專利名稱：一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正電路，具體來說是一種采用逆阻IGBT為開關(guān)管，使用兩 個(gè)輸入電感的Boost倍壓功率因數(shù)校正(PFC)電路。
背景技術(shù)：
目前單相功率因數(shù)校正電路得到廣泛地研究和運(yùn)用，其中最為典型的是圖1所示 的Boost功率因數(shù)校正電路。而對于某些要求雙輸出電壓的應(yīng)用場合，如逆變部分為半橋 結(jié)構(gòu)的UPS系統(tǒng)，由于難以得到較為穩(wěn)定的中點(diǎn)電位，這種典型的Boost功率因數(shù)校正電路 不是非常適合，而三電平的Boost功率因數(shù)校正電路恰好能滿足該種應(yīng)用。如圖2 中所示，是 Fred C. Lee 等發(fā)表的論文“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.) ”中提出的電路 拓?fù)洌撏負(fù)湎鄬τ诘湫偷腂oost功率因數(shù)校正電路有更低的器件電壓應(yīng)力，并且開關(guān)損 耗降低。但是和典型的Boost功率因數(shù)校正電路一樣，該電路拓?fù)渫瑯佑星凹壍牟豢卣?橋，將輸入電壓整流成饅頭波峰電壓。而不控整流橋的存在，在一定程度上會(huì)增加系統(tǒng)的通 態(tài)損耗，尤其對于低電壓大電流輸入的情況，會(huì)影響電路的整機(jī)效率。為了消除整流橋的影響，Gang Yao等人在論文“A ZVT PWM Three Level Boost Converter for Power Factor Preregulator(in !Proceedings of IEEEPower Electronics Specialists Conference, 2007. PESC 2007. pp. 768-772.) ” 中提出了一種不 帶整流橋的三電平Boost功率因數(shù)校正電路，如圖3所示。該電路相對圖2所示的電路，由 于不存在整流橋，與輸入電源構(gòu)成的導(dǎo)通通路中減少了一個(gè)二極管，電路通態(tài)損耗可以減 小，系統(tǒng)效率可以有一定程度的提高。值得注意的是，該電路雖然不需要不控整流橋，但是 仍然需要兩個(gè)輸入整流二極管。就通態(tài)損耗方面而言，該電路為減少系統(tǒng)通態(tài)損耗提供了 一種思路，并且也可以看出三電平的Boost功率因數(shù)校正電路在這方面仍然存在改進(jìn)的空 間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，逆阻IGBT的 運(yùn)用簡化了電路結(jié)構(gòu)，不需要輸入整流二極管，使電路具有低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)，而雙輸入電 感的使用優(yōu)化了電路的EMC性能。一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，包括兩個(gè)Boost PFC電感(第一輸入電感L1、第二輸入電感L2)，均與輸入電源Vs的同 一端相連接；兩個(gè)開關(guān)管(第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管，分別將兩個(gè)電感的另一端連接到輸 入電源Vs未直接連電感的另一端，從而分別形成充電回路；兩個(gè)輸出整流二極管(第一輸出整流二極管D1、第二輸出整流二極管D2)，分別將第一輸入電感L1、第二輸入電感L2連接到兩個(gè)輸出濾波電容(第一輸出濾波電容C1、第二 輸出濾波電容C2)；輸出濾波電容可分別連接負(fù)載(第一負(fù)載R1、第一負(fù)載R1)。所述的開關(guān)管(第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2)使用的是具有反向電壓阻斷能力 的逆阻IGBT ；輸入電感為兩個(gè)，分別為第一輸入電感L1、第二輸入電感L2，均與電源的同一 端相連接。所述的第一開關(guān)管S1、第一輸出整流二極管D1與第一輸入電感L1R在正半個(gè)工頻 周期工作，第二開關(guān)管&、第二輸出整流二極管A與第二輸入電感L2僅在負(fù)半個(gè)工頻周期 工作，兩部分電路交替工作，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。本發(fā)明利用逆阻IGBT的反向電壓阻斷能力，在開關(guān)管IGBT不進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的半 個(gè)工頻周期內(nèi)承受反向電壓進(jìn)行阻斷，從而不需要加額外的輸入整流二極管。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 簡單，僅需要四個(gè)半導(dǎo)體器件，有利于系統(tǒng)構(gòu)建成本的降低；電路運(yùn)行期間，電流路徑上僅 存在一個(gè)半導(dǎo)體器件，減少了通態(tài)損耗，有利于系統(tǒng)效率的提高。而雙電感的使用有利于獲 得較為良好的電磁兼容(EMC)性能。


圖1為典型的Boost功率因數(shù)校正電路。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中帶有前級不控整流橋的三電平Boost功率因數(shù)校正電路。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中帶輸入整流二極管的三電平Boost功率因數(shù)校正電路。圖4是本發(fā)明的一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路。圖5是本發(fā)明Boost倍壓功率因數(shù)校正電路的輸入電壓和兩個(gè)電感電流的一個(gè)工 頻周期的波形。圖6(a)是圖4中Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，輸入電壓正半個(gè)工頻周期內(nèi)，開 關(guān)管S1導(dǎo)通，輸入電感Lp L2電流的流通路徑。圖6(b)是圖4中Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，輸入電壓正半個(gè)工頻周期內(nèi)，開 關(guān)管S1關(guān)斷，輸入電感LpL2電流的流通路徑。圖6(c)是圖4中Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，輸入電壓負(fù)半個(gè)工頻周期內(nèi)，開 關(guān)管&導(dǎo)通，輸入電感Lp L2電流的流通路徑。圖6(d)是圖4中Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，輸入電壓負(fù)半個(gè)工頻周期內(nèi)，開 關(guān)管&關(guān)斷，輸入電感LpL2電流的流通路徑。
具體實(shí)施例方式如圖4所示，兩個(gè)Boost電感(第一輸入電感L1、第二輸入電感L2),均與輸入電源 Vs的同一端相連接；第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管&采用具有反向電壓阻斷能力的逆阻IGBT，分別將第 一輸入電感L1、第二輸入電感L2的另一端連接到輸入電源Vs未直接連電感的另一端，從而 分別形成充電回路；第一輸出整流二極管D1、第二輸出整流二極管D2,分別將第一輸入電感L1、第二輸 入電感L2連接到第一輸出濾波電容C1、第二輸出濾波電容C2 ；第一輸出濾波電容C1、第二輸 出濾波電容C2可分別連接第一負(fù)載R1、第二負(fù)載&。
如圖5所示，第一輸入電感L1、第二輸入電感L2分別在半個(gè)工頻周期內(nèi)交替工作， 所以電路分正負(fù)半個(gè)工頻周期兩個(gè)運(yùn)行階段。圖6(a)、(b)所示為輸入電壓正半個(gè)工頻周期時(shí)候，圖4所示的電路工作在階段I 中第一輸入電感L1電流的流向圖，此階段第二開關(guān)管& 一直處于關(guān)斷狀態(tài)。階段I 第一開關(guān)管S1開通，第一輸入電感L1儲(chǔ)能，電感電流流向?yàn)閂s-L1-S1-Vs, 如圖6(a)所示；第一開關(guān)管S1關(guān)斷，第一輸入電感L1儲(chǔ)存的電能向輸出傳送，電感電流流 向?yàn)?Vs-L1-D1-C1-Vs，如圖 6(b)所示。圖6(c)、(d)所示的為輸入電壓負(fù)半個(gè)工頻周期時(shí)候，圖4所示的電路工作在階段 II中第二輸入電感L2電流的流向圖，此階段第一開關(guān)管S1 —直處于關(guān)斷狀態(tài)。階段II 第二開關(guān)管&開通，第二輸入電感L2儲(chǔ)能，電感電流流向?yàn)閂sI2-L2-Vs, 如圖6(c)所示；第二開關(guān)管&關(guān)斷，第二輸入電感L2儲(chǔ)存的電能向輸出傳送，電感電流流 向?yàn)?Vs-C2-D2-L2-Vs，如圖 6(d)所示。電路通過兩個(gè)階段交替運(yùn)行，每個(gè)階段電感電流跟蹤輸入電壓，從而在整個(gè)工頻 周期都能保證輸入電流跟蹤輸入電壓，實(shí)現(xiàn)對輸入電流波形的校正，達(dá)到高功率因數(shù)校正。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，其特征在于包括第一輸入電感L1、第二輸入電感L2,均與輸入電源Vs的同一端相連接；第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管&分別將第一輸入電感L1、第二輸入電感L2的另一端連接 到輸入電源Vs未直接連電感的另一端，從而分別形成充電回路；第一輸出整流二極管D1、第二輸出整流二極管D2,分別將第一輸入電感L1、第二輸入電 感1^2連接到第一輸出濾波電容C1、第二輸出濾波電容C2 ；第一輸出濾波電容C1、第二輸出濾 波電容C2可分別連接第一負(fù)載R1、第二負(fù)載&。
2.一種如權(quán)利要求1所述的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，其特征在于第一開關(guān)管 S1、第二開關(guān)管&為逆阻IGBT。
3.—種如權(quán)利要求1所述的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，其特征在于第一開關(guān)管 S1、第一輸出整流二極管D1、第一輸入電感L1僅在正半個(gè)工頻周期工作；第二開關(guān)管&、第 二輸出整流二極管D2、第二輸入電感L2僅在負(fù)半個(gè)工頻周期工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種運(yùn)用逆阻IGBT的Boost倍壓功率因數(shù)校正電路，包括兩個(gè)輸入電感均與輸入電源的同一端相連接；兩個(gè)開關(guān)管分別將兩個(gè)輸入電感的另一端連接到輸入電源未直接連電感的另一端，從而分別形成充電回路；兩個(gè)輸出整流二極管分別將兩個(gè)輸入電感連接到兩個(gè)輸出濾波電容；兩個(gè)輸出濾波電容可分別連接負(fù)載。本發(fā)明通過使用逆阻IGBT可以省去輸入整流二極管，一方面減少了電路總器件數(shù)量，有利于節(jié)約成本；另一方面減少了電流路徑上的導(dǎo)通半導(dǎo)體器件數(shù)量，從而減小了通態(tài)損耗，有利于整機(jī)效率的提高。而雙輸入電感的運(yùn)用，相對使用單電感，電路有更好的EMC性能。
文檔編號H02M1/42GK102136792SQ201110094878
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者陽彩, 馬皓 申請人:浙江大學(xué)