一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器技术领域：
本发明涉及AC/DC变换领域，尤其涉及一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC
变换器。
背景技术：
随着全球能源危机和环境污染的日益严重，太阳能、风能、海洋能等可再生能源越
来越受到全世界的关注。波浪能是海洋能的一种形式，合理有效利用波浪能对解决能源危
机、保护环境具有重要意义。磁流体发电机是一种将波浪能转化为电能的装置，然而，磁流
体发电机输出的电能功率因数低，且其输出电压低、输出电流大，在实际应用中需要一种高
增益的无桥PFC变换器对其进行升压和功率因数校正。
传统的无桥PFC变换器可以实现升压以及功率因数校正的功能，但是只有在极限
占空比的条件下才能输出较高的电压。为了达到较高的输出母线电压，会导致占空比一直
处在极限状态，极限占空比会带来一系列的不利影响：较大的电流纹波、变换器更易受寄生
参数的影响、输出电压达不到预设值、同时导通损耗增加导致变换器效率降低。在输入电压
较低、输入电流较大的情况下，传统无桥PFC的二极管导通损耗所占的比例增加，也会导致
变换器效率降低。
为了解决上述的问题，本发明提出了一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC
变换器。
发明内容：
本发明针对传统无桥PFC变换器的电压增益不高、高增益时无桥PFC变换器一直工
作于极限占空比状态、输入输出电流纹波大等问题，提出了一种用于低压大电流场合的高
增益无桥PFC变换器，解决了传统无桥PFC应用在高增益场合所遇到的问题，且该变换器结
构简单，损耗低，效率高。
本发明采用如下技术方案：一种用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，包
括带有第一绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第
一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入
交流电源Vin的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功
率开关管S3的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极
和第二辅助开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源
Vin的另一端分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另
一端分别与第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。
进一步地，当输入交流电源Vin在正半周时，第一主功率开关管S3的漏源极之间承
受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断；当工作在交流正半周时，耦合电感的
第一绕组L1、第二绕组L2、第一辅助开关管S1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共
同组成一个高增益Boost PFC回路。
进一步地，当输入交流电源Vin在负半周时，第二主功率开关管S4的漏源极之间承
受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断；当工作在交流负半周时，耦合电感的
第一绕组L1、第二绕组L2、第二辅助开关管S2、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共
同组成一个高增益Boost PFC回路。
进一步地，当输入交流电源Vin在正半周时，第二主功率开关管S4处于一直导通的
状态，第二辅助开关管S2处于一直关断的状态；当输入交流电源Vin在负半周时，第一主功率
开关管S3处于一直导通的状态，第一辅助开关管S1处于一直关断的状态，即在输入交流电源
Vin正负半周时，均有一个桥臂的开关频率与输入交流电源Vin的频率相同。
进一步地，所述高增益无桥PFC变换器包含一个升压耦合电感，匝比为N＝N2：N1，其
中N1为耦合电感的第一绕组L1的匝数，N2为耦合电感的第二绕组L2的匝数。
进一步地，所述高增益无桥PFC变换器使用第一辅助开关管S1，第二辅助开关管S2
代替二极管，采用同步整流策略。
本发明具有如下有益效果：本发明在传统的无桥PFC变换器的基础上，使用耦合电
感代替升压电感，提升升压效果，解决了在高增益条件下，变换器工作于极限占空比的问
题；同时，本发明使用两个辅助开关管代替二极管，采用同步整流策略，降低了导通损耗，提
高了变换器效率。
附图说明：
图1为用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器拓扑结构图。
图2为功率开关管S1、S2、S3、S4的驱动波形图。
图3(a)、图3(b)分别是图1所示电路在输入交流电压Vin正半周时第一主功率开关
管S3开通和关断时的工作模态图。
图4(a)、图4(b)分别是图1所示电路在输入交流电压Vin负半周时第二主功率开关
管S4开通和关断时的工作模态图。
图5为本发明又一实施例的高增益无桥PFC变换器。
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。
如图1所示，本发明用于低压大电流场合的高增益无桥PFC变换器，包括带有第一
绕组L1、第二绕组L2的耦合电感，第一主功率开关管S3，第二主功率开关管S4，第一辅助开关
管S1，第二辅助开关管S2和电容Co，所述耦合电感的第一绕组L1的同名端与输入交流电源Vin
的一端连接，第一绕组L1的异名端分别与第一辅助开关管S1的源极和第一主功率开关管S3
的漏极连接；耦合电感的第二绕组L2的同名端分别与第一辅助开关管S1的漏极和第二辅助
开关管S2的漏极连接，第二绕组L2的异名端与负载的一端连接；输入交流电源Vin的另一端
分别与第二辅助开关管S2的源极和第二主功率开关管S4的漏极连接；负载的另一端分别与
第一主功率开关管S3的源极和第二主功率开关管S4的源极连接。
本发明在传统的无桥PFC变换器的基础上做出改进，将耦合电感应用到无桥PFC拓
扑上，利用耦合电感的升压特性实现输出电压的高增益。所述的带有两个绕组L1、L2的耦合
电感在工作时，低压交流输入端的能量存储在第一绕组L1，在耦合电感释放能量阶段，储存
在第一绕组L1的部分能量瞬间转移到第二绕组L2上，并共同向负载和输出电容Co传递能量。
因为本发明采用的是同向耦合电感，所以能够起到提升输出电压的作用，并且耦合电感的
引入可以减小两个主功率开关管S3、S4和两个辅助开关管S1、S2的电压应力。由于输入电压
较低、输入电流较大，所以本发明将传统无桥PFC变换器中的二极管替换为开关管，减小其
导通损耗，提高变换器的效率。
如图2所示为功率开关管S1、S2、S3、S4的驱动波形图，其中g1为开关管S1的驱动信
号，g2为开关管S2的驱动信号，g3为开关管S3的驱动信号，g4为开关管S4的驱动信号。
如图3(a)、图3(b)所示，当输入交流电源Vin在正半周时，第二辅助开关管S2一直关
断；第一主功率开关管S3的漏源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；当工作在交流正半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第一辅助开关管
S1、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益Boost PFC回路。当第一
主功率开关管S3开通时，第一辅助开关管S1关断，电流经过耦合电感的第一绕组L1、第一主
功率开关管S3、第二主功率开关管S4，为第一绕组L1储能，第二绕组L2感应电压，但没有电
流，输出电容Co向负载供电；当第一主功率开关管S3关断时，第一辅助开关管S1开通，电流经
过耦合电感的第一绕组L1、第一辅助开关管S1、耦合电感的第二绕组L2，向输出电容Co和负
载提供能量，其中耦合电感的第一绕组L1的部分能量瞬间转移到耦合电感的第二绕组L2。
如图4(a)、图4(b)所示，当输入交流电源Vin在负半周时，第一辅助开关管S1一直关
断；第二主功率开关管S4的漏源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；当工作在交流负半周时，耦合电感的第一绕组L1、第二绕组L2、第二辅助开关管
S2、第一主功率开关管S3、第二主功率开关管S4共同组成一个高增益Boost PFC回路。当第二
主功率开关管S4开通时，第二辅助开关管S2关断，电流经过耦合电感的第一绕组L1、第二主
功率开关管S4、第一主功率开关管S3，为第一绕组L1储能，第二绕组L2感应电压，但没有电
流，输出电容Co向负载供电；当第二主功率开关管S4关断时，第二辅助开关管S2开通，电流经
过耦合电感的第一绕组L1、第二辅助开关管S2、耦合电感的第二绕组L2，向输出电容Co和负
载提供能量，耦合电感的第一绕组L1的部分能量瞬间转移到耦合电感的第二绕组L2。
因此，当输入交流电源Vin在正半周时，第二主功率开关管S4处于一直导通的状态，
第二辅助开关管S2处于一直关断的状态；当输入交流电源Vin在负半周时，第一主功率开关
管S3处于一直导通的状态，第一辅助开关管S1处于一直关断的状态，即在输入交流电源Vin
正负半周时，均有一个桥臂的开关频率与输入交流电源Vin的频率相同。
如图5所示为本发明的另一实施例，为一种用于低压大电流场合的高增益双二极
管无桥PFC变换器，包括：一个带有两个绕组的耦合电感、两个主功率开关管，两个辅助开关
管、两个二极管和一个输出电容。与第一个实施例相同，也采用耦合电感来实现输出电压的
高增益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的
保护范围。