要經過兩級功率變換才能到達負載所造成的。上述內容僅用于輔助理解本技術的技術方案，并不代表承認上述內容都是現有技術。
技術實現思路
本技術的目的是，克服上述現有技術的不足，設計一種單級PFC變換器后級有源濾波電路。它是一種單級PFC+直流側有源濾波的新型技術方案，利用簡潔巧妙的電路拓撲，降低有源濾波電路中變換器的工作電壓和變換功率，提高整機效率，并且降低成本。本技術的技術方案如下。單級PFC變換器后級有源濾波電路，由單級PFC變換器(1)、雙向變換器(2)、自舉電容(C1)、支撐電容(C2)和輸出電容(Co)構成。單級PFC變換器(1)采用反激拓撲或者橋式拓撲，具有一個或多個直流輸出；雙向變換器(2)為非隔離DC-DC雙向變換電路，采用同步降壓拓撲或者同步升壓拓撲或者同步升-降壓拓撲；雙向變換器(2)具有前端和后端，其四個端口分別記作前端正P1、前端負N1和后端正P2、后端負N2；所謂的DC-DC雙向變換即在前端與后端之間進行。其中：單級PFC變換器(1)的直流輸出的正極Vo和地端GND分別連接輸出電容(Co)的正極和負極；雙向變換器(2)的后端正P2、后端負N2分別連接支撐電容(C2)的正極和負極。雙向變換器(2)與自舉電容(C1)、支撐電容(C2)組成直流側有源濾波電路，其與單級PFC變換器(1)的連接方式有兩種：一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共地連接，即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接單級PFC變換器(1)的地端GND。另一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共正極連接，即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接單級PFC變換器(1)的地端GND。所謂“雙向變換電路”，是指電流/電能可以雙向流動的電路，即電流/電能可以從變換器的前端流向后端，也可以從后端流回前端。本技術與現有技術相比具有如下優越性。1)所述技術，利用自舉電容(C1)分壓，使得雙向變換器(2)的前端電壓(即前端正P1和前端負N1之間的電壓)顯著降低，進而使得后端電壓(即后端正P2和后端負N2之間的電壓)也顯著降低。因此，雙向變換器(2)可以采用低壓功率器件。2)所述技術，雙向變換器(2)所處理的無功功率遠低于單級PFC變換器(1)輸出功率的交流分量。因此，雙向變換器(2)的功率損耗進一步降低。3)所述技術，利用簡潔巧妙的電路拓撲，降低了后級有源濾波電路中雙向變換器(2)的工作電壓和變換功率，提高了整機效率、降低了電路成本。附圖說明圖1是單級PFC變換器后級有源濾波電路的共地連接原理圖。圖2是單級PFC變換器后級有源濾波電路的共正極連接原理圖。其中，1——單級PFC變換器，2——雙向變換器，C1——自舉電容，C2——支撐電容，Co——輸出電容。ua——交流輸入電源，Vo——正極，GND——地端。圖3是所述技術的雙向變換器(2)可采用的共負極同步降壓拓撲圖。圖4是所述技術的雙向變換器(2)可采用的共正極同步降壓拓撲圖。其中，Q1、Q2——開關管，Lr——濾波電感。具體實施方式下面將結合附圖，以優選實施例，對本技術進行詳細地描述與分析。顯然，所描述的實施例僅僅是本技術的一部分實施例而非全部。再說明一點，在本技術中涉及的雙向變換器(2)的“前端”、“后端”等描述僅用于方便指示性說明之目的，而不能理解為表示其具體位置或者專有名詞。1、本技術的優選實施例如圖1、圖2所示，單級PFC變換器后級有源濾波電路，由單級PFC變換器(1)、雙向變換器(2)、自舉電容(C1)、支撐電容(C2)和輸出電容(Co)構成。單級PFC變換器(1)采用反激拓撲或者橋式拓撲，具有一個或多個直流輸出；雙向變換器(2)為非隔離DC-DC雙向變換電路，采用同步降壓拓撲或者同步升壓拓撲或者同步升-降壓拓撲；雙向變換器(2)具有前端和后端，其四個端口分別記作前端正P1、前端負N1和后端正P2、后端負N2；所謂的DC-DC雙向變換即在前端和后端之間進行。其中：單級PFC變換器(1)的直流輸出的正極Vo和地端GND分別連接輸出電容(Co)的正極和負極；雙向變換器(2)的后端正P2、后端負N2分別連接支撐電容(C2)的正極和負極。雙向變換器(2)與自舉電容(C1)、支撐電容(C2)組成直流側有源濾波電路，其與單級PFC變換器(1)的連接方式有兩種。一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共地連接，如圖1所示；即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接單級PFC變換器(1)的地端GND。另一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共正極連接，如圖2所示；即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接單級PFC變換器(1)的地端GND。由正極Vo和地端GND連接負載。所謂“雙向變換電路”，是指電流/電能可以雙向流動的電路，即電流/電能可以從變換器的前端流向后端，也可以從后端流回前端。對于雙向變換器(2)，可以采用同步降壓拓撲或者同步升壓拓撲或者同步升-降本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.單級PFC變換器后級有源濾波電路，由單級PFC變換器(1)、雙向變換器(2)、自舉電容(C1)、支撐電容(C2)和輸出電容(Co)構成；單級PFC變換器(1)采用反激拓撲或者橋式拓撲，具有一個或多個直流輸出；雙向變換器(2)為非隔離DC-DC雙向變換電路，采用同步降壓拓撲或者同步升壓拓撲或者同步升-降壓拓撲；雙向變換器(2)具有前端和后端，其四個端口分別記作前端正P1、前端負N1和后端正P2、后端負N2；所謂的DC-DC雙向變換即在前端和后端之間進行；其特征是：/n單級PFC變換器(1)的直流輸出的正極Vo和地端GND分別連接輸出電容(Co)的正極和負極，雙向變換器(2)的后端正P2、后端負N2分別連接支撐電容(C2)的正極和負極；雙向變換器(2)與自舉電容(C1)、支撐電容(C2)組成直流側有源濾波電路，其與單級PFC變換器(1)的連接方式有兩種：一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共地連接，即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接單級PFC變換器(1)的地端GND；另一種是雙向變換器(2)與單級PFC變換器(1)共正極連接，即單級PFC變換器(1)的正極Vo連接雙向變換器(2)的前端正P1，雙向變換器(2)的前端負N1連接自舉電容(C1)的正極，自舉電容(C1)的負極連接單級PFC變換器(1)的地端GND。/n...

【技術特征摘要】
1.單級PFC變換器后級有源濾波電路，由單級PFC變換器(1)、雙向變換器(2)、自舉電容(C1)、支撐電容(C2)和輸出電容(Co)構成；單級PFC變換器(1)采用反激拓撲或者橋式拓撲，具有一個或多個直流輸出；雙向變換器(2)為非隔離DC-DC雙向變換電路，采用同步降壓拓撲或者同步升壓拓撲或者同步升-降壓拓撲；雙向變換器(2)具有前端和后端，其四個端口分別記作前端正P1、前端負N1和后端正P2、后端負N2；所謂的DC-DC雙向變換即在前端和后端之間進行；其特征是：
單級PFC變換器(1)的直流輸出的正極Vo和地端GND分別連接輸出電容(Co)的正極和負極，雙向變換器(2)的后端正P2、后端負N2分別連接支撐電容(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張朝輝，
申請(專利權)人：張朝輝，
類型：新型
國別省市：河北;13