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CN105429452A - 一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器 - Google Patents

一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器 Download PDF

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CN105429452A
CN105429452A CN201510971562.5A CN201510971562A CN105429452A CN 105429452 A CN105429452 A CN 105429452A CN 201510971562 A CN201510971562 A CN 201510971562A CN 105429452 A CN105429452 A CN 105429452A
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China
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diode
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voltage source
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CN201510971562.5A
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杜贵平
柳志飞
朱天生
杜发达
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South China University of Technology SCUT
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South China University of Technology SCUT
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Abstract

本发明公开一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，包括两个电感、两个IGBT、四个二极管和三个电容，第一电感一端与输入电压一端、第一电容的一端连接，第一电感另一端与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管阳极、第三二极管阴极连接；第二电感的一端与输入电压另一端、第二电容一端连接，第二电感的另一端与第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极、第二二极管阳极、第四二极管阴极连接；第三电容正极与第一二极管阴极、第二二极管阴极、负载一端连接，第三电容负极与第三二极管阳极、第四二极管阳极、第一电容的另一端、第二电容的另一端、负载的另一端连接。本发明电路结构简单，损耗低、效率高。

Description

一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器
技术领域
本发明涉及AC/DC变换领域，尤其涉及一种共模抑制双Boost无桥功率因数校正电路。
背景技术
目前大量的使用桥式不控整流不仅给电网造成了严重的谐波污染，而且交流侧功率因数的偏低也造成了电能的浪费。功率因数校正技术能够实现交流侧电流跟踪交流侧电压，可以提高交流侧的功率因数。
传统的Boost型PFC电路由于整流桥的存在造成整机的效率偏低。为了提高转换效率，PFC已经从传统的有桥PFC发展到无桥PFC。但目前广泛研究的无桥PFC电路通常共模干扰比较大，而且效率也不是非常高。
为了解决上述的问题，本发明提出了一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器。
发明内容
针对现有PFC电路功率损耗大、效率偏低及现有无桥PFC电路共模干扰大等问题，本发明的目的在于一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，能降低电路损耗，抑制共模干扰。
为了达到以上所述目的，本发明采用如下技术方案。
一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，由两个电感、两个不带反并联二极管的IGBT、四个二极管、三个电容组成：第一电感的一端分别与输入交流电压源的一端、第一电容的一端连接，第一电感的另一端分别与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管的阳极、第三二极管的阴极连接；第二电感的一端分别与输入交流电压源的另一端、第二电容的一端连接，第二电感的另一端分别与第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极、第二二极管的阳极、第四二极管的阴极连接；第三电容的正极分别与第一二极管的阴极、第二二极管的阴极、负载的一端连接，第三电容的负极分别与第三二极管的阳极、第四二极管的阳极、第一电容的另一端、第二电容的另一端、负载的另一端连接。
本发明采用不带反并联二极管的IGBT，可以进一步减少损耗。第一电容和第二电容均为无极性电容，用于消除电路的共模干扰，并不影响电路的结构。输入交流电压源的两侧与功率地之间分别增加第一电容和第二电容，第一电容和第二电容在功率地与输入交流电压源之间增加了一路高频电路通道，消弱了共模干扰。第三电容为有极性电容且足够大，能够稳定第三电容两端的直流电压，输出直流电压等于第三电容两端的直流电压。
当输入交流电压源在正半周时，第一IGBT的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断，而第二IGBT的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流正半周期时，交流电压源、第一电感、第二电感、第一IGBT、第一二极管和第四二极管、第三电容共同组成一个Boost电路。
当输入交流电压源在负半周时，第二IGBT的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断，而第一IGBT的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流负半周期时，交流电压源、第一电感、第二电感、第二IGBT、第二二极管和第三二极管、电容共同组成另一个Boost电路。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1、电路结构简单
本发明采用两个不带反并联二极管的IGBT分别工作在输入交流电压源的正负半周，每个半周可以视为一个Boost电路。
2、损耗低、效率高
本发明采用不带反并联二极管的IGBT，在电感充电回路中只有一个开关器件导通，省去了整流桥等，都降低或减少了损耗，提升了整机传输效率。
3、共模干扰抑制效果好
本发明与传统的无桥BoostPFC电路相比，在输入交流电压源的两侧与功率地之间分别增加一个电容，使功率地与输入电源之间增加了一路高频电路通道，消弱了共模干扰。
附图说明
图1是本发明的一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器结构图；
图2a、图2b分别是图1所示电路在输入交流电压正半周时第一IGBT管开通和关断时的工作示意图；
图3a、图3b分别是图1所示电路在输入交流电压负半周时第二IGBT管开通和关断时的工作示意图；
图4是仿真得到交流侧输入交流电压与电流的波形图；
图5是仿真得到直流侧输出直流电压的波形图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
如图1所示，一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器由两个电感(L1-L2)、两个不带反并联二极管的IGBT(S1-S2)、四个二极管(D1-D4)、三个电容(C1-C3)组成：第一电感L1的一端分别与输入交流电压源Vin的一端、第一电容C1的一端连接，第一电感L1的另一端分别与第一IGBTS1的集电极、第二IGBTS2的发射极、第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极连接；第二电感L2的一端分别与输入交流电压源Vin的另一端、第二电容C2的一端连接，第二电感L2的另一端分别与第一IGBTS1的发射极、第二IGBTS2的集电极、第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阴极连接；第三电容C3的正极分别与第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、负载R的一端连接，第三电容C3的负极分别与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、负载R的另一端连接。
如图2a~2b，当输入交流电压源Vin工作在正半周时，第一IGBTS1的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断，而第二IGBTS2的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流正半周期时，交流电压源Vin、第一电感L1、第二电感L2、第一IGBTS1、第一二极管D1和第四二极管D4、第三电容C3共同组成一个Boost电路。当控制第一IGBT管S1导通时，输入交流电压源Vin对第一电感L1和第二电感L2正向进行充电储能，第三电容C3对负载R放电。当控制第一IGBT管S1关断时，输入交流电压源Vin、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1和第四二极管D4、第三电容C3和负载R形成一个回路，此时第三电容C3进行充电。根据输出直流电压U0的要求调整第一IGBT管S1的导通和关断时间。
如图3a~3b，当输入交流电压源Vin工作在负半周时，第二IGBTS2的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断，而第一IGBTS1的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流负半周期时，交流电压源Vin、第一电感L1、第二电感L2、第二IGBTS2、第二二极管D2和第三二极管D3、第三电容C3共同组成另一个Boost电路。当控制第二IGBTS2导通时，输入交流电压源Vin对第一电感L1和第二电感L2反向进行充电储能，第三电容C3对负载R放电。当控制第二IGBT管S2关断时，输入交流电压源Vin、第一电感L1、第二电感L2、第二二极管D2和第三二极管D3、第三电容C3和负载R形成一个回路，此时第三电容C3进行充电。根据输出直流电压U0的要求调整第二IGBTS2的导通和关断时间。
如图4，仿真参数为：输入交流电源Vin=220V/50HZ，电感L1=L2=1.5mH，输出功率Pout=1kW，第三电容C3=1000μF，第一电容C1=第二电容C2=3.5nF，输出直流电压Uo=400V，IGBT开关频率fs=50HZ，IGBT选用英飞凌的FGW40N120H。实验验证本发明交流侧输入电流跟踪输入电压，可实现单位功率因数运行，电流谐波小。
如图5，在同样的实验参数下，得到直流侧输出电压稳定，纹波小。
本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

Claims (5)

1.一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，其特征在于，包括两个电感(L1-L2)、两个不带反并联二极管的IGBT(S1-S2)、四个二极管(D1-D4)和三个电容(C1-C3)：第一电感(L1)的一端分别与输入交流电压源(Vin)的一端、第一电容(C1)的一端连接，第一电感(L1)的另一端分别与第一IGBT(S1)的集电极、第二IGBT(S2)的发射极、第一二极管(D1)的阳极、第三二极管(D3)的阴极连接；第二电感(L2)的一端分别与输入交流电压源(Vin)的另一端、第二电容(C2)的一端连接，第二电感(L2)的另一端分别与第一IGBT(S1)的发射极、第二IGBT(S2)的集电极、第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阴极连接；第三电容(C3)的正极分别与第一二极管(D1)的阴极、第二二极管(D2)的阴极、负载(R)的一端连接，第三电容(C3)的负极分别与第三二极管(D3)的阳极、第四二极管(D4)的阳极、第一电容(C1)的另一端、第二电容(C2)的另一端、负载(R)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，其特征在于，输入交流电压源（Vin）的两侧与功率地之间增加的所述第一电容（C1）和第二电容(C2)，第一电容（C1）和第二电容(C2)在功率地与输入交流电压源（Vin）之间增加了一路高频电路通道，消弱了共模干扰；第一电容(C1)和第二电容(C2)均为无极性电容。
3.根据权利要求1所述的一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，其特征在于，第三电容(C3)为有极性电容且足够大以稳定第三电容(C3)两端的直流电压，输出直流电压（U0）等于第三电容(C3)两端的直流电压。
4.根据权利要求1所述的一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，其特征在于，当输入交流电压源（Vin）在正半周时，第一IGBT（S1）的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制第一IGBT（S1）的导通和关断，而第二IGBT（S2）的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流正半周期时，交流电压源（Vin）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一IGBT（S1）、第一二极管（D1）和第四二极管（D4）、第三电容（C3）共同组成一个Boost电路。
5.根据权利要求1所述的一种共模抑制双Boost无桥PFC变换器，其特征在于，当输入交流电压源（Vin）在负半周时，第二IGBT（S2）的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号可以控制第二IGBT（S2）的导通和关断，而第一IGBT（S1）的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在交流负半周期时，交流电压源（Vin）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第二IGBT（S2）、第二二极管（D2）和第三二极管（D3）、电容（C）共同组成另一个Boost电路。
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