CN110299832B - 无桥交错式功率因数修正器及其控制方法 - Google Patents

无桥交错式功率因数修正器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种无桥交错式功率因数修正器及其控制方法，无桥交错式功率因数修正器，其转换交流电源为直流电源。无桥交错式功率因数修正器包含第一转换电路、第二转换电路、第一功率开关、第二功率开关、正半周控制开关以及负半周控制开关。第一功率开关耦接于两正半周操作单元的一者与两负半周操作单元的一者。第二功率开关耦接于两正半周操作单元的另一者与两负半周操作单元的另一者。正半周控制开关耦接于中性线端与接地端之间。负半周控制开关耦接于火线端与接地端之间。

Description

无桥交错式功率因数修正器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种功率因数修正器及其控制方法，尤其涉及一种无桥交错式功率因数修正器及其控制方法。
背景技术
请参见图1所示，其为相关技术的无桥式功率因数修正器的电路图。一般而言，无桥式功率因数修正器(PFC)与传统具桥式整流器的PFC相比，无桥式PFC藉由减少功率二极管导通损耗进而改善效率。
在图1中，第一储能电感L1连接到交流市电的火线端L，而第二储能电感L2连接到交流市电的中性线端N。第一半导体开关S1连接到第一储能电感L1，而第二半导体开关S2连接到第二储能电感L2。第一升压二极管D1的阳极连接到第一储能电感L1，并与第一半导体开关S1串联。第二升压二极管D2的阳极连接到第二储能电感L2，并与第二半导体开关S2串联。第一升压二极管D1的阴极与第二升压二极管D2的阴极连接后再与输出电容Co的正电压端连接。第一半导体开关S1与第二半导体开关S2连接后再与输出电容Co的负电压端连接。
在交流市电正半周期期间，当第一半导体开关S1与第二半导体开关S2同时导通时，回路电流流向第一储能电感L1与第二储能电感L2，并对第一储能电感L1与第二储能电感L2充电。
在交流市电正半周期期间，当第一半导体开关S1与第二半导体开关S2同时截止时，回路电流通过第一升压二极管D1流向输出电容Co，并对输出电容Co充电，此时第一储能电感L1与第二储能电感L2亦放电至输出电容Co。
在交流市电负半周期期间，当第一半导体开关S1与第二半导体开关S2同时导通时，回路电流流向第一储能电感L1与第二储能电感L2，并对第一储能电感L1与第二储能电感L2充电。
在交流市电负半周期期间，当第一半导体开关S1与第二半导体开关S2同时截止时，回路电流通过第二升压二极管D2流向输出电容Co，并对输出电容Co充电，此时第一储能电感L1与第二储能电感L2亦放电至输出电容Co。
惟，无桥式PFC的输出电压藉由第一半导体开关S1与第二半导体开关S2导通与截止切换的期间，形成非固定式端点连接，相较于交流市电与接地端GND则属浮动(floating)电压。再者，第一储能电感L1与第二储能电感L2放电期间，未流经电流的半导体开关将会产生寄生电容，而引起的电磁干扰(EMI)问题将影响电路操作的效能。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种无桥交错式功率因数修正器，解决无桥式功率因数修正器于开关切换时造成浮动电压与电磁干扰的问题。
为达成前揭目的，本发明所提出的无桥交错式功率因数修正器，其转换交流电源为直流电源。无桥交错式功率因数修正器包含第一转换电路、第二转换电路、第二功率开关、正半周控制开关以及负半周控制开关。第一转换电路耦接交流电源的火线端。第一转换电路包含两正半周操作单元，且两正半周操作单元耦接相对于接地端的正电压端。两正半周操作单元包含第一正半周操作单元与第二正半周操作单元。第一正半周操作单元包含：第一二极管。第二二极管，耦接第一二极管，形成第一并联支路，其中第一并联支路耦接正电压端。及第一电感，串联耦接第一并联支路。该第二正半周操作单元包含：第三二极管。第四二极管，耦接第三二极管，形成第二并联支路，其中第二并联支路耦接正电压端。及第二电感，串联耦接第二并联支路；以及第二转换电路耦接交流电源的中性线端，且并联耦接第一转换电路。第二转换电路包含两负半周操作单元，且两负半周操作单元耦接正电压端。两负半周操作单元包含第一负半周操作单元与第二负半周操作单元。第一负半周操作单元包含：第五二极管。一第六二极管，耦接第五二极管，形成第三并联支路，其特征在于，第三并联支路耦接该正电压端。及第三电感，串联耦接第三并联支路。该第二负半周操作单元包含：第七二极管。第八二极管，耦接第七二极管，形成第四并联支路，其中第四并联支路耦接正电压端。及第四电感，串联耦接第四并联支路。第一功率开关耦接于第一并联支路与第三并联支路以及接地端之间。第二功率开关耦接于第二并联支路与第四并联支路以及接地端之间。正半周控制开关耦接于中性线端与接地端之间。负半周控制开关耦接于火线端与接地端之间。及输出电容，耦接于正电压端与接地端之间，以提供直流电源。
于一实施例中，第二二极管的阴极、第四二极管的阴极、第六二极管的阴极以及第八二极管的阴极共同耦接于正电压端。第一二极管的阴极与第五二极管的阴极共同耦接于第一功率开关的非接地端。第三二极管的阴极与第七二极管的阴极共同耦接于第二功率开关的非接地端。
于一实施例中，当交流电源为正半周操作时，正半周控制开关导通、负半周控制开关截止，且第一功率开关与第二功率开关导通与截止切换。当交流电源为负半周操作时，负半周控制开关导通、正半周控制开关截止，且第一功率开关与第二功率开关导通与截止切换。
于一实施例中，当正半周控制开关导通且第一功率开关导通时，第一二极管导通，第一电感为储能操作；当正半周控制开关导通且第二功率开关导通时，第三二极管导通，第二电感为储能操作。当负半周控制开关导通且第一功率开关导通时，第五二极管导通，第三电感为储能操作；当负半周控制开关导通且第二功率开关导通时，第七二极管导通，第四电感为储能操作。
于一实施例中，当正半周控制开关导通且第一功率开关截止时，第二二极管导通，第一电感为释能操作；当正半周控制开关导通且第二功率开关截止时，第四二极管导通，第二电感为释能操作。当负半周控制开关导通且第一功率开关截止时，第六二极管导通，第三电感为释能操作；当负半周控制开关导通且第二功率开关截止时，第八二极管导通，第四电感为释能操作。
于一实施例中，当第一电感为储能操作时，火线端、第一电感、第一二极管、第一功率开关、接地端、正半周控制开关以及中性线端形成第一储能路径。当第二电感为储能操作时，火线端、第二电感、第三二极管、第二功率开关、接地端、正半周控制开关以及中性线端形成第二储能路径。当第三电感为储能操作时，中性线端、第三电感、第五二极管、第一功率开关、接地端、负半周控制开关以及火线端形成第三储能路径。当第四电感为储能操作时，中性线端、第四电感、第七二极管、第二功率开关、接地端、负半周控制开关以及火线端形成第四储能路径。
于一实施例中，当第一电感为释能操作时，第一电感、第二二极管、输出电容、接地端、正半周控制开关、中性线端以及火线端形成第一释能路径。当第二电感为释能操作时，第二电感、第四二极管、输出电容、接地端、正半周控制开关、中性线端以及火线端形成第二释能路径。当第三电感为释能操作时，第三电感、第六二极管、输出电容、接地端、负半周控制开关、火线端以及中性线端形成第三释能路径。当第四电感为释能操作时，第四电感、第八二极管、输出电容、接地端、负半周控制开关、火线端以及中性线端形成第四释能路径。
于一实施例中，第一功率开关与第二功率开关为0～180度相位差的交错方式导通与截止。
本发明的另一目的在于提供一种无桥交错式功率因数修正器的控制方法，解决无桥式功率因数修正器于开关切换时造成浮动电压与电磁干扰的问题。
为达成前揭目的，无桥交错式功率因数修正器的控制方法转换交流电源为直流电源。无桥交错式功率因数修正器包含耦接交流电源的火线端的第一转换电路、耦接交流电源的中性线端的第二转换电路、耦接于第一转换电路与第二转换电路以及接地端之间的第一功率开关与第二功率开关、耦接于中性线端与接地端之间的正半周控制开关以及耦接于火线端与接地端之间的负半周控制开关。第一转换电路包含两正半周操作单元，且两正半周操作单元耦接相对于接地端的正电压端；第二转换电路包含两负半周操作单元，且两负半周操作单元耦接正电压端；两正半周操作单元包含第一正半周操作单元与第二正半周操作单元；第一正半周操作单元包含：第一二极管。第二二极管，耦接第一二极管，形成第一并联支路，其中第一并联支路耦接正电压端。及第一电感，串联耦接第一并联支路。第二正半周操作单元包含：第三二极管。第四二极管，耦接第三二极管，形成第二并联支路，其中第二并联支路耦接正电压端。及第二电感，串联耦接第二并联支路。以及两负半周操作单元包含第一负半周操作单元与第二负半周操作单元；该第一负半周操作单元包含：第五二极管。第六二极管，耦接第五二极管，形成第三并联支路，其中第三并联支路耦接正电压端。及第三电感，串联耦接第三并联支路。第二负半周操作单元包含：第七二极管。第八二极管，耦接第七二极管，形成第四并联支路，其中第四并联支路耦接正电压端。及第四电感，串联耦接第四并联支路。第一功率开关，耦接于第一并联支路与第三并联支路以及接地端之间。及第二功率开关，耦接于第二并联支路与第四并联支路以及接地端之间。输出电容，耦接于正电压端与接地端之间，以提供直流电源。无桥交错式功率因数修正器的控制方法包含：(a)、当交流电源为正半周操作时，导通正半周控制开关且截止负半周控制开关；(b)、导通第一功率开关，使第一转换电路的第一电感为储能操作；导通第二功率开关，使第一转换电路的第二电感为储能操作；(c)、当交流电源为负半周操作时，导通负半周控制开关且截止正半周控制开关；及(d)、导通第一功率开关，使第二转换电路的第三电感为储能操作；导通第二功率开关，使第二转换电路的第四电感为储能操作。
于一实施例中，步骤(b)更包含：(b')、截止第一功率开关，使第一电感为释能操作；截止第二功率开关，使第二电感为释能操作。步骤(d)更包含：(d')、截止第一功率开关，使第三电感为释能操作；截止第二功率开关，使第四电感为释能操作。
于一实施例中，第二二极管的阴极、第四二极管的阴极、第六二极管的阴极以及第八二极管的阴极共同耦接于正电压端。第一二极管的阴极与第五二极管的阴极共同耦接于第一功率开关的非接地端。第三二极管的阴极与第七二极管的阴极共同耦接于第二功率开关的非接地端。
于一实施例中，当交流电源为正半周操作时，正半周控制开关导通、负半周控制开关截止，且第一功率开关与第二功率开关导通与截止切换。当交流电源为负半周操作时，负半周控制开关导通、正半周控制开关截止，且第一功率开关与第二功率开关导通与截止切换。
于一实施例中，当正半周控制开关导通且第一功率开关导通时，第一二极管导通，第一电感为储能操作；当正半周控制开关导通且第二功率开关导通时，第三二极管导通，第二电感为储能操作。当负半周控制开关导通且第一功率开关导通时，第五二极管导通，第三电感为储能操作；当负半周控制开关导通且第二功率开关导通时，第七二极管导通，第四电感为储能操作。
于一实施例中，当正半周控制开关导通且第一功率开关截止时，第二二极管导通，第一电感为释能操作；当正半周控制开关导通且第二功率开关截止时，第四二极管导通，第二电感为释能操作。当负半周控制开关导通且第一功率开关截止时，第六二极管导通，第三电感为释能操作；当负半周控制开关导通且第二功率开关截止时，第八二极管导通，第四电感为释能操作。
于一实施例中，当第一电感为储能操作时，火线端、第一电感、第一二极管、第一功率开关、接地端、正半周控制开关以及中性线端形成第一储能路径。当第二电感为储能操作时，火线端、第二电感、第三二极管、第二功率开关、接地端、正半周控制开关以及中性线端形成第二储能路径。当第三电感为储能操作时，中性线端、第三电感、第五二极管、第一功率开关、接地端、负半周控制开关以及火线端形成第三储能路径。当第四电感为储能操作时，中性线端、第四电感、第七二极管、第二功率开关、接地端、负半周控制开关以及火线端形成第四储能路径。
于一实施例中，当第一电感为释能操作时，第一电感、第二二极管、输出电容、接地端、正半周控制开关、中性线端以及火线端形成第一释能路径。第二电感为释能操作时，第二电感、第四二极管、输出电容、接地端、正半周控制开关、中性线端以及火线端形成第二释能路径。当第三电感为释能操作时，第三电感、第六二极管、输出电容、接地端、负半周控制开关、火线端以及中性线端形成第三释能路径。当第四电感为释能操作时，第四电感、第八二极管、输出电容、接地端、负半周控制开关、火线端以及中性线端形成第四释能路径。
于一实施例中，第一功率开关与第二功率开关为0～180度相位差的交错方式导通与截止。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1：为相关技术的无桥式功率因数修正器的电路图；
图2：为本发明无桥交错式功率因数修正器的电路图；
图3：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一储能路径的示意图；
图4：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第二电感的第二储能路径的示意图；
图5：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三储能路径的示意图；
图6：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第四电感的第四储能路径的示意图；
图7：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径的示意图；
图8：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第二电感的第二释能路径的示意图；
图9：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径的示意图；
图10：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第四电感的第四释能路径的示意图；
图11：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径与第二电感的第二储能路径的示意图；
图12：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径与第二电感的第二释能路径的示意图；
图13：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一储能路径与第二电感的第二释能路径的示意图；
图14：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径与第四电感的第四储能路径的示意图；
图15：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径与第四电感的第四释能路径的示意图；
图16：为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三储能路径与第四电感的第四释能路径的示意图；
图17：为本发明无桥交错式功率因数修正器的控制方法的流程图。
其中，附图标记
11第一转换电路 12第二转换电路
111第一正半周操作单元 112第二正半周操作单元
121第一负半周操作单元 122第二负半周操作单元
S31第一功率开关 S32第二功率开关
S33正半周控制开关 S34负半周控制开关
L31第一电感 L32第二电感
L33第三电感 L34第四电感
D31第一二极管 D32第二二极管
D33第三二极管 D34第四二极管
D35第五二极管 D36第六二极管
D37第七二极管 D38第八二极管
Co输出电容
Vac交流电源 Vdc直流电源
L火线端 N中性线端
GND接地端
V+正电压端 V-负电压端
Lns1第一储能路径 Lns2第二储能路径
Lns3第三储能路径 Lns4第四储能路径
Lnr1第一释能路径 Lnr2第二释能路径
Lnr3第三释能路径 Lnr4第四释能路径
L1第一储能电感 L2第二储能电感
S1第一半导体开关 S2第二半导体开关
D1第一升压二极管 D2第二升压二极管
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下。
请参见图2所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器的电路图。无桥交错式功率因数修正器转换交流电源Vac为直流电源Vdc。无桥交错式功率因数修正器包含第一转换电路11、第二转换电路12、第一功率开关S31、第二功率开关S32、正半周控制开关S33以及负半周控制开关S34。
第一转换电路11耦接交流电源Vac的火线端L。在本实施例中，第一转换电路11包含两正半周操作单元，即第一正半周操作单元111与第二正半周操作单元112，且第一正半周操作单元111与第二正半周操作单元112耦接相对于接地端GND的正电压端V+。其中正电压端V+为直流电源Vdc相对于接地端GND的正电压端。具体地，无桥交错式功率因数修正器更包含输出电容Co，输出电容Co耦接于正电压端V+与接地端GND之间，即耦接于正电压端V+与负电压端V-之间，以提供直流电源Vdc。
第二转换电路12耦接交流电源Vac的中性线端N，且并联耦接第一转换电路11。第二转换电路12包含两负半周操作单元，即第一负半周操作单元121与第二负半周操作单元122，且第一负半周操作单元121与第二负半周操作单元122耦接正电压端V+。
第一功率开关S31耦接于第一正半周操作单元111与第二正半周操作单元112的其中一者、第一负半周操作单元121与第二负半周操作单元122的其中一者以及接地端GND之间。在本实施例中，第一功率开关S31耦接于第一正半周操作单元111、第一负半周操作单元121以及接地端GND之间。
第二功率开关S32耦接于第一正半周操作单元111与第二正半周操作单元112的其中另一者、第一负半周操作单元121与第二负半周操作单元122的其中另一者以及接地端GND之间。在本实施例中，第二功率开关S32耦接于第二正半周操作单元112、第二负半周操作单元122以及接地端GND之间。
正半周控制开关S33耦接于中性线端N与接地端GND之间。负半周控制开关S34耦接于火线端L与接地端GND之间。其中当交流电源Vac为正半周供电时，正半周控制开关S33为导通状态，以提供正半周操作的控制；当交流电源Vac为负半周供电时，负半周控制开关S34为导通状态，以提供负半周操作的控制，容后说明。
第一正半周操作单元111包含第一二极管D31、第二二极管D32以及第一电感L31。第二二极管D32耦接第一二极管D31，形成第一并联支路，其中第一并联支路耦接正电压端V+与第一功率开关S31。第一电感L31串联耦接第一并联支路。第二正半周操作单元112包含第三二极管D33、第四二极管D34以及第二电感L32。第四二极管D34耦接第三二极管D33，形成第二并联支路，其中第二并联支路耦接正电压端V+与第二功率开关S32。第二电感L32串联耦接第二并联支路。
第一负半周操作单元121包含第五二极管D35、第六二极管D36以及第三电感L33。第六二极管D36耦接第五二极管D35，形成第三并联支路，其中第三并联支路耦接正电压端V+与第一功率开关S31。第三电感L33串联耦接第三并联支路。第二负半周操作单元122包含第七二极管D37、第八二极管D38以及第四电感L34。第八二极管D38耦接第七二极管D37，形成第四并联支路，其中第四并联支路耦接正电压端V+与第二功率开关S32。第四电感L34串联耦接第四并联支路。
第二二极管D32的阴极、第四二极管D34的阴极、第六二极管D36的阴极以及第八二极管D38的阴极共同耦接于正电压端V+。第一二极管D31的阴极与第五二极管D35的阴极共同耦接于第一功率开关S31的非接地端。第三二极管D33的阴极与第七二极管D37的阴极共同耦接于第二功率开关S32的非接地端。
以下，针对无桥交错式功率因数修正器操作于交流电源Vac为正半周与负半周时，各转换电路、功率开关以及控制开关的动作状态说明。
当交流电源Vac为正半周操作时，正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止，且第一功率开关S31与第二功率开关S32导通与截止切换。反之，当交流电源Vac为负半周操作时，负半周控制开关S34导通、正半周控制开关S33截止，且第一功率开关S31与第二功率开关S32导通与截止切换。亦即，正半周控制开关S33与负半周控制开关S34分别对应交流电源Vac为正半周操作与负半周操作时为导通的状态，且第一功率开关S31与第二功率开关S32则为导通与截止切换。
当正半周控制开关S33导通且第一功率开关S31导通时，第一二极管D31导通，第一电感L31为储能操作(energy-storage operation)。当正半周控制开关S33导通且第二功率开关S32导通时，第三二极管D33导通，第二电感L32为储能操作。当负半周控制开关S34导通且第一功率开关S31导通时，第五二极管D35导通，第三电感L33为储能操作。当负半周控制开关S34导通且第二功率开关S32导通时，第七二极管D37导通，第四电感L34为储能操作。
当正半周控制开关S33导通且第一功率开关S31截止时，第二二极管D32导通，第一电感L31为释能操作(energy-release operation)。当正半周控制开关S33导通且第二功率开关S32截止时，第四二极管D34导通，第二电感L32为释能操作。当负半周控制开关S34导通且第一功率开关S31截止时，第六二极管D36导通，第三电感L33为释能操作。当负半周控制开关S34导通且第二功率开关S32截止时，第八二极管D38导通，第四电感L34为释能操作。
请参见图3所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一储能路径的示意图。当交流电源Vac为正半周操作(正半周控制开关S33导通)且第一电感L31为储能操作时，火线端L、第一电感L31、第一二极管D31、第一功率开关S31、接地端GND、正半周控制开关S33以及中性线端N形成第一储能路径Lns1。其中，图3仅为简化的表示，实际上第一储能路径Lns1所经过的开关，例如正半周控制开关S33与第一功率开关S31应为导通(闭合)的状态，此外其他不同储能路径与释能路径亦同理，合先叙明。
请参见图4所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第二电感的第二储能路径的示意图。当交流电源Vac为正半周操作(正半周控制开关S33导通)且第二电感L32为储能操作时，火线端L、第二电感L32、第三二极管D33、第二功率开关S32、接地端GND、正半周控制开关S33以及中性线端N形成第二储能路径Lns2。
请参见图5所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三储能路径的示意图。当交流电源Vac为负半周操作(负半周控制开关S34导通)且第三电感L33为储能操作时，中性线端N、第三电感L33、第五二极管D35、第一功率开关S31、接地端GND、负半周控制开关S34以及火线端L形成第三储能路径Lns3。
请参见图6所示，其本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第四电感的第四储能路径的示意图。当交流电源Vac为负半周操作(负半周控制开关S34导通)且第四电感L34为储能操作时，中性线端N、第四电感L34、第七二极管D37、第二功率开关S32、接地端GND、负半周控制开关S34以及火线端L形成第四储能路径Lns4。
请参见图7所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径的示意图。当交流电源Vac为正半周操作(正半周控制开关S33导通)且第一电感L31为释能操作时，第一电感L31、第二二极管D32、输出电容Co、接地端GND、正半周控制开关S33、中性线端N以及火线端L形成第一释能路径Lnr1。
请参见图8所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第二电感的第二释能路径的示意图。当交流电源Vac为正半周操作(正半周控制开关S33导通)且第二电感L32为释能操作时，第二电感L32、第四二极管D34、输出电容Co、接地端GND、正半周控制开关S33、中性线端N以及火线端L形成第二释能路径Lnr2。
请参见图9所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径的示意图。当交流电源Vac为负半周操作(负半周控制开关S34导通)且第三电感L33为释能操作时，第三电感L33、第六二极管D36、输出电容Co、接地端GND、负半周控制开关S34、火线端L以及中性线端N形成第三释能路径Lnr3。
请参见图10所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第四电感的第四释能路径的示意图。当交流电源Vac为负半周操作(负半周控制开关S34导通)且第四电感L34为释能操作时，第四电感L34、第八二极管D38、输出电容Co、接地端GND、负半周控制开关S34、火线端L以及中性线端N形成第四释能路径Lnr4。
综上，图3～图6分别表示第一电感L31～第四电感L34的储能操作，以及根据图7～图10分别表示第一电感L31～第四电感L34的释能操作，以下配合表1与表2，针对本发明无桥交错式功率因数修正器完整的操作阶段加以说明。
表1
Figure GDA0002551333290000121
表2
Figure GDA0002551333290000122
Figure GDA0002551333290000131
(1)、阶段1
为正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止、第一功率开关S31导通、第二功率开关S32截止、第一电感L31为储能操作以及第一二极管D31导通的状态，即无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感L31的第一储能路径Lns1，操作如图3及其说明，在此不再赘述。
(2)、阶段2
为正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32截止、第一电感L31为释能操作以及第二二极管D32导通的状态，即无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感L31的第一释能路径Lnr1，操作如图7及其说明，在此不再赘述。
(3)、阶段3
如图11所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径与第二电感的第二储能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32导通、第一电感L31为释能操作、第二电感L32为储能操作、第二二极管D32导通以及第三二极管D33导通的状态。
(4)、阶段4
如图12所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一释能路径与第二电感的第二释能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32截止、第一电感L31为释能操作、第二电感L32为释能操作、第二二极管D32导通以及第四二极管D34导通的状态。
(5)、阶段5
如图13所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第一电感的第一储能路径与第二电感的第二释能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33导通、负半周控制开关S34截止、第一功率开关S31导通、第二功率开关S32截止、第一电感L31为储能操作、第二电感L32为释能操作、第一二极管D31导通以及第四二极管D34导通的状态。
(6)、阶段6
为正半周控制开关S33截止、负半周控制开关S34导通、第一功率开关S31导通、第二功率开关S32截止、第三电感L33为储能操作以及第五二极管D35导通的状态，即无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感L33的第三储能路径Lns3，操作如图5及其说明，在此不再赘述。
(7)、阶段7
为正半周控制开关S33截止、负半周控制开关S34导通、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32截止、第三电感L33为释能操作以及第六二极管D36导通的状态，即无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感L33的第三释能路径Lnr3，操作如图9及其说明，在此不再赘述。
(8)、阶段8
如图14所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径与第四电感的第四储能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33截止、负半周控制开关S34导通、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32导通、第三电感L33为释能操作、第四电感L34为储能操作、第六二极管D36导通以及第七二极管D37导通的状态。
(9)、阶段9
如图15所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三释能路径与第四电感的第四释能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33截止、负半周控制开关S34导通、第一功率开关S31截止、第二功率开关S32截止、第三电感L33为释能操作、第四电感L34为释能操作、第六二极管D36导通以及第八二极管D38导通的状态。
(10)、阶段10
如图16所示，其为本发明无桥交错式功率因数修正器操作于第三电感的第三储能路径与第四电感的第四释能路径的示意图。此操作阶段为正半周控制开关S33截止、负半周控制开关S34导通、第一功率开关S31导通、第二功率开关S32截止、第三电感L33为储能操作、第四电感L34为释能操作、第五二极管D35导通以及第八二极管D38导通的状态。
综上，本发明的无桥交错式功率因数修正器根据前述操作阶段进行反复操作，以提供交错式功率因数修正的功能。
请参见图17，其为本发明无桥交错式功率因数修正器的控制方法的流程图。所述无桥交错式功率因数修正器的控制方法转换交流电源为直流电源。无桥交错式功率因数修正器的电路架构可配合图2及其相应的记载，在此不再赘述。无桥交错式功率因数修正器的控制方法包含如下步骤。
当交流电源为正半周操作时，导通正半周控制开关且截止负半周控制开关(S11)。然后，导通第一功率开关，使第一转换电路的第一电感为储能操作；导通第二功率开关，使第一转换电路的第二电感为储能操作(S12)。再者，截止第一功率开关，使第一电感为释能操作；截止第二功率开关，使第二电感为释能操作。
然后，当交流电源为负半周操作时，导通负半周控制开关且截止正半周控制开关(S13)。然后，导通第一功率开关，使第二转换电路的第三电感为储能操作；导通第二功率开关，使第二转换电路的第四电感为储能操作(S14)。再者，截止第一功率开关，使第三电感为释能操作；截止第二功率开关，使第四电感为释能操作。
藉此，当交流电源为正半周供电时，正半周控制开关为导通状态，以提供正半周操作的控制；当交流电源为负半周供电时，负半周控制开关为导通状态，以提供负半周操作的控制。再者，配合第一功率开关与第二功率开关的导通与截止的切换，实现交错式功率因数修正的功能。
综上所述，本发明具有以下的特征与功效：
1、无桥交错式功率因数修正器所提供的两组交错式PFC并联运作，藉以共用部分电路元件，以减少功率半导体开关，并且降低各零件的电压、电流应力与开关损耗，而提升功率效能与操作效率。
2、以正半周控制开关S33与负半周控制开关S34作为换相开关。当交流市电为正半周期时，导通正半周控制开关S33且截止负半周控制开关S34，以确保中性线端N与电压参考端(接地端GND)形成等电位；当交流市电为负半周期时，导通负半周控制开关S34且截止正半周控制开关S33，以确保火线端L与电压参考端(接地端GND)形成等电位，藉此，解决浮动电压、寄生电容所衍生的电磁干扰问题，以提高电路操作的效能。
3、本发明无桥交错式功率因数修正器的电路拓朴可弹性地适用以操作于连续导通模式(CCM)、非连续导通模式(DCM)以及临界导通模式(CRM)。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种无桥交错式功率因数修正器，转换一交流电源为一直流电源，其特征在于，包含：
一第一转换电路，耦接该交流电源的一火线端；该第一转换电路包含两正半周操作单元，且该两正半周操作单元耦接相对于一接地端的一正电压端；该两正半周操作单元包含一第一正半周操作单元与一第二正半周操作单元；
该第一正半周操作单元包含：
一第一二极管；
一第二二极管，耦接该第一二极管，形成一第一并联支路，其中该第一并联支路耦接该正电压端；及
一第一电感，串联耦接该第一并联支路；
该第二正半周操作单元包含：
一第三二极管；
一第四二极管，耦接该第三二极管，形成一第二并联支路，其中该第二并联支路耦接该正电压端；及
一第二电感，串联耦接该第二并联支路；以及
一第二转换电路，耦接该交流电源的一中性线端，且并联耦接该第一转换电路；该第二转换电路包含两负半周操作单元，且该两负半周操作单元耦接该正电压端；该两负半周操作单元包含一第一负半周操作单元与一第二负半周操作单元；
该第一负半周操作单元包含：
一第五二极管；
一第六二极管，耦接该第五二极管，形成一第三并联支路，其特征在于，该第三并联支路耦接该正电压端；及
一第三电感，串联耦接该第三并联支路；
该第二负半周操作单元包含：
一第七二极管；
一第八二极管，耦接该第七二极管，形成一第四并联支路，其中该第四并联支路耦接该正电压端；及
一第四电感，串联耦接该第四并联支路；
一第一功率开关，耦接于该第一并联支路与该第三并联支路以及该接地端之间；
一第二功率开关，耦接于该第二并联支路与该第四并联支路以及该接地端之间；
一正半周控制开关，耦接于该中性线端与该接地端之间；
一负半周控制开关，耦接于该火线端与该接地端之间；及
一输出电容，耦接于该正电压端与该接地端之间，以提供该直流电源。
2.根据权利要求1所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，该第二二极管的阴极、该第四二极管的阴极、该第六二极管的阴极以及该第八二极管的阴极共同耦接于该正电压端；该第一二极管的阴极与该第五二极管的阴极共同耦接于该第一功率开关的非接地端；该第三二极管的阴极与该第七二极管的阴极共同耦接于该第二功率开关的非接地端。
3.根据权利要求1所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，当该交流电源为正半周操作时，该正半周控制开关导通、该负半周控制开关截止，且该第一功率开关与该第二功率开关导通与截止切换；当该交流电源为负半周操作时，该负半周控制开关导通、该正半周控制开关截止，且该第一功率开关与该第二功率开关导通与截止切换。
4.根据权利要求3所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，
当该正半周控制开关导通且该第一功率开关导通时，该第一二极管导通，该第一电感为储能操作；当该正半周控制开关导通且该第二功率开关导通时，该第三二极管导通，该第二电感为储能操作；及
当该负半周控制开关导通且该第一功率开关导通时，该第五二极管导通，该第三电感为储能操作；当该负半周控制开关导通且该第二功率开关导通时，该第七二极管导通，该第四电感为储能操作。
5.根据权利要求3所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，
当该正半周控制开关导通且该第一功率开关截止时，该第二二极管导通，该第一电感为释能操作；当该正半周控制开关导通且该第二功率开关截止时，该第四二极管导通，该第二电感为释能操作；及
当该负半周控制开关导通且该第一功率开关截止时，该第六二极管导通，该第三电感为释能操作；当该负半周控制开关导通且该第二功率开关截止时，该第八二极管导通，该第四电感为释能操作。
6.根据权利要求4所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，
当该第一电感为储能操作时，该火线端、该第一电感、该第一二极管、该第一功率开关、该接地端、该正半周控制开关以及该中性线端形成一第一储能路径；
当该第二电感为储能操作时，该火线端、该第二电感、该第三二极管、该第二功率开关、该接地端、该正半周控制开关以及该中性线端形成一第二储能路径；
当该第三电感为储能操作时，该中性线端、该第三电感、该第五二极管、该第一功率开关、该接地端、该负半周控制开关以及该火线端形成一第三储能路径；及
当该第四电感为储能操作时，该中性线端、该第四电感、该第七二极管、该第二功率开关、该接地端、该负半周控制开关以及该火线端形成一第四储能路径。
7.根据权利要求5所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，
当该第一电感为释能操作时，该第一电感、该第二二极管、该输出电容、该接地端、该正半周控制开关、该中性线端以及该火线端形成一第一释能路径；
当该第二电感为释能操作时，该第二电感、该第四二极管、该输出电容、该接地端、该正半周控制开关、该中性线端以及该火线端形成一第二释能路径；
当该第三电感为释能操作时，该第三电感、该第六二极管、该输出电容、该接地端、该负半周控制开关、该火线端以及该中性线端形成一第三释能路径；
当该第四电感为释能操作时，该第四电感、该第八二极管、该输出电容、该接地端、该负半周控制开关、该火线端以及该中性线端形成一第四释能路径。
8.根据权利要求1所述的无桥交错式功率因数修正器，其特征在于，该第一功率开关与该第二功率开关为0～180度相位差的交错方式导通与截止。
9.一种无桥交错式功率因数修正器的控制方法，转换一交流电源为一直流电源，其特征在于，该无桥交错式功率因数修正器包含耦接该交流电源的一火线端的一第一转换电路、耦接该交流电源的一中性线端的一第二转换电路、耦接于该第一转换电路与该第二转换电路以及一接地端之间的一第一功率开关与一第二功率开关、耦接于该中性线端与该接地端之间的一正半周控制开关以及耦接于该火线端与该接地端之间的一负半周控制开关；该第一转换电路包含两正半周操作单元，且该两正半周操作单元耦接相对于一接地端的一正电压端；该第二转换电路包含两负半周操作单元，且该两负半周操作单元耦接该正电压端；该两正半周操作单元包含一第一正半周操作单元与一第二正半周操作单元；该第一正半周操作单元包含：
一第一二极管；
一第二二极管，耦接该第一二极管，形成一第一并联支路，其中该第一并联支路耦接该正电压端；及
一第一电感，串联耦接该第一并联支路；
该第二正半周操作单元包含：
一第三二极管；
一第四二极管，耦接该第三二极管，形成一第二并联支路，其中该第二并联支路耦接该正电压端；及
一第二电感，串联耦接该第二并联支路；以及
该两负半周操作单元包含一第一负半周操作单元与一第二负半周操作单元；该第一负半周操作单元包含：
一第五二极管；
一第六二极管，耦接该第五二极管，形成一第三并联支路，其中该第三并联支路耦接该正电压端；及
一第三电感，串联耦接该第三并联支路；
该第二负半周操作单元包含：
一第七二极管；
一第八二极管，耦接该第七二极管，形成一第四并联支路，其中该第四并联支路耦接该正电压端；及
一第四电感，串联耦接该第四并联支路；
该第一功率开关，耦接于该第一并联支路与该第三并联支路以及该接地端之间；及
该第二功率开关，耦接于该第二并联支路与该第四并联支路以及该接地端之间；
一输出电容，耦接于该正电压端与该接地端之间，以提供该直流电源；该控制方法包含：
(a)、当该交流电源为正半周操作时，导通该正半周控制开关且截止该负半周控制开关；
(b)、导通该第一功率开关，使该第一转换电路的一第一电感为储能操作；导通该第二功率开关，使该第一转换电路的一第二电感为储能操作；
(c)、当该交流电源为负半周操作时，导通该负半周控制开关且截止该正半周控制开关；及
(d)、导通该第一功率开关，使该第二转换电路的一第三电感为储能操作；导通该第二功率开关，使该第二转换电路的一第四电感为储能操作。
10.根据权利要求9所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，
步骤(b)更包含：
(b')、截止该第一功率开关，使该第一电感为释能操作；截止该第二功率开关，使该第二电感为释能操作；
步骤(d)更包含：
(d')、截止该第一功率开关，使该第三电感为释能操作；截止该第二功率开关，使该第四电感为释能操作。
11.根据权利要求9所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，该第二二极管的阴极、该第四二极管的阴极、该第六二极管的阴极以及该第八二极管的阴极共同耦接于该正电压端；该第一二极管的阴极与该第五二极管的阴极共同耦接于该第一功率开关的非接地端；该第三二极管的阴极与该第七二极管的阴极共同耦接于该第二功率开关的非接地端。
12.根据权利要求9所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，当该交流电源为正半周操作时，该正半周控制开关导通、该负半周控制开关截止，且该第一功率开关与该第二功率开关导通与截止切换；当该交流电源为负半周操作时，该负半周控制开关导通、该正半周控制开关截止，且该第一功率开关与该第二功率开关导通与截止切换。
13.根据权利要求12所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，
当该正半周控制开关导通且该第一功率开关导通时，该第一二极管导通，该第一电感为储能操作；当该正半周控制开关导通且该第二功率开关导通时，该第三二极管导通，该第二电感为储能操作；及
当该负半周控制开关导通且该第一功率开关导通时，该第五二极管导通，该第三电感为储能操作；当该负半周控制开关导通且该第二功率开关导通时，该第七二极管导通，该第四电感为储能操作。
14.根据权利要求12所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，
当该正半周控制开关导通且该第一功率开关截止时，该第二二极管导通，该第一电感为释能操作；当该正半周控制开关导通且该第二功率开关截止时，该第四二极管导通，该第二电感为释能操作；及
当该负半周控制开关导通且该第一功率开关截止时，该第六二极管导通，该第三电感为释能操作；当该负半周控制开关导通且该第二功率开关截止时，该第八二极管导通，该第四电感为释能操作。
15.根据权利要求13所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，
当该第一电感为储能操作时，该火线端、该第一电感、该第一二极管、该第一功率开关、该接地端、该正半周控制开关以及该中性线端形成一第一储能路径；
当该第二电感为储能操作时，该火线端、该第二电感、该第三二极管、该第二功率开关、该接地端、该正半周控制开关以及该中性线端形成一第二储能路径；
当该第三电感为储能操作时，该中性线端、该第三电感、该第五二极管、该第一功率开关、该接地端、该负半周控制开关以及该火线端形成一第三储能路径；及
当该第四电感为储能操作时，该中性线端、该第四电感、该第七二极管、该第二功率开关、该接地端、该负半周控制开关以及该火线端形成一第四储能路径。
16.根据权利要求14所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，
当该第一电感为释能操作时，该第一电感、该第二二极管、该输出电容、该接地端、该正半周控制开关、该中性线端以及该火线端形成一第一释能路径；
当该第二电感为释能操作时，该第二电感、该第四二极管、该输出电容、该接地端、该正半周控制开关、该中性线端以及该火线端形成一第二释能路径；
当该第三电感为释能操作时，该第三电感、该第六二极管、该输出电容、该接地端、该负半周控制开关、该火线端以及该中性线端形成一第三释能路径；
当该第四电感为释能操作时，该第四电感、该第八二极管、该输出电容、该接地端、该负半周控制开关、该火线端以及该中性线端形成一第四释能路径。
17.根据权利要求9所述的无桥交错式功率因数修正器的控制方法，其特征在于，该第一功率开关与该第二功率开关为0～180度相位差的交错方式导通与截止。
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