CN102751857A - 功率因数校正电路的无源无损缓冲电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，包括升压电感、辅助耦合电感、主功率开关、缓冲电容及快恢复二极管，主升压电感与次升压电感连接，次升压电感与第一辅助耦合电感及第二辅助耦合电感一端连接,第二辅助耦合电感另一端、第一二极管阳极、第三二极管阳极及主功率开关连接在一起；第一辅助耦合电感另一端、第二二极管阳极及缓冲电容一端连接在一起，缓冲电容另一端与第三二极管阴极连接，缓冲电容与第三二极管接点连接第四二极管阳极，第一二极管、第二二极管及第四二极管阴极电性连接在一起。本发明可以有效抑制二极管的反向恢复问题，降低开关损耗，缓冲电容可以存储反向恢复能量，并将能量传输给负载，提高变换效率，同时有效减少用电设备的电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤其是涉及一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路。
背景技术
市电是目前我们生活离不开的一种能量来源，而众多的用电设备由于各种原因会产生大量的谐波干扰，对市电网产生许多的影响。
用电设备譬如变换器有两种工作模式，电流连续模式和电流不连续模式，变换器工作在电流连续模式时，在开关管开通时刻会存在开关管和整流管共通状态的换流过程，此过程中整流管的电流将急剧转向开关管，开关管的电流过快上升造成开关管损耗较大，而整流管的电流过快下降可能造成大的反向恢复电流，最终导致变换器效率降低及电磁噪声较大等不良影响。
如何减少用电设备的谐波，即抑制用电设备的电磁干扰（EMI），于是产生了功率因数校正(PFC)这个概念,就是通过校正技术迫使电压和电流严格同相，从而提高了功率因数，减少谐波对电网的干扰。而且不可再生能源的需求越来越大，而其储量却越来越少，在提供功率因数的同时提高电源效率，提高功率因数的同时也尽量的提高效率，从而达到“绿色能源”的要求，是技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种有效抑制二极管的反向恢复问题，降低开关损耗，提高变换效率，改善电源可靠性的功率因数校正电路的无源无损缓冲电路。
为实现上述目的，本发明公开了一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，其包括主升压电感、次升压电感、第一辅助耦合电感、第二辅助耦合电感、主功率开关、缓冲电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述主升压电感一端连接有电压输入端，所述主升压电感另一端与所述次升压电感同名端电性连接，所述次升压电感非同名端与所述第一辅助耦合电感同名端及第二辅助耦合电感同名端电性连接,所述第二辅助耦合电感非同名端、第一二极管阳极、第三二极管阳极及主功率开关漏极电性连接在一起，所述主功率开关源极接地；所述第一辅助耦合电感非同名端、第二二极管阳极及缓冲电容一端电性连接在一起，所述缓冲电容另一端与第三二极管阴极电性连接，所述缓冲电容与第三二极管接点电性连接第四二极管阳极，所述第一二极管阴极、第二二极管阴极及第四二极管阴极电性连接在一起。
进一步地，所述第一辅助耦合电感与第二辅助耦合电感以同向的形式并绕于一个磁芯之上，所述第一辅助耦合电感线圈匝数大于第二辅助耦合电感线圈匝数。
进一步地，所述第四二极管阴极对应电路电压输出侧。
进一步地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管均为快恢复二极管。
综上所述，本发明一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路通过电路工作在电流连续模式，主功率开关开通时，在第一辅助耦合电感的作用下，快恢复二极管的电流变化率减小，从而减小了反向恢复损耗；缓冲电容可以存储反向恢复能量，并将这部分能量传输给负载，从而提高变换效率；第一辅助耦合电感的作用是在主功率开关关断期间产生一个感应电势，在这个感应电势的作用下，使第二辅助耦合电感在主功率开关关断期间复位到零，为下一个开关周期抑制二极管反向恢复和实现主功率开关零电流开通做好准备。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路包括主升压电感L1、次升压电感L2、第一辅助耦合电感L3、第二辅助耦合电感L4、主功率开关S、缓冲电容C、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4，所述主升压电感L1一端连接有电压输入端Vin，所述主升压电感L1另一端与所述次升压电感L2同名端电性连接，所述次升压电感L2非同名端与所述第一辅助耦合电感L3同名端及第二辅助耦合电感L4同名端电性连接，所述第一辅助耦合电感L3与第二辅助耦合电感L4以同向的形式并绕于一个磁芯之上，所述第一辅助耦合电感L3线圈匝数与第二辅助耦合电感L4线圈匝数的比例为m：n，其中m＞n，本实施例中m：n=9：1。
所述第二辅助耦合电感L4非同名端、第一二极管D1阳极、第三二极管D3阳极及主功率开关S漏极电性连接在一起，所述主功率开关S源极接地；所述第一辅助耦合电感L3非同名端、第二二极管D2阳极及缓冲电容C一端电性连接在一起，所述缓冲电容C另一端与第三二极管D3阴极电性连接，所述缓冲电容C与第三二极管D3接点电性连接第四二极管D4阳极，所述第一二极管D1阴极、第二二极管D2阴极及第四二极管D4阴极电性连接在一起，所述第四二极管D4阴极对应电路电压输出侧Vout，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4为快恢复二极管。
本发明电路的工作原理如下，当主功率开关S处于导通状态之前，主升压电感L1、次升压电感L2及第一辅助耦合电感L3组成一储能单元，主升压电感L1、次升压电感L2及第二辅助耦合电感L4组成另一储能单元，同时进行储能；由于第一辅助耦合电感L3线圈匝数比第二辅助耦合电感L4线圈匝数多，此时第一辅助耦合电感L3电感量大于第二辅助耦合电感L4电感量，在主功率开关S下个开关周期到来之前，第二辅助耦合电感L4上的电流耦合至第一辅助耦合电感L3上，此时与第二辅助耦合电感L4电性连接的主功率开关S接点处电流为零，从而实现主功率开关S在下个开关周期到来时的零电流开通（ZCS）。
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4的反向恢复电流因为第一辅助二极管及缓冲电容C的存在，利用电感中电流不能突变及电容两端电压不能突变的原理，抑制了第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4反向电流及高电压，不形成导通损耗。
此外，第一辅助耦合电感L3、缓冲电容C及第三二极管D3形成一谐振回路，第二辅助耦合电感L4、缓冲电容C及第三二极管D3形成另一谐振回路，此时，主功率开关S的电流转移到第三二极管D3上，同时，第一辅助耦合电感L3两端会产生感应电势，在第一辅助耦合电感L3及缓冲电容C的作用下，第二辅助耦合电感L4上的电流线性减小，第三二极管D3的电流线性增加，缓冲电容C的电压下降，将存储在缓冲电容C中的反向恢复能量传输通过电压输出侧Vout传输给负载，实现了零电压关断（ZVS）。
综上所述，本发明一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路通过电路工作在电流连续模式，主功率开关S开通时，在第一辅助耦合电感L3的作用下，快恢复二极管的电流变化率减小，从而减小了反向恢复损耗；缓冲电容C可以存储反向恢复能量，并将这部分能量传输给负载，从而提高变换效率，整体的效率可达97.5%，进而减少硬开关产生的尖峰，使电磁干扰得到显著地改善；第一辅助耦合电感L3的作用是在主功率开关S关断期间产生一个感应电势，在这个感应电势的作用下，使第二辅助耦合电感L4在主功率开关S关断期间复位到零，为下一个开关周期抑制二极管反向恢复和实现主功率开关S零电流开通做好准备。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，其特征在于：包括主升压电感、次升压电感、第一辅助耦合电感、第二辅助耦合电感、主功率开关、缓冲电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述主升压电感一端连接有电压输入端，所述主升压电感另一端与所述次升压电感同名端电性连接，所述次升压电感非同名端与所述第一辅助耦合电感同名端及第二辅助耦合电感同名端电性连接,所述第二辅助耦合电感非同名端、第一二极管阳极、第三二极管阳极及主功率开关漏极电性连接在一起，所述主功率开关源极接地；所述第一辅助耦合电感非同名端、第二二极管阳极及缓冲电容一端电性连接在一起，所述缓冲电容另一端与第三二极管阴极电性连接，所述缓冲电容与第三二极管接点电性连接第四二极管阳极，所述第一二极管阴极、第二二极管阴极及第四二极管阴极电性连接在一起。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，其特征在于：所述第一辅助耦合电感与第二辅助耦合电感以同向的形式并绕于一个磁芯之上，所述第一辅助耦合电感线圈匝数大于第二辅助耦合电感线圈匝数。
3.根据权利要求1所述的功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，其特征在于：所述第四二极管阴极对应电路电压输出侧。
4.根据权利要求1所述的功率因数校正电路的无源无损缓冲电路，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管均为快恢复二极管。
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