带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种带功率因数校正功能的单级AC‑DC变换器电路，包括一次侧和二次侧交直变换器、变压器、控制器，一次侧交直变换器用于将交流电源变换成直流电、然后向变压器一次侧绕组供电；变压器的一次侧绕组连接一次侧交直变换器的直流输出侧和交流电源，其二次侧绕组连接二次侧交直变换器的交流输入侧和二次侧交直变换器的直流输出侧；二次侧交直变换器由变压器二次侧绕组处接收电能、并将之转换成直流电向负载供电；控制器控制一次和二次侧交直变换器中功率开关的占空比、以及功率开关控制信号之间的相位差来控制电能的传递量和校正功率因数；本发明专利技术减小了滤波电感、稳压电容的容量和体积，具有线路简单成本低廉的优点。

Single stage AC-DC converter with power factor correction

The invention discloses a single-stage AC \u2011 DC converter circuit with power factor correction function, which comprises a primary side and a secondary side AC-DC converter, a transformer and a controller. The primary side AC-DC converter is used to transform the AC power supply into DC power, and then supply power to the primary side winding of the transformer; the primary side winding of the transformer is connected with the DC output side and the AC power of the primary side AC-DC converter The secondary winding is connected with the AC input side of the secondary AC-DC converter and the DC output side of the secondary AC-DC converter; the secondary AC-DC converter receives electric energy from the secondary winding of the transformer and converts it into DC to supply power to the load; the controller controls the duty cycle of the power switch in the primary and secondary AC-DC converters and between the control signals of the power switch The invention reduces the capacity and volume of filter inductor and stabilizing capacitor, and has the advantages of simple circuit and low cost.

【技术实现步骤摘要】
带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路
本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种带功率因数校正功能的单级三相带隔离的AC-DC变换器电路。
技术介绍
随着节能减排以及控制大气污染要求的提高，以电动汽车为代表的大功率用电设备逐渐在市场商用。电源是用电设备从电网获取能量的主要媒介，为了减小用电设备工作时对电网电流的谐波污染，电源必须具备功率因数校正功能。而现有技术中，功率因数校正模块是作为电源的前级为后级隔离直流变换器提供稳定的输入电压的两级结构，这种结构需要较高的滤波电感和较大的稳压电容，造成充电源模块体积较大，成本增加。因此，如何设计一种带功率因数校正功能的、单级的AC-DC变换器电路是业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提出一种带功率因数校正功能的单级三相带隔离的AC-DC变换器电路。本专利技术采用的技术方案是设计一种带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，其包括一次侧交直变换器、变压器、二次侧交直变换器和控制器，其中所述一次侧交直变换器用于将交流电源变换成直流电、然后向变压器一次侧绕组供电；所述变压器的一次侧绕组连接一次侧交直变换器的直流输出侧和交流电源，其二次侧绕组连接二次侧交直变换器的交流输入侧和二次侧交直变换器的直流输出侧；所述二次侧交直变换器由变压器二次侧绕组处接收电能、并将之转换成直流电向负载供电；所述控制器控制一次和二次侧交直变换器中功率开关的占空比、以及一次和二次侧交直变换器中功率开关控制信号之间的相位差来控制电能的传递量和校正功率因数。所述交流电源为三相交流电，所述一次侧交直变换器和二次侧交直变换器采用三相桥式可控整流电路、所述变压器采用三相变压器。所述一次侧交直变换器直流输出侧的正极和负极之间连接第一稳压模块，第一稳压模块包括串联的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的连接点为一次侧公共中性点、其分别通过第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5连接变压器一次侧各相绕组的头端，各相绕组的尾端分别通过A相高频电感Lσa、B相高频电感Lσb和C相高频电感Lσc对应连接所述一次侧交直变换器交流输入侧的各相线；所述二次侧交直变换器直流输出侧的正极和负极之间连接第二稳压模块，第二稳压模块包括串联的第六电容C6和第七电容C7，第六电容C6和第七电容C7的连接点为二次侧公共中性点、其分别通过第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10连接变压器二次侧各相绕组的头端，各相绕组的尾端对应连接所述二次侧交直变换器交流输入侧的各相线；所述一次侧交直变换器交流输入侧分别通过A相电感La、B相电感Lb、C相电感Lc对应连接所述交流电源的三条相线。所述A相高频电感Lσa、B相高频电感Lσb和C相高频电感Lσc制成漏感集成在所述变换器中。所述变换器具有A相、B相和C相，其A相的一次侧绕组和二次侧绕组绕制在A相磁柱上，其B相的一次侧绕组和二次侧绕组绕制在B相磁柱上，其C相的一次侧绕组和二次侧绕组绕制在C相磁柱上。上述A相、B相和C相磁柱的轴心呈三角形排列，三根磁柱共用顶部和底部的磁路。上述A相、B相和C相磁柱的轴心呈一字形排列，三根磁柱共用顶部和底部的磁路。所述一次侧交直变换器和二次侧交直变换器中的功率开关采用碳化硅开关。所述控制器驱动一次侧交直变换器和二次侧交直变换器中功率开关的控制信号采用相同的开关频率。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术采用单级AC-DC电源变换拓扑结构，将交流输入端和直流输出端用变压器相隔离，通过调整占空比和移相可以方便的校正功率因数；减小了滤波电感、稳压电容的容量和体积，具有线路简单成本低廉的优点。附图说明下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明，其中：图1是本专利技术的电路图；图2是本专利技术较佳实施例的电路图；图3是变压器磁柱三角形排列的结构图；图4是变压器磁柱一字形排列的结构图；图5是本专利技术输入侧三相电压和输入电流波形图；图6是本专利技术使用的三相变压器上电压与磁通量波形；图7是变压器绕组连接示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术公开了一种带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，参看图1，其包括一次侧交直变换器、变压器T、二次侧交直变换器和控制器(图中未绘画)。其中所述一次侧交直变换器连接外部的交流电源并将之变换成直流电、然后向变压器一次侧绕组供电；所述变压器T传递电能，其一次侧绕组连接一次侧交直变换器的直流输出侧和交流电源，其二次侧绕组连接二次侧交直变换器的交流输入侧和二次侧交直变换器的直流输出侧；所述二次侧交直变换器由变压器二次侧绕组处接收电能、并将之转换成直流电向负载供电。所述控制器控制一次和二次侧交直变换器中功率开关的占空比、以及一次和二次侧交直变换器中功率开关控制信号之间的相位差来控制电能的传递量和校正功率因数。当需要向负载提供电能时，控制器控制一次侧交直变换器向二次侧交直变换器传递能量，构成单级AC-DC交流直流的转换，实现直流电压输出侧稳压输出，同时校正功率因数将输入电流对电网电流的污染降至最低。参看图1或图2，三相工频交流电网通过一次侧低通滤波电感(即A相电感La、B相电感Lb、C相电感Lc)及一次侧交直变换器将能量以工频电压、电流形式传递给一次侧直流电压稳压电路(即第一电容C1和第二电容C2)；控制器控制一次侧交直变换器将一次侧直流电压稳压电路内储存的能量转变为开关频率电压、电流，通过变压器T将能量以开关频率电压、电流形式传递给二次侧；能量最终将通过二次侧交直变换器传递给负载。较佳实施例中，所述交流电源为三相交流电，所述一次侧交直变换器和二次侧交直变换器采用三相桥式可控整流电路、所述变压器采用三相变压器。参看图1或图2，一次侧交直变换器由第一至第六开关管S1-S6构成，第一和第二开关管S1、S2串联构成一次侧A相桥臂，连接点为A相桥臂输入P.a；第三和第四开关管S3、S4串联构成一次侧B相桥臂，连接点为B相桥臂输入P.b；第五和第六开关管S5、S6串联构成一次侧C相桥臂，连接点为C相桥臂输入P.c。三条相桥臂并联后构成一次侧三相桥式可控整流电路。所述第一至第六开关管S1-S6的栅极分别与所述控制器连接。二次侧交直变换器第七至第十二开关管S7-S12构成，第七和第八开关管S7、S8串联构成二次侧A相桥臂，连接点为A相桥臂输入S.a；第九和第十开关管S9、S10串联构成二次侧B相桥臂，连接点为B相桥臂输入S.b；第十一和第十二开关管S11、S12串联构成二次侧C相桥臂，连接点为C相桥臂输入S.c。三条相桥臂并联后构成三相桥式可控整流电路。所述第七至第十二开关管S7-S12的栅极分别与所述控制器连接。较佳实施例中，所述一次侧交直变换器直流输出侧的正极和负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，其特征在于：包括一次侧交直变换器、变压器、二次侧交直变换器和控制器，其中/n所述一次侧交直变换器用于将交流电源变换成直流电、然后向变压器一次侧绕组供电；/n所述变压器的一次侧绕组连接一次侧交直变换器的直流输出侧和交流电源，其二次侧绕组连接二次侧交直变换器的交流输入侧和二次侧交直变换器的直流输出侧；/n所述二次侧交直变换器由变压器二次侧绕组处接收电能、并将之转换成直流电向负载供电；/n所述控制器控制一次和二次侧交直变换器中功率开关的占空比、以及一次和二次侧交直变换器中功率开关控制信号之间的相位差来控制电能的传递量和校正功率因数。/n

【技术特征摘要】
1.一种带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，其特征在于：包括一次侧交直变换器、变压器、二次侧交直变换器和控制器，其中
所述一次侧交直变换器用于将交流电源变换成直流电、然后向变压器一次侧绕组供电；
所述变压器的一次侧绕组连接一次侧交直变换器的直流输出侧和交流电源，其二次侧绕组连接二次侧交直变换器的交流输入侧和二次侧交直变换器的直流输出侧；
所述二次侧交直变换器由变压器二次侧绕组处接收电能、并将之转换成直流电向负载供电；
所述控制器控制一次和二次侧交直变换器中功率开关的占空比、以及一次和二次侧交直变换器中功率开关控制信号之间的相位差来控制电能的传递量和校正功率因数。


2.如权利要求1所述的带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，其特征在于：所述交流电源为三相交流电，所述一次侧交直变换器和二次侧交直变换器采用三相桥式可控整流电路、所述变压器采用三相变压器。


3.如权利要求2所述的带功率因数校正功能的单级AC-DC变换器电路，其特征在于：
所述一次侧交直变换器直流输出侧的正极和负极之间连接第一稳压模块，第一稳压模块包括串联的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的连接点为一次侧公共中性点、其分别通过第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5连接变压器一次侧各相绕组的头端，各相绕组的尾端分别通过A相高频电感Lσa、B相高频电感Lσb和C相高频电感Lσc对应连接所述一次侧交直变换器交流输入侧的各相线；
所述二次侧交直变换器直流输出侧的正极和负极之间连接第二稳压模块，第二稳压模块包括串联的第六电容C6和第七电容C7，第六电容C6和第七电容C7的连接点为二次侧公共中性点、其分别通过第八电容C8、第九电容C9和第十...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钧，冯颖盈，姚顺，徐金柱，
申请(专利权)人：深圳威迈斯新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44