可升降電流型ac-ac變換器的製作方法

2023-12-11 11:01:12

專利名稱：可升降電流型ac-ac變換器的製作方法
技術領域：
可升降電流型AC-AC變換器技術領域該實用新型涉及一種可升降電流型AC-AC變換器，具體地涉及一種可在兩級電路裡實 現功率因數校正、功率控制和低頻逆變的電流型變換器。背彔技術傳統的低頻方波電子鎮流器具有三級的電路結構，包括功率因數校正級、功率控制級和 逆變級。雖然技術比較成熟，但存在電路結構複雜、成本高、效率低等缺點。發明內容本實用新型的目的是提供一種可升降電流型AC-AC變換器,該變換器可以在兩級的電路 中實現功率因數校正、功率控制和低頻逆變三種功能，以取代傳統的三級電路結構。本實用新型是這樣構成的包括AC-DC整流電路、DC-DC變換器和DC-AC逆變器；交流 電壓源連接到AC-DC整流電路的輸入端，AC-DC整流電路的輸出連接DC-DC變換器，DC-DC變 換器輸出端與DC-AC變換器相連；所述的DC-DC變換器是由BOOST升壓變換器和BUCK降壓變 換器組成，其中BOOST變換器由儲能電感L,、開關管S,、續流二極體D2和儲能電容d組成； BUCK變換器由開關管S,、續流二極體D2、濾波電感L2和濾波電容C2組成；AC-DC整流電路的 正端輸出通過儲能電感L,連接到續流二極體D2正極，續流二極體D2的負極連接到儲能電容d 的一端，儲能電容d的另外一端連接到AC-DC整流電路的負端；在儲能電感L,和續流二極體 D2正極的連接點與AC-DC整流電路的負端之間連接一個開關管S1;續流二極體02的負極又通 過一個濾波電感L2連接到濾波電容C2的一端，濾波電容C2的另 一端連接到續流二極體D2正極, 濾波電容C2的兩端還並接有由開關管S2、 S3、 S4、 Ss構成的全橋DC-AC逆變器，逆變器接有一 個負載R。本實用新型利用開關集成原理，在DC-DC變換器中集成了 BOOST變換器和BUCK變換器的 功能，由於輸入電感L的存在，降低了電磁幹擾，減小EMI濾波器的體積；輸出電感U的存 在，提供限流輸出，可用在電子鎮流器中實現功率因數校正和輸出功率控制，輸出方波的電 流信號，簡化電子鎮流器的電路拓撲，減少電路的元器件數目和驅動，提高整體效率。


圖l是本發明的電路圖。 圖2是DC-DC變換器電路圖。圖3是DC-DC變換器在一個開關周期內t。 t,時刻工作模式示意圖。圖4是DC-DC變換器主要波形圖。 圖5是輸入電壓電流波形圖。
具體實施方式
本實用新型包括AC-DC整流電路、DC-DC變換器和DC-AC逆變器。交流電壓源連接到AC-DC 整流電路的輸入端，AC-DC整流電路的輸出連接DC-DC開關變換器，DC-DC變換器輸出端與 DC-AC變換器相連；所述的DC-DC變換器是由BOOST升壓變換器和BUCK降壓變換器組成，其 中BOOST變換器由儲能電感L、開關管S^續流二極體D2和儲能電容d組成；BUCK變換器由 開關管Sh續流二極體D2、濾波電感L2和濾波電容C2組成；AC-DC整流電路的正端輸出通過 儲能電感L,連接到續流二極體D2正極，續流二極體D2的負極連接到儲能電容C,的一端，儲能 電容C,的另外一端連接到AC-DC整流電路的負端；在儲能電感L和續流二極體D2正極的連接 點與AC-DC整流電路的負端之間連接一個開關管S,;續流二極體D2的負極又通過一個濾波電 感U連接到濾波電容C2的一端，濾波電容C,的另一端連接到續流二極體D2正極，濾波電容 C2的兩端還並接有由開關管S2、 S3、 S4、 S,構成的全橋DC-AC逆變器，逆變器接有一個負載R。上述BOOST變換器的電感電流在穩態時工作模式為恆佔空比斷續模式，以獲得高功率因 數；BUCK變換器工作模式為恆佔空比斷續模式，以降低儲能電容d的電壓應力。所述的DC-AC逆變器是低頻全橋開關變換器。上述的DC-DC變換器，如圖2所示，它的工作原理是這樣的電路在一個開關周期內分 為以下4個工作狀態，如圖3。模式(a):在f。 t,時刻，開關管51導通，K通過A， S對電感A線性充電，電感厶兩 端的電壓電感電流力,線性上升；儲能電容G通過開關管51、 G靴，對電感厶線性充 電，電感"兩端的電壓& = 電感電流厶2線性上升。到G時，開關管5;關斷，電路進入模式(W。模式(6):在G &時刻，開關管S關斷，電感電流厶,通過K， A，厶，A， G續流，電 感厶兩端的電壓&=^ —KC1，電感電流iu線性下降；電感電流厶2通過厶，A續流，電感厶兩端的電壓K2=-&，電感電流^線性下降。當電感電流iu下降到零時，電路進入模式(c)。模式(C):在t2 &時刻，開關管51繼續保持關斷，電感電流^由於二極體A的反向偏置，繼續保持為零。電感電流人2在負電壓^的作用下，繼續線性下降。當電感電流厶2下降到零時，電路進入模式(oO。模式(力在t3 t4時刻，開關管5i繼續保持關斷，電感電流A、 ^繼續保持零電流狀態。單獨由電容G給負載供電，直到一個開關周期結束。 當模式(力結束後，電路又進入模式(a)，如此反覆工作。在一個開關周期內，該DC-DC變換器的主要波形如圖4所示。本實用新型中所述的整流電路與DC-DC開關變換器一起實現功率因數校正和功率控制功 能；全橋逆變器把直流電變為低頻方波供負載使用。為了實現功率因數校正的目的，BOOST變換器電感U在穩態時工作在恆佔空比的斷續模 式(DCM)，圖5為輸入電壓電流波形。對恆功率輸出的應用場合，在半個工頻周期內，由於輸入功率是瞬變的，其與輸出功率 之差需要用儲能電容來暫存(如圖4中的d)。當BUCK變換器的電感L2工作在連續模式(CCM)時，儲能電容d的電壓會隨著輸入電壓 和負載的變化而變化。在寬輸入範圍內，輕載時儲能電容C,的電壓甚至會達到上千伏，即F =及A2 psin2(wr) &為了解決儲能電容電壓應力過高的問題，BUCK變換器的電感L2需工作在斷續模式(DCM)， 此時儲能電容G電壓為F(/^2+4￡2,+#/)4+8丄2/ )乙2 psin2(w0 ^ DC-DC開關變換器的輸出電壓為1+ |1 + ~^ V及,2可見，當保持及2^恆定時，儲能電容上的電壓就會保持恆定。同時輸出電壓也保持恆定。由此可見，當BOOST變換器和BUCK變換器電感L,、 U均工作在DCM狀態下，可以保持儲 能電容電壓和輸出電壓的恆定。
權利要求1、一種可升降電流型AC-AC變換器，其特徵在於包括AC-DC整流電路、DC-DC變換器和DC-AC逆變器；交流電壓源連接到AC-DC整流電路的輸入端，AC-DC整流電路的輸出連接DC-DC變換器，DC-DC變換器輸出端與DC-AC變換器相連；所述的DC-DC變換器是由BOOST升壓變換器和BUCK降壓變換器組成，其中BOOST變換器由儲能電感L1、開關管S1、續流二極體D2和儲能電容C1組成；BUCK變換器由開關管S1、續流二極體D2、濾波電感L2和濾波電容C2組成；AC-DC整流電路的正端輸出通過儲能電感L1連接到續流二極體D2正極，續流二極體D2的負極連接到儲能電容C1的一端，儲能電容C1的另外一端連接到AC-DC整流電路的負端；在儲能電感L1和續流二極體D2正極的連接點與AC-DC整流電路的負端之間連接一個開關管S1；續流二極體D2的負極又通過一個濾波電感L2連接到濾波電容C2的一端，濾波電容C2的另一端連接到續流二極體D2正極，濾波電容C2的兩端還並接有由開關管S2、S3、S4、S5構成的全橋DC-AC逆變器，逆變器接有一個負載R。
2、 根據權利要求書1所述的可升降電流型AC-AC變換器，其特徵在於其中的BOOST 變換器的電感電流在穩態時工作模式為恆佔空比斷續模式，以獲得高功率因數；BUCK變換器 工作模式為恆佔空比斷續模式，以降低儲能電容G的電壓應力。
3、 根據權利要求書1所述的可升降電流型AC-AC變換器，其特徵在於所述的DC-AC 逆變器是低頻全橋開關變換器。
專利摘要本實用新型涉及一種可升降電流型AC-AC變換器，其特徵在於包括AC-DC整流電路、DC-DC變換器和DC-AC逆變器。DC-DC變換器的輸入輸出電感均工作在斷續模式(DCM)，以獲得高功率因數並降低儲能電容的電壓應力。該電流型AC-AC變換器可以在兩級電路裡實現功率因數校正、功率控制和低頻逆變三種功能。減少了元器件，降低了成本，簡化了電路，提高了效率。
文檔編號H02M5/458GK201018418SQ20072000625
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月2日 優先權日2007年2月2日
發明者林國慶, 林清華 申請人:福州大學