一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，包括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co。该电路拓扑可以用于需要功率因数校正，且输入电压低、电流大、高增益的场合。本发明专利技术在传统无桥PFC变换器拓扑的基础上，使用耦合电感代替原来的电感，通过耦合电感来实现高增益，避免占空比一直处于极限占空比的状态；且本发明专利技术采用开关管代替原本无桥PFC变换器拓扑中的二极管，减小整个拓扑的通态损耗，提高系统效率。本发明专利技术电路结构简单、损耗低、效率高，可实现交流侧单位功率因数运行。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及AC/DC变换领域，尤其涉及一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器。
技术介绍
：随着全球能源危机和环境污染的日益严重，太阳能、风能、海洋能等可再生能源越来越受到全世界的关注。波浪能是海洋能的一种形式，合理有效利用波浪能对解决能源危机、保护环境具有重要意义。磁流体发电机是一种将波浪能转化为电能的装置，然而，磁流体发电机输出的电能功率因数低，且其输出电压低、输出电流大，在实际应用中需要一种高增益的无桥PFC变换器对其进行升压和功率因数校正。传统的无桥PFC变换器可以实现升压以及功率因数校正的功能，但是只有在极限占空比的条件下才能输出较高的电压。为了达到较高的输出母线电压，会导致占空比一直处在极限状态，极限占空比会带来一系列的不利影响：较大的电流纹波、变换器更易受寄生参数的影响、输出电压达不到预设值、同时导通损耗增加导致变换器效率降低。在输入电压较低、输入电流较大的情况下，传统无桥PFC的二极管导通损耗所占的比例增加，也会导致变换器效率降低。为了解决上述的问题，本专利技术提出了一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器。
技术实现思路
：本专利技术针对传统无桥PFC变换器的电压增益不高、高增益时无桥PFC变换器一直工作于极限占空比状态、输入输出电流纹波大等问题，提出了一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，解决了传统无桥PFC应用在高增益场合所遇到的问题，且该变换器结构简单，损耗低，效率高。本专利技术采用如下技术方案：一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，包括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入交流电源Vin的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功率开关管S3的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极和第二辅助开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源Vin的另一端分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另一端分别与第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。进一步地，当输入交流电源Vin在正半周时，第一主功率开关管S3的漏源极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断；当工作在交流正半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第一辅助开关管S1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益BoostPFC回路。进一步地，当输入交流电源Vin在负半周时，第二主功率开关管S4的漏源极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断；当工作在交流负半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第二辅助开关管S2、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益BoostPFC回路。进一步地，当输入交流电源Vin在正半周时，第二主功率开关管S4处于一直导通的状态，第二辅助开关管S2处于一直关断的状态；当输入交流电源Vin在负半周时，第一主功率开关管S3处于一直导通的状态，第一辅助开关管S1处于一直关断的状态，即在输入交流电源Vin正负半周时，均有一个桥臂的开关频率与输入交流电源Vin的频率相同。进一步地，所述高增益无桥PFC变换器包含一个升压耦合电感，匝比为N＝N2：N1，其中N1为耦合电感的第一绕组L1的匝数，N2为耦合电感的第二绕组L2的匝数。进一步地，所述高增益无桥PFC变换器使用第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2代替二极管，采用同步整流策略。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术在传统的无桥PFC变换器的基础上，使用耦合电感代替升压电感，提升升压效果，解决了在高增益条件下，变换器工作于极限占空比的问题；同时，本专利技术使用两个辅助开关管代替二极管，采用同步整流策略，降低了导通损耗，提高了变换器效率。附图说明：图1为用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器拓扑结构图。图2为功率开关管S1、S2、S3、S4的驱动波形图。图3(a)、图3(b)分别是图1所示电路在输入交流电压Vin正半周时第一主功率开关管S3开通和关断时的工作模态图。图4(a)、图4(b)分别是图1所示电路在输入交流电压Vin负半周时第二主功率开关管S4开通和关断时的工作模态图。图5为本专利技术又一实施例的高增益无桥PFC变换器。具体实施方式：以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述说明。如图1所示，本专利技术用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，包括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入交流电源Vin的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功率开关管S3的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极和第二辅助开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源Vin的另一端分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另一端分别与第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。本专利技术在传统的无桥PFC变换器的基础上做出改进，将耦合电感应用到无桥PFC拓扑上，利用耦合电感的升压特性实现输出电压的高增益。所述的带有两个绕组L1、L2的耦合电感在工作时，低压交流输入端的能量存储在第一绕组L1，在耦合电感释放能量阶段，储存在第一绕组L1的部分能量瞬间转移到第二绕组L2上，并共同向负载和输出电容Co传递能量。因为本专利技术采用的是同向耦合电感，所以能够起到提升输出电压的作用，并且耦合电感的引入可以减小两个主功率开关管S3、S4和两个辅助开关管S1、S2的电压应力。由于输入电压较低、输入电流较大，所以本专利技术将传统无桥PFC变换器中的二极管替换为开关管，减小其导通损耗，提高变换器的效率。如图2所示为功率开关管S1、S2、S3、S4的驱动波形图，其中g1为开关管S1的驱动信号，g2为开关管S2的驱动信号，g3为开关管S3的驱动信号，g4为开关管S4的驱动信号。如图3(a)、图3(b)所示，当输入交流电源Vin在正半周时，第二辅助开关管S2一直关断；第一主功率开关管S3的漏源极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断；当工作在交流正半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第一辅助开关管S1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益BoostPFC回路。当第一主功率开关管S3开通时，第一辅助开关管S1关断，电流经过耦合电感的第一绕组L1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4，为第一绕组L1储能，第二绕组L2感应电压，但没有电流，输出电容Co向负载供电；当第一主功率开关管S3关断时，第一辅助开关管S1开通，电流经过耦合电感的第一绕组L1、第一辅助开关管S1、耦合电感的第二绕组L2，向输出电容Co和负载提供能量，其中耦合电感的第一绕组L1的部分能量瞬间转移到耦合电感的第二绕组L2。如图4(a)、图4(b)所示，当输入交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：包括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入交流电源Vin的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功率开关管S3的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极和第二辅助开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源Vin的另一端分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另一端分别与第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：包括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入交流电源Vin的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功率开关管S3的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极和第二辅助开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源Vin的另一端分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另一端分别与第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。2.根据权利要求1所述的用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，其特征在于：当输入交流电源Vin在正半周时，第一主功率开关管S3的漏源极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断；当工作在交流正半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第一辅助开关管S1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益BoostPFC回路。3.根据权利要求1所述的用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程朵朵，王慧贞，姜浩宇，张红岩，施艳萍，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32