降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置和方法。本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域和微電子學(xué)的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。為降低傳統(tǒng)Boost型轉(zhuǎn)換器大幅度的電壓提升，從而使電路適應(yīng)更多的應(yīng)用場(chǎng)合，并且在性能上有進(jìn)一步的提升。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置，由電感、二極管、開關(guān)、電容構(gòu)成，二極管、電容并接在電感、負(fù)輸入端之間，電感另一端為正輸入端，二極管正向跨接在開關(guān)、電容連接電感的端點(diǎn)之間；還包括另一個(gè)二極管、另一個(gè)開關(guān)，正輸入端經(jīng)另一個(gè)開關(guān)后再輸入到電感，在電感與所述另一個(gè)開關(guān)連接點(diǎn)和負(fù)輸入端間反向連接所述另一個(gè)二極管。本發(fā)明主要應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)制造。
【專利說明】降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域和微電子學(xué)的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及功率因數(shù)校正（PFC)技術(shù)，適用于升壓幅度不高的PFC前端以及單級(jí)PFC電路。具體講，涉及降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率因數(shù)校正技術(shù)廣泛的應(yīng)用于交流/直流(AC/DC)變換器中，這是因?yàn)椴捎么思夹g(shù)的變換器能夠?yàn)樨?fù)載提供接近正弦的輸入電流。AC/DC變換器廣泛的應(yīng)用于電源管理、LED驅(qū)動(dòng)、電子鎮(zhèn)流器等領(lǐng)域，因此功率因數(shù)校正（PFC)技術(shù)的研究變得至關(guān)重要。目前國際上關(guān)于輸入電流諧波的標(biāo)準(zhǔn)有美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE)的IEEE519標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會(huì)的IEC555-2標(biāo)準(zhǔn)等。除此之外，歐盟國家規(guī)定：凡是在歐盟市場(chǎng)進(jìn)行銷售的用電設(shè)備均要滿足IEC555-2標(biāo)準(zhǔn)；98年該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過修訂，推出了 IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。為滿足以上標(biāo)準(zhǔn)，功率因數(shù)校正技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前最常用的一種功率因數(shù)校正電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是Boost(升壓）結(jié)構(gòu)，因?yàn)樯龎航Y(jié)構(gòu)具有良好的整形效果，并且可以獲得較高的功率因數(shù)。Buck (降壓）結(jié)構(gòu)由于其輸入電流在輸入電壓過零點(diǎn)附近存在為零的區(qū)域使電感電流不連續(xù)，從而決定了其不能獲得高的功率因數(shù)。但是，Boost結(jié)構(gòu)用于功率因數(shù)校正電路中有很多固有的缺點(diǎn)：輸出電壓基本上都要高于400V，高輸出電壓一方面增加了開關(guān)損耗，一方面增加了后級(jí)DC/DC變換器的電磁干擾；因?yàn)檩敵鲭妷嚎偸且哂谳斎腚妷海_關(guān)脈沖的占空比較大；在低線性輸入電壓的條件下，效率不高；在此的情況下，開關(guān)電流較大，這不僅增加了開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，而且增加了開關(guān)損耗，因此，電路在低線性電壓的情況下比高線性電壓的情況下效率低3%左右。這時(shí)，Buck (降壓）結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固有的優(yōu)勢(shì)：輸出電壓總是低于輸入電壓；在低線性輸入電壓的條件下，因?yàn)殚_關(guān)管的開關(guān)損耗很低，從而獲得了很高的效率，并且降低了后級(jí)DC/DC變換器的電磁干擾。但是，Buck轉(zhuǎn)換器在高輸入電壓的條件下的開關(guān)損耗很大，因此Buck轉(zhuǎn)換器不常作為功率因數(shù)校正電路的前級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0004]Boost拓?fù)渥鳛樽畛Ｓ玫囊环N功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)，其適用的各種控制芯片已經(jīng)應(yīng)用成熟，但是因?yàn)槠涓唠妷狠敵?，后端往往要適用DC/DC變換裝置來滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)合，在一些功率因數(shù)要求不高的場(chǎng)合，增加一級(jí)DC/DC變換器大幅提高了成本。因此，降低Boost拓?fù)涞妮敵鲭妷悍染哂泻芨叩膶?shí)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，降低傳統(tǒng)Boost型轉(zhuǎn)換器大幅度的電壓提升，從而使電路適應(yīng)更多的應(yīng)用場(chǎng)合，并且在性能上有進(jìn)一步的提升。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置，由電感、二極管、開關(guān)、電容構(gòu)成，二極管、電容并接在電感、負(fù)輸入端之間，電感另一端為正輸入端，二極管正向跨接在開關(guān)、電容連接電感的端點(diǎn)之間；還包括另一個(gè)二極管、另一個(gè)開關(guān)，正輸入端經(jīng)另一個(gè)開關(guān)后再輸入到電感，在電感與所述另一個(gè)開關(guān)連接點(diǎn)和負(fù)輸入端間反向連接所述另一個(gè)二極管。
[0006]降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的方法，借助于前述裝置實(shí)現(xiàn)并包括如下步驟：
[0007]第一階段：將所述開關(guān)和另一個(gè)開關(guān)均閉合，電感電流在電源電壓的作用下逐漸增加，能量?jī)?chǔ)存在電感中，此階段持續(xù)的時(shí)間為h ；
[0008]第二階段：所述另一個(gè)開關(guān)閉合，所述開關(guān)斷開，電感釋放儲(chǔ)存的能量，電感電流逐漸減小，在電源電壓和電感同時(shí)對(duì)負(fù)載電容充電，此階段持續(xù)的時(shí)間為t2 ；
[0009]第三階段，所述另一個(gè)開關(guān)和所述開關(guān)均斷開，此階段只有電感對(duì)負(fù)載電容進(jìn)行充電，電感電流減小的速度大于階段二，此階段持續(xù)的時(shí)間為t3，根據(jù)伏秒法則有如下關(guān)系：
[0010]VinXt1=(V0-Vin) Xt2+V0Xt3 ； (4)
[0011]其中，TAi+tftyT為開關(guān)周期；（5)

[0012]由（4)(5)得出
【權(quán)利要求】
1.一種降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的裝置，其特征是，由電感、二極管、開關(guān)、電容構(gòu)成，二極管、電容并接在電感、負(fù)輸入端之間，電感另一端為正輸入端，二極管正向跨接在開關(guān)、電容連接電感的端點(diǎn)之間；還包括另一個(gè)二極管、另一個(gè)開關(guān)，正輸入端經(jīng)另一個(gè)開關(guān)后再輸入到電感，在電感與所述另一個(gè)開關(guān)連接點(diǎn)和負(fù)輸入端間反向連接所述另一個(gè)二極管。
2.一種降低Boost型PFC轉(zhuǎn)換器升壓幅度的方法，其特征是，借助于前述裝置實(shí)現(xiàn)并包括如下步驟： 第一階段：將所述開關(guān)和另一個(gè)開關(guān)均閉合，電感電流在電源電壓的作用下逐漸增加，能量?jī)?chǔ)存在電感中，此階段持續(xù)的時(shí)間為h ； 第二階段：所述另一個(gè)開關(guān)閉合，所述開關(guān)斷開，電感釋放儲(chǔ)存的能量，電感電流逐漸減小，在電源電壓和電感同時(shí)對(duì)負(fù)載電容充電，此階段持續(xù)的時(shí)間為t2 ； 第三階段，所述另一個(gè)開關(guān)和所述開關(guān)均斷開，此階段只有電感對(duì)負(fù)載電容進(jìn)行充電，電感電流減小的速度大于階段二，此階段持續(xù)的時(shí)間為t3，根據(jù)伏秒法則有如下關(guān)系： VinXt1=(V0-Vin)XVV0Xt3; (4) 其中，Tzti+tJtyT為開關(guān)周期；（5)

【文檔編號(hào)】H02M1/42GK103595240SQ201310589945
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】高靜, 朱萌, 姚素英, 徐江濤, 史再峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)