專利名稱：一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數校正變換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種消除功率因數校正變換器エ頻紋波的方法及其裝置，尤其涉及消除エ頻紋波的AC/DC，隔離和非隔離式開關變換方法。
背景技術：
近年來，電カ電子技術迅速發展，作為電カ電子領域重要組成部分的電源技術逐漸成為應用和研究的熱點。電源作為各種電子設備必不可少的組成部分，其性能的優劣直接關系到整個系統安全性和可靠性的高低。隨著電力電子器件制造技術和變流技術的進步，開關電源以其高效率、高功率密度等優點確立了其在電源領域中的主流地位。開關電源多數是通過整流器接入電網的，傳統的整流器是由ニ極管或晶閘管組成的ー個非線性電路。因此，傳統的開關電源存在ー個致命的弱點，即功率因數較低(一般僅為0. 45 0. 75)， 它在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率進而污染電網，目前開關電源現已成為電網中最主要的諧波源之一。針對高次諧波的危害，從1992年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統整流器因諧波遠遠超標而面臨前所未有的挑戰。抑制開關電源產生諧波的方法主要有兩種一是被動法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或消除諧波；ニ是主動法，即設計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低以及功率因數高等特點，即具有功率因數校正功能。開關電源功率因數校正研究的重點，主要是功率因數校正電路拓撲的研究和功率因數校正控制集成電路的開發。現有BucKBoost.Buck-Boost等多種功率因數校正電路拓撲結構。功率因數校正控制集成電路負責檢測變換器的工作狀態，并產生脈沖信號控制開關裝置，調節傳遞給負載的能量以穩定輸出；同時保證開關電源的輸入電流跟蹤電網輸入電壓，實現接近于I的功率因數。傳統的有源功率因數校正變換器其直流輸出電壓包含有二倍エ頻紋波，若二倍エ頻輸出電壓紋波被引入功率因數校正控制器中，會使功率因數校正變換器的輸入電流含有三次諧波電流成分，降低了功率因數校正變換器的輸入功率因數。因此傳統有源功率因數校正變換器的直流輸出電壓反饋控制環截止頻率低(一般僅為10 20Hz)，這嚴重影響功率因數校正變換器對負載變化的動態響應能力。此外，由于有源功率因數校正變換器的直流輸出電壓紋波較大，需在功率因數校正變換器輸出端再接ー個DC/DC變換器來提高負載直流輸出電壓的穩態精度和對負載變化的動態響應能力。在傳統高功率因數的應用電路中，輸入電流嚴格跟蹤輸入交流電壓，交流輸入側的輸入功率也是變化的，其變化頻率為交流輸入電壓頻率的兩倍，經過功率變換后，直流輸出端濾波器上會有兩倍エ頻紋波；且高功率因數的AC/DC變換器帶寬小、動態性能差，輸出紋波通常是額定輸出的2% 20%。
實用新型內容本實用新型的目的是提供ー種利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數校正變換器，使其動態響應性能好、效率高，適用于各種拓撲結構的単相PFC變換器。其中雙向DC/DC變換器能量緩沖裝置電壓反饋的方法，還可用在消除輸入電流含有二倍エ頻紋波的DC/AC轉換器中，用來設定雙向DC/DC變換器能量緩沖裝置上的平均電壓值。其具體實現方式為利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數校正變換裝置，由濾波整流器，単相PFC變換器等組成，在AC/DC単相PFC變換器中并入ー個額外的雙向DC/DC變換器，単相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負載R并聯；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。
圖I為本實用新型的系統結構框圖。圖2為本實用新型實施案例一，一種隔離型AC/DC恒流輸出變換器電路結構示意圖。圖3，4本實用新型為實施例一的仿真波形，仿真條件輸入電壓110Vac/50Hz，300mA恒流負載。flyback PFC工作在臨界連續導電模式，采用電壓模式控制；紋波補償雙向DC/DC變換器采用Buck-Boost結構，控制方式為電壓模式控制。圖3為穩態情況下，雙向DC/DC變換器輸出電壓儲能電容C2上的電壓Vout in C2、単相PFC變換器輸出電容Cl上的電壓Vout in Cl、以及最終負載電流I_out。可見由于雙向變換器輸出電容C2儲存和釋放能量，C2上形成了二倍エ頻紋波，而與負載R并聯的電容Cl上得到了穩定的直流輸出電壓。圖4為滿負載情況下交流輸入電壓Vin_ac與交流輸入電流Iin_ac的波形，可見輸入電流Iin_ac很好的跟蹤了輸入電壓Vin_ac。圖5為本實用新型實施案例ニ，ー種非隔離型DC/AC恒壓輸出變換器電路結構示意圖。
具體實施方式
圖I中可看到本實用新型的基本方案，利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數校正變換器，由濾波整流器，単相PFC變換器等組成，其特征在干，在AC/DC単相PFC變換器(單級AC/DC)中并入ー個額外的雙向DC/DC變換器，単相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負載R并聯；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。實施例一圖2示出，本實用新型的ー種具體實施方式
為，一種開關電源的控制方法，采用隔離型AC/DC恒流輸出的變換方式，其具體作法是交流輸入Vac經過EMI和整流橋Dbridge,接flyback電路。通過單級具有PFC功能的flyback變換器，其直流輸出電容Cl的上端接LED串的上端，LED串的下端接電流檢測電阻RS，RS的下端接Cl的下端。單相flyback PFC變換器直流輸出電容Cl與雙向Buck-Boost DC/DC變換器具有升壓輸出的輸入端并聯，儲能電容C2接雙向Buck-BoostDC/DC變換器的降壓輸出端。単相flyback PFC變換器工作于臨界連續導電模式。Vrefl是相對于Vout-的參考電壓，作為恒流輸出的設定值，Rs用來檢測流過LED燈的電流，電流檢測電壓Vrs與Vrefl進入環路控制模塊，通過誤差放大器EAl，光耦隔離到SPFC控制器，通過調制形成開關管Ql的控制脈沖信號。雙向Buck-Boost變換器也以Vr s作為反饋信號并與設定值Vrefl進入誤差放大器EA1，Re與Ce是雙向DC/DC變換器的環路補償網絡。Vref2是相對于Vout-的參考電壓，用來設定儲能電容C2上的穩態平均電壓，C2上的電壓與Vref2通過誤差放大器EA2后與EAl共用環路補償網絡。控制器根據補償網絡輸出信號形成開關管Q2，Q3的脈沖控制信號。實施例ニ圖5示出，本實用新型的ー種具體實施方式
為，一種開關電源的控制方法，采用非隔離型DC/AC恒壓輸出的變換方式，其具體作法是直流輸入El接Boost升壓電路的電感LI，由LI、Ql、Q2組成非隔離升壓電路。Vrefl是相對于Vout-的參考電壓，用來設定逆變器的前級電容Cl上的直流電壓Vout+。Vout+與Vrefl通過誤差放大器EA產生占空比控制電平信號，經過控制器I的調制形成開關管Q1、Q2的脈沖控制信號。電容Cl接雙向DC/DC變換器的輸入端(降壓端)，雙向DC/DC變換器的輸出端接儲能電容C2。Vout+與Vrefl通過誤差放大器EAl產生占空比控制電平信號，接環路補償網絡Re、Ce。Vref2是相對于Vout-的參考電壓，用來設定儲能電容C2上的直流電壓VC2，VC2與Vref2通過誤差放大器EA2產生占空比控制電平信號，并與EAl的輸出共用補償網絡。經過控制器2的調制形成開關管Q3、Q4的脈沖控制信號。
權利要求1.一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數校正變換器，由濾波整流器，單相PFC變換器等組成，其特征在于，在AC/DC單相PFC變換器中并入一個額外的雙向DC/DC變換器，單相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負載R并聯；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。
專利摘要本實用新型公開了一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數校正變換器，由濾波整流器，單相PFC變換器等組成，在AC/DC單相PFC變換器中并入一個額外的雙向DC/DC變換器，單相PFC變換器的直流輸出電容C1連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負載R并聯；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。本實用新型實現了消除功率因數校正變換器工頻紋波電壓或者紋波電流的問題，克服了使用大容量電容來降低功率因數校正變換器工頻紋波而引起的成本高和使用級聯的兩級變換器帶來效率低等問題。
文檔編號H02M1/42GK202406018SQ201220010069
公開日2012年8月29日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者張斐, 許建平, 閻鐵生, 高建龍 申請人:西南交通大學