一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及AC/DC變換領(lǐng)域，尤其涉及一種高效率雙Boost倍壓功率因數(shù)校正電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大量的使用橋式不控整流不僅給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染，而且交流側(cè)功率因數(shù)的偏低也造成了電能的浪費(fèi)。功率因數(shù)校正技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)交流側(cè)電流跟蹤交流側(cè)電壓，可以提高交流側(cè)的功率因數(shù)。
[0003]傳統(tǒng)的單相Boost PFC電路的輸入電壓一般較高才能得到足夠高的輸出電壓，如果輸入電壓較低就必須要求升壓電感增大，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的體積和損耗的增大。業(yè)內(nèi)人士就此提出了倍壓Boost PFC變換器，但傳統(tǒng)的倍壓Boost PFC變換器所用開關(guān)器件過多造成效率偏低。
[0004]為了解決上述的問題，本發(fā)明提出了一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有倍壓Boost PFC變換器功率損耗大、效率偏低等問題，本發(fā)明的目的在于一種結(jié)構(gòu)簡單的雙Boost倍壓PFC電路，能降低電路損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。
[0006]為了達(dá)到以上所述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，由一個(gè)電感、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT、兩個(gè)二極管、兩個(gè)電容組成，所述電感的一端與輸入交流電壓源的一端連接，電感的另一端分別與第一 IGBT的集電極、第二 IGBT的發(fā)射極、第一二極管的陽極、第二二極管的陰極連接，輸入交流電壓源的另一端分別與第一 IGBT的發(fā)射極、第二 IGBT的集電極、第一電容的負(fù)極、第二電容的正極連接，第一電容的正極、第一二極管的陰極與負(fù)載的一端連接，第二電容的負(fù)極、第二二極管的陽極與負(fù)載的另一端連接。
[0007]進(jìn)一步地，當(dāng)輸入交流電壓源Vin在正半周時(shí)，第一 IGBT管的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二 IGBT管的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在正半周期時(shí)，交流電壓源、電感、第一 IGBT管、第一二極管、第一電容共同組成一個(gè)Boost電路。
[0008]進(jìn)一步地，當(dāng)輸入交流電壓源在負(fù)半周時(shí)，第二 IGBT管的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第一 IGBT管的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在負(fù)半周期時(shí)，交流電壓源、電感、第二 IGBT管、第二二極管、第二電容共同組成另一個(gè)Boost電路。
[0009]進(jìn)一步地，第一電容和第二電容參數(shù)相同而且足夠大能夠保證第一電容、第二電容兩端的電壓穩(wěn)定，負(fù)載兩端的輸出直流電壓為第一電容兩端電壓和第二電容兩端電壓的和。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果有: 1、傳輸效率高。本發(fā)明采用兩個(gè)反并聯(lián)的IGBT管分別工作在輸入交流電源的正負(fù)半周，每個(gè)半周可以視為一個(gè)Boost電路。采用不帶反并聯(lián)二極管的IGBT，電源正負(fù)半周的電感充電回路中只有一個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通，在電源正負(fù)半周的電感放電回路中也只有一個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通，損耗得到大幅度降低，整機(jī)效率得到提高。
[0011]2、電路結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定。本發(fā)明與傳統(tǒng)的倍壓Boost PFC變換器相比，省去了一個(gè)電感和兩個(gè)二極管，而且采用無并聯(lián)二極管的IGBT，電路結(jié)構(gòu)簡單，而且避免了 2個(gè)電感參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行而變化造成波動，電路運(yùn)行更加穩(wěn)定。
[0012]3、電壓增益高。本發(fā)明相比傳統(tǒng)的PFC電路具有更高的電壓增益。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器結(jié)構(gòu)圖；
圖2a、圖2b分別是圖1所不電路在輸入電壓正半周時(shí)第一 IGBT管開通和關(guān)斷時(shí)的工作示意圖；
圖3a、圖3b分別是圖1所示電路在輸入電壓負(fù)半周時(shí)第二 IGBT管開通和關(guān)斷時(shí)的工作示意圖；
圖4是實(shí)驗(yàn)得到交流側(cè)輸入交流電壓與電流的波形圖；
圖5是實(shí)驗(yàn)得到直流側(cè)輸出直流電壓的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0015]如圖1所示，一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，由一個(gè)電感L、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT (S1-S2)、兩個(gè)二極管(D1-D2)、兩個(gè)電容(C1-C2)組成，所述電感L的一端與輸入交流電壓源Vin的一端連接，電感L的另一端分別與第一 IGBTS1的集電極、第二IGBTS2的發(fā)射極、第一二極管D1的陽極、第二二極管D2的陰極連接，輸入交流電壓源Vin的另一端分別與第一 IGBTS1的發(fā)射極、第二 IGBTS2的集電極、第一電容C1的負(fù)極、第二電容C2的正極連接，第一電容C1的正極、第一二極管D1的陰極與負(fù)載R的一端連接，第二電容C2的負(fù)極、第二二極管D2的陽極與負(fù)載R的另一端連接。
[0016]如圖2a~2b，當(dāng)輸入交流電壓源Vin在正半周時(shí)，第一 IGBT管S1的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二 IGBT管S2的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在正半周期時(shí)，交流電壓源Vin、電感L、第一 IGBT管S1、第一二極管D1、第一電容C1共同組成一個(gè)Boost電路。當(dāng)控制第一 IGBT管S1導(dǎo)通時(shí)，輸入交流電壓源Vin對電感L正向進(jìn)行充電儲能，第一電容C1和第二電容C2對負(fù)載R放電。當(dāng)控制第一 IGBT管S1關(guān)斷時(shí)，輸入交流電壓源Vin、電感L、第一二極管D1、第一電容C1和第二電容C2和負(fù)載R形成通路，此時(shí)第一電容C1進(jìn)行充電，第二電容C2進(jìn)行放電。根據(jù)輸出直流電壓U0的要求調(diào)整第一 IGBT管S1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
[0017]如圖3a~3b，當(dāng)輸入交流電壓源Vin在負(fù)半周時(shí)，第二 IGBT管S2的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第一 IGBT管S1的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在負(fù)半周期時(shí)，交流電壓源Vin、電感L、第二 IGBT管S2、第二二極管D2、第二電容C2共同組成另一個(gè)Boost電路。當(dāng)控制第二 IGBT管S2導(dǎo)通時(shí)，輸入交流電壓源Vin對電感L反向進(jìn)行充電儲能，第一電容C1和第二電容C2對負(fù)載R放電。當(dāng)控制第二 IGBT管S2關(guān)斷時(shí)，輸入交流電壓源Vin、電感L、第二二極管D2、第一電容C1和第二電容C2和負(fù)載R形成通路，此時(shí)第二電容C2進(jìn)行充電，第一電容C1進(jìn)行放電。根據(jù)輸出直流電壓U0的要求調(diào)整第二 IGBT管S2的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
[0018]如圖4，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:輸入交流電源Vin=220V/50HZ，電感L=3mH，輸出功率Pout=lkW，電容 C1=C2=1000 yF，輸出電壓 Uo=400V，IGBT 開關(guān)頻率 fs=50HZ，IGBT 選用英飛凌的FGW40N120H。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明交流側(cè)輸入電流跟蹤輸入電壓，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行，電流諧波小。
[0019]如圖5，在同樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下，得到第一電容C1兩端直流電壓Uol和第二電容C2兩端直流電壓Uo2，可以看出這兩個(gè)電壓穩(wěn)定，紋波小，負(fù)載電壓Uo為第一電容C1兩端直流電壓Uol和第二電容C2兩端直流電壓Uo2的和。
[0020]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下對本具體實(shí)施例做出各種修改或補(bǔ)充或者采用類似的方式替代，但是這些改動均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此本發(fā)明技術(shù)范圍不局限于上述實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，其特征在于，由一個(gè)電感(L)、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT (S1-S2)、兩個(gè)二極管(D1-D2)、兩個(gè)電容(C1-C2)組成，所述電感(L)的一端與輸入交流電壓源(Vin)的一端連接，電感(L)的另一端分別與第一 IGBT (SI)的集電極、第二 IGBT (S2)的發(fā)射極、第一二極管(Dl)的陽極、第二二極管(D2)的陰極連接，輸入交流電壓源(Vin)的另一端分別與第一 IGBT (SI)的發(fā)射極、第二 IGBT (S2)的集電極、第一電容(Cl)的負(fù)極、第二電容(C2)的正極連接，第一電容(Cl)的正極、第一二極管(Dl)的陰極與負(fù)載(R)的一端連接，第二電容(C2)的負(fù)極、第二二極管(D2)的陽極與負(fù)載(R)的另一端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，其特征在于，當(dāng)輸入交流電壓源(Vin)在正半周時(shí)，第一 IGBT管(SI)的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二 IGBT管(S2)的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在正半周期時(shí)，交流電壓源(Vin)、電感(L)、第一 IGBT管(SI)、第一二極管(D1)、第一電容(Cl)共同組成一個(gè)Boost電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，其特征在于，當(dāng)輸入交流電壓源(Vin)在負(fù)半周時(shí)，第二 IGBT管(S2)的集電極和發(fā)射極之間承受正向電壓，通過給定柵極信號控制它的導(dǎo)通和關(guān)斷，第一 IGBT管(SI)的集電極和發(fā)射極之間承受反向電壓而關(guān)斷；當(dāng)工作在負(fù)半周期時(shí)，交流電壓源(Vin)、電感(L)、第二 IGBT管(S2)、第二二極管(D2)、第二電容(C2)共同組成另一個(gè)Boost電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，其特征在于，第一電容(Cl)和第二電容(C2)參數(shù)相同而且足夠大能夠保證第一電容(Cl)、第二電容(C2)兩端的電壓穩(wěn)定，負(fù)載兩端的輸出直流電壓為第一電容(Cl)兩端電壓和第二電容(C2)兩端電壓的和。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種高效率雙Boost倍壓PFC變換器，由一個(gè)電感、兩個(gè)不帶反并聯(lián)二極管的IGBT、兩個(gè)二極管、兩個(gè)電容組成，所述電感的一端與輸入交流電壓源的一端連接，電感的另一端分別與第一IGBT的集電極、第二IGBT的發(fā)射極、第一二極管的陽極、第二二極管的陰極連接，輸入交流電壓源的另一端分別與第一IGBT管的發(fā)射極、第二IGBT管的集電極、第一電容的負(fù)極、第二電容的正極連接，第一電容的正極、第一二極管的陰極與負(fù)載的一端連接，第二電容的負(fù)極、第二二極管的陽極與負(fù)載的另一端連接。本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，電壓增益高，效率高，可以實(shí)現(xiàn)交流側(cè)單位功率因數(shù)運(yùn)行。
【IPC分類】H02M7/217, H02M1/42
【公開號】CN105337515
【申請?zhí)枴緾N201510737256
【發(fā)明人】杜貴平, 柳志飛, 杜發(fā)達(dá)
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月1日