一种用于便携式B超的功率因数校正电路

技术领域

本发明涉及一种功率因数校正电路，特别涉及一种用于便携式B超的功率因数校正电路。

背景技术

随着医疗电子技术和现代计算机技术的飞速发展，以B超影像为代表的超声成像仪有着无创伤、易操作、效率高、低能耗、环保等显著优点，被广泛应用于医疗临床诊断中。便携B超诊断仪是多技术的高科技产品，其融合了复杂信号处理、微电子技术和超声收发技术等众多先进技术于一体。在临床检测中，如用于心脏、肾脏、肝脏、胆囊、血管系统等的检查，甚至可以进行动态检测，其应用前景非常广阔。

为了降低电源上的无用消耗，提高电池使用效率，便携式B超需要采用功率因数校正电路，降低电流谐波，提高功率因数。现有技术中，传统功率因数校正电路的功率开关管均工作于高频硬开关状态，开关功耗较大，尤其其体二极管反向恢复功耗较大，导致转换效率较低。同时传统功率因数校正电路的总谐波失真较大，已很难满足便携式B超的规格要求。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种用于便携式B超的功率因数校正电路，具备功率因数校正能力，其中开关管在零电流状态下导通，零电压状态下关断，所有二极管实现软开关，降低了开关管和二极管反向恢复损耗和电流损耗，增加了有效功率，提升了电路整体的转化效率，优化了功率因数校正的效果，满足了便携式B超的规格要求。

本发明公开了一种用于便携式B超的功率因数校正电路，包括直流输入电源Vin、开关管Q

直流输入电源Vin的第一端连接第一线圈L1的第一端，第一线圈L1的第二端连接第一电容C1的第一端、二极管整流桥的第一输入端，第一电容C1的第二端连接直流输入电源Vin的第二端和二极管整流桥的第二输入端，二极管整流桥的第一输出端连接第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端、第六线圈L6的第一端，第六线圈L6的第二端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第三电容C3的第二端、第二二极管D2的阴极、第五线圈L5的第一端，第五线圈L5的第二端连接第四电容C4的第一端、第四二极管D4的阴极和变压器的初级线圈L2的第一端，第四电容C4的第二端连接第二二极管D2的阳极和第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第二电容C2的第二端、二极管整流桥的第二输出端、第五二极管D5的阳极和开关管Q1的源极，第四二极管D4的阳极连接第四线圈L4的第一端、第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端连接变压器的初级线圈L2的第二端、开关管Q1的漏极，第四线圈L4的第二端连接第五二极管D5的阴极，开关管Q1的栅极接收开关控制信号，变压器的次级线圈L3的第一端与第六二极管D6的阳极连接，第六二极管D6的阴极连接第六电容C6的第一端、负载R的第一端，变压器的次级线圈L3的第二端连接第六电容C6的第二端，负载R的第二端；

第四线圈L4、第六线圈L6与变压器耦合，第四线圈L4的第一端、第六线圈L6的第二端与变压器的初级线圈L2的第一端、次级线圈L3的第一端互为同名端。

进一步的，第六线圈L6、变压器的初级线圈L2和次级线圈L3的电感值相同，第四线圈L4的电感值、第五线圈L5的电感值小于第六线圈L6的电感值。

进一步的，开关管Q1为MOSFET。

进一步的，功率因数校正电路每个周期的工作过程依次分为六个阶段：第一阶段、第二阶段、第三阶段、第四阶段、第五阶段、第六阶段。

进一步的，第一阶段：开关管Q1零电流导通，整流后的输入电压、第五线圈L5、初级线圈L2、开关管Q1形成电流通路，第四电容C4、初级线圈L2、开关管Q1、第一二极管D1形成电流通路，为初级线圈L2充电，次级线圈L3为负载供电；

同时，第五二极管D5导通，在第四线圈L4和第五电容C5之间形成谐振电流环，第四线圈L4剩余能量继续放电，直至流经第四线圈L4的电流减小至零，使第四二极管D4、第五二极管D5零电流关断。

进一步的，第二阶段：整流后的输入电压、第五线圈L5、初级线圈L2、开关管Q1形成电流通路，第四电容C4、初级线圈L2、开关管Q1、第一二极管D1形成电流通路，为初级线圈L2充电，同时次级线圈L3为负载供电，直至开关管Q1关断。

进一步的，第三阶段：开关管Q1零电压关断；第四二极管D4导通，初级线圈L2、第五电容C5谐振，流经次级线圈L3的电流也同步降低至零，第六二极管D6零电流关断；第六线圈L6反向偏置，第三二极管D3关断，同时第一二极管D1反偏并关断，流经第五线圈L5的电流通过第四电容C4、第二二极管D2形成电流回路，对第四电容C4充电，流经第五线圈L5的电流线性减小。

进一步的，第四阶段：第五线圈L5、第四电容C4、第二二极管D2继续谐振，初级线圈L2、第五电容C5、第四二极管D4继续谐振，流经第五线圈L5、初级线圈L2的电流持续降低；当初级线圈L2的漏感能量完全泄放到第五电容C5后，第四二极管D4零电流关断；同时第六电容C6持续对负载R放电。

进一步的，第五阶段：第五线圈L5、第四电容C4、第二二极管D2继续谐振，流经第五线圈L5降低至零，第二二极管D2零电流关断。

进一步的，第六阶段：开关管Q1和所有二极管关断，第六电容C6持续对负载R放电。

本发明的有益技术效果是：

本发明提供了一种用于便携式B超的功率因数校正电路，具备功率因数校正能力，并通过谐振的方式实现了电压和电流在能量上的转化，开关管在零电流状态下导通，零电压状态下关断，同时所有二极管实现软开关，降低了开关管和二极管反向恢复损耗和电流损耗，增加了有效功率，提升了电路整体的转化效率，优化了功率因数校正的效果，满足了便携式B超的规格要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种用于便携式B超的功率因数校正电路的电路原理图；

图2为第一阶段的电流路径图；

图3为第二阶段的电流路径图；

图4为第三阶段的电流路径图；

图5为第四阶段的电流路径图；

图6为第五阶段的电流路径图；

图7为第六阶段的电流路径图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供了一种用于便携式B超的功率因数校正电路，具备功率因数校正能力，并通过谐振的方式实现了电压和电流在能量上的转化，开关管在零电流状态下导通，零电压状态下关断，同时所有二极管实现软开关，降低了开关管和二极管反向恢复损耗和电流损耗，增加了有效功率，提升了电路整体的转化效率，优化了功率因数校正的效果，满足了便携式B超的规格要求。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明提供的一种用于便携式B超的功率因数校正电路。该功率因数校正电路包括直流输入电源Vin、开关管Q

直流输入电源Vin的第一端连接第一线圈L1的第一端，第一线圈L1的第二端连接第一电容C1的第一端、二极管整流桥的第一输入端，第一电容C1的第二端连接直流输入电源Vin的第二端和二极管整流桥的第二输入端，二极管整流桥的第一输出端连接第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端、第六线圈L6的第一端，第六线圈L6的第二端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第三电容C3的第二端、第二二极管D2的阴极、第五线圈L5的第一端，第五线圈L5的第二端连接第四电容C4的第一端、第四二极管D4的阴极和变压器的初级线圈L2的第一端，第四电容C4的第二端连接第二二极管D2的阳极和第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第二电容C2的第二端、二极管整流桥的第二输出端、第五二极管D5的阳极和开关管Q1的源极，第四二极管D4的阳极连接第四线圈L4的第一端、第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端连接变压器的初级线圈L2的第二端、开关管Q1的漏极，第四线圈L4的第二端连接第五二极管D5的阴极，开关管Q1的栅极接收开关控制信号，变压器的次级线圈L3的第一端与第六二极管D6的阳极连接，第六二极管D6的阴极连接第六电容C6的第一端、负载R的第一端，变压器的次级线圈L3的第二端连接第六电容C6的第二端，负载R的第二端。

第四线圈L4、第六线圈L6与变压器耦合，第四线圈L4的第一端、第六线圈L6的第二端与变压器的初级线圈L2的第一端、次级线圈L3的第一端互为同名端。

进一步的，第六线圈L6、变压器的初级线圈L2和次级线圈L3的电感值相同，第四线圈L4的电感值、第五线圈L5的电感值小于第六线圈L6的电感值。

进一步的，开关管Q1优先为MOSFET。

在本发明的一实施例中，该功率因数校正电路每个周期的工作过程依次分为六个阶段：第一阶段、第二阶段、第三阶段、第四阶段、第五阶段、第六阶段。

第一阶段：开关管Q1零电流导通，此时第四电容C4上的电压VC4作用于初级线圈L2，二极管D1零电流导通，流过初级线圈L2、次级线圈L3的电流从零开始线性增加，第六电容C6被充电，同时第六线圈L6耦合于初级线圈L2，造成第三二极管D3也导通，第六线圈L6对第三电容充电到电压VC4，第五线圈L5上的电压等于整流后的输入电压，流过第五线圈L5的电流从零开始线性增加，此时整流后的输入电压、第五线圈L5、初级线圈L2、开关管Q1形成电流通路，第四电容C4、初级线圈L2、开关管Q1、第一二极管D1形成电流通路，为初级线圈L2充电，同时次级线圈L3为负载供电，流经次级线圈L3的电能一部分来自流过第五线圈L5的电流，另一部分来自第四电容C4。

同时，由于第四线圈L4耦合于初级线圈L2，第五二极管D5导通，在第四线圈L4和第五电容C5之间形成谐振电流环，第五电容C5的电压VC5上升，当电压VC5达到电压VC4时，第四二极管D4零电压导通，第四线圈L4剩余能量继续放电，直至流经第四线圈L4的电流减小至零，使第四二极管D4、第五二极管D5零电流关断。

第二阶段：与第一阶段相同，整流后的输入电压、第五线圈L5、初级线圈L2、开关管Q1形成电流通路，第四电容C4、初级线圈L2、开关管Q1、第一二极管D1形成电流通路，为初级线圈L2充电，同时次级线圈L3为负载供电，直至开关管Q1关断。

第三阶段：开关管Q1零电压关断。初始时刻，第五电容C5的电压VC5等于第四电容C4的电压VC4，此时二极管D4导通，初级线圈L2、第五电容C5谐振，第五电容C5的电压由VC4逐渐转变为负值，流经次级线圈L3的电流也同步降低至零，第六二极管D6零电流关断。第六线圈L6反向偏置，第三二极管D3关断，同时第一二极管D1反偏并关断，流经第五线圈L5的电流通过第四电容C4、第二二极管D2形成电流回路，对第四电容C4充电，流经第五线圈L5的电流线性减小。

第四阶段：与第三阶段相同，第五线圈L5、第四电容C4、第二二极管D2继续谐振，初级线圈L2、第五电容C5、第四二极管D4继续谐振，流经第五线圈L5、初级线圈L2的电流持续降低。当初级线圈L2的漏感能量完全泄放到第五电容C5后，第四二极管D4零电流关断。同时第六电容C6持续对负载R放电。

第五阶段：第五线圈L5、第四电容C4、第二二极管D2继续谐振，流经第五线圈L5降低至零，第二二极管D2零电流关断。

第六阶段：开关管Q1和所有二极管关断，第六电容C6持续对负载R放电。

综上所述，该功率因数校正电路，具备功率因数校正能力，并通过谐振的方式实现了电压和电流在能量上的转化，开关管在零电流状态下导通，零电压状态下关断，同时所有二极管实现软开关，降低了开关管和二极管反向恢复损耗和电流损耗，增加了有效功率，提升了电路整体的转化效率，优化了功率因数校正的效果，满足了便携式B超的规格要求。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。