【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器及其控制方法，是一種電能高效變換/開關電源技術，屬于電力電子/新能源。
技術介紹
1、單級pfc(power?factor?correction)變換器，是一種交流輸入/直流輸出的開關變換器；其功能是僅由一次功率變換即可穩定所需的直流輸出量，同時實現交流側的功率因數校正。所謂功率因數校正(pfc)，即是輸入的交流電流跟蹤交流電壓，使它們波形一致相位相同，從而達到高功率因數。
2、目前，pfc(power?factor?correction)變換器一般為非隔離型，常用的有boost(升壓)拓撲、buck(降壓)拓撲、升降壓拓撲以及圖騰柱拓撲。而隔離型的單級pfc變換器，大都采用反激式拓撲，也有半橋式等拓撲。反激式拓撲屬于單端變換，所傳輸的功率不能太大，一般適合于小功率應用。半橋式等拓撲雖然能夠應用于中大功率，但是，由于工頻整流橋的存在，導致大功率應用時整流損耗較大。
3、上述內容僅用于輔助理解本專利技術的技術方案，并不表示上述都是現有技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是，克服上述現有技術的不足，提出一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器及其控制方法。該變換器是一種隔離型單級pfc變換器，輸入與輸出隔離，穩定直流輸出且實現高功率因數。該變換器是一種無工頻整流橋的ac-dc電路，采用全橋拓撲，屬于雙端變換，能傳輸大功率，并且提高效率降低成本。該變換器包括單變壓器和雙變壓器兩種技術方案，相應的控制方法也
2、本專利技術的技術方案如下。
3、一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，有兩種技術方案；第一種是單變壓器方案，第二種是雙變壓器方案。兩種技術方案具有相同的輸入濾波電路和變換橋。
4、輸入濾波電路含有共模與差模電感和x電容、y電容，具有兩個交流輸出端。
5、變換橋含有開關管q1、q2、q3、q4，為全橋拓撲具有兩個橋臂，開關管q1和q2構成第一橋臂，開關管q3和q4構成第二橋臂。開關管q1漏極和q2源極相連作為節點v1，開關管q3漏極和q4源極相連作為節點v2；開關管q2和q4漏極相連作為變換橋的正端vd，開關管q1和q3源極相連作為變換橋的地端gnd。
6、單變壓器方案包含輸入濾波電路、電容網絡、變換橋、變壓器、整流器和濾波器，它們依次連接。交流電源ua連接輸入濾波電路，輸入濾波電路的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓；濾波器將濾除高頻紋波的直流電壓作為變換器的輸出而供給負載。
7、電容網絡包括電容cd、cs、c1、c2，它們都采用容量較小的薄膜電容而非大容量的電解電容，尤其是cd。電容cd的兩端分別連接變換橋的正端vd和地端gnd，電容cs的兩端分別連接輸入濾波電路的兩個交流輸出端；電容c1和c2的一端連接輸入濾波電路的一個交流輸出端而作為節點vs，電容c1另一端連接變換橋的地端gnd，電容c2另一端連接變換橋的正端vd，變換橋的節點v2連接濾波電路的另一個交流輸出端。或者去掉電容c1和c2，或者去掉電容cs，或者去掉電容cd，以簡化電路降低成本，但各個電容的紋波電流會發生變化。
8、變壓器具有原邊繞組np和至少一個副邊繞組ns。原邊繞組np具有兩端，副邊繞組ns具有兩端和中間抽頭、或者去掉中間抽頭。
9、原邊繞組np一端連接電容網絡的節點vs、另一端連接變換橋的節點v1。副邊繞組ns兩端分別連接整流器的兩個交流輸入端；當整流器采用全波整流拓撲時，ns的中間抽頭作為整流器的正輸出端或者負輸出端；當整流器采用全橋整流拓撲時，則去掉ns的中間抽頭。
10、整流器采用全波整流拓撲或者全橋整流拓撲，具有正輸出端、負輸出端和兩個交流輸入端。
11、全波整流拓撲包括二極管d1、d2，其連接方式有兩種。第一種連接方式稱作共陰極連接，即是二極管d1、d2的陰極連接在一起作為整流器的正輸出端，二極管d1的陽極和d2的陽極作為整流器的兩個交流輸入端，變壓器副邊繞組ns的中間抽頭作為整流器的負輸出端。第二種連接方式稱作共陽極連接，即是二極管d1、d2的陽極連接在一起作為整流器的負輸出端，二極管d1的陰極和d2的陰極作為整流器的兩個交流輸入端，變壓器副邊繞組ns的中間抽頭作為整流器的正輸出端。
12、全橋整流拓撲包括二極管d1、d2、d3、d4，二極管d1的陽極與d2的陰極相連作為整流器的一個交流輸入端，二極管d3的陽極與d4的陰極相連作為整流器的另一個交流輸入端，二極管d1、d3的陰極相連作為整流器的正輸出端，二極管d2、d4的陽極相連作為整流器的負輸出端。
13、濾波器包括濾波電感lo1、lo2和濾波電容co，構成四端網絡，具有正輸入端、負輸入端和正輸出端、負輸出端。濾波電感lo1的兩端分別作為濾波器的正輸入端和正輸出端，濾波電感lo2的兩端分別作為濾波器的負輸入端和負輸出端；濾波電容co的正極和負極分別連接濾波器的正輸出端和負輸出端。濾波電感lo1和lo2獨立或者耦合，或者去掉lo1或者去掉lo2，以簡化電路；當去掉lo1時則濾波器的正輸入端和正輸出端直接相連，當去掉lo2時則濾波器的負輸入端和負輸出端直接相連。或者去掉濾波電容co，以適用于電流源模式輸出。當保留co時，則為電壓源模式輸出。
14、濾波器的正輸入端和負輸入端分別連接整流器的正輸出端和負輸出端，濾波器的正輸出端和負輸出端分別作為該變換器的輸出正端+vo和輸出負端-vo。
15、對于單變壓器方案，為了降低成本(但損耗增加)，能夠用二極管d01、d02分別替換變換橋的開關管q3、q4，或者用單向晶閘管s1、s2分別替換變換橋的開關管q3、q4；替換規則為，二極管或者單向晶閘管的陽極和陰極分別對應開關管的源極和漏極。同時保留電容網絡的電容c1和c2，電容c1和c2的一端共同連接節點vs或者變換橋的節點v2，電容c1和c2的另一端分別連接變換橋的地端gnd和正端vd。
16、雙變壓器方案包含輸入濾波電路、電容網絡、變換橋、第一變壓器、第二變壓器、整流器x、整流器y、一個濾波器或者兩個濾波器，即濾波器x和濾波器y。交流電源ua連接輸入濾波電路，輸入濾波電路的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓。整流器x和整流器y分別連接濾波器x和濾波器y，形成兩組輸出；或者，整流器x與整流器y以組合方式共同連接一個濾波器，形成一組輸出。
17、電容網絡包含電容cs、cd、c1、c2、c3、c4，它們都采用容量較小的薄膜電容而非大容量的電解電容，尤其是cd。電容cs的兩端分別連接輸入濾波電路的兩個交流輸出端，電容cd的兩端分別連接變換橋的正端vd和地端gnd；電容c1和c3的一端連接輸入濾波電路的一個交流輸出端而作為節點vs1，電容c2和c4的一端連接輸入濾波電路的另一個交流輸出端而作為節點vs2，電容c1和c2的另一端連接變換橋的地端g本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，為單變壓器方案，包含輸入濾波電路(1)、電容網絡(2)、變換橋(3)、變壓器(4)、整流器(5)和濾波器(6)，它們依次連接；輸入濾波電路(1)含有共模與差模電感和X電容、Y電容，具有兩個交流輸出端；交流電源Ua連接輸入濾波電路(1)，輸入濾波電路(1)的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓；濾波器(6)將濾除高頻紋波的直流電壓作為變換器的輸出而供給負載；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：在單變壓器方案中，用二極管D01、D02分別替換變換橋(3)的開關管Q3、Q4，或者用單向晶閘管S1、S2分別替換變換橋(3)的開關管Q3、Q4，替換規則為，二極管或者單向晶閘管的陽極和陰極分別對應開關管的源極和漏極；同時保留電容網絡(2)的電容C1和C2，電容C1和C2的一端共同連接電容網絡(2)的節點Vs或者連接變換橋(3)的節點V2，電容C1和C2的另一端分別連接變換橋(3)的地端GND和正端Vd。
3.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其
4.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：基于單變壓器方案有兩種衍生電路；第一種衍生電路是，變壓器(4)的原邊繞組Np并聯電感Lr，電感Lr的自感量遠小于原邊繞組Np的自感量；第二種衍生電路是，在變壓器(4)之原邊繞組Np的位置加入電感Lr，而原邊繞組Np串聯電容Cr，具體連接方式為：電感Lr的兩端分別連接變換橋(3)的節點V1和電容網絡(20)的節點Vs，原邊繞組Np一端連接變換橋(3)的節點V1、另一端連接電容Cr的一端，電容Cr另一端連接變換橋(3)的節點V2或正端Vd或地端GND、或者連接電容網絡(20)的節點Vs。
5.一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，為雙變壓器方案，包含輸入濾波電路(1)、電容網絡(20)、變換橋(3)、第一變壓器(41)、第二變壓器(42)、整流器X(51)、整流器Y(52)、一個濾波器(6)或者兩個濾波器，即濾波器X(61)和濾波器Y(62)；輸入濾波電路(1)含有共模與差模電感和X電容、Y電容，具有兩個交流輸出端；交流電源Ua連接輸入濾波電路(1)，輸入濾波電路(1)的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓；其特征在于：
6.根據權利要求5所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：整流器X(51)連接濾波器X(61)構成該變換器的第一輸出，整流器Y(52)連接濾波器Y(62)構成該變換器的第二輸出；具體說明：整流器X(51)的正輸出端和負輸出端分別連接濾波器X(61)的正輸入端和負輸入端，濾波器X(61)的正輸出端和負輸出端分別作為第一輸出的正端+Vo1和負端-Vo1；整流器Y(52)的正輸出端和負輸出端分別連接濾波器Y(62)的正輸入端和負輸入端，濾波器Y(62)的正輸出端和負輸出端分別作為第二輸出的正端+Vo2和負端-Vo2；第一輸出和第二輸出能夠獨立或者并聯或者串聯供給負載。
7.根據權利要求5所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：整流器X(51)與整流器Y(52)以組合方式共同連接濾波器(6)而構成一組輸出，濾波器(6)的正輸出端和負輸出端分別作為該變換器輸出的正端+Vo和負端-Vo；組合方式分為并聯組合與串聯組合；并聯組合為，整流器X(51)和整流器Y(52)的正輸出端共同連接濾波器(6)的正輸入端，整流器X(51)和整流器Y(52)的負輸出端共同連接濾波器(6)的負輸入端；串聯組合為，整流器X(51)的負輸出端連接整流器Y(52)的正輸出端，整流器X(51)的正輸出端和整流器Y(52)的負輸出端分別連接濾波器(6)的正輸入端和負輸入端。
8.根據權利要求5所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：在雙變壓器方案中，用開關管替換整流器X(51)和整流器Y(52)中的二極管，替換規則為，開關管的源極和漏極分別對應二極管的陽極和陰極。
9.根據權利要求5所述的一種無橋隔離型AC-DC單級PFC變換器，其特征在于：基于雙變壓器方案有兩種衍生電路；第一種衍生電路是：第一變壓器(41)的原邊繞組Np1并聯電感Lr1，電感Lr1的自感量遠小于原邊繞組Np1的自感量；第二變壓器(42)的原邊繞組Np2并聯電感Lr2，電感Lr2的自感量遠小于原邊繞組Np2的自感量；第二種衍生電路是：在第一變壓器(41)之原邊繞組Np1的位置加入電...
【技術特征摘要】
1.一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，為單變壓器方案，包含輸入濾波電路(1)、電容網絡(2)、變換橋(3)、變壓器(4)、整流器(5)和濾波器(6)，它們依次連接；輸入濾波電路(1)含有共模與差模電感和x電容、y電容，具有兩個交流輸出端；交流電源ua連接輸入濾波電路(1)，輸入濾波電路(1)的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓；濾波器(6)將濾除高頻紋波的直流電壓作為變換器的輸出而供給負載；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，其特征在于：在單變壓器方案中，用二極管d01、d02分別替換變換橋(3)的開關管q3、q4，或者用單向晶閘管s1、s2分別替換變換橋(3)的開關管q3、q4，替換規則為，二極管或者單向晶閘管的陽極和陰極分別對應開關管的源極和漏極；同時保留電容網絡(2)的電容c1和c2，電容c1和c2的一端共同連接電容網絡(2)的節點vs或者連接變換橋(3)的節點v2，電容c1和c2的另一端分別連接變換橋(3)的地端gnd和正端vd。
3.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，其特征在于：在單變壓器方案中，用開關管替換整流器(5)中的二極管，替換規則為，開關管的源極和漏極分別對應二極管的陽極和陰極。
4.根據權利要求1所述的一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，其特征在于：基于單變壓器方案有兩種衍生電路；第一種衍生電路是，變壓器(4)的原邊繞組np并聯電感lr，電感lr的自感量遠小于原邊繞組np的自感量；第二種衍生電路是，在變壓器(4)之原邊繞組np的位置加入電感lr，而原邊繞組np串聯電容cr，具體連接方式為：電感lr的兩端分別連接變換橋(3)的節點v1和電容網絡(20)的節點vs，原邊繞組np一端連接變換橋(3)的節點v1、另一端連接電容cr的一端，電容cr另一端連接變換橋(3)的節點v2或正端vd或地端gnd、或者連接電容網絡(20)的節點vs。
5.一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，為雙變壓器方案，包含輸入濾波電路(1)、電容網絡(20)、變換橋(3)、第一變壓器(41)、第二變壓器(42)、整流器x(51)、整流器y(52)、一個濾波器(6)或者兩個濾波器，即濾波器x(61)和濾波器y(62)；輸入濾波電路(1)含有共模與差模電感和x電容、y電容，具有兩個交流輸出端；交流電源ua連接輸入濾波電路(1)，輸入濾波電路(1)的兩個交流輸出端提供穩定的交流電壓；其特征在于：
6.根據權利要求5所述的一種無橋隔離型ac-dc單級pfc變換器，其特征在于：整流器x(51)連接濾波器x(61)構成該變換器的第一輸出，整流器y(52)連接濾波器y(62)構成該變換器的第二輸出；具體說明：整流器x(51)的正輸出端和負輸出端分別連接濾波器x(61)的正輸入端和負輸入端，濾波器x(61)的正輸出端和...
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