CN105024534B - 具功率因数修正的转换器电路 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种具功率因数修正的转换器电路。该具功率因数修正的转换器电路包括交流电压源、双向开关电路、第一单向电路、第一储能电路、第二单向电路、第二储能电路与输出电路。当双向开关电路于导通与非导通状态之间切换时,可使交流输入电流对第一储能电路与第二储能电路中的至少之一进行充电以储能。或者,第一储能电路与第二储能电路中的至少之一对输出电路进行释能。

Description

具功率因数修正的转换器电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电源转换器,特别涉及一种提升电源转换效率且抑制输入涌浪电 流的具功率因数修正的转换器电路。
背景技术
[0002] 近年,开关电源供应器正在急速的发展,并在电子产品里扮演着极重要角色,开关 电源供应器和传统式的电源供应器比较起来,具有稳定、精简以及较高效率等优点。在环保 节能日受重视的情况下,交流隔离型交换式电源供应器在效率上的改善,有朝着次级侧同 步整流控制以及初级侧功率因数修正拓扑应用的趋势发展。
[0003] 电气用品使用直流电压的场合很多,但由于市电供电端为交流电压,需要进行交-直流转换。为了降低电力系统的虚功率,减少电流谐波造成系统干扰,许多电气用品被要求 具有高功率因数与低电流谐波,因此功率因数修正器(Power Factor Corrector,PFC)被广 泛地使用着。常用的功率因数修正电路依是否具有主动开关元件而分为被动式与主动式两 大类。此两类电路虽各有其优点,但仍分别有电流谐波特性较差、转换效率较低、储能元件 体积较大或控制方式复杂较难实现等缺点存在。
[0004] 近年,具有桥式整流器的功率因数修正器由于整流二极管的高顺向导通压降,已 成为高效性AC-DC电源转换器的主要损耗之一。在现有技术下,会使用金氧半场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,M0SFET)来取代整流二极管做 为普遍的实现方式。然而,传统升压型无桥PFC的高输出电压会造成后级DC-DC电源转换器 需承受较高的电压应力,需要额外的电路来控制输入涌浪电流,如此反而形成电源管理上 的问题并增加成本。为解决此类问题,进一步使用降压型PFC电路,又存有输入电流具有一 个严重的零交越失真(Zero Crossing Distortion,ZCS)或称死区(dead zone)的问题,进 而产生总谐波失真且功率因数降低等问题。
发明内容
[0005]有鉴于此,本发明提出一种具功率因数修正的转换器电路,特别是一种无桥式拓 扑设计,能够防止交流输入电压过高而造成输出电容损坏,并可增加交流输入电压的范围。 此外,能够降低电压应力、提高寿命、增加电源转换效率并能控制输入涌浪电流,抑制插拔 电源时的电弧。
[0006]本发明在一实施例中,可通过电感之间的耦合效应来消除零交越失真,以降低㊁ 谐波失真的现象与提高功率因数。 / U
[0007]本发明提供一种具功率因数修正的转换器电路,用以将交流输入电压转换为直流 输出电压,其包括交流电压源、双向开关电路、第一单向电路、第一储能电路、第二单向电 路、第二储能电路与输出电路。交流电压源用以输出交流输入电压与交流输入电流^双向开 关电路电连接交流电压源一端,所述双向开关电路接收第一控制信号与第二控制信号,且 能抑制输入涌浪电流。第一单向电路一端电连接双向开关电路。第一储能电路一端I连接 第一单向电路,所述第一储能电路用以储能。第二单向电路一端电连接第一单向电路的另 一端,第二单向电路的另一端电连接交流电压源另一端。第二储能电路一端电连接第二单 向电路的另一端,第二储能电路的另一端电连接第一储能电路另一端,所述第二储能电路 用以储能。输出电路一端电连接第一单向电路的另一端,输出电路另一端电连接第一储能 电路的另一端,其中输出电路用以输出直流输出电压。
[0008]当双向开关电路为导通与非导通状态之间切换时,可使交流输入电流充电至第一 储能电路与第二储能电路中的至少之一以储能,或者,第一储能电路与第二储能电路中的 至少之一对输出电路进行释能。
[0009]综上所述,本发明实施例提出的具功率因数修正的转换器电路,当交流输入电压 为弦波且双向开关电路为导通状态时,交流输入电流对第一储能电路与第二储能电路中的 至少之一进行充电并以磁能形式来储能,当交流输入电压为弦波且双向开关电路为非导通 状态时,第一储能电路与第二丨^能电路中的至少之一对输出电路进行释能。据此,具功率因 数修正的转换器电路能够防止父流输入电压过高而造成输出电容损坏,并可增加交流输入 电压的范围。此外,能够降低元件的电压应力、提高电器元件寿命并且增加电源转换效率。 再者,具功率因数修正的转换器电路能够控制输入涌浪电流,且抑制插拔电源时的电弧。 [0010]为使能更进丨步了解本发明的特征及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说 明与附图,但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明,而非对本发明的权利范围作 任何的限制。
附图说明 _
[0011]图1为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的模块示 意图。
[0012] 图2为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的细部电 路示意图。
[0013] 图3为根据本发明示例性实施例所绘示的关于具功率因数修正的转换器电路的电 压与电流的信号波形图。 _
[0014] 图4与图5为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的 交流输入电压为弦波正半波的电路^言号行动图。
[0015] 图6与图7为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的 交流输入电压为弦波负半波的电路信号行动图。
[0016]图8为根据本发明不例性头施例所绘不的具功率因数修正的转换器电路的功率因 数修正的模拟图。 一
[0017]图9为根据本发明示例性再一实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的细 部电路示意图。 > _
[0018]图1〇与图11为根据本发明不^性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路 的交流输入电压为弦波正半波的电信号行动图。
[0019]图I2与图I3为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路 的交流输入电压为弦波负半¥的电路彳目号行动图。
[0020]图14为根据本发明不例性更一头施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的 细部电路示意图。
[0021]图1S与图I6为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器申路 的交流输入电压为弦波正半波的电路信号行动图。
[0022]图17与图18为根据本发明示例性实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路 的交流输入电压为弦波负半波的电路信号行动图。
[0023] 附图标记说明:
[0024] 100、200、900、1400:转换器电路 L1:第一电感
[0025] 110:交流电压源 L2:第二电感
[0026] 120:双向开关电路 L3:第三电感
[0027] 130:第一单向电路 L/t:第四电感
[0028] 140:第一储能电路 L5:第五电感
[0029] 150:第二单向电路 L6:第六电感
[0030] 160:第二储能电路 Lm1:第一激磁电感
[0031] 170:输出电路 Lm2:第二激磁电感
[0032] 0):输出电容 Lm3:第三激磁电感
[0033] CS1:第一控制信号 Lm4:第四激磁电感
[0034] CS2:第二控制信号 Ro:输出电阻
[0035] Di:第一飞轮二极管 Vac:交流输入电压
[0036] Du第二飞轮二极管 VD1:导通电压
[0037] D3:第三飞轮二极管 VD2:导通电压
[0038] D4:第四飞轮二极管 Vdsi:导通电压
[0039] S1:第一功率开关 VDS2:导通电压
[0040] S2:第二功率开关 VL1:电感电压
[0041] n、T2:时间 vL2:i感电压
[0042] Iac:交流输入电流 Vl3:电感电压
[0043] Ili:电感电流 Vl4:电感电压
[0044] IL2:电感电流 Vo:直流输出电压
具体实施方式
[0045]功率因数修正拓扑的应用面有向无桥式设计的方向发展的趋势。无桥式功率因数 修正电路拓扑顾名思义就是将传统桥式整流与功率因数修正分开控制的电路拓扑改变为 共用结构的电路拓扑,以此节省桥式整流顺向压降损失以提升电源供应器效率。
[0046]以下将以多种实施例配合说明书附图来说明所述具功率因数修正功能的转换器 电路,然而,下述实施例及其中使用术语第一、第二等来描述各种元件,术语「及/或」包括相 关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合,使本发明更详尽、清楚且完整,但不应 解释为限制于本文中所阐述的实施例。
[0047]〔无桥式功率因数修正电路的实施例〕
[0048]请参照图1,为本发明示例性实施例的具功率因数修正的转换器电路的模块示意 图,本公开内容提出一种用以将交流输入电压VAC转换为直流输出电压Vo (交-直流转换)的 具功率因数修正的转换器电路(Power Factor Correction,PFC)100。相较于现有技术,本 发明减少一,全桥整流二极管(二极管会产生导通损失而影响整体转换效率)以减少使用 元件并且提高整体电源转换器的效率,换言之,其可减少电流流经的二极管数量,有效降低 整流过程中因为二极管所导致的压降与耗损。此外,本公开内容的具功率因数修正的转换 器电路100能够通过双向开关电路120来抑制输入涌浪电流(inrush current)。
[0049]如图1所示,具功率因数修正的转换器电路100包括交流电压源110、双向开关电路 12〇、第一单向电路130、第一储能电路140、第二单向电路150、第二储能电路160与输出电路 170。交流电压源110用以输出交流输入电压Vac与交流输入电流lAC。双向开关电路12〇 一端 电连接交流电压源110—端,双向开关电路120接收第一控制信号CS1与第二控制信号CS2, 且受控制而可于第一状态或第二状态之间切换,本案实施例中第一、二状态可为导通状态 或非导通状态之一,但并不局限于此,并且能抑制输入涌浪电流。第一单向电路13〇 一端电 连接双向开关电路120的另一端,所述第一单向电路13〇用以避免回复电流的产生。第一储 能电路140—端电连接第一单向电路130,所述第一储能电路14〇用以储能,在一实施例中, 第一储能电路140为用以储存磁能。第二单向电路15〇 一端电连接第一单向电路13〇的另一 端,第二单向电路150的另一端电连接交流电压源no的另一端,第二单向电路15〇用以避免 回复电流的广生。第二储能电路16〇—端电连接第二单向电路15〇的另一端,第二储能电路 160的另一端电连接第一储能电路140的另一端,所述第二储能电路160用以储能,并且在一 实施例中,第二储能电路ieo用以储存磁能。输出电路1?0—端电连接第一单向电路130的另 一端,输出电路170的另一端电连接第一储能电路14〇的另一端,其中输出电路170用以输出 直流输出电压Vo。据此,当双向开关电路120为第一与第二状态之间切换时,可进行储能,或 者,进行释能。
[0050]进一步来说,在本实施例中,当交流输入电压VAC为弦波正半波并且双向开关电路 120为导通状态时,交流电压源110所输出的交流输入电流lAC会对第一储能电路14〇与第二 储能电路16〇中的至少之一进行充电以储能(例如以磁能形式储存),当交流输入电压Vac为 弦波正半波且双向开关电路12〇为非导通状态时,第一储能电路140与第二储能电路16〇中 的至少之一会对输出电路170进行释能。另一方面,当具功率因数修正的转换器电路1〇〇的 $流输入电压VAC为弦波负半波且双向开关电路丨加为导通状态时,交流电压源u〇所输出的 交流输入电流Iac会对第一储能电路140与第二储能电路160中的至少之一进行充电以储能, 当具功率因数修正的转换器电路1〇〇的交流输入电压Vac为弦波负半波且双向开关电路12〇 为非导通状态时,第一储能电路140与第二储能电路16〇中的至少之一对输出电路17〇进行 释能。
[0051]为了更详述本发明具功率因数修正的转换器电路100的运行流程,将举多个实施 例进一步说明。并描述不同于上述图1实施例部分,省略描述相同之处。
[0052]〔无桥式功率因数修正电路的另一实施例〕
[0053^请参照图2,为本发明另一示例性实施例的具功率因数修正的转换器电路的细部 电路不意图。与上述图1实施例不同的是,本实施例的具功率因数修正的转换器电路可以是 一种无桥式PFC电路(Boost-Buck PFC Circuit)。如图2所示,双向开关电路120包括第一功 率开关S1与第一功率开关S2。第一单向电路130包括第一飞轮二极管01。第二单向电路150 包括第二飞轮二极管D2。输出电路170包括输出电阻rq与输出电容Cq。第一储能电路140包括 第一电感Li与第一激磁电感Lml,第二储能电路160包括第二电感L2与第二激磁电感Lm2。第一 功率开关S1与第二功率开关S2分别具有第一本体二极管(body diode)与第二本体二极管, 并且导通电压分别为Vdsi与VDS2。再者,第一飞轮二极管Di与第二飞轮二极管D2的导通电压分 别为Vdi与VD2。
[OO54]第一功率开关S1的栅极接收第一控制信号CS1,第一功率开关S1的漏极连接交流 电压源110的一端。第二功率开关S2的栅极接收第二控制信号CS2,第二功率开关S2的源极 连接第一功率开关S1的源极,第二功率开关S2的漏极连接第一单向电路130的一端。第一飞 轮二极管口:的阳极连接第二功率开关S2的漏极,第一飞轮二极管〇:的阴极连接第二单向电 路150的一端。第二飞轮二极管D2的阳极连接该交流电压源110的另一端,第二飞轮二极管D2 的阴极连接第一飞轮二极管D1的阴极。输出电阻Rq的一端连接第二飞轮二极管D2的阴极,输 出电阻Ro的另一端连接第一储能电路140的另一端,并且输出电阻R〇的两端产生直流输出电 压Vq。输出电容Co的一端连接第二飞轮二极管D2的阴极,输出电容Co的另一端连接第一储能 电路140的另一端。第一电感U—端连接第一飞轮二极管Di的阳极,第一电感U的另一端连 接输出电阻Rq的另一端并且具有流入结点。第一激磁电感Ui并联连接第一电感U。第二电 感L2—端连接第二飞轮二极管D2的阳极并且具有流出结点,第二电感L2的另一端连接输出 电阻Rq的另一端。第二激磁电感Lm2并联连接第二电感L2。第一电感1^与第二电感L2为不同的 绕组并且共用同一根铁芯,以形成一变压器的组态。因此,在本实施例中,第一电感U与第 二电感L2之间具有互感或耦合效应,并通过耦合效应来消除零交越失真,以降低总谐波失 真的现象与提高功率因数。
[0055] 在本实施例中,第一功率开关S1根据第一控制信号CS1的电平来决定导通或非导 通状态,第二功率开关S2根据该第二控制信号CS2的电平来决定导通或非导通状态。第一功 率开关S1与第二功率开关S2的组态为背对背双向开关,并且皆为N型金属氧化半导体晶体 管(Metal-oxide-semiconductor transistor)。再者,第一激磁电感Lmi与第二激磁电感Lm2 用以储能,例如储存磁能。
[0056]接下来进一步说明具功率因数修正的转换器电路200的工作原理。
[0057] 请同时参照图3、图4与图5,图3为根据本实施例所绘示的关于具功率因数修正的 转换器电路的电压与电流的信号波形图。图4与图5为根据本实施例所绘示的具功率因数修 正的转换器电路的交流输入电压为弦波正半波的电路信号行动图。在时间T1期间,当交流 输入电压VAC为弦波正半波并且第一功率开关S1及第二功率开关S2为导通状态时,交流输入 电流Iac会依序流经第一功率开关S1、第二功率开关S2、第一激磁电感Lml与第二激磁电感Lm2 的路径来对第一激磁电感Lml与第二激磁电感Lm2进行充电(如图4所示),其中第一电感^与 第二电感1^2分别具有电感电压VL1与VL2。同样在时间T1期间,当交流输入电压VAC为弦波正半 波并且第一功率开关S1及第二功率开关S2为非导通状态时,第二激磁电感Udl过第二飞轮 二极管D2对输出电阻Rq与输出电容Co进行释能(以双倍电感电流Il2),其中第一电感U通过 耦合效应对第二电感1^进行释能(如图5所示)。
[0058] 请同时参照图3、图6与图7,图6与图7为根据本实施例所绘示的具功率因数修正的 转换器电路的交流输入电压为弦波负半波的电路信号行动图。在时间T2期间,当交流输入 电压Vac为弦波负半波且第一功率开关S1及第二功率开关S2为导通状态时,交流输入电流 Iac会依序流经第二激磁电感Lm2、第一激磁电感1^、第二功率开关S2与第一功率开关S1的路 I弟一微嫩电感Lml与苐二激磁电感1™2进行充电(如图6所示)。同样在时间T2期间,当 父流输入电压Vac为弦波负半波且第一功率开关31及第二功率开关82为非导通状态时,第一 激磁电感Lml,通过第一飞轮二极管仏对输出电阻Rq与输出电容(^进行释能(以双倍电感电 流2i),其中第二激$电感Lm的释能方式为通过第二电感L2通过耦合效应来对第一电感Li 进行释能(如图7所示)。值得一提的是,当交流输入电压Vm小于直流输出电压%时,本实施 f歹!|的;^功率因数修正的转换器电路2〇〇是通过第一电感]^与第二电感l2的间的親合效应来 消除零交越失真(Zero Crossing Distortion),以降低总谐波失真(Total Harmonic Distortion)的现象与提咼功率因数(power fact〇r)。据此,本实施例的具功率因数修正的 转,器电路200能够防止交流输入电压过高而造成输出电容损坏,并可增加交流输入电压 的范围。此外,具功率因数修正的转换器电路200能够降低元件的电压应力、提高电器元件 寿命并且增加转换效率。
[0059]请参考图8,为根据本实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的功率因数 修正的模拟图。输出功率的模拟是由5〇瓦特(W)至2〇〇瓦特(W),而功率因数(PF)为对应地从 0 • 88至0 • 957。由该等模拟图所示,在实际应用上,本公开内容所提出的具功率因数修正的 转换器电路确实能符合可实施性的专利要件,并藉此能够降低元件的电压应力、提高电器 元件寿命、增加电源转换效率、防止交流输入电压过高而造成输出电容损坏,且可增加交流 输入电压的范围。
[0060]之后的多个实施例中,仅描述不同于上述图2的实施例部分,省略描述相同之处。 [0061]〔无桥式功率因数修正电路的再一实施例〕
[0062]接下来要说明的是,关于降压型的具功率因数修正的转换器电路的两个实施例。 [0063]请参照图9,为根据本发明再一实施例的具功率因数修正的转换器电路的细部电 路示意图。与上述图2实施例不同的是,本实施例的具功率因数修正的转换器电路900为降 压电路(Buck Circuit),其还包括第三飞轮二极管D3与第四飞轮二极管D4。第一储能电路 140包括第三电感U与第三激磁电感1^3。第二储能电路160包括第四电感L4与第四激磁电感 Lm4 〇
[0064]第三飞轮二极管D3的阴极连接第一飞轮二极管Di的阳极,第三飞轮二极管D3的阳 极连接第一储能电路140的一端。第四飞轮二极管D4的阴极连接第二飞轮二极管以的阳极, 第四飞轮二极管D4的阳极连接第二储能电路160的一端。第三电感L3的一端连接第三飞轮二 极管D3的阳极并且具有流入结点,第三电感L3的另一端连接输出电阻R〇的另一端。第三激磁 电感Lm3并联连接第三电感L3,第三激磁电感Lm3用以储能,例如储存磁能。第四电感L4的一端 连接第四飞轮二极管D4的阳极并具有流出结点,第四电感L4的另一端连接输出电阻R〇的另 一端。第四激磁电感Lm4并联连接第四电感U,第四激磁电感Lm4用以储能,例如储存磁能。第 三电感L3与第四电感L4为不同的绕组并且共用同一根铁芯,以形成一变压器的组态,因此, 第三电感L3与第四电感L4之间具有互感或耦合效应。值得注意的是,第三电感L3与第四电感 L4的进流出结点与图2实施例中的第一电感U与第二电感L2的流入流出结点不同。
[0065] 接下来进一步说明具功率因数修正的转换器电路900的工作原理。
[0066] 请同时参照图9、图10与图11,图10与图11为根据本实施例所绘示的具功率因数修 正的转换器电路的交流输入电压为弦波正半波的电路信号行动图。当交流输入电压VAC为弦 波正半波且第一功率开关S1及第二功率开关S2为导通状态时,交流输入电流IAe会依序流经 第一功率开关S1、第二功率开关S2、第一飞轮二极管Dl、输出电容Cq与第四激磁电感Lm4的路 径来对第四激磁电感Lm4进行充电(如图4所示),其中第三电感L3与第四电感L4分别具有电 感电压Vl3与Vw。当交流输入电压Vac为弦波正半波且第一功率开关81及第二功率开关S2为 非导通状态时,第三激磁电感Lm3通过第一飞轮二极管Di及第三飞轮二极管D3对输出电阻R〇 与输出电容Co进行释能,并且第四激磁电感Lm4通过第二飞轮二极管D2及第四飞轮二极管D4 对输出电阻Rq与输出电容Cq进行释能(如图11所示)。另请同时参照图9、图12与图13,图12与 图13为根据本实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的交流输入电压为弦波负半 波的电路信号行动图。当交流输入电压Vac为弦波负半波且第一功率开关S1及第二功率开关 S2为导通状态时,交流输入电流IAC会依序流经第二飞轮二极管〇2、输出电阻Rq、第三激磁电 感U3、第二功率开关S2与第一功率开关S1的路径来对第三激磁电感Lm3进行充电(如图12所 示)。当交流输入电压VAC为弦波负半波且第一功率开关S1及第二功率开关S2为非导通状态 时,第三激磁电感Us通过第一飞轮二极管Di及第三飞轮二极管D3来对输出电阻Rq与输出电 容Co进行释能,并且该第四激磁电感1^4通过第二飞轮二极管D2及第四飞轮二极管D4来对输 出电阻Rq与输出电容CQ进行释能(如图13所示)。据此,本实施例的具功率因数修正的转换器 电路900能够防止交流输入电压过高而造成输出电容损坏,并可增加交流输入电压的范围。 此外,能够降低元件的电压应力、提高电器元件寿命且增加转换效率。
[0067]以下的多个实施例中,仅描述不同于上述图9的实施例部分,省略描述相同之处。 [0068]〔无桥式功率因数修正电路的又一实施例〕
[0069]请参照图14,为根据本发明又一实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的 细部电路示意图。本实施例的具功率因数修正的转换器电路1400同样作为降压电路(Buck Circuit)。与上述图9实施例不同的是,第一储能电路140包括第五电感L5。第二储能电路 160包括第六电感L6。值得注意的是,在本实施例中,第五电感L5与第六电感L6之间不具有任 何的互感或耦合效应,换言之,第五电感L5与第六电感L6分别各自使用不同的铁芯(因此并 无任何结点)。
[0070]第五电感u—端连接第三飞轮二极管d3的阳极,第五电感L5另一端连接输出电阻 Ro的另一端。第六电感L6—端连接第四飞轮二极管D4的阳极,第六电感L6另一端连接输出电 阻Ro的另一端。
[0071]接下来进一步说明具功率因数修正的转换器电路1400的工作原理。
[0072]请同时参照图14、图15与图16,图15与图16为根据本实施例所绘示的具功率因数 修正的转换器电路的交流输入电压为弦波正半波的电路信号行动图。当交流输入电压Vac为 弦波正半波且第一功率开关S1及第二功率开关S2为导通状态时,交流输入电流1虹会依序流 经第一功率开关S1、第二功率开关S2、第一飞轮二极管以、输出电容Co与第六电感L6的路径 来对第六电感U进行充电(如图15所示)。当交流输入电压Vac为弦波正半波且第一功率开关 S1及第二功率开关S2为非导通状态时,第六电感L6会通过第二飞轮二极管D2及第四飞轮二 极管D4来对输出电阻Ro与输出电容Co进行释能(如图16所示)。另请同时参照图14、图17与图 18,图17与图18为根据本实施例所绘示的具功率因数修正的转换器电路的交流输入电压为 弦波负半波的电路信号行动图。当交流输入电压Vac为弦波负半波且第一功率开关S1及第二 功率开关S2为导通状态时,交流输入电流IAC会流经第二飞轮二极管£)2、输出电阻Rq、第五电 感L5、第二功率开关S2与第一功率开关S1的路径来对第五电感1^进行充电(如图17所示)。当 交流输入电压V/^为弦波负半波且第一功率开关si及第二功率开关S2为非导通状态时,第五 电感U会通过第一飞轮二极管Di及第三飞轮二极管D3对输出电阻Ro与输出电容Co进行释能 (如图18所示)。
[0073]〔实施例的可能功效〕
[0074]综上所述,本发明实施例所提出的具功率因数修正的转换器电路,当交流输入电 压为弦波且双向开关电路为导通状态时,交流输入电流对第一储能电路与第二储能电路中 的至少之一进行充电并且以磁能形式来储能,当交流输入电压为弦波且双向开关电路为非 导通状态时,第一储能电路与第二储能电路中的至少之一对输出电路进行释能。据此,本具 功率因数修正的转换器电路能够防止交流输入电压过高而造成输出电容损坏,并可增加交 流输入电压的范围。
[0075]在本案多个实施例中至少一实施例的具功率因数修正的转换器电路能够通过电 感之间的耦合效应来消除零交越失真,以降低总谐波失真的现象与提高功率因数。
[0076]在本案多个实施例中至少一实施例的具功率因数修正的转换器电路能够降低元 件的电压应力、提高电器元件寿命并且增加电源转换效率。
[0077]在本案多个实施例中至少一实施例的具功率因数修正的转换器电路能够控制输 入涌浪电流,且抑制插拔电源时的电弧。
[0078]以上所述仅为本发明的实施例,其并不用以局限本发明的专利范围。

Claims (17)

1.一种具功率因数修正的转换器电路,将一交流输入电压转换为一直流输出电压,其 特征在于,该具功率因数修正的转换器电路包括: 一交流电压源,可输出该交流输入电压与一交流输入电流; 一双向开关电路,其一端电连接该交流电压源一端,该双向开关电路接收一第一控制 信号与一第二控制信号,且能控制输入电流; 一第一单向电路,其一端电连接该双向开关电路的另一端; 一第一储能电路,其一端电连接该第一单向电路一端; 一第二单向电路,其一端电连接该第一单向电路的另一端,其另一端电连接该交流电 压源的另一端; 一第二储能电路,其一端电连接该第二单向电路的另一端,其另一端电连接该第一储 能电路的另一端; 一输出电路,其一端电连接该第一单向电路的另一端,其另一端电连接该第一储能电 路的另一端,该输出电路可输出该直流输出电压; 其中当该双向开关电路为第一状态时,该交流输入电流充电至该第一储能电路与该第 二储能电路中的至少之一以储能,当双向开关电路为第二状态时,该第一储能电路与该第 二储能电路中的至少之一对该输出电路进行释能。
2.如权利要求1所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电压 为弦波正半波且该双向开关电路为导通状态时,该交流输入电流对该第一储能电路与该第 二储能电路中的至少之一进行充电以储能,当该交流输入电压为弦波正半波且该双向开关 电路为非导通状态时,该第一储能电路与该第二储能电路中的至少之一对该输出电路进行 释能。
3.如权利要求1所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电压 为弦波负半波且该双向开关电路为导通状态时,该交流输入电流对该第一储能电路与该第 二储能电路中的至少之一进行充电以储能,当该交流输入电压为弦波负半波且该双向开关 电路为非导通状态时,该第一储能电路与该第二储能电路中的至少之一对该输出电路进行 释能。
4.如权利要求2或3所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该双向开关电 路包括: 一第一功率开关,其栅极接收该第一控制信号,其漏极连接该交流电压源一端,该第一 功率开关根据该第一控制信号的电平来决定导通或非导通状态;以及 一第二功率开关,其栅极接收该第二控制信号,其源极连接该第一功率开关的源极,其 漏极连接该第一单向电路一端,该第二功率开关根据该第二控制信号的电平来决定导通或 非导通状态。
5.如权利要求4所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第一单向电路包 括一第一飞轮二极管,其阳极连接该第二功率开关的漏极,其阴极连接该第二单向电路的 一端;该第二单向电路包括一第二飞轮二极管,其阳极连接该交流电压源的另一端,其阴极 连接该第一飞轮二极管的阴极;该输出电路包括一输出电阻与一输出电容,该输出电阻的 一端连接该第二飞轮二极管的阴极,其另一端连接该第一储能电路的另一端,该输出电阻 的两端产生该直流输出电压;以及该输出电容的一端连接该第二飞轮二极管的阴极,其另 一端连接该第一储能电路的另一端。
6.如权利要求5所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第一储能电路包 括: 一第一电感,其一端连接该第一飞轮二极管的阳极,其另一端连接该输出电阻的另一 端并且具有流入结点;以及 一第一激磁电感,并联连接该第一电感,该第一激磁电感用以储能。
7.如权利要求6所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第二储能电路包 括: 一第二电感,其一端连接该第二飞轮二极管的阳极并具有流出结点,其另一端连接该 输出电阻的另一端;以及 一第二激磁电感,并联连接该第二电感,该第二激磁电感用以储能, 其中当该交流输入电压为弦波正半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状 态时,该交流输入电流对该第一激磁电感与该第二激磁电感进行充电,并且当该交流输入 电压为弦波正半波且该第一功率开关及该第二功率开关为非导通状态时,该第二激磁电感 通过该第二飞轮二极管对该输出电阻与该输出电容进行释能,其中该第一电感通过耦合效 应对该第二电感进行释能。
8.如权利要求7所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电压 为弦波负半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状态时,该交流输入电流对该第 一激磁电感与该第二激磁电感进行充电,并且当该交流输入电压为弦波负半波且该第一功 率开关及该第二功率开关为非导通状态时,该第一激磁电感通过该第一飞轮二极管对该输 出电阻与该输出电容进行释能,其中该第二电感通过耦合效应对该第一电感进行释能。
9.如权利要求7所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电压 小于该直流输出电压时,该转换器电路通过该第一电感与该第二电感之间的耦合效应来消 除零交越失真,以降低总谐波失真的现象与提高功率因数。
10.如权利要求8所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电 压小于该直流输出电压时,该转换器电路通过该第一电感与该第二电感之间的耦合效应来 消除零交越失真,以降低总谐波失真的现象与提高功率因数。
11.如权利要求5所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,还包括: 一第三飞轮二极管,其阴极连接该第一飞轮二极管的阳极,其阳极连接该第一储能电 路的一端;以及 一第四飞轮二极管,其阴极连接该第二飞轮二极管的阳极,其阳极连接该第二储能电 路的一端。
12.如权利要求11所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第一储能电路 包括: 一第三电感,其一端连接该第三飞轮二极管的阳极并且具有流入结点,其另一端连接 该输出电阻的另一端;以及 一第三激磁电感,并联连接该第三电感,该第三激磁电感用以储能。
13.如权利要求12所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第二储能电路 包括: 一第四电感,其一端连接该第四飞轮二极管的阳极并且具有流出结点,其另一端连接 该输出电阻的另一端;以及 一第四激磁电感,并联连接该第四电感,该第四激磁电感用以储能, 其中当该交流输入电压为弦波正半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状 态时,该交流输入电流对该第四激磁电感进行充电,并且当该交流输入电压为弦波正半波 且该第一功率开关及该第二功率开关为非导通状态时,该第三激磁电感通过该第一及该第 三飞轮二极管对该输出电阻与该输出电容进行释能并且该第四激磁电感通过该第二及该 第四飞轮二极管对该输出电阻与该输出电容进行释能。
14.如权利要求13所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电 压为弦波负半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状态时,该交流输入电流对该 第三激磁电感进行充电,并且当该交流输入电压为弦波负半波且该第一功率开关及该第二 功率开关为非导通状态时,该第三激磁电感通过该第一及该第三飞轮二极管对该输出电阻 与该输出电容进行释能并且该第四激磁电感通过该第二及该第四飞轮二极管对该输出电 阻与该输出电容进行释能。
15.如权利要求11所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第一储能电路 包括: 一第五电感,其一端连接该第三飞轮二极管的阳极,其另一端连接该输出电阻的另一 端。
16.如权利要求15所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,该第二储能电路 包括: 一第六电感,其一端连接该第四飞轮二极管的阳极,其另一端连接该输出电阻的另一 端, 其中当该交流输入电压为弦波正半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状 态时,该交流输入电流对该第六电感进行充电,并且当该交流输入电压为弦波正半波且该 第一功率开关及该第二功率开关为非导通状态时,该第六电感通过该第二及该第四飞轮二 极管对该输出电阻与该输出电容进行释能。
17.如权利要求16所述的具功率因数修正的转换器电路,其特征在于,当该交流输入电 压为弦波负半波且该第一功率开关及该第二功率开关为导通状态时,该交流输入电流对该 第五电感进行充电,并且当该交流输入电压为弦波负半波且该第一功率开关及该第二功率 开关为非导通状态时,该第五电感通过该第一及该第三飞轮二极管对该输出电阻与该输出 电容进行释能。
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