一种高效率的AC-DC电源变换器制造技术

本发明专利技术涉及电源变换器领域。一种高效率的AC‑DC电源变换器，包括一PFC电路，PFC电路通过中间电压总线连接DC/DC变换器，中间电压总线设有正极端、负极端，中间电压总线连接有一总线电容，总线电容的一端连接一双向DC/DC变换器，总线电容的另一端连接中间电压总线的负极端；双向DC/DC变换器连接中间电压总线的正极端。通过控制这个双向DC/DC变换器来实现输入输出的功率平衡，总线电容的电压有可以有一个较大的变化范围，这样可以充分使用储存在总线电容上的能量，但又不至于让中间总线电压波动太大，这样可以维持后级DC/DC较高的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源变换器领域，具体涉及AC-DC变换器。
技术介绍
AC-DC电源变换器是电子设备电源系统的核心组成部分，AC/DC电源变换器主要完成两大功能：一是保证在任何用电负载的情况下，AC/DC的输入电流都保持完整的正玄波，且与输入电压同相位，以获得完整功率因数，从而减少对电网或发电机的负担，即功率因数矫正(PFC)的要求。二是保证在任何供电情况下，输出一个稳定的直流电压，并且在AC掉电的情况下，还能持续输出直流电压一段时间，以便给后续用电设备有足够的处理时间，即稳压和掉电保持时间的要求。参见图1，通常的AC/DC变换器都采用两级结构，前级是一个功率因数校正电路(PFC电路)，PFC电路2通过一个非隔离的变换器(如Boost电路)调节输入电流为正玄波，并得到一个相对稳定的直流电压，我们称之为中间总线电压，后级再通过一个直流直流变换器(DC/DC变换器3)将中间总线电压转换为所需要的输出电压。为了获得掉电保持时间，通常在中间电压总线上挂一个较大容量的电容器，我们称之为总线电容4，当输入AC掉电后，通过DC/DC变换器3把总线电容4上的能量变换到后级，继续为输出供电一段时间。所以AC/DC变换器通常都带有一个较大的总线电容，即使对于没有掉电保持时间要求的AC/DC变换器，也必须在中间电压总线上挂一个较大的电容，以平滑输入的脉动功率。随着设备节能和小型化的要求，AC/DC变换器也被要求有更高的转换效率和更小的体积，提高开关工作频率可以减小磁性元件的体积，但无法减少总线电容的容量，因为总线电容的容量仅仅与输入AC的频率有关，几乎与开关频率无关。总线电容的体积已经成为AC/DC电源变换器小型化的瓶颈，另外这个电容由于容量需要通常只能选用电解电容，电解电容的寿命和温度问题通常会被限制用于航空航天或其它要求比较高的场合，因此减小总线电容是在AC-DC电源设计中有非常现实的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效率的AC-DC电源变换器，以解决上述技术问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种高效率的AC-DC电源变换器，包括一PFC电路，所述PFC电路通过中间电压总线连接DC/DC变换器，所述中间电压总线设有正极端、负极端，所述中间电压总线连接有一总线电容，其特征在于，所述总线电容的一端连接一双向DC/DC变换器，所述总线电容的另一端连接所述中间电压总线的负极端；所述双向DC/DC变换器连接所述中间电压总线的正极端。传统的两级式AC-DC变换器，前级PFC电路实现PFC功能，后级DC/DC变换器实现输出稳压，隔离，以及掉电保持时间的功能，其特点是总线电容直接连接在中间电压总线上，靠储存在电容上的能量来实现掉电保持时间的功能。本专利技术的两级式AC/DC变换器，前级PFC电路实现PFC功能，后级DC/DC变换器实现输出稳压，隔离，以及掉电保持时间的功能，总线电容通过一个双向DC/DC变换器连接到中间电压总线。通过控制这个双向DC/DC变换器来实现输入输出的功率平衡，由于总线电容不是直接挂在中间电压总线上，它的电压有可以有一个较大的变化范围，这样可以充分使用储存在总线电容上的能量，但又不至于让中间总线电压波动太大，这样可以维持后级DC/DC较高的转换效率。通过合理设计总线电容的充放电电压，可以将储能电容的容量减少到传统设计的1/5甚至更低。所述总线电容是陶瓷电容或者薄膜电容。低损耗。所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有至少两个串联的开关元件，至少两个串联的开关元件的连接处与一电感相连，所述电感连接所述总线电容。以所述电感为第一电感。作为一种优选方案，所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有两个串联的开关元件，两个开关元件的连接处与一电感相连，所述电感连接所述总线电容。以所述电感为第一电感。所述双向DC/DC变换器向总线电容充电时是一个降压变换器，总线电容通过该变换器向外放电时为一个升压变换器，在两种模式下工作，所述双向DC/DC变换器的输出均为同步整流工作模式。作为另一种优选方案，所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有三个串联的开关元件，三个串联的开关元件分别为第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件，所述第一开关元件的一端连接所述中间电压总线的正极端，所述第三开关元件的一端连接所述中间电压总线的负极端；所述第一开关元件与所述第二开关元件的连接处连接有一电感，所述电感连接所述总线电容。以所述电感为第一电感。经实验，上述方案可以解决双向DC/DC变换器在同步整流工作模式下反向恢复的问题，减低损耗，提高变换器的效率。所述第二开关元件的门极连接一固定电平。所述固定电平的电压为10V。所述开关元件为MOSFET。所述DC/DC变换器包括第二电容，所述第二电容的两端分别连接所述中间电压总线的正极端、负极端，所述第二电容与两个串联的开关元件相连，两个串联的开关元件分别为第四开关元件、第五开关元件，所述第四开关元件连接所述中间电压总线的正极端，所述第五开关元件连接所述中间电压总线的负极端；所述第四开关元件与所述第五开关元件的连接处连接有一电感，以所述电感为第二电感，所述第二电感的一端连接一变压器的初级电感，所述变压器的初级电感还与第三电容相连，所述变压器包括次级电感，所述变压器的次级电感连接一整流滤波电路。第三电容还与所述中间电压总线的负极端相连。所述PFC电路包括一双向整流桥，所述双向整流桥设有一正极端、一负极端，所述双向整流桥的正极端、负极端分别与第六电容相连，所述第六电容的一端连接第三电感，所述第三电感连接第六开关元件和二极管，所述第六开关元件还与中间电压总线的负极端相连，所述二极管还与中间电压总线的正极端相连。所述PFC电路设有一电流输出端，所述PFC电路的电流输出端连接第一控制电路与第二控制电路的信号输入端，所述第一控制电路的信号输出端控制连接所述PFC电路，所述第二控制电路的信号输出端控制连接所述双向DC/DC变换器；所述DC/DC变换器设有一电流输出端，所述DC/DC变换器的电流输出端连接第三控制电路的信号输入端，所述第三控制电路的信号输出端控制连接所述DC/DC变换器。第一控制电路实现对PFC电路的控制，一方面调节功率因数，另一方面反馈控制中间总线电压，维持中间总线电压在一设定值；第二控制电路实现对双向DC/DC变换器的控制，通过检测中间总线电压的纹波来实现对电容的充放电控制，也可以检测输入交流电流来实现对电容的充放电控制，这取决于检测电压或检测电流的难易程度。第三控制电路实现对后级DC/DC变换器的反馈控制，如完成稳压，输入纹波抑制，动态响应等功能。所述DC/DC变换器设有一电流输出端，所述DC/DC变换器的电流输出端连接第一控制电路的信号输入端，所述第一控制电路的信号输出端控制连接所述PFC电路；所述PFC电路设有一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率的AC‑DC电源变换器，包括一PFC电路，所述PFC电路通过中间电压总线连接DC/DC变换器，所述中间电压总线设有正极端、负极端，所述中间电压总线连接有一总线电容，其特征在于，所述总线电容的一端连接一双向DC/DC变换器，所述总线电容的另一端连接所述中间电压总线的负极端；所述双向DC/DC变换器连接所述中间电压总线的正极端。

【技术特征摘要】
1.一种高效率的AC-DC电源变换器，包括一PFC电路，所述PFC电路通过中间电压总线连接DC/DC变换器，所述中间电压总线设有正极端、负极端，所述中间电压总线连接有一总线电容，其特征在于，所述总线电容的一端连接一双向DC/DC变换器，所述总线电容的另一端连接所述中间电压总线的负极端；所述双向DC/DC变换器连接所述中间电压总线的正极端。2.根据权利要求1所述的一种高效率的AC-DC电源变换器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有至少两个串联的开关元件，至少两个串联的开关元件的连接处与一电感相连，所述电感连接所述总线电容。3.根据权利要求1所述的一种高效率的AC-DC电源变换器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有两个串联的开关元件，两个开关元件的连接处与一电感相连，所述电感连接所述总线电容。4.根据权利要求1所述的一种高效率的AC-DC电源变换器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括第一电容，所述第一电容的两端分别连接中间电压总线的正极端与负极端；所述第一电容的两端还并联有三个串联的开关元件，三个串联的开关元件分别为第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件，所述第一开关元件的一端连接所述中间电压总线的正极端，所述第三开关元件的一端连接所述中间电压总线的负极端；所述第一开关元件与所述第二开关元件的连接处连接有一电感，所述电感连接所述总线电容。5.根据权利要求4所述的一种高效率的AC-DC电源变换器，其特征在于：所述第二开关元件的门极连接一固定电平，所述固定电平的电压为10V。6.根据权利要求1所述的一种高效率的AC-DC电源变换器，其特征在于：所述DC/DC变换器包括第二电容，所述第二电容的两端分别连接所述中间电压总线的正极端、负极端，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建林，
申请(专利权)人：上海钧功电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31