專利名稱：分布式電源系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種分布式電源系統，尤指一種用于有保持時間要求的分布式電源系統。或用于正常輸入直流范圍較窄，而又要求其輸出電壓可在輸入電壓偶爾短時間跌落期間保持不變的電源變換器上。
但是，該電源系統在正常工作狀態下，其前端直流變換器2a的占空比較小，相對地效率、功率密度均較低；功率因子校正變換器1a的儲能電容能量利用率低。
另有同上述的系統架構圖，其中前端直流變換器2a是采用不對稱半橋(Asymmetric Half Bridge，AHB)電路拓撲，其變壓器采用不對稱繞組，如圖2，在正常工作狀態下，可提高該前端直流變換器2a的占空比，且在功率因子校正變換器1a輸出的電壓由正常值400V下降至300V期間，前端直流變換器2a輸出電壓不變；對于AHB變換器，理論上其占空比的變化范圍在0-0.5，占空比愈小則變換器上、下半部對稱工作狀況愈“不對稱”，組件應力越不平衡、效率越低，因此，在理想的工作狀態下，該占空比應盡量接近0.5。
該AHB變換器在輸出電壓穩定不變的情況，其輸入電壓越高，則占空比越小，因此，若不加任何處理，為了實現保持時間，在該功率因子校正變換器1a的儲能電容放電、輸出電壓由正常值400V下降至300V期間，它必須工作在調節范圍內，始能保持輸出電壓不變。亦即，該AHB變換器在輸入電壓300V時占空比最大，如此亦造成其在正常工作時(輸入電壓400V)占空比很小，該AHB變換器工作效率差。
該電源系統的AHB變換器的輸出紋波增大、副邊互補支路功率分布更加不均衡；功率因子校正變換器1a的儲能電容能量利用率低。
另有一如同上述的系統架構圖，其中前端直流變換器2a采用AHB變換器，其變壓器采用可變匝比(Range Winding)，如圖3，即在輸入電壓由正常值400V下降至300V期間用開關改變變壓器變匝比，以提高在正常1作狀態下前端直流變換器2a的占空比；但是，該電源系統在保持時間段，該AHB變換器的工作狀態時有突變，輸出電壓易有波動；功率因子校正變換器1a的儲能電容能量利用率低。
本發明的另一目的在于提供一種分布式電源系統，該后備升壓變換器僅在保持時間段工作，工作時間相當短，因此可設計在高頻率高功率密度，體積很小，同時交流輸入電壓在正常時不工作(前端直流變換器的能量由二極管非由后備升壓變換器傳遞時)，因而不消耗功率，可提高效率和功率密度。
為達成本發明的目的，本發明公開一種分布式電源系統，在功率因子校正變換器與前端直流變換器的間連接一后備升壓(Boots)變換器，并與一二極管并聯，該后備升壓變換器是由一升壓變壓器電路拓撲、一控制器及一滯環比較器連接組成，由于該后備升壓變換器僅在保持時間段工作，在這段時間，功率因子校正變換器的輸出電壓若逐漸下降，該后備升壓變換器即會將此電壓提升并穩定在設定輸出電壓值，供給前端直流變換器轉換成直流電壓，以此實現該前端直流變換器的輸入電壓變化范圍很小，而該功率因子校正變換器的儲能電容能量則能充分利用。
具體地講，本發明公開一種分布式電源系統，是在一功率因素校正變換器與一前端直流變換器之間連接一后備升壓變換器，并與一二極管相并聯，該后備升壓變換器包括一升壓變換器拓撲，其具有一輸入端、一輸出端及一控制端，輸入端連接于功率因子校正變換器的輸出端，輸出端連接于前端直流變換器的輸入端；一滯環比較器，連接于功率因子校正變換器的輸出端，其在功率因子校正變換器的起動過程中，當該功率因子校正變換器的輸出電壓，尚未升至介于后備升壓變換器設定輸出電壓和功率因子校正變換器正常輸出電壓之間的任意值時，禁止后備升壓變換器工作；該功率因子校正變換器的輸出電壓，降低至使該后備升壓變換器不工作的電壓值，禁止后備升壓變換器工作；以及一控制器，連接于滯環比較器的輸出端與升壓變換器拓撲的控制端，用以控制升壓變換器拓撲的占空比。
所述的升壓變換器拓撲是由金氧半導體、電感、二極管與電容連接組成，該金氧半導體的源極端接地；漏極端與電感一端、二極管一端相接，電感另端與功率因子校正變換器的輸出端連接，二極管另端與電容一端、前端直流變換器的輸入端連接，電容另端接地；柵極端與控制器的輸出端相連接。
所述的滯環比較器是由一比較電路及一參考電壓組成。
請參閱圖4，本發明是一能夠充分利用功率因子校正變換器的儲能電容的容量，而實現長的保持時間，并且減小前端直流變換器的輸入電壓變化范圍，從而提高其效率和功率密度的分布式電源系統，該分布式電源系統是在功率因子校正變換器1及前端直流變換器2之間連接一后備升壓變換器4，并與一二極管5相并聯，該前端直流變換器2可為AHB或其它電路；后備升壓變換器4設定輸出電壓V2set略低于功率因子校正變換器1的正常輸出電壓Vlset。
該后備升壓變換器4包括一升壓變換器拓撲41、一滯環比較器42及一控制器43，其中升壓變換器拓撲41是由開關組件Q2、電感L2、二極管D1及電容C2連接組成，該開關組件在本發明實施例中是一金氧半導體(場效應管)，其源極端接地，漏極端與電感L2一端。二極管D1一端相接，電感L2另端與功率因子校正變換器1的輸出端連接，二極管D1另端與電容C2一端、前端直流變換器2的輸入端連接，電容C2另端接地。
滯環比較器42連接于功率因子校正變換器1的輸出端，是由比較器、電阻連接及參考電壓Vref組成，請參閱圖6，其作用有二，參閱圖5，在功率因子校正變換器1的起動過程中，當該功率因子校正變換器1的輸出電壓V1尚未升至Vhigh時(Vhigh設定為介于V2set和V1set之間的任意值)，禁止該后備升壓變換器4工作；在該功率因子校正變換器1的輸出電壓V1降低至Vlow之后，禁止該后備升壓變換器4工作，以避免后備升壓變換器4中的組件工作電流過大。
控制器43連接于滯環比較器42的輸出端與開關組件Q2的柵極端，該控制器43用以控制開關Q2組件的占空比，當V1≤V2set時，該后備升壓變換器4的輸出穩定在V2set值，而當V1＞V2set時，該后備升壓變換器4不工作，二極管5導通、傳遞功率。
當交流電壓正常輸入時，即功率因子校正變換器1的輸出正常，該后備升壓變換器4的占空比自然為零、不工作，二極管5導通，此時，該前端直流變換器2的輸入電壓為V1set。
當交流電壓斷電或大幅跌落時，功率因子校正變換器1的儲能電容放電、輸出電壓下降，當降低至V2set時，該后備升壓變換器4的占空比自然由零開始上升，將其輸出電壓穩定在V2set，二極管5關斷，前端直流變換器2的輸出電壓保持不變。
當功率因子校正變換器1的輸出電壓繼續降低至一定值Vlow(如為V1set的一半)時，該后備升壓變換器4的開關組件Q2被滯環比較器42關斷，前端直流變換器2的輸入和輸出電壓迅速下降至零。
若交流電壓斷電時間不大設計的保持時間，則會隨著交流電壓的恢復，功率因子校正變換器1的輸出電壓回升，后備升壓變換器4的占空比隨之減小，當功率因子校正變換器1的輸出電壓高于V2set，后備升壓變換器4的占空比自然減至零、二極管5導通，恢復正常工作狀態，而此過程中該前端直流變換器2的輸出電壓穩定不變。
再參閱圖6，是本發明的實施例圖，其中功率因子校正變換器1中的儲能電容為440微法拉、正常輸出電壓Vlset為400V；前端直流變換器2采用AHB變換器、后備升壓變換器4的開關頻率為300KHz、電感L2磁芯為RM6、電容C2為10微法拉；控制器為UCC 3813，測量的波形如圖7，由該波形圖可知，其保持時間為28.8毫秒，在保持時間內，功率因子校正變換器1的輸出電壓V1由400V降至220V(Vlow)、而AHB變換器2的輸入電壓V2變化值僅由400V降低至370V(V2set)。
據此，通過本發明實現保持時間的設計，能達到下述功效1.能夠充分利用功率因子校正變換器的儲能電容的能量，實現長的保持時間或減小該儲能電容的容量。
2.提高變換器在正常工作狀態下的效率，從而提高功率密度。
3.對前端直流變換器的性能沒有不利影響。
4.通用于各種電路拓撲形式的前端直流變換器。
綜上所述，通過本發明的電路設計，具有如下述諸多特點A.能夠充分利用功率因子校正變換器的儲能電容的能量，實現長的保持時間或減小該儲能電容的容量。
B.使前端直流變換器工作在較大占空比，能夠降低副邊整流器的電壓定額，提高效率和功率密度。
C.后備升壓變換器工作時間短，因此可設計在高頻率和高功率密度，體積很小，并且該變換器自然地投入和退出工作，在此過程中，沒有任何的電壓或電流過沖。
以上所述，僅為本發明最佳的具體實施例，本發明的特征并不局限于此，任何本發明領域內普通技術人員所做的顯而易見的變化或修飾，皆涵蓋在專利保護范圍內。
權利要求
1.一種分布式電源系統，其特征在于，它包括一功率因子校正變換器，是將交流輸入電壓轉換成高壓直流電壓；一前端直流變換器，是將高壓直流電壓轉換成直流電壓，并將該直流電壓送至負載端變換器，以轉換成對應負載所需要的電壓；以及一后備升壓變換器，連接于功率因子校正變換器的輸出端與前端直流變換器的輸入端之間，并與一二極管相并聯，該后備升壓變換器僅在保持時間段工作，在這段時間中，若該功率因子校正變換器的輸出電壓逐漸下降，該后備升壓變換器會將此電壓提升并穩定在一設定輸出電壓值，供給前端直流變換器。
2.如權利要求1所述的分布式電源系統，其特征在于所述的前端直流變換器可為不對稱半橋(AHB)或其電路拓撲。
3.如權利要求1所述的分布式電源系統，其特征在于所述的后備升壓變換器包括一升壓變換器拓撲，其具有一輸入端、一輸出端及一控制端，輸入端連接于功率因子校正變換器的輸出端，輸出端連接于前端直流變換器的輸入端；一滯環比較器，連接于功率因子校正變換器的輸出端，其在功率因子校正變換器的起動過程中，當該功率因子校正變換器的輸出電壓，尚未升至介于后備升壓變換器設定輸出電壓和功率因子校正變換器正常輸出電壓之間的任意值時，禁止后備升壓變換器工作；該功率因子校正變換器的輸出電壓，降低至使該后備升壓變換器不工作的電壓值，禁止后備升壓變換器工作；以及一控制器，連接于滯環比較器的輸出端與升壓變換器拓撲的控制端，用以控制升壓變換器拓撲的占空比。
4.如權利要求1或3所述的分布式電源系統，其特征在于所述的升壓變換器拓撲是由金氧半導體、電感、二極管與電容連接組成，該金氧半導體的源極端接地；漏極端與電感一端、二極管一端相接，電感另端與功率因子校正變換器的輸出端連接，二極管另端與電容一端、前端直流變換器的輸入端連接，電容另端接地；柵極端與控制器的輸出端相連接。
5.如權利要求1或3所述的分布式電源系統，其特征在于所述的滯環比較器是由一比較電路及一參考電壓組成。
全文摘要
本發明涉及一種分布式電源系統，是在一功率因子校正變換器及一前端直流變換器之間連接一后備升壓變換器，并與一二極管相并聯，由于該后備升壓變換器僅在保持時間段工作，在這段時間中，若功率因子校正變換器的輸出電壓逐漸下降，該后備升壓變換器即會將此電壓提升并穩定在設定輸出電壓值，進而供給前端直流變換器轉換成直流電壓，借此，以便能充分利用該功率因子校正變換器的儲能電容的容量，而實現長的保持時間，并且減小前端直流變換器的輸入電壓變化范圍，從而提高其效率和功率密度等諸多特點。
文檔編號H02M3/24GK1469535SQ0212636
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月19日 優先權日2002年7月19日
發明者邢巖, 孫曉東, 邢 巖 申請人:光寶科技股份有限公司