降压-反激集成式单开关管功率因数校正变换器制造技术

本发明专利技术公开了降压

【技术实现步骤摘要】
降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器


[0001]本专利技术涉及降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器，属于开关电源


技术介绍

[0002]传统的AC
‑
DC变换器由不可控二极管或相控器件组成整流桥和滤波电容组成，这种整流器的输入电流发生畸变，不是正弦波，且含较高谐波，同时与输入电压相位差大，功率因数较小，污染电网影响其他用电设备使用。为了提高功率因数，有两个方向，一是使输入电压与输入电流相位相同，二是使输入电流跟随输入电压正弦化。人们将实现这种功能的AC
‑
DC电力变换技术称为功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)技术。功率因数校正变换器是一种采用PFC技术的整流拓扑电路。
[0003]功率因数校正(PFC)变换器已被广泛应用于降低输入电流失真和满足相关谐波标准，比如某些商用电源产品，如与交流电网相连的LED驱动器，PFC要求满足IEC 61000
‑3‑
2C级标准。根据功率转换的级数，PFC变换器可分为两级和单级类型，与两级PFC变换器相比，单级功率因数校正变换器具有功率因数高、效率高、体积小等优点，近年来得到了广泛的研究和应用。
[0004]通常，传统的功率变换器拓扑，如升压(Boost)、降压(Buck)和降
‑
升压(Buck
‑
Boost)变换器，可以用来实现低成本的单级PFC，每个变换器拓扑都有其自身的特点。传统的Boost变换器，尤其是在电感电流工作在临界导通模式(CRM)下，具有输入电流纹波小、效率高、电流整形能力强等优点，是PFC应用的较优选择，然而Boost变换器的输出电压大于输入电压，这一定程度上限制其应用范围，比如：在通用输入(90
–
265伏交流电)功率变换应用中，Boost变换器的输出电压将设置为约400伏，这限制了其主要应用于两级功率变换系统的前级。
[0005]在通用开关电源应用中，能实现升压和降压变换能力的变换器更具优势。与反激式(Flyback)变换器、cuk和sepic转换器相比，传统Buck
‑
Boost变换器具有较好的电流整形能力、低成本和可升降压变换等优势，是一个不错的选择。然而，与Buck和Boost变换器相比，当开关管截止时，Buck
‑
Boost变换器输出能量由电感提供，这导致变换器工作效率变低，且对变换器应对高电压应力的要求较高。
[0006]传统的单级Buck PFC变换器具有低开关电压应力、高效率和降压变换等优点，非常适合非隔离应用。然而，当输入电压低于输出电压时，尤其是当输出电压极高时，输入电流死区影响过大，Buck PFC变换器很难通过IEC61000
‑3‑
2C类限值。
[0007]目前各大企业和研究机构进行了许多研究尝试来改善传统降压PFC转换器的性能。有研究提出了一种针对CRM Buck PFC变换器的可变导通时间控制方法，旨在降低输入谐波电流以提高功率因数。然而，该方案输入电流的死区无法消除，不能在低电压输入下获得高功率因数。还有研究采用一个降压和反激拓扑的固有集成变换器，以消除输入电流的死区，该变换器根据输入电压是低于还是高于输出电压来运行模式，这需要多个开关管，增
加了控制器的复杂性。此外，输出相对于输入滤波电容的接地端是浮动的，这将导致电磁兼容性问题，使变换器很难通过EMC认证。另有研究提出了一系列结合升压优势的混合PFC变换器拓扑，它需要降压模式和另一种模式的转换，这导致控制电路复杂。市面上有产品使用降压拓扑来实现无桥降压PFC功能，但它们仍然需要多个开关管和复杂的控制。

技术实现思路

[0008]为了解决目前功率因数校正变换器存在输入电流的死区无法消除和控制电路复杂的问题，本专利技术提供了一种GaN基的降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器，所述降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器包括：输入交流电源、整流桥BR、降压功率因数校正变换器、反激功率因数校正变换器、GaN功率开关管、输出电容C、输出负载R
L
和控制电路；
[0009]所述整流桥BR的两端与所述输入交流电源两端连接；
[0010]所述降压功率因数校正变换器和反激功率因数校正变换器共用所述GaN功率开关管且采用输入并联和输出并联的连接结构，并联结构的输入端与所述整流桥BR连接，输出端与所述输出电容C连接；
[0011]所述输出电容C、输出负载R
L
并联，两端分别与所述降压功率因数校正变换器和反激功率因数校正变换器的并联结构的两个输出端连接；
[0012]所述控制电路用于产生作用于所述GaN功率开关管栅极的驱动脉冲调制波。
[0013]可选的，所述降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器还包括：输入滤波电路和RCD吸收电路；
[0014]所述输入滤波电路包括：滤波电感L、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2与所述整流桥BR并联，所述滤波电感L的两端分别与所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的输入端连接；
[0015]所述RCD吸收电路包括：吸收电阻R
a
、吸收电容C
a
和吸收二极管D
a
；所述吸收电阻R
a
和吸收电容C
a
并联后与所述吸收二极管D
a
串联，所述吸收电阻R
a
和吸收电容C
a
的不与所述吸收二极管D
a
连接的一端与所述滤波电感L的输出端连接，所述吸收二极管D
a
的不与所述吸收电阻R
a
、吸收电容C
a
连接的一端与所述反激功率因数校正变换器的原边相连。
[0016]可选的，所述反激功率因数校正变换器包括：反激变压器T、第一二极管D1；
[0017]所述反激变压器T的输入端与所述RCD吸收电路的输入端连接，输出端与所述GaN功率开关管的漏极连接；
[0018]所述第一二极管D1的阳极与所述反激变压器T的副边连接，阴极与所述RCD吸收电路的输入端连接。
[0019]可选的，所述反激变压器T包括：原边、副边和辅助绕组，采用三明治绕法。
[0020]可选的，所述降压功率因数校正变换器包括：降压电感L
b
、第二二极管D2、第三二极管D3；
[0021]所述降压电感L
b
的输入端与所述输出电容的输出端连接，输出端与所述第三二极管D3的阳极连接；所述第三二极管D3的阴极与所述GaN功率开关管的漏极连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阳极、降压电感L
b
的输出端连接，阴极与所述第一二极管的阴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基的降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器，其特征在于，所述降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器包括：输入交流电源、整流桥BR、降压功率因数校正变换器、反激功率因数校正变换器、GaN功率开关管、输出电容C、输出负载R
L
和控制电路；所述整流桥BR的两端与所述输入交流电源两端连接；所述降压功率因数校正变换器和反激功率因数校正变换器共用所述GaN功率开关管且采用输入并联和输出并联的连接结构，并联结构的输入端与所述整流桥BR连接，输出端与所述输出电容C连接；所述输出电容C、输出负载R
L
并联，两端分别与所述降压功率因数校正变换器和反激功率因数校正变换器的并联结构的两个输出端连接；所述控制电路用于产生作用于所述GaN功率开关管栅极的驱动脉冲调制波。2.根据权利要求1所述的降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器，其特征在于，所述降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器还包括：输入滤波电路和RCD吸收电路；所述输入滤波电路包括：滤波电感L、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2与所述整流桥BR并联，所述滤波电感L的两端分别与所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的输入端连接；所述RCD吸收电路包括：吸收电阻R
a
、吸收电容C
a
和吸收二极管D
a
；所述吸收电阻R
a
和吸收电容C
a
并联后与所述吸收二极管D
a
串联，所述吸收电阻R
a
和吸收电容C
a
的不与所述吸收二极管D
a
连接的一端与所述滤波电感L的输出端连接，所述吸收二极管D
a
的不与所述吸收电阻R
a
、吸收电容C
a
连接的一端与所述反激功率因数校正变换器的原边相连。3.根据权利要求2所述的降压
‑
反激集成式单开关管功率因数校正变换器，其特征在于，所述反激功率因数校正变换器包括：反激变压器T、第一二极管D1；所述反激变压器T的输入端与所述R...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹通，杨国锋，秦世清，谢峰，蒋学成，叶炳杰，李婷，何映谊，张秀梅，陈国庆，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：