CN113691119B - 三相功率因素校正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相功率因素校正装置，其包括一三相切换开关组、三个电感器与三个滤波电容器。三相切换开关组耦接于一第一输出端与一第二输出端之间。所有电感器耦接三相切换开关组。三相切换开关组通过电感器接收三相电磁干扰滤除电压，并转换三相电磁干扰滤除电压为一直流电压。所有滤波电容器分别耦接所有电感器，并耦接第二输出端，每一滤波电容器连接于对应的电感器与第二输出端之间，所有滤波电容器滤除三相电磁干扰滤除电压的共模噪声，以降低危险发生的机率。

Description

三相功率因素校正装置
技术领域
本发明涉及一种校正装置，且特别涉及一种三相功率因素校正装置。
背景技术
功率因素指的是有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的比值，一般来说，功率因素可以用来衡量电力被利用的程度，当功率因素值越大，代表电力利用率越高。应用在电源供应器上的功率因素校正器大多用于控制调整交流电电流输入的时间和波型，使其与直流电电压波型尽可能地一致，让功率因素值接近1，避免电力设备系统消耗的电力超出其规格，产生不必要的干扰。
由上述可知，低功率因素代表电力效能低，电力效能越低代表电力在配送网络中的耗损越高；假如较低的功率因素没有被校正提升，电力公司除了有效功率外，还要提供与工作非相关的虚功，相对的，就要增加发电机、转换机、输送工具、甚至缆线等电力输送设备的消耗，才能弥补较低的功率因素；因此，大多电子设备都会具有功率因素校正器，来帮助改善自身能源使用率。
图1为现有技术的三相功率因素校正装置的电路示意图。请参阅图1，六开关三相功率因素校正电路是由六个功率开关器10所组成，每个桥臂具有上下两个功率开关器10，每相电流可通过桥臂上的这两个开关器10进行控制。由于三相的电流的和为零，所以只要对其中的两相电流进行控制就足够，因而在实际应用中，对电压绝对值最大的这一相不进行控制，而只选另外两相进行控制。这样做的好处是减小了开关动作的次数，因而可以减小总的开关损耗。不过，六开关三相功率因素校正电路使用开关数目太多，控制复杂，成本又高，当共模噪声出现时，每个桥臂上两个串联的功率开关器10存在直通短路的危险，对功率驱动控制的可靠度要求就很高。
因此，本发明是在针对上述的困扰，提出一种三相功率因素校正装置，用以解决现有技术所产生的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种三相功率因素校正装置，其有效抑制共模噪声带来的电磁干扰，降低危险发生的机率，并减少电磁干扰电路的共模电感与共模电容器的数量，进而方便设计电路、降低成本与提升电压供应的效率。
为达上述目的，本发明提供一种三相功率因素校正装置，其包括一三相切换开关组、三个电感器与三个滤波电容器。三相切换开关组耦接于一第一输出端与一第二输出端之间。所有电感器耦接三相切换开关组。三相切换开关组通过电感器接收三相电磁干扰滤除电压，并转换三相电磁干扰滤除电压为一直流电压。所有滤波电容器分别耦接所有电感器，并耦接第二输出端，每一滤波电容器连接于对应的电感器与第二输出端之间，所有滤波电容器滤除三相电磁干扰滤除电压之共模噪声。
在本发明的一实施例中，三相功率因素校正装置还包括三个第一二极管，其阳极耦接第二输出端，所有第一二极管的阴极分别耦接所有滤波电容器，其中，所有第一二极管分别与所有滤波电容器并联耦接。
在本发明的一实施例中，三相功率因素校正装置还包括三个第二二极管，其阳极分别耦接所有第一二极管的阴极，所有第二二极管的阴极耦接第一输出端。
在本发明的一实施例中，三相切换开关组包括两个第一电子开关、两个第二电子开关与两个第三电子开关。所有第一电子开关串联耦接于第一输出端与第二输出端之间。所有第二电子开关串联耦接于第一输出端与第二输出端之间。所有第三电子开关串联耦接于第一输出端与第二输出端之间。两个第一电子开关之间的节点、两个第二电子开关之间的节点与两个第三电子开关之间的节点分别耦接所有电感器，其中，所有第一电子开关、所有第二电子开关与所有第三电子开关用以接收三相电磁干扰滤除电压，并转换三相电磁干扰滤除电压为直流电压。
在本发明的一实施例中，第一电子开关、第二电子开关与第三电子开关为N通道金氧半场效晶体管。
在本发明的一实施例中，三相功率因素校正装置还包括一稳压电容器，其耦接于第一输出端与第二输出端之间。
在本发明的一实施例中，电感器通过一电磁干扰滤波电路耦接一三相电压源，三相电压源用以产生三相电压，电磁干扰滤波电路用以接收三相电压，并过滤三相电压的电磁干扰信号，以产生三相电磁干扰滤除电压。
在本发明的一实施例中，电磁干扰滤波电路包括复数个电容器与复数个电感器。
在本发明的一实施例中，三相切换开关组耦接一直流电压转换器。
在本发明的一实施例中，直流电压转换器为半桥式直流电压转换器或全桥式直流电压转换器。
基于上述，三相功率因素校正装置利用滤波电容器滤除三相电磁干扰滤除电压的共模噪声，以有效抑制共模噪声带来的电磁干扰，降低危险发生的机率，并减少电磁干扰电路的共模电感与共模电容器的数量，进而方便设计电路、降低成本与提升电压供应的效率。
附图说明
图1为现有技术的三相功率因素校正装置的电路示意图。
图2为本发明的三相功率因素校正装置的第一实施例的电路示意图。
图3为本发明的三相功率因素校正装置的第二实施例的电路示意图。
符号说明：
10 功率开关器 12 三相功率因素校正装置
14 三相切换开关组 16 电感器
18 滤波电容器 20 电磁干扰滤波电路
22 三相电压源 24 第一相电压源
26 第二相电压源 28 第三相电压源
30 第一电子开关 32 第二电子开关
34 第三电子开关 36 控制器
38 稳压电容器 40 直流电压转换器
42 第一二极管 44 第二二极管
具体实施方式
本发明实施例将通过下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，在图式与说明书中，相同标号系代表相同或相似构件。在图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种改变与修改。
除非特别说明，一些条件句或字词，例如“可以”、“可能”、“也许”，或“可”，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、元件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、元件，或步骤可能是不需要的。
下文中涉及“一个实施例”或“一实施例”的描述是指涉及至少一实施例内所相关连的一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或 “一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的“包括”为开放式的用语， 故应解释成“包括但不限定于”。另外，“耦接”在此包括任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
本发明特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种改动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视权利要求书所界定的为准。在通篇说明书与权利要求书中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“该”的意义包括这一类叙述包括“一或至少一”该元件或成分。此外，如本发明所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个元件或成分的叙述。而且，应用在此描述中及全部权利要求书中时，除非内容清楚指定，否则“在其中”的意思可包括“在其中”与“在其上”。在通篇说明书与权利要求书所使用的用词，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员在有关本发明的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅是用以举例说明，当然不限制本发明或任何例示用词的范围与意义。同样地，本发明并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
图2为本发明的三相功率因素校正装置的第一实施例的电路示意图。以下介绍本发明的三相功率因素校正装置的第一实施例，请参阅图2。三相功率因素校正装置12包括一三相切换开关组14、三个电感器16与三个滤波电容器18。三相切换开关组14耦接于三相功率因素校正装置12的一第一输出端与一第二输出端之间，其中第一输出端不同于第二输出端。所有电感器16耦接三相切换开关组14。所有滤波电容器18分别耦接所有电感器16，并耦接第二输出端，每一滤波电容器18连接于对应的电感器16与第二输出端之间。
所有电感器16分别接收三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET，使三相切换开关组14通过电感器16接收三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET，并转换三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET为一直流电压D。同时，所有滤波电容器18分别滤除三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET的共模噪声，以有效抑制共模噪声带来的电磁干扰。滤波电容器18可以大幅降低共模电压，滤波电容器18的电容值愈大，代表高频容抗愈小，大部分的共模电流都流经滤波电容器18。
所有电感器16可通过一电磁干扰滤波电路20耦接一三相电压源22，三相电压源22包括一第一相电压源24、一第二相电压源26与一第三相电压源28。第一相电压源24、第二相电压源26与第三相电压源28皆耦接电磁干扰滤波电路20。电磁干扰滤波电路20又包括复数个电容器与复数个电感器。三相电压源22的第一相电压源24、第二相电压源26与第三相电压源28分别产生三相电压R、S与T，电磁干扰滤波电路20接收三相电压R、S与T，并过滤三相电压R、S与T的电磁干扰信号，以产生三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET。因为滤波电容器18滤除三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET的共模噪声，所以电磁干扰电路20的共模电感与共模电容器的数量可以减少，进而方便设计电路、降低成本与提升电压供应的效率。
在本发明的某些实施例中，三相切换开关组14可包括两个第一电子开关30、两个第二电子开关32与两个第三电子开关34。第一电子开关30、第二电子开关32与第三电子开关34可以N通道金氧半场效晶体管实现，但本发明并不以此为限。第一电子开关30串联耦接于第一输出端与第二输出端之间，第二电子开关32串联耦接于第一输出端与第二输出端之间，第三电子开关34串联耦接于第一输出端与第二输出端之间。两个第一电子开关30之间的节点、两个第二电子开关32之间的节点与两个第三电子开关34之间的节点分别耦接所有电感器16。第一电子开关30、第二电子开关32与第三电子开关34的控制端耦接一控制器36。控制器36控制第一电子开关30、第二电子开关32与第三电子开关34接收三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET，并转换三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET为直流电压D。因为滤波电容器18滤除三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET的共模噪声，且共模噪声存在于串联的电子开关之间，所以串联的电子开关发生直通短路的危险的机率可以降低。
三相功率因素校正装置12还可包括一稳压电容器38，其耦接于第一输出端与第二输出端之间，稳压电容器38用以稳定直流电压D。三相切换开关组14还可通过第一输出端与第二输出端耦接一直流电压转换器40，例如为半桥式直流电压转换器或全桥式直流电压转换器，但本发明并不以此为限。直流电压转换器40可对直流电压进行降压或升压，以产生另一直流电压供负载使用。
图3为本发明的三相功率因素校正装置的第二实施例的电路示意图。以下介绍本发明的三相功率因素校正装置的第二实施例，请参阅图3。第二实施例与第一实施例差别在于第二实施例的三相功率因素校正装置12还包括三个第一二极管42，其阳极耦接第二输出端，所有第一二极管42的阴极分别耦接所有滤波电容器18，所有第一二极管42分别与所有滤波电容器18并联耦接。第一二极管42用以防止共模噪声出现在第二输出端，并帮助滤波电容器18滤除三相电磁干扰滤除电压ER、ES与ET的共模噪声。此外，在第二实施例中，三相功率因素校正装置12还可包括三个第二二极管44，其阳极分别耦接所有第一二极管42的阴极，所有第二二极管44的阴极耦接第一输出端。第二二极管44可在三相功率因素校正装置12开启时，为稳压电容器38提供充电路径。实际例子上，第一二极管42与第二二极管44在稳压电容器38的涟波峰值低于800伏特，涟波谷值大于0伏特时使用。
根据上述实施例，三相功率因素校正装置利用滤波电容器滤除三相电磁干扰滤除电压的共模噪声，以有效抑制共模噪声带来的电磁干扰，降低危险发生的机率，并减少电磁干扰电路的共模电感与共模电容器的数量，进而方便设计电路、降低成本与提升电压供应的效率。
以上所述，仅为本发明一优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求书所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种三相功率因素校正装置，其特征在于，包括：
一三相切换开关组，耦接于一第一输出端与一第二输出端之间；
三个电感器，耦接所述三相切换开关组，其中，所述三相切换开关组用以通过所述电感器接收三相电磁干扰滤除电压，并转换三相电磁干扰滤除电压为一直流电压；以及
三个滤波电容器，其分别耦接所有电感器，并耦接所述第二输出端，每一滤波电容器连接于对应的电感器与所述第二输出端之间，其中，所述滤波电容器用以滤除所述三相电磁干扰滤除电压的共模噪声；
其中所述电感器通过一电磁干扰滤波电路耦接一三相电压源，所述三相电压源用以产生三相电压，所述电磁干扰滤波电路用以接收所述三相电压，并过滤所述三相电压的电磁干扰信号，以产生三相电磁干扰滤除电压，所述电磁干扰滤波电路包括复数个电容器与复数个电感器；
其中所述三相切换开关组包括：
两个第一电子开关，串联耦接于所述第一输出端与所述第二输出端之间；
两个第二电子开关，串联耦接于所述第一输出端与所述第二输出端之间；以及
两个第三电子开关，串联耦接于所述第一输出端与所述第二输出端之间，两个所述第一电子开关之间的节点、两个所述第二电子开关之间的节点与所述第三电子开关之间的节点分别耦接所有电感器，其中，所述第一电子开关、所述第二电子开关与所述第三电子开关用以接收所述三相电磁干扰滤除电压，并转换三相电磁干扰滤除电压为直流电压，所述滤波电容器与地端断开，且所述共模噪声存在于串联的电子开关之间。
2.如权利要求1所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，还包括三个第一二极管，其阳极耦接所述第二输出端，所述第一二极管的阴极分别耦接所有滤波电容器，其中，所述第一二极管分别与所有滤波电容器并联耦接。
3.如权利要求2所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，还包括三个第二二极管，其阳极分别耦接所有第一二极管的阴极，所述第二二极管的阴极耦接所述第一输出端。
4.如权利要求1所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，所述第一电子开关、所述第二电子开关与所述第三电子开关为N通道金氧半场效晶体管。
5.如权利要求1所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，还包括一稳压电容器，其耦接于所述第一输出端与所述第二输出端之间。
6.如权利要求1所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，其中，所述三相切换开关组耦接一直流电压转换器。
7.如权利要求6所述的三相功率因素校正装置，其特征在于，其中，所述直流电压转换器为半桥式直流电压转换器或全桥式直流电压转换器。
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