CN102136792A - 一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，包括：两个输入电感均与输入电源的同一端相连接；两个开关管分别将两个输入电感的另一端连接到输入电源未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；两个输出整流二极管分别将两个输入电感连接到两个输出滤波电容；两个输出滤波电容可分别连接负载。本发明通过使用逆阻IGBT可以省去输入整流二极管，一方面减少了电路总器件数量，有利于节约成本；另一方面减少了电流路径上的导通半导体器件数量，从而减小了通态损耗，有利于整机效率的提高。而双输入电感的运用，相对使用单电感，电路有更好的EMC性能。

Description

一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正电路，具体来说是一种采用逆阻IGBT为开关管，使用两个输入电感的Boost倍压功率因数校正(PFC)电路。
背景技术
目前单相功率因数校正电路得到广泛地研究和运用，其中最为典型的是图1所示的Boost功率因数校正电路。而对于某些要求双输出电压的应用场合，如逆变部分为半桥结构的UPS***，由于难以得到较为稳定的中点电位，这种典型的Boost功率因数校正电路不是非常适合，而三电平的Boost功率因数校正电路恰好能满足该种应用。
如图2中所示，是Fred C.Lee等发表的论文“Single-phase Three-Level Boost Power Factor Correction Converter(in：Proceedings of Tenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition，1995.APEC′95.pp.434-439.)”中提出的电路拓扑，该拓扑相对于典型的Boost功率因数校正电路有更低的器件电压应力，并且开关损耗降低。但是和典型的Boost功率因数校正电路一样，该电路拓扑同样有前级的不控整流桥，将输入电压整流成馒头波峰电压。而不控整流桥的存在，在一定程度上会增加***的通态损耗，尤其对于低电压大电流输入的情况，会影响电路的整机效率。
为了消除整流桥的影响，Gang Yao等人在论文“A ZVT PWM Three Level Boost Converter for Power Factor Preregulator(in：Proceedings of IEEEPower Electronics Specialists Conference，2007.PESC 2007.pp.768-772.)”中提出了一种不带整流桥的三电平Boost功率因数校正电路，如图3所示。该电路相对图2所示的电路，由于不存在整流桥，与输入电源构成的导通通路中减少了一个二极管，电路通态损耗可以减小，***效率可以有一定程度的提高。值得注意的是，该电路虽然不需要不控整流桥，但是仍然需要两个输入整流二极管。就通态损耗方面而言，该电路为减少***通态损耗提供了一种思路，并且也可以看出三电平的Boost功率因数校正电路在这方面仍然存在改进的空间。
发明内容
本发明提出了一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，逆阻IGBT的运用简化了电路结构，不需要输入整流二极管，使电路具有低通态损耗的优点，而双输入电感的使用优化了电路的EMC性能。
一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，包括：
两个Boost PFC电感(第一输入电感L1、第二输入电感L2)，均与输入电源Vs的同一端相连接；
两个开关管(第一开关管S1、第二开关管S2)，分别将两个电感的另一端连接到输入电源Vs未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；
两个输出整流二极管(第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2)，分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2连接到两个输出滤波电容(第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2)；输出滤波电容可分别连接负载(第一负载R1、第一负载R1)。
所述的开关管(第一开关管S1、第二开关管S2)使用的是具有反向电压阻断能力的逆阻IGBT；输入电感为两个，分别为第一输入电感L1、第二输入电感L2，均与电源的同一端相连接。
所述的第一开关管S1、第一输出整流二极管D1与第一输入电感L1仅在正半个工频周期工作，第二开关管S2、第二输出整流二极管D2与第二输入电感L2仅在负半个工频周期工作，两部分电路交替工作，实现功率因数校正。
本发明利用逆阻IGBT的反向电压阻断能力，在开关管IGBT不进行开关动作的半个工频周期内承受反向电压进行阻断，从而不需要加额外的输入整流二极管。该拓扑结构简单，仅需要四个半导体器件，有利于***构建成本的降低；电路运行期间，电流路径上仅存在一个半导体器件，减少了通态损耗，有利于***效率的提高。而双电感的使用有利于获得较为良好的电磁兼容(EMC)性能。
附图说明
图1为典型的Boost功率因数校正电路。
图2为现有技术中带有前级不控整流桥的三电平Boost功率因数校正电路。
图3为现有技术中带输入整流二极管的三电平Boost功率因数校正电路。
图4是本发明的一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路。
图5是本发明Boost倍压功率因数校正电路的输入电压和两个电感电流的一个工频周期的波形。
图6(a)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压正半个工频周期内，开关管S1导通，输入电感L1、L2电流的流通路径。
图6(b)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压正半个工频周期内，开关管S1关断，输入电感L1、L2电流的流通路径。
图6(c)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压负半个工频周期内，开关管S2导通，输入电感L1、L2电流的流通路径。
图6(d)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压负半个工频周期内，开关管S2关断，输入电感L1、L2电流的流通路径。
具体实施方式
如图4所示，两个Boost电感(第一输入电感L1、第二输入电感L2)，均与输入电源Vs的同一端相连接；
第一开关管S1、第二开关管S2采用具有反向电压阻断能力的逆阻IGBT，分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2的另一端连接到输入电源Vs未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；
第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2，分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2连接到第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2；第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2可分别连接第一负载R1、第二负载R2。
如图5所示，第一输入电感L1、第二输入电感L2分别在半个工频周期内交替工作，所以电路分正负半个工频周期两个运行阶段。
图6(a)、(b)所示为输入电压正半个工频周期时候，图4所示的电路工作在阶段I中第一输入电感L1电流的流向图，此阶段第二开关管S2一直处于关断状态。
阶段I：第一开关管S1开通，第一输入电感L1储能，电感电流流向为vs-L1-S1-vs，如图6(a)所示；第一开关管S1关断，第一输入电感L1储存的电能向输出传送，电感电流流向为vs-L1-D1-C1-vs，如图6(b)所示。
图6(c)、(d)所示的为输入电压负半个工频周期时候，图4所示的电路工作在阶段II中第二输入电感L2电流的流向图，此阶段第一开关管S1一直处于关断状态。
阶段II：第二开关管S2开通，第二输入电感L2储能，电感电流流向为vs-S2-L2-vs，如图6(c)所示；第二开关管S2关断，第二输入电感L2储存的电能向输出传送，电感电流流向为vs-C2-D2-L2-vs，如图6(d)所示。
电路通过两个阶段交替运行，每个阶段电感电流跟踪输入电压，从而在整个工频周期都能保证输入电流跟踪输入电压，实现对输入电流波形的校正，达到高功率因数校正。

Claims (3)

1.一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于：包括：
第一输入电感L1、第二输入电感L2，均与输入电源Vs的同一端相连接；
第一开关管S1、第二开关管S2分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2的另一端连接到输入电源Vs未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；
第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2，分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2连接到第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2；第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2可分别连接第一负载R1、第二负载R2。
2.一种如权利要求1所述的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于：第一开关管S1、第二开关管S2为逆阻IGBT。
3.一种如权利要求1所述的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于：第一开关管S1、第一输出整流二极管D1、第一输入电感L1仅在正半个工频周期工作；第二开关管S2、第二输出整流二极管D2、第二输入电感L2仅在负半个工频周期工作。
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