单开关Buck_Flyback功率因数校正变换器

Buck型单开关整合式功率因数校正变换器
文娅;万宇阳;刘雪山;肖剑桥;王海东
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2024(22)1
【摘要】传统的Buck功率因数校正PFC(power factor correction)变换器存在谐波电流大的缺点,限制了其应用范围。

提出并分析了一种Buck型单开关整合式功率因数校正变换器。

该变换器由一个Buck PFC变换器和一个Buck-Boost PFC 变换器通过一个开关管整合而成,简化了控制;同时,采用恒导通时间控制,消除了Buck PFC变换器输入电流的死区;结合Buck和Buck-Boost变换器的优势,在全输入电压范围下可以实现高功率因数和高效率。

介绍并分析了该变换器的电路结构、工作原理、稳态特性以及设计思路,最后,搭建了一台56 W的实验样机,验证了分析结果的正确性。

【总页数】8页(P49-56)
【作者】文娅;万宇阳;刘雪山;肖剑桥;王海东
【作者单位】四川大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM461.4
【相关文献】
1.一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器
2.断续模式单电感双输出Buck功率因数校正变换器
3.临界连续模式单电感双输出Buck功率因数校正变换器
4.一种一
次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正变换器LED驱动电路5.开关电容boost-buck功率因数校正组合开关变换器
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flyback flybuck 组合可以承受高压原理-回复Flyback和Flybuck是两种常见的开关电源拓扑结构，它们在电力转换和电源管理领域被广泛应用。

本文将以"Flyback Flybuck组合可以承受高压原理"为主题，详细介绍这两种拓扑结构的工作原理、特点以及在高压应用中的优势和应用。

第一部分：Flyback拓扑结构Flyback拓扑结构，也被称为反激式变换器，是一种简单且经济的电源转换器。

它由一个能转换能量的开关管（开关管）和一个储能电感组成。

该结构的核心是通过储能电感储存电能，并将其传输到负载。

Flyback拓扑结构的工作原理是：当输入电压施加到开关管上时，它导通，电能储存在储能电感中；当开关管关闭时，储能电感中的电能转移到负载。

开关管的施加周期由控制器控制。

Flyback拓扑结构具有如下特点：1. 简单：Flyback拓扑结构由较少的元件组成，因此成本较低。

2. 隔离性：Flyback拓扑结构的输入和输出之间有一个电气隔离，可以提供更高的安全性。

3. 宽输入电压范围：Flyback拓扑结构可以适应较宽范围的输入电压，使其在多种应用中具有灵活性。

第二部分：Flybuck拓扑结构Flybuck拓扑结构是一种结合了Flyback和Buck两种拓扑结构的电源转换器。

它通过串联工作的开关电流感应器来达到隔离性，并通过脉宽调制器和反馈环路来实现稳定输出。

为了实现高压应用，Flybuck拓扑结构必须进行适当的设计和优化。

一种常见的方法是增加输入电容和输出电容来提高电源性能和筛选电阻。

此外，合适的输入和输出电感、功率开关和控制器的选择也非常重要。

Flybuck拓扑结构的优势和应用：1. 高效性：与传统隔离式拓扑结构相比，Flybuck拓扑结构具有更高的转换效率和功率密度。

2. 简化设计：由于Flybuck拓扑结构的隔离电路通过降压电感的电流传输来实现，因此可以简化设计并减少元件的数量。

功率因数校正原理及相关IC1概述近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。

这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。

在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。

作为限制标准，IEC发布了IEC1000 3 2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。

为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。

2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。

这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I为：I=(1) 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。

谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion)：THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。

脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。

它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如：——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等；——引起电话网噪音；——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭；——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。

功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。

没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。

设电容输入型电路的输入电压e为：e(t)=Em·sinω0t(3)图1电容输入型电路图2电容输入型电路的输入电流,5A/DIV图3输入电压波形发生畸变入电流i为：i(t)=Imk·sin(kω0t)(4)则有效功率Pac为：Pac=e(t)·i(t)dt=Em·Im1/2=E·I1而视在功率Pap为：Pap=E·I因此：PF=Pac/Pap=I1/I=(5)电流波形为图2的电源功率因数只有62.4％。

Flyback转换器电路是由Buck-Boost电路，利用磁性元件耦合的功能衍生而来，所以要探讨Flyback电路，必须先从Buck-Boost电路开始。

一、Flyback电路简介（一）Flyback电路架构Flyback变换器，俗称单端反激式DC－DC变换器，又称为返驰式(Flyback)转换器，或"Buck-Boost"转换器，因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量，因此得名.Flyback变换器是在主开关管导通期间，电路只储存而不传递能量；在主开关管关断期间，才向负载传递能量的一种电路架构。

（1）Flyback变换器理论模型如图。

（2）实际电路结构根据Flyback变压器的同名端绕制方式，有下面两种形式，这两个电路实质上是一样的。

当然，Flyback电路还有其他衍生形式（见附录I）。

（二）Flyback变换器优点（1）电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出的要求。

（2）转换效率高，损失小。

（3）匝数比值较小。

（4）输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在 85～265V 间，无需切换而达到稳定输出的要求。

（三）Flyback变换器缺点（1）输出电压中存在较大的纹波，负载调整精度不高，因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。

（2）转换变压器在电流连续(C.C.M.)模式下工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大。

（3）变压器有直流电流成份，且同时会工作于C.C.M./D.C.M.两种模式，故变压器在设计时较困难，反复调整次数较顺向式多，迭代过程较复杂。

二、Buck －Boost 转换器工作原理所有的导出型转换器都保留其基本转换器的特性；要了解Flyback 转换器，要从其基本转换器Buck －Boost 电路开始。

（一）Buck －Boost 电路组成Buck －Boost 电路由一个开关晶体管，一个功率二极管，一个储能电感和一个输出电容组成，见图1。

flyback flybuck 组合可以承受高压原理解析目录1. 引言1.1 背景和意义1.2 结构概述1.3 目的2. flyback与flybuck工作原理分析2.1 flyback工作原理解析2.2 flybuck工作原理解析3. 高压承受能力分析3.1 flyback的高压承受能力分析3.2 flybuck的高压承受能力分析4. 实例和应用案例讨论5. 结论与展望引言1.1 背景和意义在现代电子设备中，高压电源是非常重要的组成部分。

然而，由于高压电源涉及到对较高电压的变换和调节，因此需要一种可靠而有效的解决方案来应对这些挑战。

flyback和flybuck是两种常见的电源结构，在高压承受能力以及稳定性等方面表现出色。

1.2 结构概述flyback和flybuck都属于开关电源结构，并且具有相似的工作原理。

它们都采用了磁性元件（如变压器）来实现对输入电能的转换和传递。

通过控制开关管的导通和截止状态，可以实现输入电能到输出端的转换。

1.3 目的本文旨在深入分析flyback和flybuck这两种开关电源结构的工作原理，并重点讨论它们在高压承受能力方面的特点。

通过对比研究flyback和flybuck在不同应用场景下的优势和缺陷，为读者提供一个全面了解飞回路与飞佛克组合在高压环境下应用原理的视角。

接下来，我们将在第二部分对flyback和flybuck的工作原理进行详细分析。

2. flyback与flybuck工作原理分析2.1 flyback工作原理解析flyback是一种常见的开关电源拓扑结构，广泛应用于许多应用领域。

它由一个主要开关器件（通常是MOSFET）和一个变压器组成。

其工作基于能量存储和传输的原理。

在正常操作过程中，输入电压被施加到主开关上，并且当主开关导通时，电流通过变压器的初级线圈。

这个过程导致了磁能的存储。

当主开关断开时，初级线圈中的电流无法立即停止，这就使得磁能在变压器中释放。

单相有源功率因数校正电路仿真摘要：传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。

有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。

本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法，通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真，获得了最后校正的功率因数结果，说明这种PFC 方案的能获得良好的效果，适用于多种场合。

关键词：有源功率因数校正，Boost 电路，滞环控制1 绪论功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系。

功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电能利用率越高。

交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形，使其与直流电电压波形尽可能一致，让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的，否则，电力设备系统消耗的电能可能超出其规格，极可能干扰同系统的其他电子设备。

2 功率因数的定义和校正原理根据电工学的基本理论功率因数（PF ）的定义：交流输入有功功率（P ）与视在功率（S ）的比值，用公式表示为：1111cos cos cos rms rmsU I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中：1U 表示输入基波电流有效值；cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数；γ表示输入电流畸变因数；rms I 表示输入电流有效值。

可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定，cos φ小表示用电设备的功率大，在有功功率不变的情况下实在功率增加，线路总电流增大，线路传输压降也将增大，倒是电气设备容量增加，利用率低，导线、变压器绕组损耗大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可以导致电网崩溃。

输入电流即便因数γ值低，表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，使用电设备产生机械振动、噪声、过电压，损坏电子设备。