一種三態三電平pfc電路及多態三電平pfc電路的製作方法

2023-05-03 05:35:56

專利名稱：一種三態三電平pfc電路及多態三電平pfc電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，更具體地說，涉及一種三態三電平PFC電路及多態三 電平PFC電路。
背景技術：
高頻開關電源廣泛於不同的場合，如在很多應用條件下需要把電源電壓從一個 電壓等級變換到另一個需要的電壓等級。在這種交流到直流(AC/DC)的轉換系統中除了 需要實現所要求的電壓轉換功能，還需要滿足各種標準對功率因數(Power Factor, PF)、 總諧波含量(Total Harmonics Distortion, THD)禾口 電磁幹擾 EMI (Electromagnetic Interference)的要求。請參閱圖1，為一種三電平PFC電路。如圖1所示，電感L1的第一端與交流電源第 一端相連，電感L1的第二端與橋臂電路的第一輸入端101相連，在橋臂電路內，第一輸入端 101通過正向的二極體D1連接至第一輸出端103，第一輸入端101還通過反向的二極體D2 連接至第二輸出端104，第一輸出端103通過電容C1接地，第二輸出端104通過電容C2接 地，第一輸入端101還通過反向串聯的的兩個開關管Q1和Q2連接至第二輸入端102，且第 二輸入端接地並連接至交流電源第二端。該電路在開關管Q1和Q2開通時，電流流經兩個 開關管；而在開關管關斷時，電流流經一個二極體D1或D2，三電平的特性使電感的感量是 傳統的兩電平拓撲的一半，從而可以比兩電平PFC (Power Factor correction，功率因數校 正)電路的電感尺寸小，開關管的電壓應力是傳統兩電平的一半，所以可以減小半導體器 件的開關損耗，提高電路效率。然而，隨著高功率密度高性價比產品需求的不斷增加，開關頻率不斷提高以減小 無源器件的體積，這樣又很難保證效率。所以，仍然需要開發一種PFC電路來實現同時提高 效率和功率密度的目的。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有PFC電路的上述不能同時提高效率和功 率密度的缺陷，提供一種三態三電平PFC電路及多態三電平PFC電路。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種三態三電平PFC電路，包 括電感、複合三態開關、第一電容和第二電容；所述電感連接在交流電源第一端與複合三態開關第一端之間，複合三態開關第二 端連接在第一電容的第一端，複合三態開關第三端連接在第二電容的第二端，複合三態開 關第四端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第二電容的第二端輸出三電平電 壓。在本發明所述的三態三電平PFC電路中，所述複合三態開關包括在交流電源輸入信號處於正半周期時工作的第一三態開關和交流電源輸入信號 處於負半周期時工作的第二三態開關。
在本發明所述的三態三電平PFC電路中，所述第一三態開關包括變壓器，所述變壓器的原邊的同名端和副邊的異名端相連作為複合三態開關的第
一端；兩個第一二極體和兩個開關管；兩個第一二極體的陽極分別連接至變壓器的原邊 的異名端和副邊的同名端，兩個第一二極體的陰極都與第一電容的第一端相連；第一個開 關管跨接在變壓器的原邊的異名端和地之間，第二個開關管跨接在變壓器的副邊的同名端 與地之間。在本發明所述的三態三電平PFC電路中，所述複合三態開關還包括兩個第二二 極管；兩個第二二極體的陰極分別連接至變壓器的原邊的異名端和副邊的同名端，兩個第 二二極體的陽極都與第二電容的第二端相連，所述變壓器、兩個開關管、以及所述兩個第
二二極體構成第二三態開關。本發明還提供了一種多態三電平PFC電路，所述多態三電平PFC電路包括電感、 複合多態開關、第一電容和第二電容；所述電感連接在交流電源第一端與複合多態開關第一端之間，複合多態開關第二 端連接在第一電容的第一端，複合多態開關第三端連接第二電容的第二端，複合多態開關 第四端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第二電容的第二端輸出三電平電壓。在本發明所述的多態三電平PFC電路中，所述複合多態開關包括在交流電源輸入信號處於正半周期時工作的第一多態開關和交流電源輸入信號 處於負半周期時工作的第二多態開關。在本發明所述的多態三電平PFC電路中，所述第一多態開關包括具有N個繞組的變壓器，其中N為大於2的整數，所述變壓器的副邊N個繞組連成 等邊多邊形，所述變壓器的原邊N個繞組的同名端相連作為複合多態開關第一端；分別與變壓器的原邊N個繞組的異名端相連的N組第一二極體和開關管，其中N 個第一二極體的陽極分別連接至變壓器的原邊N個繞組的異名端，N個第一二極體的陰極 與第一電容的第一端相連；N個開關管分別跨接在變壓器的原邊N個繞組的異名端與地之 間。在本發明所述的多態三電平PFC電路中，所述複合多態開關還包括N個第二二極 管；所述N個第二二極體的陰極分別連接至變壓器的原邊N個繞組的異名端，N個第二二極 管的陽極與第二電容的第二端相連；所述變壓器、所述N個開關管和所述N個第二二極體構 成第二多態開關。實施本發明的三態三電平PFC電路以及多態三電平PFC電路，具有以下有益效 果1、本發明通過採用複合三態開關構造了一種三態三電平PFC電路，通過PWM調製 來控制開關管的導通和關斷，就可以實現不同模態的輸出。本發明提供的三態三電平PFC 電路的輸入電流小於傳統三電平PFC的輸入電流，可見其電路效率更高。如果保持相同的 電感電流紋波大小和頻率，本發明三態三電平PFC的開關頻率只是普通三電平的一半，從 而使得多態三電平PFC的開關頻率降低，相應的效率提高。2、本發明提供的三態三電平PFC的電感耐壓為傳統三電平PFC的一半，這樣在其 他條件相同的情況下，其電感值可以為傳統三電平PFC的一半，電感體積也減小。
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3、同時提供的三態三電平PFC的電感電流紋波在同一個周期裡有更多紋波為零 點，減小了功率開關管的開關損耗和通態損耗，這也有益於提高電路的PF值和降低THD。4、本發明還採用複合多態開關構造了一種多態三電平PFC電路，與傳統的電路相 比其同樣具有上述特性，即如果保持開關頻率和無源器件上的紋波大小不變電感和電容的 尺寸可以顯著減小，同時電路的功率因數提高，總諧波含量降低；如果保持輸入電流紋波頻 率和大小不變則可以降低開關頻率，顯著提高電路的效率。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是現有的三電平PFC電路原理圖；圖2(a)至圖2(c)分別為三態開關、四態開關和五態開關的結構示意圖；圖3 (a)至圖3 (d)分別為三態開關的工作模態圖；圖4(a)至圖4(h)分別為四態開關的工作模態圖；圖5是本發明三態三電平PFC電路第一優選實施例的電路原理圖；圖6是本發明三態三電平PFC電路第二優選實施例的電路原理圖；圖7(a)至圖7(d)分別為本發明優選實施例中三態三電平PFC電路的工作模式 圖；圖8為本發明優選實施例中四態三電平PFC電路原理圖；圖9(a)和圖9(b)分別為傳統電路和本發明電路的輸出電壓波形圖；圖10(a)和圖10(b)分別為傳統電路和本發明電路的輸入電流波形圖；圖11(a)和圖11(b)分別為傳統電路和本發明電路的驅動信號波形圖；圖12(a)和圖12(b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電流紋波圖；圖13 (a)和圖13 (b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電壓波形圖；圖14(a)和圖14(b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電流波形圖；圖15(a)至圖15(c)分別為本發明電路在不同佔空比時的電感電流紋波圖；圖16(a)和圖16(b)分別為傳統電路和本發明電路在開關管組兩端的電壓波形 圖，圖16(c)為本發明電路變壓器前端與地的電壓波形圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。本發明主要將三態開關及多態開關應用到PFC電路中實現了三態或多態三電平 電路輸出。下面對多態開關的定義進行說明。請參閱圖2(a)至圖2(c)，分別為三態開關、 四態開關和五態開關的結構示意圖。要實現多態開關的結構需要一個變壓器和一個由開關 管等組成的橋臂。如圖2(a)所示，如果變壓器的原邊有兩個繞組，則開關管為兩橋臂結構， 所實現的是三態開關；如圖2(b)所示，如果原邊有三個繞組，則開關管為三橋臂結構，實現 的是四態開關；如圖2(c)所示，如果原邊有四個繞組，則開關管為四橋臂結構，實現的是五 態開關。以此類推，當變壓器原邊有2)個繞組，則開關管為N橋臂結構，實現的是 (N+1)態開關。
在圖2(a)至圖2(c)所示的結構中，二極體可以用開關管代替。兩種結構的區別是 用二極體電流只能單向流動；用開關管電流可以雙向流動，因此可以用在全波功率因數校 正和逆變器電路中。請參閱圖3(a)至圖3(d)，分別為三態開關的工作模態圖。在圖3(a) 至圖3(d)所示的三態開關中，採用開關管代替二極體。圖3(a)和圖3(b)所示的導通狀態 (即一個上管和一個下管同時導通)構成了三態開關的第一種狀態，當使用在三態三電平 PFC電路時就對應了第一模態。相應地，圖3(c)和圖3(d)所示的導通狀態分別對應了三態 開關的第二種狀態(兩個上管同時導通)和第三種狀態(兩個下管同時導通)，即當應用在 三態三電平PFC電路時就對應了第二模態和第三模態。在上述三態開關中，變壓器的一個 同名端和一個異名端相連，這樣流入兩個橋臂的電流是相等的。由於四個開關管的不同導 通組合構成了三種工作狀態，這也是三態開關命名的原則。請參閱圖4(a)至圖4(h)，分別為四態開關的工作模態圖。如圖4(a)至圖4(h) 所示，變壓器的副邊連成三角形結構，這樣做可以使原邊三個繞組中的電流相等，工作原理 與三態開關相似。其中，圖4(a)至圖4(c)中一個上管和兩個下管導通，形成第一狀態。圖 4(d)至圖4(f)中兩個上管和一個下管導通，形成第二狀態。圖4(g)中三個下管導通，形成 第三狀態。圖4(h)中三個上管導通，形成第四狀態。以此類推，(N+1)態開關的結構與四態開關的結構相似，變壓器的繞組數增加到 N，同時開關管的橋臂數也增加到N。多態開關的應用範圍很廣，既可以用在單相電路中也可 以用在三相電路中，既可以用在整流器中也可以用在逆變器中，可以用在升壓結構中也可 以用在降壓結構中，可以在全橋拓撲中用，也可以在半橋拓撲中用。本發明則利用多態開關 的上述特性構成了三態三電平PFC電路和多態三電平PFC電路。請參閱圖5，為本發明三態三電平PFC電路第一優選實施例的電路原理圖。如圖 5所示，本發明首先提供了一種三態三電平PFC電路，該PFC電路包括電感L1、複合三態開 關、第一電容C1和第二電容C2。電感L1連接在交流電源AC第一端與複合三態開關第一端 201之間，複合三態開關第二端202連接在第一電容C1的第一端，複合三態開關第三端203 連接在第二電容C2的第二端，複合三態開關第四端204接地，第一電容C1的第一端、第一 電容C1的第二端和第二電容C2的第二端輸出三電平母線電平來供給負載R1。本發明中採用的複合三態開關包括第一三態開關和第二三態開關，其中第一三態 開關在交流電源信號處於正半周期時工作，第二三態開關在交流電源信號處於負半周期時 工作。如圖5所示，第一三態開關包括變壓器T、第一二極體D1和D3、開關管S1和S2。 其中第一二極體D1和開關管S1構成第一組橋臂。第一二極體D3和開關管S2構成第二組 橋臂。變壓器T的原邊的同名端和副邊的異名端相連作為複合三態開關的第一端201。二 極管D1的陽極與變壓器T的副邊的同名端相連，陰極與複合三態開關第二端202即第一電 容C1第一端相連。開關管S1跨接在變壓器的副邊的同名端與地之間。二極體D3的陽極 與變壓器T的原邊的異名端相連，陰極與複合三態開關第二端202即第一電容C1第一端相 連。開關管S2跨接在變壓器的原邊的異名端與地之間。複合三態開關還包括兩個第二二極體D2和D4。二極體D2的陰極連接至變壓器T 的副邊的同名端，陽極與複合三態開關第三端203即第二電容C2第二端相連。二極體D4的 陰極連接至變壓器T的原邊的異名端，陽極與複合三態開關第三端203即第二電容C2第二端相連。變壓器T、兩個開關管S1和S2、以及二極體D2和D4就構成了第二三態開關。通 過PWM調製來控制開關管的導通和關斷，就可以實現不同模態的輸出。請參閱圖6，為本發明三態三電平PFC電路第二優選實施例的電路原理圖。上述開 關管S1和S2為電流可以雙向流動的反串聯Mosfet，其結構與第一實施例類似，區別僅在於 採用開關管Q1和Q2反串聯來完成開關S1的功能。具體結構如下開關管Q1的漏極與變 壓器T的副邊的同名端相連，開關管Q1的源極和開關管Q2的源極相連，開關管Q2的漏極 與地相連。開關管Q3的漏極與變壓器T的原邊的異名端相連，開關管Q3的源極和開關管 Q4的源極相連，開關管Q4的漏極與地相連。通過對開關管Ql、Q2、Q3和Q4的控制便能對 橋臂的導通狀態進行控制。請參閱圖7(a)、圖7(b)和圖7 (c)、7 (d)，分別為本發明優選實施例中三態三電平 PFC電路的工作模式圖。其中圖7(a)為本發明電路處於正半周期時的工作模式。在該工作 模式中，第一三態開關導通工作。其中開關管S1和S2交錯180度開關，當輸入電壓AC處 於正弦波的正半周期時，電感電流將流經二極體D1、二極體D3或者開關管S1、開關管S2。 當開關管導通時，則電流流過開關管S1和開關管S2，否則電流流經相應橋臂的二極體D1和 二極體D3。圖7(b)為本發明電路處於負半周期時的工作模式。在該工作模式中，第二三態 開關導通工作。當輸入電壓AC處於正弦波的負半周期，電感電流將流經二極體D2、二極體 D4或開關管S1、開關管S2。當開關管導通則電流流過開關管S1和開關管S2，否則電流流 經相應橋臂的二極體D2和二極體D4。圖7(c)、7(d)為開關管S1和S2都關斷時的第三種 工作模式，第一三態開關和第二三態開關各有一個二極體導通。本發明還採用多態開關來實現了多態三電平PFC電路。該多態三電平PFC電路包 括電感、複合多態開關、第一電容和第二電容。電感連接在交流電源第一端與複合多態開 關第一端之間，複合多態開關第二端連接在第二電容的第一端，複合多態開關第三端連接 在第二電容第二端，複合多態開關第四端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第 二電容的第二端輸出三電平電壓。在本發明提供的多態三電平PFC電路的一些優選實施例中，複合多態開關包括 在交流電源輸入信號處於正半周期時工作的第一多態開關和交流電源輸入信號處於負半 周期時工作的第二多態開關。第一多態開關包括具有N個繞組的變壓器，其中N為大於2的整數。變壓器的副 邊N個繞組連成等邊多邊形，變壓器的原邊N個繞組的同名端相連作為複合多態開關第一 端，原邊各繞組之間的電流相等。第一多態開關還包括分別與變壓器的原邊N個繞組的異 名端相連的N組第一二極體和開關管。其中N個第一二極體的陽極分別連接至變壓器的原 邊N個繞組的異名端，N個第一二極體的陰極與第一電容的第一端相連。N個開關管分別跨 接在變壓器的原邊N個繞組的異名端與地之間。複合多態開關還包括N個第二二極體。N個第二二極體的陰極分別連接至變壓器 的原邊N個繞組的異名端，N個第二二極體的陽極與第二電容的第二端相連。因此，變壓器、 N個開關管和N個第二二極體構成第二多態開關。即第一多態開關和第二多態開關共用變 壓器和開關管。上述第一開關管均為可以電流雙向流動的Mosfet、IGBT等開關器件。如採用第一 開關管和第二開關管，將第一開關管的源極和第二開關管的源極相連，第二開關管的漏極
7與地相連。請參閱圖8，為本發明優選實施例中四態三電平PFC電路原理圖。如圖8所示，四 態三電平PFC電路的結構與三態三電平PFC電路結構相似，區別在於，使用了複合四態開 關。複合四態開關同樣包括第一四態開關和第二四態開關。第一四態開關在交流電源輸 入信號處於正半周期時導通工作，其主要包括變壓器T，第一二極體Dl、D3和D5，以及開關 管S1、S2和S3。其中第一二極體D1和開關管S1構成第一組橋臂。第一二極體D3和開關 管S2構成第二組橋臂。第一二極體D5和開關管S3構成第三組橋臂。第一二極體D1、D3 和D5的陽極分別連接到變壓器T的原邊的3個繞組的異名端，陰極與複合四態開關第二端 202相連。開關管S1、S2和S3分別跨接在變壓器T的原邊的3個繞組的異名端與地之間。 通過圖4(a)至圖4(h)的分析可知，第一四態開關能夠實現四態三電平輸出。複合四態開 關還包括兩個第二二極體D2、D4和D6。第二二極體D2、D4和D6的陰極分別連接到變壓器 T的原邊的3個繞組的異名端，陽極與複合四態開關第三端203相連。變壓器T，三個開關 管SI、S2和S3，以及二極體D2、D4和D6就構成了第二四態開關。根據上述四態開關的狀 態變化就能相應得出PFC電路的四個模態，從而實現四態三電平輸出。下面對圖1所示的傳統的三電平PFC電路和圖6所示的三態三電平PFC電路進行 仿真。保持兩電路的負載功率，輸入輸出電壓及輸入電流紋波大小頻率相同進行參數設計 並仿真。請參閱圖9(a)和圖9(b)分別為傳統電路和本發明電路的輸出電壓波形圖，圖 10(a)和圖10(b)分別為傳統電路和本發明電路的輸入電流波形圖。由此可見傳統三電平 PFC和三態三電平PFC的輸出電壓相同，負載相同時，本發明提供的三態三電平PFC電路的 輸入電流小於傳統三電平PFC的輸入電流，可見本發明提供的電路效率更高。請參閱圖11(a)和圖11(b)分別為傳統電路和本發明電路的驅動信號波形圖，圖 12(a)和圖12(b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電流紋波圖。從圖中可見傳統三電 平PFC和三態三電平PFC具有相同頻率的電感電流紋波，而三態三電平PFC開關管的開關 頻率僅為傳統三電平PFC的一半，這也是三態三電平PFC具有更高效率的原因之一。請參閱圖13(a)和圖13(b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電壓波形圖，圖 14(a)和圖14(b)分別為傳統電路和本發明電路的電感電流波形圖。三態三電平PFC的電 感耐壓為傳統三電平PFC的一半，這樣在其他條件相同的情況下，其電感值可以為傳統三 電平PFC的一半，電感體積也減小，同時，三態三電平PFC的電感電流紋波在同一個周期裡 有更多紋波為零點，這也有益於提高電路的PF值和降低THD。請參閱圖15(a)至圖15(c)分別為本發明三態三電平PFC電路在不同佔空比時的 電感電流紋波圖。其中圖15(a)中佔空比大於0.5，圖15(b)中佔空比小於0.5，圖15(c) 中佔空比等於0.5。可見電感電流紋波頻率為開關頻率的兩倍，且電感紋波電流在佔空比為 0. 5時為零。請參閱圖16(a)和圖16(b)分別為傳統電路和本發明電路在開關管組兩端的電壓 波形圖。即圖16(a)為圖1中點101與點102之間的電壓波形圖，圖16(b)為圖6中變壓 器後端與地之間的電壓波形圖。圖16(c)為本發明電路圖6中變壓器T前端201與地的電 壓波形圖。三態三電平PFC電路的變壓器前端到地的電壓則呈現五電平，這也有益於提高 電路的PF值和降低THD。
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從比較結果可以看出如果保持相同的電感電流紋波大小和頻率，本發明三態三電 平PFC的開關頻率只是普通三電平的一半，從而使得多態三電平PFC的開關頻率降低，相應 的效率提高。由於此時多態三電平PFC的電感值也相應減小，電感和變壓器的大小之和並 沒有增加，與傳統的三電平PFC的電感大小基本相同。另外，如果僅保持相同大小的電感電流紋波，採用相同的開關頻率，則多態三電平 PFC的電感電流紋波頻率會成倍增加，此時電感和變壓器的體積會顯著減小。單相三態三電 平PFC的電感值為傳統三電平PFC的1/4，四態三電平PFC的電感值為傳統三電平PFC的 1/9，並且其THD也小於傳統電路。如果應用於三相電路，電感減小會更多。通常的電感設計過程如下設電感值為L，流過電感的最大電流為Io，磁芯的窗口利用率為Kw，導線電流密度 為Jc，最大磁通密度為Bmax，電感所需要的面積乘積為AP。則根據電感的設計原理可以得出 令 可以得出AP = K*LAP是磁芯窗口面積和磁芯截面積的乘積，如果選用相同的K，則電感體積的大小 與電感值成一定的正比例關係，這就是為什麼用多態三電平PFC可以明顯減小電感尺寸的 原因。由此可以看出本發明提供的多態三電平PFC電路可以提高電路特性，並且根據需 要進行設計顯著提高效率或顯著減小無源器件的尺寸。綜上所述，本發明提出一種可以改善電路特性的三態三電平PFC電路以及多態三 電平PFC電路結構，應用該結構的優點如下1)多態三電平PFC變換器不需要專門的均流電路，因為變壓器的副邊可以自然均 流；2)降低無源器件如電容(直流母線電容，濾波電容)和電感(濾波電感，升降壓電 感)的應力；3)減小開關管的導通和開關損耗(相同功率等級下可以使用小開關管)；4)提高系統動態特性；5)提高系統性能，提高功率因數，降低總諧波含量；6)根據需要進行設計可以顯著提高效率或減小無源器件的尺寸。本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發 明範圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對 本發明進行諸多修改而不脫離其保護範圍。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例， 而包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。
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權利要求
一種三態三電平PFC電路，其特徵在於，所述三態三電平PFC電路包括電感、複合三態開關、第一電容和第二電容；所述電感連接在交流電源第一端與複合三態開關第一端之間，複合三態開關第二端連接在第一電容的第一端，複合三態開關第三端連接在第二電容的第二端，複合三態開關第四端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第二電容的第二端輸出三電平電壓。
2.根據權利要求1所述的三態三電平PFC電路，其特徵在於，所述複合三態開關包括 在交流電源輸入信號處於正半周期時工作的第一三態開關和交流電源輸入信號處於負半周期時工作的第二三態開關。
3.根據權利要求2所述的三態三電平PFC電路，其特徵在於，所述第一三態開關包括 變壓器，所述變壓器的原邊的同名端和副邊的異名端相連作為複合三態開關的第一端；兩個第一二極體和兩個開關管；兩個第一二極體的陽極分別連接至變壓器的原邊的異 名端和副邊的同名端，兩個第一二極體的陰極都與第一電容的第一端相連；第一個開關管 跨接在變壓器的原邊的異名端和地之間，第二個開關管跨接在變壓器的副邊的同名端與地 之間。
4.根據權利要求3所述的三態三電平PFC電路，其特徵在於，所述複合三態開關還包 括兩個第二二極體；兩個第二二極體的陰極分別連接至變壓器的原邊的異名端和副邊的 同名端，兩個第二二極體的陽極都與第二電容的第二端相連，所述變壓器、兩個開關管、以 及所述兩個第二二極體構成第二三態開關。
5.一種多態三電平PFC電路，其特徵在於，所述多態三電平PFC電路包括電感、複合 多態開關、第一電容和第二電容；所述電感連接在交流電源第一端與複合多態開關第一端之間，複合多態開關第二端連 接在第一電容的第一端，複合多態開關第三端連接第二電容的第二端，複合多態開關第四 端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第二電容的第二端輸出三電平電壓。
6.根據權利要求5所述的多態三電平PFC電路，其特徵在於，所述複合多態開關包括 在交流電源輸入信號處於正半周期時工作的第一多態開關和交流電源輸入信號處於負半周期時工作的第二多態開關。
7.根據權利要求6所述的多態三電平PFC電路，其特徵在於，所述第一多態開關包括 具有N個繞組的變壓器，其中N為大於2的整數；所述變壓器的副邊N個繞組連成等邊多邊形，所述變壓器的原邊N個繞組的同名端相連作為複合多態開關第一端；分別與變壓器的原邊N個繞組的異名端相連的N組第一二極體和開關管，其中N個第 一二極體的陽極分別連接至變壓器的原邊N個繞組的異名端，N個第一二極體的陰極與第 一電容的第一端相連；N個開關管分別跨接在變壓器的原邊N個繞組的異名端與地之間。
8.根據權利要求7所述的多態三電平PFC電路，其特徵在於，所述複合多態開關還包 括N個第二二極體；所述N個第二二極體的陰極分別連接至變壓器的原邊N個繞組的異名 端，N個第二二極體的陽極與第二電容的第二端相連；所述變壓器、所述N個開關管和所述 N個第二二極體構成第二多態開關。
全文摘要
本發明涉及一種三態三電平PFC電路，包括電感、複合三態開關、第一電容和第二電容，所述電感連接在交流電源第一端與複合三態開關第一端之間，複合三態開關第二端連接在第一電容的第一端，複合三態開關第三端連接在第二電容第二端，複合三態開關第四端接地，第一電容的第一端、第一電容的第二端和第二電容的第二端輸出三電平電壓。本發明還相應提供了一種多態三電平PFC電路。本發明提供的PFC電路與普通的不帶三態開關或多態開關的電路相比，如果保持開關頻率和無源器件上的紋波大小不變電感和電容的尺寸可以顯著減小，同時電路的功率因數提高，總諧波含量降低；如果保持輸入電流紋波頻率和大小不變則可以降低開關頻率，顯著提高電路的效率。
文檔編號H02M1/42GK101860192SQ20101013831
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者孟麗嬋, 弗蘭克·赫爾特, 武志賢 申請人:艾默生網絡能源有限公司