CN101860190B - 具备功因校正的转换器的元件参数配置方法 - Google Patents
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Abstract
一种具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，其中，该转换器具有一将一输入电力转换为一调变电力的功因校正电路，且该转换器还具有一转换该调变电力形成一输出电力的变压器。本案的方法包括储能电容配置步骤、储能电感配置步骤以及验证步骤。该储能电容配置步骤预先设定一试验电压以及一低于该试验电压的额定母线电压，并依据该试验电压决定储能电容的参数，而且应用该储能电容在转换器中提供该额定母线电压。决定储能电感搭配变压器一次侧线圈在非连续电流模式下工作的电感值，最后验证该功因校正电路的配置是否使功率因数超过0.9。该转换器可选用薄膜电容取代公知电路常用的电解电容，更进一步产生的效果是延长该转换器的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，特别地，涉及一种改变功因校正电路运作特性而达到适用电容值较小的储能电容的方法。
背景技术
电子电路产业中所熟知的功因校正电路(Power FactorCorrection，简称为PFC)是用于改善输入电力功率因数的重要电路，因此主要常见于电源供应器等供电设备，或者内建于各种电气设备的供电电路中；现今常见的功因校正电路包括了双级式以及单级式，虽然双级式可提供较高的功率因数与较低的总谐波失真(totalharmonic distortion)，但单级式可提供较单纯的电路与较低的成本，因此各有其适用的范围，但不论是那一种功因校正电路，其组成元件中必定包括一储能电容(常叫作“bulk capacitor”)用于调节能量；而以单级式功因校正电路为例，其概要电路架构可参阅中国台湾专利公告第561675号“具有缓振电路的功因修正电路”，其中该前案的图1为最基本的功因修正电路架构，由一电感器107、一二极管108、一电容器109以及一开关106所构成，其中该电容器109在功因修正电路中即为一般俗称的储能电容(bulk capacitor)。一输入电路101送入一波动直流电力，该开关106导通时该波动直流电力的功率储存于该电容器109中，同时该电容器109则输出功率至一负载输出端105。该开关106截止时该电感器107则将功率传送至该电容器109，在如此的运作模式下形成一调变电力送至该负载输出端105，该功因修正电路的工作原理为该技术领域具一般知识者所熟知。
然而上述的电源供应器要达到“IEC 1000-3-2”的标准，在母线电压Vbus(bus voltage，亦即主要传送电力的路径上的电压)上的低频涟波(low frequency ripple)必须要小，且为了达到较高的功率因数，上述的母线电压Vbus必须要提高，因此已知技术中只有使用电解电容可以达到上述目的，因而普遍的在功因校正电路中使用电解电容。另一方面，为提高变压器中铁芯的使用率以及单循环控制的稳定度而使该功因校正电路工作于非连续电流模式(discontinuous current mode，DCM)。
上述的电解电容的寿命较短，固态电解电容的寿命在105℃时估计只有几千小时的寿命，而液态电解电容则更低，因此以电解电容作为功因校正电路的储能电容时，该电解电容的使用寿命将直接限制该功因校正电路的使用寿命，以驱动发光二极管的驱动电路为例，由于发光二极管本身至少具有十万小时的寿命，但由于该储能电容的衰减，造成该功因校正电路可能几千小时就已无法工作(该储能电容的平均寿命)，此时铺设该功因校正电路的电路板以及焊接于其上的发光二极管都必须一并更换，使该发光二极管使用还不到其寿命一半的时候就必须连同整个电路板一同废弃，造成额外的浪费与成本增加；通过上述例子可知，公知功因校正电路的寿命受限于该储能电容为必须解决的问题。
发明内容
由于转换器的功因校正电路的寿命受限于该储能电容，因此本案的目的在于提出一种配置转换电路的方法，通过设定转换电路中各元件的关系而达到在保证功率因数满足规范且不变动功因校正电路的电路架构的前提下提高该储能电容的寿命，进而延长转换器寿命的功效
本案为一种具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，其中，该转换器具有将一输入电力转换为一调变电力的功因校正电路，且该转换器还具有一转换该调变电力形成一输出电力输出至一负载的变压器。其中，本案的方法包括一储能电容配置步骤、一储能电感配置步骤以及一验证步骤。其中，该储能电容配置步骤预先设定一试验电压以及一低于该试验电压的额定母线电压，并依据该试验电压决定一储能电容的参数，而且应用该储能电容在转换器中提供该额定母线电压。该储能电感配置步骤则先选定该变压器一次侧线圈的电感值，并决定一储能电感搭配该一次侧线圈在非连续电流模式下工作的电感值，使该转换器的功因校正电路运作在非连续电流模式(discontinuous current mode，DCM)下，最后，验证该功因校正电路的配置是否使功率因数超过0.9。该转换器利用可适配于该试验电压的储能电容供应低于该试验电压的额定母线电压，借此使该储能电容吸收较少的电压波动，并且通过限定该转换器运作于非连续电流模式，进而可使设计者选用电容值较小的电容元件作为储能电容，尤其是可使设计者选用薄膜电容取代公知电路常用的电解电容，更进一步产生的效果是延长该储能电容的寿命，同时也使该转换器的寿命不需受限于该储能电容。
综上所述，本案可使用较小的电容元件作为储能电容，进一步可选用薄膜电容而达到延长功因校正电路寿命的优点。
附图说明
图1为该转换器的电路示意图；
图2为本案的步骤方块图一；
图3为本案的步骤方块图二；
图4为图1的各电路节点波形图；
图5为该母线电压与输出电力的波形图。
具体实施方式
本案为一种具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，请参阅图1，如图所示，该转换器至少具有一功因校正电路3以及一变压器4，其中，该功因校正电路3以非连续电流模式调变一输入电力形成一直流的调变电力，并通过一变压器4转换该调变电力形成一输出电力7输出至一负载。且该转换器整体的电路架构还可包括一连接一电力来源1取得该输入电力的整流电路2以及一连接于该变压器4二次侧线圈的输出单元5，其中，该整流电路2取得该输入电力后将该输入电力调变为波动的直流电，而波动的输入电力送至该整流电路2后端连接的功因校正电路3。该输入电力通过功因校正电路3调变为该调变电力后通过该变压器4，并由该输出单元5取得该变压器4二次侧的感应电力通过稳压、滤波或者阻抗匹配等已知电路而提供该输出电力7以驱动负载。其中，该整流电路2以及该输出单元5的型态以及运作模式为业界所习知，且并非本案所专注的重点，故不再赘述。
上述的功因校正电路3中包括一储能电容32、一储能电感31、一开关元件33以及控制该开关元件33启闭周期的一控制单元6，其中，该开关元件33决定该输入电力流通的方向，也就是决定该储能电容32的充放电周期。该变压器4的一次侧线圈同样需用一开关来决定传送至该二次侧线圈的功率，而在本案的电路示意图中，该功因校正电路3的开关元件33亦可一并控制该变压器4传送的功率，该功因校正电路3与变压器4共享开关元件33的技术已为业界所熟知，故本案亦不再详细解释其运作。该储能电容32及该储能电感31的参数对功率因数的影响极显著，因此本案提出这些元件参数的配置方法，其中，该方法包括了多个步骤，步骤一：储能电容配置步骤，该步骤即预设定一试验电压以及一低于该试验电压的额定母线电压，并依据该试验电压决定该储能电容32的参数(如图2所示的流程一100)，且应用该储能电容32提供该额定母线电压；步骤二：储能电感配置步骤，选定该变压器4一次侧线圈的绕圈数，并决定一储能电感31搭配该一次侧线圈在非连续电流模式下工作的电感值(如图2所示的流程二200)；步骤三：验证步骤，即依据额定输出规格配置输出单元5(如图2所示的流程三300)，并验证该转换器运作的功率因数是否大于0.9(如图2所示的流程四400)；若否，则回到步骤一调整该储能电容32的参数，若验证该转换器运作的功率因数大于0.9，则继续依据安规或者客户需求而配置其它电路单元(如图2所示的流程五500)，在此所述的其它电路单元如保护电路、发光二极管灯号及相关电路、接地线路等等，流程五500所述的其它电路单元为设计转换器(或电源供应器)业者所公知的技术，不再赘述。
在设计转换器的公知过程中，设计者必然预先设定该功因校正电路3的额定母线电压(一般较常见该额定母线电压为380V)，并配置耐压值为该母线电压的公知储能元件，使该公知储能元件输出的调变电力恰好可稳定的到达设定的母线电压，在此必须再次定义清楚该母线电压是一电压位准，而该功因校正电路3输出调变电力的平均电压需升压到达该母线电压的位准。
本案的步骤一另设定一高于该额定母线电压的试验电压，并依据该试验电压的电压值来决定该储能电容32的参数，由该试验电压决定的储能电容32再应用于该转换器中，利用该控制单元6切换该开关元件33运作而使该储能电容32充电并输出到达该母线电压的调变电力。由于步骤一是通过较高的试验电压决定该储能电容32，因此该储能电容32所输出的调变电力会有些微波动，代表该储能电容32吸收较少的输入电力波动，因此可选用电容值较小的电容元件作为储能电容32。而步骤二中设定该储能电感31的电感量需搭配该变压器4一次侧的绕匝数，而使该功因校正电路3运作于非连续电流模式，其中，该储能电感31的电感量决定了通过该储能电感31的电流变动速度，且通过该变压器4一次侧线圈的绕圈数亦影响着电流上升与下降的速度，故先选定该变压器4一次侧线圈的绕圈数，再以工作于非连续电流模式为目标而选定该储能电感31的电感值(即图2中的流程二200)。此时请先参阅图1与图4，图4为图1中各电节点的波形图，电流itp、电流its分别代表流过该变压器4一次侧、二次侧线圈的电流，亦即该变压器4一次侧、二次侧功率传输的过程，而特别需指出的是，电流ilb为流经该储能电感31的电流，在每一个完整的工作周期之中电流ilb在上升后必定下降到零以后才会再开始下一个周期，而满足工作在非连续电流模式的需求。而该变压器4一次侧线圈选定后需考虑到该变压器4的变压比而决定变压器4的二次侧线圈，该变压器4的二次侧线圈则连接必要的输出单元5，进一步提供稳定的输出电力7。但，如此功因校正电路3的配置更需通过验证，判断该转换器的功率因数是否大于0.9，若否则回到步骤一重新决定储能电容32的参数；若该转换器的功率因数大于0.9则可继续配置其它电路单元(如图2所述的流程五500)。
在上述的配置方法中还可插入附加步骤，以使该转换器的设计更加完善，其中，上述各步骤中还可包括一母线电压验证步骤，该母线电压验证步骤在步骤一之后，在选定该储能电容32后判断该储能电容32输出的调变电力电压是否高于该输入电力电压，若是，则继续执行步骤二；若否，则回到步骤一重新决定适当的储能电容32。而步骤二之后还包括一控制回路设计步骤，该控制回路设计步骤设计该控制回路提供一提高低频增益手段以抑制该功因校正电路3输出的低频成分。上述各步骤的实施流程请参阅图3所示，其中流程一100决定该储能电容32参数后接续一附加步骤一101以验证该储能电容32提供的母线电压是否高于该输入电力的电压，若未高于该输入电力电压则回到前一步骤重新决定该储能电容32的参数；若验证母线电压高于输入电力的电压则继续决定储能电感31的参数、配置该变压器4一次侧、二次侧的绕圈数以及配置该输出单元5(如图3中的流程二200、流程三300)。而流程三300后则接续一附加步骤二301配置该控制电路6，且使该控制电路6提高低频增益，最后则验证功率因数是否大于0.9(如图3中的流程四400)，并依据验证结果而重新回到步骤一或继续配置其它电路单元(如图3中的流程五500)。
采用上述方法配置功因校正电路3的各元件后，由于该储能电容32的参数是依据该试验电压而决定的，且该试验电压高于设定的母线电压。而该功因校正电路3所产生的调变电力与输入电力的波形图可参阅图5，其中Vin_ac代表输入电力，在本图中明显可见该输入电力为交流电，而通过该整流电路2进入该功因校正电路3后所输出的调变电力可见于图5中的Vcb，该调变电力的平均值皆到达该母线电压(Vcb_ave)，该母线电压必需高于该输入电力的电压。其中，由于步骤一是通过较高的试验电压决定该储能电容32的，因此该储能电容32所输出的调变电力会有些微波动，代表该储能电容32吸收较少的输入电力波动，因此可选用电容值较小的电容元件作为储能电容32。尤其是可使设计者选用薄膜电容取代公知电路常用的电解电容，更进一步产生的效果是延长该储能电容32的寿命，同时也使该转换器的寿命不需受限于该储能电容32。
综上所述，上述的方法可使该转换器使用电容值较小或是寿命较长的电容器(如薄膜电容)作为功因校正电路3的储能电容32。而上述的方法可应用在转换器(converter)、适配器(adapter)或电源供应器(power supply)中，且特别适用于发光二极管光源的驱动点灯电路中。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的些许更动与润饰，皆应涵盖于本发明中，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (4)
1.一种具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，所述转换器具有以非连续电流模式调变一输入电力形成一直流的调变电力的功因校正电路(3)，并通过一变压器(4)转换所述调变电力形成一输出电力(7)输出至负载，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：储能电容配置步骤，预设定一试验电压以及一低于所述试验电压的额定母线电压，并依据所述试验电压决定一储能电容(32)的参数，且应用所述储能电容(32)提供到达所述额定母线电压的调变电力；
步骤二：储能电感配置步骤，即选定所述变压器(4)的一次侧线圈的绕圈数，并决定一储能电感(31)的电感值搭配所述一次侧线圈在非连续电流模式下工作；
步骤三：验证步骤，即依据额定输出规格配置所述变压器(4)的二次侧线圈与连接所述二次侧线圈的输出单元(5)，并验证所述转换器运作的功率因数是否大于0.9；若否，则回到步骤一调整所述储能电容(32)的参数。
2.根据权利要求1所述的具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，其特征在于，所述储能电容配置步骤后还包括一母线电压验证步骤，判断选定所述储能电容(32)输出所述调变电力的母线电压是否高于所述输入电力的电压，若是，则继续所述储能电感配置步骤；若否，则回到所述储能电容配置步骤。
3.根据权利要求1所述的具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，其特征在于，所述储能电感配置步骤后还包括一控制回路设计步骤，并使所述控制回路提供一提高低频增益手段以抑制所述功因校正电路(3)输出的低频成分。
4.根据权利要求1所述的具备功因校正的转换器的元件参数配置方法，其特征在于，所述额定母线电压的位准高于所述输入电力的电压。
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Citations (2)
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Patent Citations (2)
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| CN201146458Y (zh) * | 2007-09-07 | 2008-11-05 | 马丽娟 | 低噪声的无桥单极隔离变换器 |
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