本实用新型专利技术涉及一种带APFC的半桥型功率变换器，其由输入电容(Cx)、PFC电感(Lx)、二极管(D1、D2)、开关管(Q1、Q2)、直流电容(Cd)、半桥电容(Cs1、Cs2)、检流电阻(Rs)和过流过压保护器(1)、差模共模滤波器(2)、控制器(3)、等效负载(4)组成。该变换器省去了整流桥，由单级半桥实现功率因数校正APFC和DC-AC变换，全部器件轮流对称工作，功耗与散热均衡，还有效降低了开关管(Q1、Q2)的电流应力和直流电容(Cd)的纹波电流。该变换器拓扑精巧、控制简易，成本低、效率高、可靠性高。可广泛用于100～127Vac交流输入的电子镇流器、LED驱动电源等开关功率变换器。
【技术实现步骤摘要】
—种带APFC的半桥型功率变换器一、
本技术涉及一种带APFC的半桥型功率变换器，是一种高频电子开关变换器，属于电力电子
。二、
技术介绍
目前，大功率节能灯电子镇流器、LED驱动电源等开关功率变换器，一般要求高功率因数。功率因数校正电路分两种，一种是被动型另一种是主动型。被动型功率因数校正电路(如填谷电路、电荷泵电路)结构较简单，PF值在0.9以上，一般用于中小功率变换器。主动型功率因数校正电路(如Boost型APFC拓扑)结构与控制复杂，PF值在0.96以上，一般用于中大功率变换器。电子镇流器和LED驱动电源是电力电子技术的典型应用领域。不但要求变换器具有高功率因数，而且还有专业的性能指标要求。对于大功率节能灯电子镇流器来说，灯电流的波峰系数是重要的专业性能指标之一，国标要求波峰系数λ <1.7;被动型功率因数校正电路很难满足要求，尤其是在100?127Vac电网电压的应用条件下。LED照明是新一代绿色照明，对LED驱动电源也就提出了更高的标准，一般要求功率因数在0.96以上；中大功率LED驱动电源大都采用两级功率变换，即前级为主动型功率因数校正电路(多为Boost型APFC拓扑)，后级为DC-AC-DC变换(隔离或非隔离，恒流、恒压或兼有之)。然而，Boost型APFC拓扑电路控制复杂、成本高，致使两级功率变换电路的总成本高、总效率低，结构复杂、体积偏大，可靠性降低。本技术的目的是，克服上述现有技术的不足，提供一种带APFC的半桥型功率变换器，它适用于100?127Vac电压输入，由单级半桥电路完成DC-AC (或DC-AC-DC)变换，同时实现主动功率因数校正(APFC)。该变换器拓扑精巧、控制简易，成本低、效率高、可靠性高。可广泛用于100?127Vac输入的电子镇流器、LED驱动电源等开关功率变换器。三、
技术实现思路
本技术是这样实现的:一种带APFC的半桥型功率变换器，如图1所示。其由输入电容(Cx)、PFC电感(Lx)、二极管(D1、D2)、开关管(Q1、Q2)、直流电容(Cd)、半桥电容(Csl、Cs2)和过流过压保护器(I)、差模共模滤波器(2)、控制器(3)、等效负载(4)组成。等效负载(4)如图2所示，可以分为两种情况。图2(a)是电子镇流器的等效负载原理图，其由滤波兼谐振电感(Ls)、滤波兼谐振电容(Cp)和荧光灯管(RL)构成。图2(b)是LED驱动电源的等效负载原理图，其由变压器初级绕组(Lp)、次级绕组(Lsl、Ls2)、整流二极管(Dol、Do2)、滤波电容(Co)和LED光源(Ro)组成。该变换器各元器件的连接关系是:100?127Vac交流电源通过过流过压保护器(I)、差模共模滤波器(2)连接输入电容(Cx)。二极管(Dl)的阴极与直流电容(Cd)的一端相连作为节点Vd，二极管(D2)的阳极与直流电容(Cd)的另一端相连作为节点GND，二极管(Dl)的阳极与二极管(D2)的阴极相连作为节点Va。开关管(Ql)的漏极连接节点Vd;开关管(Q2)的源极连接节点GND;开关管(Ql)的源极与开关管(Q2)的漏极相连作为节点Vb。半桥电容(Csl)的一端连接节点Vd，半桥电容(Cs2)的一端连接节点GND，半桥电容(Csl、Cs2)的另一端相连作为节点Vc。输入电容(Cx)的一端连接节点Va，输入电容(Cx)的另一端连接PFC电感(Lx)的一端，PFC电感(Lx)的另一端连接节点Vb。两个开关管(Ql、Q2)的栅极连接控制器(3)。等效负载(4)的一端连接节点Vb，等效负载(4)的另一端连接节点Vc。半桥电容(Csl、Cs2)可以去掉其中的任一个，从而进一步简化电路，但这样会增大直流电容(Cd)的高频纹波电流。该变换器的工作原理简述如下:开关管(Q1、Q2)轮流对称通断，不但实现给等效负载(4)供电的DC-AC变换，而且配合二极管(D1、D2)完成了主动功率因数校正(APFC)。在正弦交流输入电源的正半周时，输入电容(Cx)的电压为上正下负，由开关管(Q2)和二极管(D2)实现主动功率因数校正。开关管(Ql)关断、(Q2)导通时，输入电容(Cx)通过开关管(Q2)和二极管(D2)给PFC电感(Lx)充电；同时，直流电容(Cd)串联半桥电容(Csl)再并联半桥电容(Cs2)通过开关管(Q2)给等效负载(4)放电。开关管(Q2)关断、(Ql)导通时，PFC电感(Lx)的电流通过开关管(Ql)、二极管(D2)和输入电容(Cx)给直流电容(Cd)充电；同时，直流电容(Cd)串联半桥电容(Cs2)再并联半桥电容(Csl)通过开关管(Ql)给等效负载(4)放电。在正弦交流输入电源的负半周时，输入电容(Cx)的电压为上负下F，由开关管(Ql)和二极管(Dl)实现主动功率因数校正。开关管(Q2)关断、(Ql)导通时，输入电容(Cx)通过二极管(Dl)和开关管(Ql)给PFC电感(Lx)充电；同时，直流电容(Cd)串联半桥电容(Cs2)再并联半桥电容(Csl)通过开关管(Ql)给等效负载(4)放电。开关管(Ql)关断、(Q2)导通时，PFC电感(Lx)的电流通过二极管(Dl)、开关管(Q2)和输入电容(Cx)给直流电容(Cd)充电；同时，直流电容(Cd)串联半桥电容(Csl)再并联半桥电容(Cs2)通过开关管(Q2)给等效负载(4)放电。由上述分析可见:一、在开关管(Ql、Q2)轮流对称通断期间，通过开关管(Ql、Q2)给直流电容(Cd)的充电电流和放电电流有一部分相互抵消，不但降低了开关管(Q1、Q2)的电流应力，而且减小了直流电容(Cd)的纹波电流，这对于减小器件容量和提高效率有明显优势。二、由于死区时间(先关断后导通的间隔时间)的存在，开关管(Q1、Q2)的导通占空比略小于0.5,并且随着开关频率的提闻,有效占空比减小。因此直流电容(Cd)的电压不会高于2倍的正弦交流输入电压峰值，开关管的电压应力也就不会太大。在设计中要注意三点:第一，最好使PFC电感(Lx)工作于电流断续模式(DCM)和临界连续模式(CRM)，这样有利于提高功率因数和效率。具体地说就是，在正弦输入电压峰值附近工作于CRM模式，而在波谷附近工作于DCM模式。第二，可以利用微调频率控制(PFM)，进一步提高功率因数和稳定输出功率。即:随着输入电压平均值和瞬时值升高相应提高开关频率，反之亦反。第三，最好加入直流电容(Cd)的过电压检测与保护，因为在灯管脱落或预热启动失败时，直流电容(Cd)的电压会升高。该变换器的主要电量关系式:设在正弦交流输入电压(Vs)的峰值Vp处，PFC电感(Lx)的电流正好临界连续。设开关管(Q1、Q2)的导通占空比对称且均为Dm，开关频率为fs。正弦交流输入电压(Vs)的峰值Vp为:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带APFC的半桥型功率变换器，其由输入电容(Cx)、PFC电感(Lx)、二极管(D1、D2)、开关管(Q1、Q2)、直流电容(Cd)、半桥电容(Cs1、Cs2)和过流过压保护器(1)、差模共模滤波器(2)、控制器(3)、等效负载(4)组成；100～127Vac交流电源通过过流过压保护器(1)、差模共模滤波器(2)连接输入电容(Cx)；其特征是：二极管(D1)的阴极与直流电容(Cd)的一端相连作为节点Vd，二极管(D2)的阳极与直流电容(Cd)的另一端相连作为节点GND，二极管(D1)的阳极与二极管(D2)的阴极相连作为节点Va；开关管(Q1)的漏极连接节点Vd；开关管(Q2)的源极连接节点GND；开关管(Q1)的源极与开关管(Q2)的漏极相连作为节点Vb；半桥电容(Cs1)的一端连接节点Vd，半桥电容(Cs2)的一端连接节点GND，半桥电容(Cs1、Cs2)的另一端相连作为节点Vc；输入电容(Cx)的一端连接节点Va，输入电容(Cx)的另一端连接PFC电感(Lx)的一端，PFC电感(Lx)的另一端连接节点Vb；两个开关管(Q1、Q2)的栅极连接控制器(3)；等效负载(4)的一端连接节点Vb，等效负载(4)的另一端连接节点Vc。...
【技术特征摘要】
1.一种带APFC的半桥型功率变换器，其由输入电容(Cx)、PFC电感(Lx)、二极管(D1、D2)、开关管(QU Q2)、直流电容(Cd)、半桥电容(CsU Cs2)和过流过压保护器(I)、差模共模滤波器(2)、控制器(3)、等效负载(4)组成；100?127Vac交流电源通过过流过压保护器(I)、差模共模滤波器(2)连接输入电容(Cx);其特征是:二极管(Dl)的阴极与直流电容(Cd)的一端相连作为节点Vd，二极管(D2)的阳极与直流电容(Cd)的另一端相连作为节点GND，二极管(Dl)的阳极与二极管(D2)的阴极相连作为节点Va;开关管(Ql)的漏极连接节点Vd;开关管(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张朝辉，
申请(专利权)人：张朝辉，
类型：新型
国别省市：广东;44
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