CN111865068B - 一种功率因子校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率因子校正电路，包括输入电源、第一桥臂、第二桥臂、输出电容以及有源箝位单元。第一桥臂具有彼此串联的第一开关管和第二开关管。第二桥臂具有彼此串联的第三开关管和第四开关管。有源箝位单元包含第二电感元件、箝位电容及第五开关管，故可利用有源箝位单元来配合第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的切换时序，以达到功率因子校正电路的第一开关管、第二开关管的软开通，从而减少第一桥臂中的第一开关管、第二开关管的开通损耗，如此一来，即可对功率因子校正电路的工作频率进行提升，从而实现高功率密度及高效率。

Description

一种功率因子校正电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术的开关电源应用领域，尤其是涉及一种功率因子校正电路。
背景技术
目前，开关电源产品朝向高效率、高功率密度、高可靠性及低成本的方向进行改善，而开关电源产品内的功率因子校正电路，例如图腾柱功率因子校正电路，多采用宽禁带器件，例如氮化镓功率器件或碳化硅功率器件，来构成开关，由于宽禁带器件具有较快的开关速度及较低的开关损耗，可以在帮助开关电源产品提升效率的同时，进而帮助开关电源产品提升工作频率及功率密度。此外，宽禁带器件内等效的寄生二极管具有较低的反向恢复特性，使得图腾柱功率因子校正电路具有较高的效率，且更广泛的被利用于开关电源产品中。
目前，使用宽禁带的图腾柱功率因子校正电路的工作频率一般低于130kHz，而为了提升功率密度，势必须提升图腾柱功率因子校正电路的工作频率。对于功率大于1000W的交流/直流开关电源而言，具有宽禁带器件的图腾柱功率因子校正电路经常采用连续电流的工作模态。但是当图腾柱功率因子校正电路利用氮化镓功率器件时，由于氮化镓功率器件的开通损耗大于关断损耗，甚至开通损耗可大于10倍以上的关断损耗，因此，随着开关频率的提升，氮化镓功率器件的开通损耗将使得图腾柱功率因子校正电路的工作频率的提升受到限制。
发明内容
依据本申请的一个方面，提供了一种功率因子校正电路，包括输入电源、第一桥臂、第二桥臂、输出电容及有源箝位单元。第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，且第一开关管与第二开关管的连接点藉由第一电感元件电性耦接至输入电源的第一端。第二桥臂与第一桥臂并联连接，包括彼此串联的第三开关管和第四开关管，且第三开关管与第四开关管的连接点电性耦接至输入电源的第二端。有源箝位单元包括第二电感元件、箝位电容和第五开关管，其中箝位电容的两端分别电性耦接至第二电感元件的一端与第五开关管的一端，第五开关管的另一端电性耦接至第二电感元件的另一端。有源箝位单元串联于第一桥臂的第一端和输出电容的第一端之间，或者有源箝位单元串联于第一桥臂的第二端和输出电容的第二端之间，或者有源箝位单元串联于第一开关管和第二开关管之间。
依据本申请的另一个方面，提供了一种功率因子校正电路，包括输入电源、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、输出电容、第一有源箝位单元及第二有源箝位单元。第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，且第一开关管与第二开关管的连接点藉由第一电感元件电性耦接至输入电源的第一端。第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管，且第三开关管与第四开关管的连接点藉由电性耦接至输入电源的第二端。第三桥臂与第一桥臂和第二桥臂并联连接，包括彼此串联的第六开关管和第七开关管，且第六开关管与第七开关管的连接点藉由第三电感元件电性耦接至输入电源的第一端。第一有源箝位单元包括第二电感元件、第一箝位电容和第五开关管，其中第一箝位电容的两端分别电性耦接至第二电感元件的一端与第五开关管的一端，第五开关管的另一端电性耦接至第二电感元件的另一端。第二有源箝位单元包括第四电感元件、第二箝位电容和第八开关管，其中第二箝位电容的两端分别电性耦接至第四电感元件的一端与第八开关管的一端，第八开关管的另一端电性耦接至第四电感元件的另一端。第一有源箝位单元设置于第一桥臂，第二有源箝位单元设置于第三桥臂，第一有源箝位单元和第二有源箝位单元在各自所属的桥臂中位置相同。
依据本申请的又一个方面，提供了一种功率因子校正电路，包括交流电源、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、输出电容以及有源箝位单元。第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，且第一开关管与第二开关管的连接点藉由第一电感元件电性耦接至交流电源的第一端。第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管，且第三开关管与第四开关管的连接点电性耦接至交流电源的第二端。第三桥臂与第一桥臂并联连接，包括彼此串联的第六开关管和第七开关管，第六开关管与第七开关管的连接点藉由第三电感元件电性耦接至交流电源的第一端。有源箝位单元包括第二电感元件、第一箝位电容和第五开关管，第二电感元件并联连接于第一箝位电容与第五开关管的串联支路两端。第一桥臂和第三桥臂以错相方式工作，有源箝位单元设置于第二桥臂与第三桥臂之间，第一桥臂和第三桥臂藉由共享有源箝位单元实现各自桥臂中的开关管的ZVS。
采用本申请的功率因子校正电路，其包括输入电源、第一桥臂、第二桥臂、输出电容及有源箝位单元。其中第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管，有源箝位单元可选地设置于桥臂内部、第一桥臂与第二桥臂之间、第二桥臂与输出电容之间，藉由有源箝位单元来配合第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通和关断，可实现第一桥臂的开关管的软开通，从而减少开通损耗。如此一来，即可对功率因子校正电路的工作频率进行提升，实现电路的高功率密度及高效率。
附图说明
图1为本申请的第一实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图2为图1所示之功率因子校正电路的第一有源箝位单元的第一实施例的电路结构示意图。
图3为本申请的第二实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图4为本申请的第三实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图5为本申请的第四实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图6为本申请的第五实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图7为本申请的第六实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图8为本申请的第七实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图9为本申请的第八实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图10为本申请的第九实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图11为本申请的第十实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。
图12为本申请的第十一实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图13为本本申请的第十二实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图14为图8所示功率因子校正电路于交流电压为正时的等效电路图。
图15为图8所示功率因子校正电路于交流电压为负时的等效电路图。
图16为本申请的第十三实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图17为图16所示之功率因子校正电路的第二有源箝位单元的第一实施例的电路结构示意图。
图18为本申请的第十四实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图19为本申请的第十五实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图20为本申请的第十六实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图21为本申请的第十七实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图22为本申请的第十八实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图23为本申请的第十九实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图24为本申请的第二十实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图25为图1所示功率因子校正电路于交流电压为正时的等效电路图。
图26a-图26i为图25所示之功率因子校正电路在交流输入电压为正时的电路运作示意图。
图27为图25所示之功率因子校正电路在输入电源的交流输入电压为正时的电压及电流时序图。
图28为图1所示功率因子校正电路于交流电压为负时的等效电路图。
图29a-图29i为图28所示之功率因子校正电路在交流输入电压为负时的电路运作示意图。
图30为图25所示之功率因子校正电路在输入电源的交流输入电压为负时的电压及电流时序图。
图31为本申请的第二十一实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图32为本申请的第二十二实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图33为本申请的第二十三实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图34为本申请的第二十四实施例之功率因子校正电路的结构示意图。
图35为本申请的功率因子校正电路在选择工作模式时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
请参阅图1及图2，其中图1为本案第一实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，图2为图1所示之功率因子校正电路的第一有源箝位单元的第一实施例的电路结构示意图。如图所示，本实施例之功率因子校正电路1包含输入电源AC、第一桥臂2、第一电感元件L1、第二桥臂3、输出电容Cb及第一有源箝位单元4。输入电源AC输出一交流输入电压给功率因子校正电路1，其中交流输入电压可为但不限为正弦波，且输入电源AC具有第一端M1及第二端M2。第一桥臂2具有第一端M3及第二端M4，且第一桥臂2包含串联连接的第一开关管S1H和第二开关管S1L，第一开关管S1H电性耦接至第一桥臂2的第一端M3，第二开关管S1L电性耦接至第一桥臂2的第二端M4，第一开关管S1H与第二开关管S1L之间的连接点藉由第一电感元件L1电性耦接至输入电源AC的第一端M1。第二桥臂3与第一桥臂2并联连接，且第二桥臂3具有第一端M5及第二端M6，第二桥臂3包含串联连接的第三开关管S2H和第四开关管S2L，第三开关管S2H电性耦接至第二桥臂3的第一端M5，第四开关管S2L电性耦接至第二桥臂3的第二端M6，第三开关管S2H与第四开关管S2L之间的连接点电性耦接至输入电源AC的第二端M2。输出电容Cb并联于功率因子校正电路1的输出端，更进一步说明，输出电容Cb具有第一端M7及第二端M8，且功率因子校正电路1于输出电容Cb的第一端M7及第二端M8之间输出为直流的输出电压Vb。于上述实施例中，第一开关管S1H、第二开关管S1L、第一电感元件L1、第三开关管S2H、第四开关管S2L及输出电容Cb可构成图腾柱功率因子校正电路。
第一有源箝位单元4具有第一端A及第二端B，第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第一桥臂2的第一端M3，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于输出电容Cb的第一端M7，因此第一有源箝位单元4串联于第一桥臂2的第一端M3及输出电容Cb的第一端M7之间，且于本实施例中，第一有源箝位单元4的第二端B更电性耦接于第二桥臂3的第一端M5，因此第一有源箝位单元4更串联于第一桥臂2的第一端M3及第二桥臂3的第一端M5之间。
如图2所示，第一有源箝位单元4包含第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1。第二电感元件Lr1可为但不限为平面型磁件，且第二电感元件Lr1的两端分别电性耦接于第一有源箝位单元4的第一端A及第二端B，故第二电感元件Lr1串联于第一桥臂2的第一端M3及输出电容Cb的第一端M7之间，且串联于第一桥臂2的第一端M3及第二桥臂3的第一端M5之间。第一箝位电容Cc1的一端电性耦接至第一有源箝位单元4的第一端A及第二电感元件Lr1的一端，第一箝位电容Cc1的另一端电性耦接至第五开关管Sa1的一端，第五开关管Sa1的另一端电性耦接至第一有源箝位单元4的第二端B及第二电感元件Lr1的另一端，其中，第一有源箝位单元4之第二电感元件Lr1并联连接于第一箝位电容Cc1与第五开关管Sa1构成的串联支路的两端。于一些实施例中，第三开关管S2H和第四开关管S2L的至少其中之一开关管为宽禁带半导体器件或硅半导体器件，而第一开关管S1H、第二开关管S1L和第五开关管Sa1的至少其中之一开关管为宽禁带半导体器件。
由上可知，本案之功率因子校正电路1设置了第一有源箝位单元4，且第一有源箝位单元4包含第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1，故可利用第一有源箝位单元4来配合第一开关管S1H、第二开关管S1L、第三开关管S2H及第四开关管S2L的切换时序，以达到功率因子校正电路1的第一开关管S1H、第二开关管S1L的软开通，从而减少第一开关管S1H、第二开关管S1L的开通损耗，如此一来，即可对功率因子校正电路1的工作频率进行提升，从而实现高功率密度及高效率。当然，第一有源箝位单元4的设置位置并不局限于图1所示的设置位置，亦可具有其它多个不同的实施态样。
图3为本案第二实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。如图所示，相较于图1所示之第一实施例，本实施例之功率因子校正电路1a之第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第一桥臂2的第一端M3及第二桥臂3的第一端M5，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于输出电容Cb的第一端M7，因此第一有源箝位单元4可串联于第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7之间，而对应地，第一有源箝位单元4的第二电感元件Lr1串联于第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7之间。此外，第二桥臂3的第一端M5电性耦接于第一桥臂2的第一端M3。类似地，在该实施例中，利用第一有源箝位单元4配合功率因子校正电路1的第一开关管S1H、第二开关管S1L、第三开关管S2H及第四开关管S2L的切换时序，可实现电路中的主开关软开通，从而降低开通损耗，提升电路的工作频率。例如，当交流电源的极性为正时，主开关为第二开关管S1L，从开关为第一开关管S1H；当交流电源的极性为负时，主开关为第一开关管S1H，从开关为第二开关管S1L。
图4为本案第三实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。如图所示，相较于图1所示之第一实施例，本实施例之功率因子校正电路1b之第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7彼此间电性耦接，且第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于输出电容Cb的第二端M8及第二桥臂3之第二端M6，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第一桥臂2的第二端M4，因此第一有源箝位单元4串联连接于第一桥臂2的第二端M4及输出电容Cb的第二端M8之间，且串联连接于第一桥臂2的第二端M4及第二桥臂3的第二端M6之间，对应地，第一有源箝位单元4的第二电感元件Lr1串联连接于第一桥臂2的第二端M4及输出电容Cb的第二端M8之间，且串联连接于第一桥臂2的第二端M4及第二桥臂3的第二端M6之间。
图5为本案第四实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，相较于图1所示之第一实施例，本实施例之功率因子校正电路1c之第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7彼此间电性耦接，且第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于输出电容Cb的第二端M8，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第一桥臂2的第二端M4及第二桥臂3的第二端M6，因此第一有源箝位单元4串联连接于第一桥臂2的第二端M4及输出电容Cb的第二端M8之间，且串联连接于第二桥臂3的第二端M6及输出电容Cb的第二端M8之间，对应地，第一有源箝位单元4的第二电感元件Lr1串联连接于第一桥臂2的第二端M4及输出电容Cb的第二端M8之间，且串联连接于第二桥臂3的第二端M6及输出电容Cb的第二端M8之间。
图6为本案第五实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，相较于图1所示之第一实施例，本实施例之功率因子校正电路1d之第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7彼此间电性耦接，且第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第一桥臂2的第二开关管S1L及第一电感元件L1的一端，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第一桥臂2的第一开关管S1H，因此第一有源箝位单元4串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第二开关管S1L之间，且串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第一电感元件L1的一端之间，对应地，第一有源箝位单元4的第二电感元件Lr1串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第二开关管S1L之间，且串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第一电感元件L1的一端之间。
图7为本案第六实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。如图所示，相较于图1所示之第一实施例，本实施例之功率因子校正电路1e之第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7彼此间电性耦接，且第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第一桥臂2的第二开关管S1L，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第一电感元件L1的一端，因此第一有源箝位单元4串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第二开关管S1L之间，且串联连接于第一电感元件L1的一端及第一桥臂2的第二开关管S1L之间，对应地，第一有源箝位单元4的第二电感元件Lr1串联连接于第一桥臂2的第一开关管S1H及第二开关管S1L之间，且串联连接于第一电感元件L1的一端及第一桥臂2的第二开关管S1L之间。
于一些实施例中，当功率因子校正电路所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb时，可能造成功率因子校正电路内部的电子组件损毁，因此，可于前述第一实施例之功率因子校正电路1至第六实施例之功率因子校正电路1e中设置箝位二极管，以避免功率因子校正电路内部的电子组件损毁。请参阅图8，其为本案第七实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。本实施例之功率因子校正电路1f相似于图1所示之功率因子校正电路1，惟于本实施例中，功率因子校正电路1f更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及第一有源箝位单元4的第二端B，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1f所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1f内部的电子组件。
图9为本案第八实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1g相似于图3之功率因子校正电路1a，惟本实施例之功率因子校正电路1g更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7及第一有源箝位单元4的第二端B，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1g所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1g内部的电子组件。
图10为本案第九实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1h相似于图4之功率因子校正电路1b，惟本实施例之功率因子校正电路1h更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及第一桥臂2的第一端M3，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一有源箝位单元4的第一端A。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1h所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1h内部的电子组件。
图11为本案第十实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1i相似于图5之功率因子校正电路1c，惟本实施例之功率因子校正电路1i更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及第一桥臂2的第一端M3，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8及第一有源箝位单元4的第一端A。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1i所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1i内部的电子组件。
图12为本案第十一实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1j相似于图6之功率因子校正电路1d，惟本实施例之功率因子校正电路1j更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及第一桥臂2的第一端M3，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1j所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1j内部的电子组件。
图13为本案第十二实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1k相似于图7之功率因子校正电路1e，惟本实施例之功率因子校正电路1k更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及第一桥臂2的第一端M3，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1及第一电感元件L1之间，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1k所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1k内部的电子组件。
以下将以图8之功率因子校正电路1f进行示范性说明，以说明功率因子校正电路1f如何利用第一有源箝位单元4达到软开通的效果。请参阅图14及图15，其中图14为图8所示之功率因子校正电路于交流输入电压为正时的等效电路图，图15为图8所示之功率因子校正电路于交流输入电压为负时的等效电路图。如图所示，当输入电源AC的交流输入电压为第一极性，例如为正的正弦半波，且交流输入电压的瞬间电压小于输出电压Vb时，第一二极管D1H及第二二极管D1L截止，第四开关管S2L保持导通，且第三开关管S2H保持关断，因此图8所示的功率因子校正电路1f可以等效为图14的功率因子校正电路1f。此时，第二开关管S1L可被视为功率因子校正电路1f的主开关管，以在输入电源AC运作时主要控制功率因子校正电路1f运作，而第一开关管S1H则被视为功率因子校正电路1f的从开关管(或称同步整流器件)，并被配置工作于零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS)，以在第二开关管S1L关断时提供功率因子校正电路1f内部的续流通道。此外，由于第一有源箝位单元4与第一桥臂2电性耦接，因此第一有源箝位单元4可存在于功率因子校正电路1f内部的续流通道内，而第一有源箝位单元4在第一开关管S1H关断前会帮助续流通道降低瞬间电流，进而降低反向恢复损耗，以实现一定程度的软开关。而在第二开关管S1L导通前，第一有源箝位单元4内的第五开关管Sa1关断，而第一有源箝位单元4内的第二电感元件Lr1放电而使得第二开关管S1L内的寄生二极管导通，再进一步使第二开关管S1L导通，以实现第二开关管S1L的软开通。
当输入电源AC的交流输入电压为第二极性，例如为负的正弦半波，且交流输入电压之瞬间电压小于输出电压Vb时，第四开关管S2L保持导通，且第三开关管S2H保持关断，因此图8所示的功率因子校正电路1f可以等效为图15的功率因子校正电路1f。此时，第一开关管S1H可被视为功率因子校正电路1f的主开关管，以在输入电源AC运作时主要控制功率因子校正电路1f运作，而第二开关管S1L则被视为功率因子校正电路1的从开关管(或称同步整流器件)，并被配置工作于零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS)，以在第一开关管S1H关断时提供功率因子校正电路1f内部的续流通道。此外，由于第一有源箝位单元4与第一桥臂2电性耦接，因此第一有源箝位单元4可存在于功率因子校正电路1f内部的导通回路中，而第一有源箝位单元4在第二开关管S1L关断前会帮助导通回路降低瞬间电流，进而降低反向恢复损耗，以实现一定程度的软开关。而在第一开关管S1H导通前，第一有源箝位单元4内的第五开关管Sa1关断，而第一有源箝位单元4内的第二电感元件Lr1放电而使得第一开关管S1H内的寄生二极管导通，再进一步使第一开关管S1H导通，以实现第一开关管S1H的软开通。
请参阅图16及图17，其中图16为本案第十三实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，图17为图16所示之功率因子校正电路的第二有源箝位单元的第一实施例的电路结构示意图。本实施例之功率因子校正电路1l相似于图1所示之功率因子校正电路1，惟于本实施例中，功率因子校正电路1l的第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2，即第一开关管S1H、第二开关管S1L与第一有源箝位单元4共同构成具有第一端M3及第二端M4之第一桥臂2，其中第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第一开关管S1H，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第一桥臂2的第一端M3，且功率因子校正电路1l更可包含第三桥臂6及第三电感元件L2。第三桥臂6与第一桥臂2及第二桥臂3并联连接，且第三桥臂6与第一桥臂2以错相方式工作，其中第三桥臂6具有第一端及第二端，第三桥臂6的第一端电性耦接于第二桥臂3的第一端M5，第三桥臂6的第二端电性耦接于第二桥臂3的第二端M6，且第三桥臂6包含彼此串联的第六开关管S3H、第七开关管S3L及第二有源箝位单元7，第六开关管S3H与第七开关管S3L间的连接点藉由第三电感元件L2电性耦接至输入电源AC的第一端M1。另外，于一些实施例中，第三电感元件L2可与第一电感元件L1相互磁耦合。
第二有源箝位单元7具有第一端A及第二端B，第二有源箝位单元7的第一端A电性耦接第六开关管S3H的一端，第二有源箝位单元7的第二端B电性耦接至第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及输出电容Cb的第一端M7，其中第二有源箝位单元7设置于第三桥臂6上的位置与第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2上的位置相同，即第二有源箝位单元7相同于第一有源箝位单元4皆设置在对应的桥臂之第一端及对应的开关管之间。第七开关管S3L电性耦接于第一桥臂2的第二端M4、第二桥臂3的第二端M6及输出电容Cb的第二端M8。因此，于本实施例中，利用交错设置的技术，使得功率因子校正电路1l除了包含第一桥臂2、第二桥臂3及第一电感元件L1外，更包含具有第二有源箝位单元7之第三桥臂6及第三电感元件L2，使功率因子校正电路1l可具有较高功率的转换能力。
于本实施例中，第一有源箝位单元4的电路架构可如图2所示，于此不再赘述。而如图17所示，第二有源箝位单元7包含第四电感元件Lr2、第二箝位电容Cc2及第八开关管Sa2。第四电感元件Lr2的两端分别电性耦接于第二有源箝位单元7的第一端A及第二端B。第二箝位电容Cc2的一端电性耦接至第二有源箝位单元7的第一端A及第四电感元件Lr2的一端，第二箝位电容Cc2的另一端电性耦接至第八开关管Sa2的一端，第八开关管Sa2的另一端电性耦接至第二有源箝位单元7的第二端B及第四电感元件Lr2的另一端。
于一些实施例中，第二电感元件Lr1和/或第四电感元件Lr2可为但不限为平面型磁件。于一些实施例中，第一桥臂2的第一开关管S1H和第二开关管S1L、第三桥臂6的第六开关管S3H和第七开关管S3L、第一有源箝位单元7的第五开关管Sa1及第二有源箝位单元7的第八开关管Sa2的至少其中之一开关管为宽禁带半导体器件。于另一些实施例中，第二桥臂3的第三开关管S2H和第四开关管S2L的至少其中之一开关管为宽禁带半导体器件或硅半导体器件。
当然，第一有源箝位单元及第二有源箝位单元的设置位置并不局限于图16所示的设置位置，亦可具有其它多个不同的实施态样。图18为本案第十四实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，本实施例之功率因子校正电路1m相似于图4所示之功率因子校正电路1b。惟于本实施例中，功率因子校正电路1m的第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2，即第一开关管S1H、第二开关管S1L与第一有源箝位单元4共同构成具有第一端M3及第二端M4之第一桥臂2，其中第一有源箝位单元4的第一端A电性耦接于第二桥臂3的第二端M6与输出电容Cb的第二端M8，第一有源箝位单元4的第二端B电性耦接于第二开关管S1L，且功率因子校正电路1m更可包含第三桥臂6及第三电感元件L2。第三桥臂6与第一桥臂2及第二桥臂3并联连接，且第三桥臂6与第一桥臂以错相方式工作，其中第三桥臂6具有第一端及第二端，第三桥臂6的第一端电性耦接于第二桥臂3的第一端M5，第三桥臂6的第二端电性耦接于第二桥臂3的第二端M6，且第三桥臂6包含彼此串联的第六开关管S3H、第七开关管S3L及第二有源箝位单元7，第六开关管S3H与第七开关管S3L间的连接点藉由第三电感元件L2电性耦接至输入电源AC的第一端M1。另外，于一些实施例中，第三电感元件L2可与第一电感元件L1相互磁耦合。
第二有源箝位单元7具有第一端A及第二端B，第二有源箝位单元7的第一端A电性耦接第三桥臂6的第二端、第一有源箝位单元4的第一端A、第二桥臂3的第二端M6及输出电容Cb的第二端M8，第二有源箝位单元7的第二端B电性耦接至第七开关管S3L，其中第二有源箝位单元7设置于第三桥臂6上的位置与第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2上的位置相同，即第二有源箝位单元7相同于第一有源箝位单元4皆设置在对应的桥臂之第二端及对应的开关管之间。第七开关管S3L电性耦接于第六开关管S3H及第三电感元件L2，第六开关管S3H电性耦接于第三桥臂6的第一端。因此，于本实施例中，利用交错设置的技术，使得功率因子校正电路1m除了包含第一桥臂2、第二桥臂3及第一电感元件L1外，更包含具有第二有源箝位单元7之第三桥臂6及第三电感元件L2，使功率因子校正电路1m可具有较高功率的转换能力。
请参阅图19，其为本案第十五实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，本实施例之功率因子校正电路1n相似于图6所示之功率因子校正电路1d，惟于本实施例中，功率因子校正电路1n更可包含第三桥臂6及第三电感元件L2。第三桥臂6与第一桥臂2及第二桥臂3并联连接，且第三桥臂6与第一桥臂2以错相方式工作，其中第三桥臂6具有第一端及第二端，第三桥臂6的第一端电性耦接于第二桥臂3的第一端M5，第三桥臂6的第二端电性耦接于第二桥臂3的第二端M6，且第三桥臂6包含彼此串联的第六开关管S3H、第七开关管S3L及第二有源箝位单元7，第六开关管S3H的一端电性耦接于第三桥臂6的第一端，第七开关管S3L的一端电性耦接于第三桥臂6的第二端。另外，于一些实施例中，第三电感元件L2可与第一电感元件L1相互磁耦合。
第二有源箝位单元7具有第一端A及第二端B，第二有源箝位单元7的第一端A与第七开关管S3L的另一端间的连接点藉由第三电感元件L2电性耦接至输入电源AC的第一端M1，第二有源箝位单元7的第二端B电性耦接至第六开关管S3H的另一端，其中第二有源箝位单元7设置于第三桥臂6上的位置与第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2上的位置相同，即第二有源箝位单元7相同于第一有源箝位单元4皆设置在各自桥臂中的对应的两个开关管之间。因此，于本实施例中，利用交错设置的技术，使得功率因子校正电路1n除了包含第一桥臂2、第二桥臂3及第一电感元件L1外，更包含具有第二有源箝位单元7之第三桥臂6及第三电感元件L2，使功率因子校正电路1n可具有较高功率的转换能力。
请参阅图20，其为本案第十六实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，本实施例之功率因子校正电路1o相似于图7所示之功率因子校正电路1e，惟于本实施例中，功率因子校正电路1o更可包含第三桥臂6及第三电感元件L2。第三桥臂6与第一桥臂2及第二桥臂3并联连接，且第三桥臂6与第一桥臂2为错相方式工作，其中第三桥臂6具有第一端及第二端，第三桥臂6的第一端电性耦接于第二桥臂3的第一端M5，第三桥臂6的第二端电性耦接于第二桥臂3的第二端M6，且第三桥臂6包含彼此串联的第六开关管S3H、第七开关管S3L及第二有源箝位单元7，第六开关管S3H的一端电性耦接于第三桥臂6的第一端，第七开关管S3L的一端电性耦接于第三桥臂6的第二端。另外，于一些实施例中，第三电感元件L2可与第一电感元件L1相互磁耦合。
第二有源箝位单元7具有第一端A及第二端B，第二有源箝位单元7的第一端A电性耦接至第七开关管S3L的另一端，第二有源箝位单元7的第二端B与第六开关管S3H的另一端间的连接点藉由第三电感元件L2电性耦接至输入电源AC的第一端M1，其中第二有源箝位单元7设置于第三桥臂6上的位置与第一有源箝位单元4设置于第一桥臂2上的位置相同，即第二有源箝位单元7相同于第一有源箝位单元4皆设置在对应的两个开关管之间。因此，于本实施例中，利用交错设置的技术，使得功率因子校正电路1o除了包含第一桥臂2、第二桥臂3及第一电感元件L1外，更包含具有第二有源箝位单元7之第三桥臂6及第三电感元件L2，使功率因子校正电路1o可具有较高功率的转换能力。
请参阅图21，其为本案第十七实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。本实施例之功率因子校正电路1p相似于图16所示之功率因子校正电路1l，惟于本实施例中，功率因子校正电路1p更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及第三桥臂的第一端，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1及第三电感元件L2，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第一桥臂2的第二端M4及第二桥臂3的第二端M6。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1p所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1p内部的电子组件。
图22为本案第十八实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1q相似于图18之功率因子校正电路1m，惟本实施例之功率因子校正电路1q更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及第三桥臂的第一端，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1及第三电感元件L2，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1q所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1q内部的电子组件。
图23为本案第十九实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1r相似于图19之功率因子校正电路1n，惟本实施例之功率因子校正电路1r更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及第三桥臂的第一端，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1及第三电感元件L2，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1r所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1r内部的电子组件。
图24为本案第二十实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图，如图所示，本实施例之功率因子校正电路1s相似于图20之功率因子校正电路1o，惟本实施例之功率因子校正电路1s更可包含串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L，其中第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第一桥臂2的第一端M3、第二桥臂3的第一端M5及第三桥臂的第一端，第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1及第三电感元件L2，第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端M8、第二桥臂3的第二端M6及第一桥臂2的第二端M4。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1s所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1s内部的电子组件。
以下将再说明可应用于前述图1、图3-图7中之任一功率因子校正电路之控制方法，其中将以应用于图1之功率因子校正电路1之控制方法来示范性说明。此外，本案之功率因子校正电路之控制方法实际上建构在功率因子校正电路之控制单元中，因此在图1中，更显示了功率因子校正电路1之控制单元10，控制单元10可藉由多个驱动信号来分别控制功率因子校正电路1之所有开关管的运作。而前述其它实施例之控制功率因子校正电路也可包含相似的控制单元，仅图式中已省略。请参阅图25、图26a-26i、图27、图28、图29a-29i、图30，并配合图1，其中图25为图1所示之功率因子校正电路于交流输入电压为正时的等效电路图，图26a-26i为图25所示之功率因子校正电路在交流输入电压为正时的电路运作示意图，图27为图25所示之功率因子校正电路在输入电源的交流输入电压为正时的电压及电流时序图，图28为图1所示之功率因子校正电路于交流输入电压为负时的等效电路图，图29a-29i为图28所示之功率因子校正电路在交流输入电压为负时的电路运作示意图，图30为图25所示之功率因子校正电路在输入电源的交流输入电压为负时的电压及电流时序图。当图1之功率因子校正电路1的交流输入电压为正时，假定在一个开关周期内，交流输入电压及输出电压Vb不变，第一电感元件L1无限大，图1之线路可以简化如图25所示，反之，在交流输入电压为负的时候，假定在一个开关周期内，交流输入电压及输出电压Vb不变，第一电感元件L1无限大，图1之线路则可以简化如图28所示。而当图25所示之功率因子校正电路1工作在连续状态下，且在一个开关周期内，运作过程将如图26a-26i所示，其中Ca为第五开关管Sa1内部的寄生电容，C1H及C1L分别为第一开关管S1H及第二开关管S1L内部的寄生电容，此外，更假定第一箝位电容Cc1两端的电压恒定为Vcc。
当交流输入电压为正时，第二开关管S1L可构成主开关管，第一开关管S1H则构成从开关管；当交流输入电压为负时，第一开关管S1H可构成主开关管，第二开关管S1L则构成从开关管。至于控制单元10提供第一驱动波形来控制主开关管，并提供第二驱动波形来控制从开关管，更提供第三驱动信号来控制第一有源箝位单元4的第五开关管S1a。换言之，当交流输入电压为正时，第一驱动波形对应于第二开关管S1L的驱动信号Vgs_S1L，第二驱动波形对应于第一开关管S1H的驱动信号Vgs_S1H；当交流输入电压为负时，第一驱动波形对应于第一开关管S1H的驱动信号Vgs_S1H，第二驱动波形对应于第二开关管S1L的驱动信号Vgs_S1L。其中如图27及图30所示，在一个开关周期内，第一驱动波形、第二驱动波形及第三驱动信号分别具有开通时刻和关断时刻。此外，第三驱动信号Vgs_Sa1的关断时刻与第一驱动波形的开通时刻之间具有一第一延迟时间Δt1，第一驱动波形的开通时刻与第二驱动波形的关断时刻之间具有一第二延迟时间Δt2，第二驱动波形的关断时刻与第三驱动信号Vgs_Sa1的开通时刻之间具有一第三延迟时间Δt3。
另外，当交流输入电压为正时，功率因子校正电路1的运作会如图26a-图26i所示在一个开关周期内分成九个阶段，其中一个开关周期为时间t0～时间t9。在时间t0以前，第二开关管S1L关断，第一开关管S1H及第五开关管Sa1导通，第二电感元件Lr1放电。流经第一开关管S1H的电流也流经第一有源箝位单元4。
在时间t0-时间t1时刻，功率因子校正电路1便进入第一阶段运作，如图26a所示，此时，第五开关管Sa1的驱动电压变低，而第二电感元件Lr1、第五开关管Sa1的寄生电容Ca及第一箝位电容Cc1构成谐振回路，并向寄生电容Ca两侧充电；同时第二电感元件Lr1、输出电容Cb、第二开关管S1L的寄生电容C1L及第一开关管S1H构成谐振回路，寄生电容C1L开始放电。
然后，在时间t1-时间t2时刻，功率因子校正电路1进入第二阶段运作，如图26b所示，在时间t1时刻，寄生电容Ca两端的电压到达第一箝位电容Cc1两端的电压Vcc与输出电压Vb之和，不再有电流流过第五开关管Sa1；同时第二开关管S1L两端的电压降低为0，第二开关管S1L之体二极管开始导通，第一桥臂2两端的端电压Vr降低为0，而输出电压Vb会加于第二电感元件Lr1上，且第二电感元件Lr1继续去磁。
接着，在时间t2-时间t3时刻，功率因子校正电路1进入第三阶段运作，如图26c所示，此时，流过第二开关管S1L的电流从负变成正，第二开关管S1L的驱动电压变高。第二开关管S1L和第一开关管S1H的驱动都是高电平，故共同导通。此时端电压Vr两端电压为0，输出电压Vb的电压会加于第二电感元件Lr1上，且第二电感元件Lr1继续去磁。
然后，在时间t3-t4时刻，功率因子校正电路1进入第四阶段运作，如图26d所示，此时，第一开关管S1H的驱动电压变低，第二电感元件Lr1、输出电容Cb、第二开关管S1L及寄生电容C1H构成谐振回路，第二电感元件Lr1开始向寄生电容C1H充电，同时第二电感元件Lr1、寄生电容Ca及第一箝位电容Cc1构成谐振回路，寄生电容Ca开始放电，第二电感元件Lr1之电流开始正向增加。另外，谐振回路减缓了流过第一开关管S1H的电流变化速度，缓解了反向恢复损耗。寄生电容C1H的两端的电压逐步增加，寄生电容Ca两端的电压逐步降低，端电压Vr开始升高。
接着，在时间t4-时间t5时刻，功率因子校正电路1进入第五阶段运作，如图26e所示，此时，寄生电容C1H两端的电压(此时等效于端电压Vr)到达第一箝位电容Cc1两端的电压Vcc与输出电压Vb之和，不再有电流流过第一开关管S1H；同时第五开关管Sa1两端的电压降低为0，第五开关管Sa1之体二极管开始导通。且第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第一箝位电容Cc1向第二电感元件Lr1放电，而第二电感元件Lr1上的电流继续正向增加。
然后，时间t5-时间t6时刻，功率因子校正电路1进入第六阶段运作，如图26f所示，此时，第五开关管Sa1的驱动电压变高，实现零电压开通。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1、第五开关管Sa1构成谐振回路，继续向第二电感元件Lr1放电，第二电感元件Lr1上的电流继续正向增加。
接着，在时间t6-时间t7时刻，功率因子校正电路1进入第七阶段运作，如图26g所示，此时，第二开关管S1L的驱动电压变低，第二开关管S1L的寄生电容C1L被充电，寄生电容C1L两端的电压逐渐升高；寄生电容C1H开始放电，寄生电容C1H两端的电压逐渐降低，其中寄生电容C1H和寄生电容C1L的两端电压之和始终等于第一箝位电容Cc1两端的电压Vcc与输出电压Vb之和。此外，第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续正向增加。
接着，在时间t7-时间t8时刻，功率因子校正电路1进入第八阶段运作，如图26h所示，此时，寄生电容C1H两端的电压降低为0，第一开关管S1H的体二极管导通，与输入电流源Idc、输出电容Cb及第一有源箝位单元4构成主功率的续流回路。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续正向增加。
最后，在时间t8-时间t9时刻，功率因子校正电路1进入第九阶段运作，如图26i所示，此时，第一开关管S1H的驱动电压变高，实现零电压开通。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续正向增加。第一开关管S1H、输入电流源Idc、输出电容Cb及有源箝位单元4构成主功率的续流回路。至t9时刻，第五开关管Sa1开始关断，进而进入下一开关周期而重新进行前述第一阶段的运作。
由前述内容可知，藉由第三驱动信号Vgs_Sa1的关断时刻与第一驱动波形(即，主开关的驱动信号Vgs_S1L)的开通时刻之间具有第一延迟时间Δt1，第一驱动波形的开通时刻与第二驱动波形(即，从开关的驱动信号Vgs_S1H)的关断时刻之间具有第二延迟时间Δt2，第二驱动波形的关断时刻与第三驱动信号Vgs_Sa1的开通时刻之间具有第三延迟时间Δt3，即可在交流输入电压为正时实现第二开关管S1L的软开通。
当交流输入电压为负时，功率因子校正电路1的运作会如图29a-图29i所示，在一个开关周期内分成九个阶段，其中一个开关周期为时间t0～时间t9。在时间t0以前，第一开关管S1H关断，第二开关管S1L及第五开关管Sa1导通，第二电感元件Lr1放电。此外，交流输入电压通过第二开关管S1L及输出电容Cb续流。
在时间t0-时间t1时刻，功率因子校正电路1便进入第一阶段运作，如图29a所示，此时，第五开关管Sa1的驱动电压变低，而第二电感元件Lr1、第五开关管Sa1的寄生电容Ca及第一箝位电容Cc1构成谐振回路，并向寄生电容Ca两侧充电；同时第二电感元件Lr1、输出电容Cb、第二开关管S1L及第一开关管S1H的寄生电容C1H构成谐振回路，寄生电容C1H开始放电。在时间t1时刻，寄生电容Ca两端的电压到达第一箝位电容Cc两端的电压Vcc与输出电压Vb之和，不再有电流流过第五开关管Sa1；同时第一开关管S1H两端的电压降低为0，第一开关管S1H之体二极管开始导通。
然后，在时间t1-时间t2时刻，功率因子校正电路1进入第二阶段运作，如图29b所示，此时，第一开关管S1H之体二极管导通，且端电压Vr降低为0，而输出电压Vb会加于第二电感元件Lr1上，且第二电感元件Lr1继续去磁。
接着，在时间t2-时间t3时刻，功率因子校正电路1进入第三阶段运作，如图29c所示，此时，流过第一开关管S1H的电流从负变成正，第一开关管S1H的驱动电压变高。第二开关管S1L和第一开关管S1H的驱动都是高电平，故共同导通。此时端电压Vr两端电压为0，输出电压Vb的电压会加于第二电感元件Lr1上，且第二电感元件Lr1开始去磁，第二电感元件Lr1之电流开始负向减小。
然后，在时间t3-时间t4时刻，功率因子校正电路1进入第四阶段运作，如图29d所示，此时，第二开关管S1L的驱动电压变低，第二电感元件Lr1、第一开关管S1H、寄生电容C1L及输出电容Cb构成谐振回路，第二电感元件Lr1开始向寄生电容C1L充电，同时第二电感元件Lr1、寄生电容Ca及第一箝位电容Cc1构成谐振回路，寄生电容Ca开始放电。谐振回路减缓了流过第二开关管S1L的电流变化速度，缓解了反向恢复损耗。寄生电容C1L的两端的电压逐步增加，寄生电容Ca两端的电压逐步降低，端电压Vr开始升高。
接着，在时间t4-时间t5时刻，功率因子校正电路1进入第五阶段运作，如图29e所示，此时，寄生电容C1L两端的电压(此时等效于端电压Vr)到达第一箝位电容Cc1两端的电压Vcc与输出电压Vb之和，不再有电流流过第二开关管S1L；同时第五开关管Sa1两端的电压降低为0，第五开关管Sa1之体二极管开始导通。且第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成回路，而第二电感元件Lr1上的电流继续负向减小。
然后，时间t5-时间t6时刻，功率因子校正电路1进入第六阶段运作，如图29f所示，此时，第五开关管Sa1的驱动电压变高，实现零电压开通。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1、第五开关管Sa1构成谐振回路，继续向第二电感元件Lr1放电，第二电感元件Lr1上的电流继续负向减小。
接着，在时间t6-时间t7时刻，功率因子校正电路1进入第七阶段运作，如图29g所示，此时，第一开关管S1H的驱动电压变低，第一开关管S1H的寄生电容C1H被充电，寄生电容C1H两端的电压逐渐升高；寄生电容C1L开始放电，寄生电容C1L两端的电压逐渐降低，其中寄生电容C1H和寄生电容C1L的两端电压之和始终等于第一箝位电容Cc1两端的电压Vcc与输出电压Vb之和。此外，第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续负向增加。
接着，在时间t7-时间t8时刻，功率因子校正电路1进入第八阶段运作，如图29h所示，此时，寄生电容C1L两端的电压降低为0，第二开关管S1L的体二极管导通，与输入电流源Idc以及输出电容Cb构成主功率的续流回路。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续负向减小。
最后，在时间t8-时间t9时刻，功率因子校正电路1进入第九阶段运作，如图29i所示，此时，第二开关管S1L的驱动电压变高，实现零电压开通。第二电感元件Lr1、第一箝位电容Cc1及第五开关管Sa1构成谐振回路，第二电感元件Lr1上的电流继续负向减小。至t9时刻，第五开关管Sa1开始关断，进而进入下一开关周期而重新进行前述第一阶段的运作。
由前述内容可知，藉由第三驱动信号Vgs_Sa1的关断时刻与第一驱动波形(即，主开关的驱动信号Vgs_S1H)的开通时刻之间具有第一延迟时间Δt1，第一驱动波形的开通时刻与第二驱动波形(即，从开关的驱动信号Vgs_S1L)的关断时刻之间具有第二延迟时间Δt2，第二驱动波形的关断时刻与第三驱动信号Vgs_Sa1的开通时刻之间具有第三延迟时间Δt3，即可在交流输入电压为负时实现第一开关管S1H的软开通。又藉由本案之控制方法，可使第一开关管S1H、第二开关管S1L和第五开关管Sa1中的至少一个为零电压开通。此外，交流输入电压为正和交流输入电压为负的主要差别是有源箝位单元4在主开关导通阶段承担输入电流还是在续流阶段承担输入电流。另外，以上描述的都是功率因子校正电路1在连续模式(CCM)下的控制方法。
图31为本案第二十一实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。如图所示，在该实施例中，功率因子校正电路1t包括输入电源AC、第一桥臂2、第一电感元件L1、第二桥臂3、第三桥臂6、第三电感元件L2、输出电容Cb及有源箝位单元4。类似于图20，第一桥臂2包括彼此串联的第一开关管S1H和第二开关管S1L，且第一开关管S1H与第二开关管S1L的连接点藉由第一电感元件L1电性耦接至交流电源AC的第一端M1。第二桥臂3包括彼此串联的第三开关管S2H和第四开关管S2L，且第三开关管S2H与第四开关管S2L的连接点电性耦接至交流电源AC的第二端M2。第三桥臂6与第一桥臂2并联连接，其包括彼此串联的第六开关管S3H和第七开关管S3L，且第六开关管S3H与第七开关管S3L的连接点藉由第三电感元件L2电性耦接至交流电源AC的第一端M1。
在图31中，有源箝位单元4还包括第二电感元件、第一箝位电容和第五开关管，其中第二电感元件并联连接于第一箝位电容与第五开关管的串联支路两端。第一桥臂2和第三桥臂6以错相方式(interleaving)工作，有源箝位单元4设置于第二桥臂3与第三桥臂6之间，第一桥臂2和第三桥臂6藉由共享该有源箝位单元4实现各自桥臂中的开关管的ZVS。具体而言，在图31所示的实施例中，有源箝位单元4的第一端A电性耦接至第一桥臂2中的第一开关管S1H以及第三桥臂6中的第六开关管S3H。有源箝位单元4的第二端B电性耦接至第二桥臂3中的第三开关管S2H。当第一桥臂2工作且第三桥臂6不工作时，有源箝位单元4与第一桥臂2相配合，从而实现第一桥臂2中的第一开关管S1H和第二开关管S1L的ZVS；当第三桥臂6工作且第一桥臂2不工作时，有源箝位单元4与第三桥臂6相配合，从而实现第三桥臂6中的第六开关管S3H和第七开关管S3L的ZVS。
图32为本案第二十一实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。相较于图31，图32的功率因子校正电路1u不同之处是在于，有源箝位单元4在电路中的位置发生了改变。具体而言，在图32所示的实施例中，有源箝位单元4的第一端A电性耦接至第二桥臂3中的第四开关管S2L。有源箝位单元4的第二端B电性耦接至第一桥臂2中的第二开关管S1L以及第三桥臂6中的第七开关管S3L。第一桥臂2和第三桥臂6以错相方式工作。当第一桥臂2工作且第三桥臂6不工作时，有源箝位单元4与第一桥臂2相配合，从而实现第一桥臂2中的第一开关管S1H和第二开关管S1L的ZVS；当第三桥臂6工作且第一桥臂2不工作时，有源箝位单元4与第三桥臂6相配合，从而实现第三桥臂6中的第六开关管S3H和第七开关管S3L的ZVS，换言之，第一桥臂2和第三桥臂6共享同一个有源箝位单元4。
图33为本案第二十三实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。相较于图31，在图33所示的实施例中，功率因子校正电路1v还包括串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L。其中，第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第一端M5及有源箝位单元4的第二端B。第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1以及第三电感元件L3。第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端、第一桥臂2的第二开关管S1L、第三桥臂6的第七开关管S3L及第二桥臂3的第四开关管S2L。藉由第一二极管D1H及第二二极管D1L的设置，即可在功率因子校正电路1v所接收之交流输入电压的瞬间电压大于输出电压Vb，限制交流输入电压于一预定电压以下，以保护功率因子校正电路1v内部的电子组件。
图34为本案第二十四实施例之功率因子校正电路的电路结构示意图。相较于图32，在图34所示的实施例中，功率因子校正电路1w还包括串联连接的第一二极管D1H及第二二极管D1L。其中，第一二极管D1H的阴极电性耦接于输出电容Cb的第一端M7、第二桥臂3的第三开关管S2H、第一桥臂2的第一开关管S1H、第三桥臂6的第六开关管S3H。第一二极管D1H的阳极电性耦接于输入电源AC的第一端M1、第一电感元件L1以及第三电感元件L3。第二二极管D1L的阴极电性耦接于第一二极管D1H的阳极，第二二极管D1L的阳极电性耦接于输出电容Cb的第二端、第二桥臂3的第四开关管S2L及有源箝位单元4的第一端A。
请参阅图35，其为显示本案之功率因子校正电路在选择工作模式时的示意图。如图所示，在本案之功率因子校正电路所接收之输入电流或是相位比较小的时候，功率因子校正电路可以工作在断续模式(DCM)，但不以此为限，亦可以工作在连续模式。综合效率的情况，第一有源箝位单元则可以在断续模式或者部分连续模式情况下不工作，以获得最优的效率。
另外，由图27所示可知，构成主开关管之第二开关管S1L及构成从开关管之第一开关管S1H具有相同的开关周期，而由图30所示可知，构成主开关管之第一开关管S1H及构成从开关管之第二开关管S1L具有相同的开关周期。再者，主开关的开关周期内，控制单元10会向第五开关管Sa1提供一次第三驱动信号Vgs_Sa1。
此外，于一些实施例中，第一延迟时间Δt1可为但不限于固定值，第二延迟时间Δt2可为但不限于固定值，第三延迟时间Δt3可为但不限于固定值。又第一延迟时间Δt1、第二延迟时间Δt2及第三延迟时间Δt3可分别随着交流输入电压、功率因子校正电路之输出端电流和、功率因子校正电路之输出端功率之中至少一个的变化而变化。
综上所述，上述若干实施例提供一种功率因子校正电路及其控制方法，功率因子校正电路包括输入电源、第一桥臂、第二桥臂、输出电容及有源箝位单元。其中第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管，有源箝位单元可选地设置于桥臂内部、第一桥臂与第二桥臂之间、第二桥臂与输出电容之间。该控制方法藉由用来驱动第五开关管之第三驱动信号的关断时刻与用来驱动主开关管之第一驱动波形的开通时刻之间具有第一延迟时间，第一驱动波形的开通时刻与用来驱动从开关管之第二驱动波形的关断时刻之间具有第二延迟时间，第二驱动波形的关断时刻与第三驱动信号的开通时刻之间具有第三延迟时间，即可使主开关管、从开关管和第五开关管中的至少一个为零电压开通，从而减少开关管的开通损耗，如此一来，即可对功率因子校正电路的工作频率进行提升，从而实现高功率密度及高效率。

Claims (15)

1.一种功率因子校正电路，其特征在于，所述功率因子校正电路包括：
输入电源；
第一桥臂，包括彼此串联的一第一开关管和一第二开关管，且所述第一开关管与所述第二开关管的连接点藉由一第一电感元件电性耦接至所述输入电源的一第一端；
第二桥臂，包括彼此串联的一第三开关管和一第四开关管，且所述第三开关管与所述第四开关管的连接点藉由电性耦接至所述输入电源的一第二端；
第三桥臂，与所述第一桥臂和所述第二桥臂并联连接，包括彼此串联的一第六开关管和一第七开关管，且所述第六开关管与所述第七开关管的连接点藉由一第三电感元件电性耦接至所述输入电源的所述第一端；
输出电容；
第一有源箝位单元，包括一第二电感元件、一第一箝位电容和一第五开关管，其中所述第一箝位电容的两端分别电性耦接至所述第二电感元件的一端与所述第五开关管的一端，所述第五开关管的另一端电性耦接至所述第二电感元件的另一端；以及
第二有源箝位单元，包括一第四电感元件、一第二箝位电容和一第八开关管，其中所述第二箝位电容的两端分别电性耦接至所述第四电感元件的一端与所述第八开关管的一端，所述第八开关管的另一端电性耦接至所述第四电感元件的另一端；
其中，所述第一有源箝位单元设置于所述第一桥臂，所述第二有源箝位单元设置于所述第三桥臂，所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元在各自所属的桥臂中位置相同。
2.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一有源箝位单元之所述第二电感元件并联连接于所述第一箝位电容与所述第五开关管的串联支路两端。
3.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第二有源箝位单元之所述第四电感元件并联连接于所述第二箝位电容与所述第八开关管构成的串联支路两端。
4.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第二电感元件和/或第四电感元件为平面型磁件。
5.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管和所述第八开关管的至少其中之一为宽禁带半导体器件。
6.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第三开关管和第四开关管的至少其中之一为宽禁带半导体器件或硅半导体器件。
7.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元在各自所属的桥臂中的位置采用下列四种拓扑之其中之一，其中，
所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元采用一第七拓扑，而所述第一有源箝位单元的一第二端以及所述第二有源箝位单元的一第二端均电性耦接至所述输出电容的一第一端，所述第一有源箝位单元的一第一端电性耦接至所述第一开关管，所述第二有源箝位单元的一第一端电性耦接至所述第六开关管；
所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元采用一第八拓扑，而所述第一有源箝位单元的所述第一端以及所述第二有源箝位单元的所述第一端均电性耦接至所述输出电容的一第二端，所述第一有源箝位单元的所述第二端电性耦接至所述第二开关管，所述第二有源箝位单元的所述第二端电性耦接至所述第七开关管；
所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元采用一第九拓扑，而所述第一有源箝位单元的所述第一端电性耦接至所述第一电感元件以及所述第二开关管，所述第一有源箝位单元的所述第二端电性耦接至所述第一开关管；所述第二有源箝位单元的第一端电性耦接至所述第三电感元件以及所述第七开关管，所述第二有源箝位单元的第二端电性耦接至所述第六开关管；
所述第一有源箝位单元和所述第二有源箝位单元采用一第十拓扑，而所述第一有源箝位单元的所述第一端电性耦接至所述第二开关管，所述第一有源箝位单元的所述第二端电性耦接至所述第一电感元件以及所述第一开关管；所述第二有源箝位单元的所述第一端电性耦接至所述第七开关管，所述第二有源箝位单元的所述第二端电性耦接至所述第三电感元件以及所述第六开关管。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述功率因子校正电路还包括串联连接的一第一二极管和一第二二极管，所述第一二极管连接于所述输出电容的所述第一端和所述输入电源的所述第一端之间；所述第二二极管连接于所述输出电容的所述第二端和所述输入电源的所述第一端之间。
9.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一桥臂和所述第三桥臂以错相方式工作。
10.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一电感元件与所述第三电感元件是相互磁耦合的。
11.一种功率因子校正电路，其特征在于，所述功率因子校正电路包括：
交流电源；
第一桥臂，包括彼此串联的一第一开关管和一第二开关管，且所述第一开关管与所述第二开关管的连接点藉由一第一电感元件电性耦接至所述交流电源的一第一端；
第二桥臂，包括彼此串联的一第三开关管和一第四开关管，且所述第三开关管与所述第四开关管的连接点电性耦接至所述交流电源的一第二端；
第三桥臂，与所述第一桥臂并联连接，包括彼此串联的一第六开关管和一第七开关管，且所述第六开关管与所述第七开关管的连接点藉由一第三电感元件电性耦接至所述交流电源的所述第一端；
输出电容；
有源箝位单元，包括一第二电感元件、一第一箝位电容和一第五开关管，其中所述第二电感元件并联连接于所述第一箝位电容与所述第五开关管的串联支路两端；以及
其中，所述第一桥臂和所述第三桥臂以错相方式工作，所述有源箝位单元设置于所述第二桥臂与所述第三桥臂之间，所述第一桥臂和所述第三桥臂藉由共享所述有源箝位单元实现各自桥臂中的开关管的ZVS。
12.根据权利要求11所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述有源箝位单元的第一端电性耦接至所述第一开关管和所述第六开关管，所述有源箝位单元的第二端电性耦接至所述第三开关管。
13.根据权利要求11所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述有源箝位单元的第一端电性耦接至所述第四开关管，所述有源箝位单元的第二端电性耦接至所述第二开关管和所述第七开关管。
14.根据权利要求11至13任意一项所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述功率因子校正电路还包括串联连接的一第一二极管和一第二二极管，所述第一二极管连接于所述输出电容的所述第一端和所述交流电源的所述第一端之间；所述第二二极管连接于所述输出电容的所述第二端和所述交流电源的所述第一端之间，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极均连接至所述交流电源。
15.根据权利要求11所述的功率因子校正电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第六开关管和所述第七开关管的至少其中之一为宽禁带半导体器件。
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