專利名稱：級聯(lián)型Buck-boost高功率因數(shù)AC-DC變流器及變流方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流-直流電能轉(zhuǎn)換器，具體的說是一種不隔離的Buck與Boost 級聯(lián)組合型高效率AC-DC變流器及變流方法。
背景技術(shù)：
很多較大功率AC/DC電能轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場合需要在輸入側(cè)實現(xiàn)較高的功率因數(shù)和 較低的電流諧波，并且還要求具有寬的輸入和輸出電壓范圍，如通訊電源，電池充電器，LED 驅(qū)動電源等。為了實現(xiàn)高功率因數(shù)，一般都采用boost作為前端不隔離整流電路，實現(xiàn)功 率因數(shù)校正(power factor correction-PFC)。但是，由于boost電路只能升壓，用在寬輸 入電壓和寬輸出電壓時，電壓合理工作范圍受限，而且用在高輸入電壓時，其輸出側(cè)電壓更 高，導(dǎo)致電壓應(yīng)力偏高，增加了成本，降低了效率。圖1中的級聯(lián)型Buck-boost電路中的不 僅能夠?qū)崿F(xiàn)升壓(boost)，也能夠?qū)崿F(xiàn)降壓(buck)，因此特別合適寬輸入、輸出電壓范圍的 應(yīng)用場合，且功率因數(shù)和效率都很高。圖2示意了該電路的工作方式。當(dāng)輸入比輸出低時， 電路進(jìn)入boost工作模式，此時，開關(guān)Sl常通，開關(guān)S2進(jìn)入開關(guān)斬波模式，電路實現(xiàn)升壓模 式。當(dāng)輸入比輸出高時，開關(guān)Sl進(jìn)入斬波模式，開關(guān)S2進(jìn)入常斷開模式，電路實現(xiàn)降壓。 采用這樣的工作方式，可以提高電路的轉(zhuǎn)換效率和輸入側(cè)的功率因數(shù)。但是，Sl的驅(qū)動需 要自舉，而電路工作在升壓模式時，Sl需要常通，于是Sl的自舉驅(qū)動的能量需要另外的電 路來提供。而且，當(dāng)輸入電壓很高時，如480V交流輸入時(北美工業(yè)電網(wǎng)電壓)，Sl自舉驅(qū) 動電路需要很高的耐壓(> 800V)，這樣的自舉電路實現(xiàn)困難。如果采用隔離驅(qū)動，則需要 隔離變壓器，增加了電路復(fù)雜程度，更是降低了驅(qū)動電路的可靠性。而如果采用高速光耦驅(qū) 動，則增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供級聯(lián)型Buck-boost高功 率因數(shù)AC-DC變流器及變流方法。為解決上述問題，本發(fā)明提出以下解決方案提供一種級聯(lián)型Buck-boost高功率因數(shù)AC-DC變流器，包括整流橋Bl、buck開關(guān) 管Sl和buck 二極管Dl、boost開關(guān)管S2和boost 二極管D2、電感Li、輸出濾波電容Co ；所 述buck開關(guān)管Sl的一端與整流橋Bl的輸出端連接，另一端與buck 二極管Dl的陽極和電 感Ll的一端相連，buck開關(guān)管Sl的控制端接到Buck PFC控制電路的輸出端；電感Ll的 另一端與boost開關(guān)管S2的一端和boost 二極管D2的陰極相連，boost開關(guān)管S2的控制 端接到boost PFC控制電路的輸出端；boost 二極管D2的陽極連接到輸出濾波電容Co的 負(fù)端和變流器的輸出；boost開關(guān)管S2的另一端、buck 二極管Dl的陰極連接到整流橋Bl 的輸出端，并與輸出電容Co的正端、變流器的輸出相連。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種基于前述變流器的變流方法，Boost開關(guān)管與Buck開關(guān) 管分時工作；當(dāng)輸入電壓比輸出電壓高時，Buck開關(guān)管工作；當(dāng)輸入電壓比輸出電壓低時，Boost開關(guān)管工作。本發(fā)明中，Boost的占空比通過采樣輸入電壓進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)，輸入電壓越高，占空 比越低。與輸入輸出共地的級聯(lián)型buck-boost變流器相比，本發(fā)明的有益效果是1.輸入側(cè)Buck開關(guān)管的驅(qū)動無需自舉，簡化了高壓輸入時buck開關(guān)管的驅(qū)動。2.電路在升壓模式時，buck開關(guān)管的驅(qū)動簡單，無需額外的自舉驅(qū)動或隔離驅(qū)動 以及自舉驅(qū)動能量維持電路。3.通用性強(qiáng)，可以滿足寬輸入電壓和輸出電壓范圍應(yīng)用。4. Boost的自舉驅(qū)動電路耐壓較低，容易實現(xiàn)，成本低。5.高輸入電壓時可以實現(xiàn)降壓輸出，降低電路的電壓應(yīng)力和成本，提高效率。


圖1 輸入與輸出共地的級聯(lián)buck-boost電路圖；圖2 級聯(lián)Buck-boost的工作模式與輸入輸出電壓的關(guān)系示意圖；圖3 輸入與輸出共正的級聯(lián)buck-boost電路圖；圖4 本發(fā)明具體實施例1中的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行具體闡述。如圖4所示，實施例1由整流橋附、1311吐開關(guān)管51和1311吐二極管01、1300計開關(guān) 管S2和boost 二極管D2、電感Li、輸出濾波電容Co、電感Li、buck PFC控制電路、電壓差 分采樣電路、自舉驅(qū)動電路、PWM控制電路組成。交流輸入經(jīng)過整流橋Bi，輸出饅頭波形狀的直流電壓。所述的Buck開關(guān)管Sl的 一端與整流橋Bl的輸出負(fù)端連接，另一端與Buck 二極管Dl的陽極和電感Ll的一端相連， 其控制端接到Buck PFC控制電路的輸出端。電感Ll的另一端與boost開關(guān)管S2的一端 和boost 二極管D2的陰極相連。Boost 二極管D2的陽極連接到輸出濾波電容Co的負(fù)端， boost開關(guān)管S2的另一端連接到整流橋輸出的正端，并與輸出電容Co的正端相連。Boost 開關(guān)管S2的控制端接到PWM控制電路的輸出端。Buck PFC控制電路的電壓采樣輸入端連 接整流橋輸出端，電壓差分采樣電路的兩個輸入端連接整流橋的正、負(fù)輸出端，差分采樣電 路的輸出端連接PWM控制芯片的輸入端，浮地電壓采樣電路的輸入端連接負(fù)載兩端，其輸 出端連接Buck PFC控制電路的反饋電壓輸入端。PWM控制電路的輸出端連接自舉驅(qū)動電路 的輸入端，自舉芯片的輸出端連接S2的控制端。其控制原理如下，當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時，PFC控制芯片輸出高電平，開關(guān)管 Sl進(jìn)入常通狀態(tài)，PWM控制芯片輸出PWM脈沖，電路工作在Boost升壓模式。當(dāng)輸入電壓高 于輸出電壓時，PWM控制芯片輸出低電平，開關(guān)管S2保持在關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管Sl進(jìn)入斬波 模式，電路工作在Buck降壓模式。PWM控制芯片需要采樣輸入電壓，根據(jù)輸入電壓的大小調(diào)整PWM占空比的大小，輸 入電壓越高，占空比越低保證輸入電流的正弦度。應(yīng)當(dāng)注意，在說明本發(fā)明的某些特征或者方案時所使用的特殊術(shù)語不應(yīng)當(dāng)用于表示在這里重新定義該術(shù)語以限制與該術(shù)語相關(guān)的本發(fā)明的某些特定特點、特征或者方案。 總之，不應(yīng)當(dāng)將在隨附的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語解釋為將本發(fā)明限定在說明書中公開的 特定實施例，除非上述詳細(xì)說明部分明確地限定了這些術(shù)語。因此，本發(fā)明的實際范圍不僅 包括所公開的實施例，還包括在權(quán)利要求書之下實施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
權(quán)利要求
一種級聯(lián)型Buck boost高功率因數(shù)AC DC變流器，包括整流橋B1、buck開關(guān)管S1和buck二極管D1、boost開關(guān)管S2和boost二極管D2、電感L1、輸出濾波電容Co；其特征在于，所述buck開關(guān)管S1的一端與整流橋B1的輸出端連接，另一端與buck二極管D1的陽極和電感L1的一端相連，buck開關(guān)管S1的控制端接到Buck PFC控制電路的輸出端；電感L1的另一端與boost開關(guān)管S2的一端和boost二極管D2的陰極相連，boost開關(guān)管S2的控制端接到boost PFC控制電路的輸出端；boost二極管D2的陽極連接到輸出濾波電容Co的負(fù)端和變流器的輸出；boost開關(guān)管S2的另一端、buck二極管D1的陰極連接到整流橋B1的輸出端，并與輸出電容Co的正端、變流器的輸出相連。
2.一種基于權(quán)利要求1所述變流器的變流方法，其特征在于，Boost開關(guān)管與Buck開 關(guān)管分時工作；當(dāng)輸入電壓比輸出電壓高時，Buck開關(guān)管工作；當(dāng)輸入電壓比輸出電壓低 時，Boost開關(guān)管工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述變流方法，其特征在于，Boost的占空比通過采樣輸入電壓進(jìn)行 前饋調(diào)節(jié)，輸入電壓越高，占空比越低。
全文摘要
本發(fā)明涉及交流-直流電能轉(zhuǎn)換器，旨在提供一種級聯(lián)型Buck-boost高功率因數(shù)AC-DC變流器及變流方法。該變流器包括整流橋、buck開關(guān)管和buck二極管、boost開關(guān)管和boost二極管、電感、輸出濾波電容。本發(fā)明輸入側(cè)Buck開關(guān)管的驅(qū)動無需自舉，簡化了高壓輸入時buck開關(guān)管的驅(qū)動；電路在升壓模式時，buck開關(guān)管的驅(qū)動簡單，無需額外的自舉驅(qū)動或隔離驅(qū)動以及自舉驅(qū)動能量維持電路；通用性強(qiáng)，可以滿足寬輸入電壓和輸出電壓范圍應(yīng)用；Boost的自舉驅(qū)動電路耐壓較低，容易實現(xiàn)，成本低；高輸入電壓時可以實現(xiàn)降壓輸出，降低電路的電壓應(yīng)力和成本，提高效率。
文檔編號H02M1/42GK101917131SQ20101025787
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者吳新科, 楊劍友 申請人:浙江大學(xué)