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CN104466978A - 降压型功率因数校正电路 - Google Patents

降压型功率因数校正电路 Download PDF

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CN104466978A CN201410652669.9A CN201410652669A CN104466978A CN 104466978 A CN104466978 A CN 104466978A CN 201410652669 A CN201410652669 A CN 201410652669A CN 104466978 A CN104466978 A CN 104466978A
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Abstract

本发明涉及功率因数校正电路，旨在提供一种降压型功率因数校正电路。本发明包括Buck功率因数校正电路，其直流输出端为第一输出电容Co1；在Buck功率因数校正电路的电感上增加一个耦合的辅助绕组Lw2，并以一个二极管D2与辅助绕组Lw2串联用于整流，其直流输出端为第二输出电容Co2；第二输出电容Co2与第一输出电容Co1串联，负载Load则与该输出电容串联组合的两端相接。本发明提出了一种新型的降压型功率因数校正电路；不仅输出电压应力低于输入电压的峰值，而且相比传统Buck型功率因数校正电路输入端电流谐波含量低，输出电压的选取更灵活，适合输出电压可变的应用场合，提高功率因数。

Description

降压型功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正电路，特别是应用于高效率、低输入电流谐波的功率因数校正场合的降压型功率因数校正电路。
背景技术
由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件会使输入交流电流波形发生严重畸变，网侧输入功率因数很低，为满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求，必须在这些用电设备中加入功率因数校正(Power factor correction，PFC)电路。在大功率LED照明应用场合下由于LED模块电压各不相同，以及灯具应用在不同国家地区，因此具有宽范围输入、输出电压的PFC电路是很有必要的。
传统的有源功率因数校正电路一般采用升压(Boost)拓扑，因为Boost具有控制容易、驱动简单以及在整个工频周期内都可以进行开关工作、输入电流的功率因数接近于1的优势，但是在宽范围输入段(90Vac-265Vac)Boost电路具有输出电压高的缺点。传统的具有宽输出电压范围的电路拓扑有buck-boost、flyback、SEPIC、Cuk电路，但是存在电压、电流应力高、输出电压反向的问题。普通Buck型功率因数校正拓扑虽然能够获得较高输入功率因数,并且还可以降低输出侧的电压应力(如图1)。但是，在Buck功率因数校正电路中，输出侧的电压决定着输入电流的死区时间，较高的输出电压，会导致输入电流中的高次谐波含量增加(如图2)，很难通过Class C的谐波标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种降压型功率因数校正电路。该电路是一种能够将输入侧电流的死区与输出电压解耦的降压型功率因数校正拓扑，从而获得低的谐波电流含量和较灵活的输出电压。
为解决上述问题，本发明的解决方案是：
提供一种降压型功率因数校正电路，包括Buck功率因数校正电路，其直流输出端为第一输出电容Co1；在Buck功率因数校正电路的电感上增加一个耦合的辅助绕组Lw2，并以一个二极管D2与辅助绕组Lw2串联用于整流，其直流输出端为第二输出电容Co2；第二输出电容Co2与第一输出电容Co1串联，负载Load则与该输出电容串联组合的两端相接。
作为一种改进，本发明所述Buck功率因数校正电路的电感是一个耦合电感，具有相互耦合的辅助绕组Lw1和辅助绕组Lw2；所述电路的具体结构是：输入交流电压Vac经二极管整流网络B1接至电容Cin的两端，电容Cin的正端同时接到二极管D1的阴极和第一输出电容Co1的正端，电容Cin的负端接到开关S 1的2号端；二极管D1的阳极同时接到辅助绕组Lw1的同名端和开关S1的1号端，辅助绕组Lw1的非同名端同时接到第一输出电容Co1的负端和第二输出电容Co2的正端；辅助绕组Lw2的同名端接到第二输出电容Co2的正端，辅助绕组Lw2的非同名端接到二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接到第二输出电容Co2的负端；输出电容Co并联在第一输出电容Co1的正端和第二输出电容Co2的负端，负载Load则与输出电容Co并联。
作为一种改进，本发明所述Buck功率因数校正电路的电感是一个耦合电感，具有相互耦合的辅助绕组Lw1和辅助绕组Lw2；所述电路的具体结构是：输入交流电压Vac经二极管整流网络B1接至电容Cin的两端，电容Cin的负端同时接到二极管D1的阳极和第一输出电容Co1的负端，电容Cin的正端接到开关S 1的1号端；二极管D1的阴极同时接到辅助绕组Lw1的非同名端和开关S1的2号端，辅助绕组Lw1的同名端同时接到第一输出电容Co1的正端和第二输出电容Co2的负端；辅助绕组Lw2的非同名端接到第二输出电容Co2的负端，辅助绕组Lw2的同名端接到二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接到第二输出电容Co2的正端；输出电容Co并联在第一输出电容Co1的负端和第二输出电容Co2的正端，负载Load则与输出电容Co并联。
本发明的实现原理如下：
通过在Buck电路的电感上增加辅助绕组Lw2，并在绕组Lw2上串联二极管D2进行整流，得到第二个直流输出Vo2,并与第一个Buck电路的直流输出Vo1进行串联，得到总的输出Vo为Vo1与Vo2之和；由于Vo2与Vo1的输出电压比值可以通过调整Lw2与Lw1的匝比n进行调整，因而可以在保持Vo1不变的条件下，获得很灵活的总输出电压Vo；或者在保持输出总电压Vo不变的条件下,可以很容易的改变n的设计值，改变Vo1的值；由于输入电流的死区时间取决于输入电压Vin与第一输出电压Vo1，因此可以根据所需要满足的功率因数和谐波含量要求设计Vo1的电压值，并通过n来获得需要的总输出电压Vo，据此，本发明电路中的输入电流的死区角度不随总输出Vo变化，实现了输入电流死区与输出电压的解耦。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)提高输入端的功率因数，降低谐波含量；
2)开关器件电压应力低；
3)无需降低输出电压就可以减小了输入端的电流死区时间；
4)将输入如电流的死区时间与输出电压解耦；
5)输出电压的设计更灵活；
6)无需改变控制策略，电路简单，控制方便。
综上所述，本发明提出了一种新型的降压型功率因数校正电路；不仅输出电压应力低于输入电压的峰值，而且相比传统Buck型功率因数校正电路输入端电流谐波含量低，输出电压的选取更灵活，适合输出电压可变的应用场合，提高功率因数。
附图说明
图1传统Buck功率因数校正电路；
图2传统Buck功率因数校正电路的输入电流与输入电压和输出电压的示意图；
图3本发明提出的新型功率因数校正电路；
图4本发明中输入电流与输出电压的关系；
图5本发明的另一种实施方式。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本发明做进一步的描述。
参照图3，输入交流电压Vac接到二极管整流网络B1的输入端，B1的输出正端接到电容Cin的正端，B1的输出负端接到电容Cin的负端；Cin的正端同时接到二极管D1的阴极，D1的阳极接到开关S1的1号端，S1的2号端接到电容Cin的负端；二极管D1的阳极同时还接到耦合电感的绕组Lw1的同名端，Lw1的另一端接到输出电容Co1的负端，同时接到Co2的正端；Lw2的同名端接到Co2的正端，另一端接到二极管D2的阴极，D2的阳极接到Co2的负端；输出电容Co并联在Co1的正端和Co2的负端。负载Load与Co并联。
参照图5，输入交流电压Vac接到二极管整流网络B1的输入端，B1的输出正端接到电容Cin的正端，B1的输出负端接到电容Cin的负端；Cin的正端接到开关的1号端，S1的2号端接到二极管D1的阴极，D1的阳极接到输入电容Cin的负端；D1的阴极同时接到耦合电感的绕组Lw1的一端，另一端(同名端)接到输出电容Co1的正端，Co1的负端接到二极管D1的阳极；Co1的正端接到Co1的负端，Co2的正端接到二极管D2的阴极，D2的阳极接到绕组Lw2的同名端，Lw2的另一端接到Co2的负端。输出电容Co并联在Co1的负端和Co2的正端，负载Load并联在Co。
应该理解到的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种降压型功率因数校正电路，包括Buck功率因数校正电路，其直流输出端为第一输出电容Co1；其特征在于，在Buck功率因数校正电路的电感上增加一个耦合的辅助绕组Lw2，并以一个二极管D2与辅助绕组Lw2串联用于整流，其直流输出端为第二输出电容Co2；第二输出电容Co2与第一输出电容Co1串联，负载Load则与该输出电容串联组合的两端相接。
2.根据权利要求1所述的降压型功率因数校正电路，其特征在于，所述Buck功率因数校正电路的电感是一个耦合电感，具有相互耦合的辅助绕组Lw1和辅助绕组Lw2；所述电路的具体结构是：输入交流电压Vac经二极管整流网络B1接至电容Cin的两端，电容Cin的正端同时接到二极管D1的阴极和第一输出电容Co1的正端，电容Cin的负端接到开关S1的2号端；二极管D1的阳极同时接到辅助绕组Lw1的同名端和开关S1的1号端，辅助绕组Lw1的非同名端同时接到第一输出电容Co1的负端和第二输出电容Co2的正端；辅助绕组Lw2的同名端接到第二输出电容Co2的正端，辅助绕组Lw2的非同名端接到二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接到第二输出电容Co2的负端；输出电容Co并联在第一输出电容Co1的正端和第二输出电容Co2的负端，负载Load则与输出电容Co并联。
3.根据权利要求1所述的降压型功率因数校正电路，其特征在于，所述Buck功率因数校正电路的电感是一个耦合电感，具有相互耦合的辅助绕组Lw1和辅助绕组Lw2；所述电路的具体结构是：输入交流电压Vac经二极管整流网络B1接至电容Cin的两端，电容Cin的负端同时接到二极管D1的阳极和第一输出电容Co1的负端，电容Cin的正端接到开关S1的1号端；二极管D1的阴极同时接到辅助绕组Lw1的非同名端和开关S1的2号端，辅助绕组Lw1的同名端同时接到第一输出电容Co1的正端和第二输出电容Co2的负端；辅助绕组Lw2的非同名端接到第二输出电容Co2的负端，辅助绕组Lw2的同名端接到二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接到第二输出电容Co2的正端；输出电容Co并联在第一输出电容Co1的负端和第二输出电容Co2的正端，负载Load则与输出电容Co并联。
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