CN114825899A - 图腾柱功率因素校正电路 - Google Patents

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CN114825899A CN202210475921.8A CN202210475921A CN114825899A CN 114825899 A CN114825899 A CN 114825899A CN 202210475921 A CN202210475921 A CN 202210475921A CN 114825899 A CN114825899 A CN 114825899A
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Abstract

本案的图腾柱功率因素校正电路的检测模块包含检测电阻及检测电路，当控制单元确认检测电路所检测到的检测电阻两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，控制单元控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件皆关断，因此图腾柱功率因素校正电路检测电阻两端的电压是否大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值，而可迅速控制对应的开关元件关断，即代表图腾柱功率因素校正电路能即时采取保护措施，避免图腾柱功率因素校正电路损坏，故图腾柱功率因素校正电路具有效能较佳的优势。

Description

图腾柱功率因素校正电路
技术领域
本案关于一种图腾柱功率因素校正电路，尤指一种包含检测模块的图腾柱功率因素校正电路。
背景技术
对于传统功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路而言，由于其所包含的开关元件较多，而使效率难以提高，且其反向恢复损耗较高。相较之下，图腾柱功率因素校正电路的开关元件较少，而具有较高的效率优势，且由于图腾柱功率因素校正电路大多由宽禁带半导体材料所构成，而使其具有较低的反向恢复损耗，进而使图腾柱功率因素校正电路受到广泛使用。
图腾柱功率因素校正电路内通常包含旁路(bypass)二极管，其中当图腾柱功率因素校正电路于正常运行时，旁路二极管为关断状态，使输入电源的电流可平均地流经图腾柱功率因素校正电路内的多个其他开关元件，旁路二极管便达到保护图腾柱功率因素校正电路的效果。然而，当图腾柱功率因素校正电路于非正常运行，例如图腾柱功率因素校正电路中的开关元件被错误触发或输入电源的电压由于打雷等突发情况致使电源极性突然反转而控制由于延时而未跟上时，造成与旁路二极管连接的输入电源为短路状态，即输入电源的电流仅流经图腾柱功率因素校正电路内的单一开关元件，导致流经该开关元件的电流易过大，进而造成图腾柱功率因素校正电路容易损坏。
因此，如何发展一种图腾柱功率因素校正电路来解决现有技术所面临的问题，实为本领域急需面对的课题。
发明内容
本案的目的在于提供一种图腾柱功率因素校正电路，其具有效能较佳的优势。
为达上述目的，本案的一较佳实施例为提供一种图腾柱功率因素校正电路，电性耦接于输入电源及负载之间，输入电源具有第一端及第二端，图腾柱功率因素校正电路包含第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感、检测模块及控制单元。第一桥臂包含串联连接的第一旁路二极管及第二旁路二极管，第一旁路二极管及第二旁路二极管之间的连接点形成第一连接点。第二桥臂与第一桥臂并联连接，且包含串联连接的第一开关元件及第二开关元件，第一开关元件及第二开关元件之间的连接点形成第二连接点。第三桥臂与第一桥臂并联连接，且包含串联连接的第三开关元件及第四开关元件，第三开关元件及第四开关元件之间的连接点形成第三连接点，第三连接点电连接于输入电源的第二端。第一电感电连接于输入电源的第一端及第二连接点之间。检测模块包含检测电阻及检测电路。检测电阻包含第一端及第二端，检测电路包含第一端、第二端及第三端。检测电阻的第一端、第一连接点及检测电路的第一端共同连接，检测电阻的第二端、输入电源的第一端及检测电路的第二端共同连接。控制单元电性耦接于检测电路的第三端，以控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件，其中当控制单元确认检测电路所检测的检测电阻两端的电压大于或等于电压上限阈值，或小于或等于电压下限阈值时，控制单元控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件关断。
为达上述目的，本案的另一较佳实施例为提供一种图腾柱功率因素校正电路，电性耦接于输入电源及负载之间，输入电源具有第一端及第二端，图腾柱功率因素校正电路包含第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感、检测模块及控制单元。第一桥臂包含串联连接的第一旁路二极管及第二旁路二极管，第一旁路二极管及第二旁路二极管之间的连接点形成第一连接点，第一连接点电连接于输入电源的第一端。第二桥臂与第一桥臂并联连接，且包含串联连接的第一开关元件及第二开关元件，第一开关元件及第二开关元件之间的连接点形成第二连接点。第三桥臂与第一桥臂并联连接，且包含串联连接的第三开关元件及第四开关元件，第三开关元件及第四开关元件之间的连接点形成第三连接点。第一电感电连接于输入电源的第一端及第二连接点之间。检测电阻包含第一端及第二端，检测电路包含第一端、第二端及第三端，检测电阻的第一端、该输入电源的该第二端及检测电路的第一端共同连接，检测电阻的第二端、该第三连接点及检测电路的第二端共同连接。控制单元电性耦接于检测电路的第三端，以控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件，其中当控制单元确认检测电路检测的检测电阻两端的电压大于或等于电压上限阈值，或小于或等于电压下限阈值时，控制单元控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件关断。
附图说明
图1为本案的第一实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图2A及图2B为图1所示的图腾柱功率因素校正电路于输入电源提供的电源电压为正半周时的电流流向拓扑图。
图3A及图3B为图1所示的图腾柱功率因素校正电路于输入电源提供的电源电压为负半周时的电流流向拓扑图。
图4为本案的第二实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图5为本案的第三实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图6为本案的第四实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图7为本案的第五实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图8为本案的第六实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图9为本案的第七实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图10为本案的第八实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图11为本案的第九实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图12为本案的第十实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
图13为本案的第十一实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。
其中，附图标记说明如下：
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j：图腾柱功率因素校正电路
Vac：输入电源
11：第一端
12：第二端
Vo+：输出正端
Vo-：输出负端
2：第一桥臂
D1：第一旁路二极管
D2：第二旁路二极管
A：第一连接点
3：第二桥臂
S1：第一开关元件
S2：第二开关元件
B：第二连接点
4：第三桥臂
S3：第三开关元件
S4：第四开关元件
C：第三连接点
5：第四桥臂
S5：第五开关元件
S6：第六开关元件
D：第四连接点
6：检测模块
Res：检测电阻
601：第一端
602：第二端
61：检测电路
611：第一端
612：第二端
613：第三端
M：放大器
R1：第一电阻
R2：第二电阻
R3：第三电阻
DC_bias：直流电源
Rf：滤波电阻
Cf：滤波电容
R4：第一分压电阻
R5：第二分压电阻
7：控制单元
L1：第一电感
L2：第二电感
Co：输出电容
8：第五桥臂
D3：第三旁路二极管
D4：第四旁路二极管
E：第五连接点
ZD：稳压二极管
具体实施方式
体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图式在本质上是当作说明使用，而非用于限制本案。
请参阅图1，其为本案的第一实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。如图1所示，本案的图腾柱功率因素校正电路1接收输入电源Vac所提供的交流输入电能，并转换为输出电能至负载(未图示)，其中输入电源Vac具有第一端11及第二端12。当输入电源Vac于交流电的正半周的情况下，输入电源Vac的第一端11的电压高于第二端12的电压，输入电源Vac的电流由第一端11流出，而使第一端11构成图腾柱功率因素校正电路1的输入正端，且图腾柱功率因素校正电路1的电流则经由第二端12流入输入电源Vac，而使第二端12构成图腾柱功率因素校正电路1的输入负端。当输入电源Vac于交流电的负半周的情况下，输入电源Vac的第一端11的电压低于第二端12的电压，输入电源Vac的电流由第二端12流出，而使第二端12构成图腾柱功率因素校正电路1的输入正端，且图腾柱功率因素校正电路1的电流则经由第一端11流入输入电源Vac，而使第一端11构成图腾柱功率因素校正电路1的输入负端。图腾柱功率因素校正电路1包含输出正端Vo+、输出负端Vo-、第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4、检测模块6、控制单元7及第一电感L1。图腾柱功率因素校正电路1经由输出正端Vo+及输出负端Vo-以将转换后的输出电能传送至负载，其中，图腾柱功率因素校正电路1电性耦接于负载,即负载可以与图腾柱功率因素校正电路1直接连接，也可以与图腾柱功率因素校正电路1间接连接。
第一桥臂2包含依序串联连接的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2，第一旁路二极管D1的阴极及第二旁路二极管D2的阳极分别电连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-，且第一旁路二极管D1的阳极及第二旁路二极管D2的阴极电连接以形成第一连接点A，第一连接点A与检测模块6电连接。
第二桥臂3与第一桥臂2并联连接，且包含第一开关元件S1及第二开关元件S2，第一开关元件S1及第二开关元件S2串联电连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间，且第一开关元件S1及第二开关元件S2之间的连接点形成第二连接点B，其中第一开关元件S1及第二开关元件S2通过驱动模块(未图示)分别与控制单元7电连接，而控制单元7进而控制第一开关元件S1及第二开关元件S2的导通或关断。于本实施例中，第一开关元件S1及第二开关元件S2可分别为氮化镓(GaN)、碳化硅(Sic)或金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。第一电感L1电连接于输入电源Vac的第一端11及第二连接点B之间。
第三桥臂4与第一桥臂2及第二桥臂3并联连接，且包含第三开关元件S3及第四开关元件S4，第三开关元件S3及第四开关元件S4串联电连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间，且第三开关元件S3及第四开关元件S4之间的连接点形成第三连接点C，第三连接点C电连接于输入电源Vac的第二端12，其中第三开关元件S3及第四开关元件S4通过驱动模块(未图示)分别与控制单元7电连接，而控制单元7进而控制第三开关元件S3及第四开关元件S4的导通或关断。于本实施例中，第三开关元件S3及第四开关元件S4可分别为氮化镓(GaN)、碳化硅(Sic)或金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。在一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路1还可包含一输出电容Co，输出电容Co电连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间。
为了进一步说明图腾柱功率因素校正电路1的电流流向，请参阅图2A、图2B、图3A及图3B，其中图2A及图2B为图1所示的图腾柱功率因素校正电路于输入电源提供的电源电压为正半周时的电流流向拓扑图，图3A及图3B为图1所示的图腾柱功率因素校正电路于输入电源提供的电源电压为负半周时的电流流向拓扑图。为了便于说明图腾柱功率因素校正电路1的电流流向，于图2A、图2B、图3A及图3B中，检测模块6未被示出。
于输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的正半周的情况，且第一电感L1为储能阶段时，如图2A所示，控制单元7控制第二开关元件S2及第四开关元件S4为导通，并控制第一开关元件S1及第三开关元件S3为关断，其中，输入电源Vac所提供的电流由第一端11流出，且依序流向第一电感L1、第二开关元件S2、第四开关元件S4及输入电源Vac的第二端12，以对第一电感L1进行充电。而当第一电感L1完成充电后而为放电阶段时，如图2B所示，控制单元7控制第一开关元件S1及第四开关元件S4为导通，并控制第二开关元件S2及第三开关元件S3为关断，其中，输入电源Vac所提供的电流由第一端11流出，且依序流向第一电感L1、第一开关元件S1、输出电容Co(和/或负载)、第四开关元件S4及输入电源Vac的第二端12，以对输出电容Co进行充电(和/或对负载进行供电)。
于输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的负半周的情况，且第一电感L1为储能阶段时，如图3A所示，控制单元7控制第一开关元件S1及第三开关元件S3为导通，并控制第二开关元件S2及第四开关元件S4为关断，其中，输入电源Vac所提供的电流由第二端12流出，且依序流向第三开关元件S3、第一开关元件S1、第一电感L1及输入电源Vac的第一端11，以对第一电感L1进行充电。而当第一电感L1完成充电后而为放电阶段时，如图3B所示，控制单元7控制第二开关元件S2及第三开关元件S3为导通，并控制第一开关元件S1及第四开关元件S4为关断，其中，输入电源Vac所提供的电流由第二端12流出，且依序流向第三开关元件S3、输出电容Co(和/或负载)、第二开关元件S2、第一电感L1及输入电源Vac的第一端11，以对输出电容Co进行充电(和/或对负载进行供电)。
请重新参阅图1，检测模块6包含检测电阻Res及检测电路61。检测电阻Res包含第一端601及第二端602，检测电路Res的第一端601电连接于第一旁路二极管D1的阳极，检测电路Res的第二端602电连接于输入电源Vac的第一端11，输入电源Vac所提供的电流可流经检测电阻Res。检测电路61包含第一端611、第二端612及第三端613，检测电路61的第一端611、检测电路Res的第一端601及第一连接点A共同连接，检测电路61的第二端612、检测电阻Res的第二端602及输入电源Vac的第一端11共同连接，检测电路61的第三端613电连接于控制单元7，当输入电源Vac所提供的电流流经检测电阻Res时，通过检测电路61的第一端611及第二端612检测检测电阻Res两端的电压，检测电路61进一步根据检测电阻Res两端的电压输出一输出电压，并通过检测电路61的第三端613将输出电压传送至控制单元7。控制单元7电连接于检测电路61的第三端613，以控制所有开关元件(即第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3及第四开关元件S4)，控制单元7根据检测电路61的第三端传来的输出电压判断所检测到的检测电阻Res两端的电压是否介于电压上限阈值及电压下限阈值之间，并根据判断结果控制对应的开关元件导通或关断，控制单元7的一输出端接地。
例如当输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的正半周，且第一电感L1为储能阶段时，如图2A所示，此时控制单元7进一步确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压介于电压下限阈值及电压上限阈值之间时，控制单元7控制第二开关元件S2及第四开关元件S4为导通，第一开关元件S1及第三开关元件S3为关断；而当输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的正半周，且第一电感L1为放电阶段时，如图2B所示，此时控制单元7进一步确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压介于电压下限阈值及电压上限阈值之间时，控制单元7控制第一开关元件S1及第四开关元件S4为导通，第二开关元件S2及第三开关元件S3为关断；而当输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的负半周，且第一电感L1为储能阶段时，如图3A所示，此时控制单元7进一步确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压介于电压下限阈值及电压上限阈值之间时，控制单元7控制第一开关元件S1及第三开关元件S3为导通，第二开关元件S2及第四开关元件S4为关断；而当输入电源Vac所提供的电源电压为交流电压的负半周，且第一电感L1为放电阶段时，如图3B所示，此时控制单元7进一步确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压介于电压下限阈值及电压上限阈值之间时，控制单元7控制第二开关元件S2及第三开关元件S3为导通，第一开关元件S1及第四开关元件S4为关断。而当控制单元7确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，控制单元7控制第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3及第四开关元件S4皆关断。
由上可知，本案的图腾柱功率因素校正电路1的检测模块6包含检测电阻Res及检测电路61，且当控制单元7确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，控制单元7控制第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3及第四开关元件S4皆关断，即通过将检测电阻Res两端的电压与一电压上限阈值和一电压下限阈值进行比较，以判断图腾柱功率因素校正电路1是否工作于正常工作状态，当检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，即可判断图腾柱功率因素校正电路1工作于非正常工作状态(例如短路)，控制单元7则控制所有开关元件关断，以对图腾柱功率因素校正电路1进行保护。因此，当输入电源的电压由于打雷等突发情况致使电源极性突然反转而控制由于延时而未跟上时或开关元件被错误触发时(例如图2A中，应控制开关元件S4开通却控制开关元件S3开通；图3A中，应控制开关元件S3开通却控制开关元件S4开通)造成输入电源短路时，本案的图腾柱功率因素校正电路1通过检测电阻Res两端的电压是否大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值，而可以迅速的控制对应的开关元件关断，即代表本案的图腾柱功率因素校正电路1能即时采取保护措施，以避免图腾柱功率因素校正电路1损坏，故本案的图腾柱功率因素校正电路1具有效能较佳的优势。
于一些实施例中，检测模块6的检测电路61可由反比例的放大电路所构成，请参阅图4，其为本案的第二实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。如图4所示，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1a的检测电路61包含放大器M、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及直流电源DC_bias。放大器M的输出端电连接于检测电路61的第三端613。第一电阻R1电连接于放大器M的负输入端及检测电路61的第一端611之间。第二电阻R2电连接于放大器M的正输入端及检测电路61的第二端612之间。第三电阻R3电连接于放大器M的负输入端及放大器M的输出端之间。直流电源DC_bias的正极电性耦接于放大器M的正输入端，直流电源DC_bias的负极电连接于检测电路61的第二端612并接地，而直流电源DC_bias用以给放大器M提供正向偏置电压。于一些实施例中，直流电源DC_bias可为但不限为由线性稳压线路的输出电压、Buck变换器线路的输出电压或Flyback变换器线路的输出电压所构成。
当输入电源Vac的电源电压于交流电压的正半周的情况下，当输入电源Vac所提供的电流由输入电源Vac的第一端11流经检测电阻Res，再流至检测电路61的第一端611，于此情况下，检测电阻Res两端产生压降，而检测电阻Res两端的电压为Iinrush*Res，其中Iinrush为流经检测电阻Res的电流值，Res为检测电阻的电阻值。而检测电阻Res两端的电压经由放大器M进行差分运算后，放大器M输出一输出电压至控制单元7，即检测电阻Res两端的电压经检测电路放大和偏置后输出一输出电压至控制单元7，其中放大器M所输出的输出电压为
Figure BDA0003625550950000101
其中DC_bias为直流电源所提供的直流电压，R1为第一电阻的电阻值，R3为第三电阻的电阻值。控制单元7则进一步根据检测电路61所传送的检测电阻Res两端的电压是否介于电压上限阈值及电压下限阈值之间以控制对应的开关元件的导通或关断。例如当控制单元7确认检测电路61检测的该检测电阻Res两端的电压大于或等于一电压上限阈值，或小于或等于一电压下限阈值时，控制单元7判断图腾柱功率因素校正电路1处于非正常工作状态时(例如短路)，则该控制单元7控制所有开关元件关断，以对图腾柱功率因素校正电路1进行保护。在一些实施例中，电压上限阈值例如可为
Figure BDA0003625550950000102
Figure BDA0003625550950000103
而当输入电源Vac的电源电压于交流电压的负半周的情况下，当输入电源Vac所提供的电流由检测电路61的第一端611流经检测电阻Res及检测电路61的第二端612，再流入输入电源Vac的第一端11，于此情况下，检测电阻Res两端产生压降，而检测电阻Res两端的电压为-Iinrush*Res。检测电阻Res两端的电压经由放大器M进行差分运算后，放大器M输出一输出电压至控制单元7，即检测电阻Res两端的电压经检测电路放大和偏置后输出一输出电压至控制单元7，其中放大器M所输出的输出电压为
Figure BDA0003625550950000104
Figure BDA0003625550950000111
当控制单元7则进一步根据检测电路61所传送的检测电阻Res两端的电压是否介于电压上限阈值及电压下限阈值之间以控制对应的开关元件的导通或关断。例如当控制单元7确认检测电路61检测的该检测电阻Res两端的电压大于或等于一电压上限阈值，或小于或等于一电压下限阈值时，控制单元7判断图腾柱功率因素校正电路1处于非正常工作状态时(例如短路)，则该控制单元7控制所有开关元件关断，以对图腾柱功率因素校正电路1进行保护。在一些实施例中，电压下限阈值例如可为
Figure BDA0003625550950000112
于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路的开关元件数量可根据实际需求进行调整，而并不仅局限于如图1所示的四个开关元件。请参阅图5，其为本案的第三实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图1所示的图腾柱功率因素校正电路1仅包含四个开关元件(即第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1b包含六个开关元件，即除了第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4外，更包含第五开关元件S5及第六开关元件S6，第五开关元件S5及第六开关元件S6串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第四桥臂5，第四桥臂5与第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4并联连接，且第五开关元件S5及第六开关元件S6之间的连接点形成第四连接点D，其中第五开关元件S5及第六开关元件S6通过驱动模块(未图示)分别与控制单元7电连接，控制单元7进而控制第五开关元件S5及第六开关元件S6的导通或关断，其中第四桥臂5的第五开关元件S5及第六开关元件S6的作动方式相似于第二桥臂3的第一开关元件S1及第二开关元件S2，故于此不再赘述。于本实施例中，第五开关元件S5及第六开关元件S6可分别为氮化镓(GaN)、碳化硅(Sic)或金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。本实施例的图腾柱功率因素校正电路1b更包含第二电感L2，第二电感L2电连接于输入电源Vac的第一端11及第四连接点D之间。
为了避免检测电路61所输出的输出电压受到干扰，造成控制单元7判断错误，于一些实施例中，检测电路61还包含滤波电阻及滤波电容，请参阅图6，其为本案的第四实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图4所示的图腾柱功率因素校正电路1a，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1c的检测电路61更包含滤波电阻Rf及滤波电容Cf，滤波电阻Rf电连接于放大器M的输出端及检测电路61的第三端613之间，滤波电容Cf电连接于滤波电阻Rf及检测电路61的第二端612，其中滤波电阻Rf及滤波电容Cf之间相互配合，以对输出电压进行滤波。进一步地，于一些实施例中，检测电路61还可包含一稳压二极管ZD，如图6所示，其中稳压二极管ZD的阳极电连接于检测电路61的第二端612，稳压二极管ZD的阴极电连接于检测电路61的第三端613，该稳压二极管ZD可用于对检测电路61传送至控制单元7的输出电压进行钳位保护。
而于本实施例中，为了增加直流电源DC_bias的灵活度，则可通过分压的方式，取得放大器M所需的偏置电压，如图6所示，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1c的检测电路61还可包含第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，第一分压电阻R4电连接于放大器M的正输入端及直流电源DC_bias的正极之间，第二分压电阻R5电连接于放大器M的正输入端及检测电路61的第二端612之间。于一些实施例中，直流电源DC_bias除了用以给放大器M提供正向偏置电压外，亦可同时供电予控制单元7。
当然，于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路更可同时包含六个开关元件、具有滤波元件及分压元件的检测电路，如图7所示，其中图7为本案的第五实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。本实施例的图腾柱功率因素校正电路1d包含六个开关元件(即第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4及第四桥臂5的第五开关元件S5及第六开关元件S6)，其电路结构相似于前述图5的实施例，故于此不再赘述。此外，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1d的检测电路61包含滤波电阻Rf、滤波电容Cf、稳压二极管ZD、第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，其电路结构相似于前述图6的实施例，故于此不再赘述。
于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路的旁路二极管的数量可根据实际需求进行调整，而并不仅局限于如图1所示的两个旁路二极管。请参阅图8，其为本案的第六实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图1所示的图腾柱功率因素校正电路1仅包含两个旁路二极管(即第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1e包含四个旁路二极管，即除了第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2外，更包含第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4，第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第五桥臂8，第五桥臂8与第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4、第四桥臂5并联连接，且第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4之间的连接点形成第五连接点E，第五连接点E电连接于输入电源Vac的第二端12，其中第五桥臂8的第三旁路二极管D3、第四旁路二极管D4、第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2用于在图腾柱功率因素校正电路1e工作之前，实现对输出电容Co的预充电。
当然，于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路的开关元件的数量及旁路二极管的数量可同时根据实际需求进行调整。请参阅图9，其为本案的第七实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图8所示的图腾柱功率因素校正电路1e仅包含四个开关元件(即第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1f包含六个开关元件，即除了第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4外，更包含第五开关元件S5及第六开关元件S6，第五开关元件S5及第六开关元件S6串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第四桥臂5，第四桥臂5与第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4并联连接，且第五开关元件S5及第六开关元件S6之间的连接点形成第四连接点D，其中第五开关元件S5及第六开关元件S6通过驱动模块(未图示)分别与控制单元7电连接，控制单元7进而控制第五开关元件S5及第六开关元件S6的导通或关断，其中第四桥臂5的第五开关元件S5及第六开关元件S6的作动方式相似于第二桥臂3的第一开关元件S1及第二开关元件S2，故于此不再赘述。于本实施例中，第五开关元件S5及第六开关元件S6可分别为氮化镓(GaN)、碳化硅(Sic)或金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。本实施例的图腾柱功率因素校正电路1f更包含第二电感L2，第二电感L2电连接于输入电源Vac的第一端11及第四连接点D之间。
而于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路的检测模块的设置位置亦可根据需求进行调整。请参阅图10，其为本案的第八实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图1所示的图腾柱功率因素校正电路1的检测模块6的检测电阻Res的第一端601电连接于第一旁路二极管D1的阳极，检测电路Res的第二端602电连接于输入电源Vac的第一端11，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1g的检测模块6的检测电阻Res的第一端601电连接于输入电源Vac的第二端12，检测电阻Res的第二端602电连接于第三连接点C，检测电路61的第一端611、检测电路Res的第一端601及输入电源Vac的第二端12共同连接，检测电路61的第二端612、检测电阻Res的第二端602及第三连接点共同连接并接地，检测电路61的第三端613电连接于控制单元7，当输入电源Vac所提供的电流流经检测电阻Res时，通过检测电路61的第一端611及第二端612检测检测电阻Res两端的电压，检测电路61进一步根据检测电阻Res两端的电压输出一输出电压，并通过检测电路61的第三端613将输出电压传送至控制单元7。控制单元7电连接于检测电路61的第三端613，以控制所有开关元件(即第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3及第四开关元件S4)，控制单元7根据检测电路61的第三端传来的输出电压判断所检测到的检测电阻Res两端的电压是否介于电压上限阈值及电压下限阈值之间，并根据判断结果控制对应的开关元件导通或关断，控制单元7的一输出端接地。此外，本实施例的第一电感L1电连接于输入电源Vac的第一端11及第二连接点B之间。于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路1g的检测电路61还可包含放大器M、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、直流电源DC_bias、滤波电阻Rf、滤波电容Cf、稳压二极管ZD、第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，其电路结构相似于前述图4及图6的实施例，故于此不再赘述。于一些实施例中，当控制单元7确认检测电路61所检测到的检测电阻Res两端的电压介于电压下限阈值及电压上限阈值之间时，图腾柱功率因素校正电路1g被控制处于正常工作状态，此时图腾柱功率因素校正电路1g于输入电源提供的电源电压为正半周时的电流流向拓扑图及输入电源提供的电源电压为负半周时的电流流向拓扑图相似于前述图2A、图2B、图3A及图3B中的实施例，故于此不再赘述。
当然，于一些实施例中，功率因素校正电路的检测模块的设置位置以及开关元件数量可同时根据实际需求进行调整。请参阅图11，其为本案的第九实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图10所示的图腾柱功率因素校正电路1g仅包含四个开关元件(即第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1h包含六个开关元件，即除了第二桥臂3的第一开关元件S1、第二开关元件S2及第三桥臂4的第三开关元件S3、第四开关元件S4外，更包含第五开关元件S5及第六开关元件S6，第五开关元件S5及第六开关元件S6串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第四桥臂5，第四桥臂5与第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4并联连接，且第五开关元件S5及第六开关元件S6之间的连接点形成第四连接点D，其中第五开关元件S5及第六开关元件S6通过驱动模块(未图示)分别与控制单元7电连接，控制单元7进而控制第五开关元件S5及第六开关元件S6的导通或关断，其中第四桥臂5的第五开关元件S5及第六开关元件S6的作动方式相似于第二桥臂3的第一开关元件S1及第二开关元件S2，故于此不再赘述。于本实施例中，第五开关元件S5及第六开关元件S6可分别为氮化镓(GaN)、碳化硅(Sic)或金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。本实施例的图腾柱功率因素校正电路1h更包含第二电感L2，第二电感L2电连接于输入电源Vac的第一端11及第四连接点D之间。于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路1h的检测电路61还可包含放大器M、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、直流电源DC_bias、滤波电阻Rf、滤波电容Cf、稳压二极管ZD、第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，其电路结构相似于前述图4及图6的实施例，故于此不再赘述。
当然，于一些实施例中，功率因素校正电路的检测模块的设置位置以及旁路二极管的数量亦可同时根据需求进行调整，请参阅图12，其为本案的第十实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图10所示的图腾柱功率因素校正电路1g仅包含两个旁路二极管(即第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1i包含四个旁路二极管，即除了第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2外，更包含第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4，第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第五桥臂8，第五桥臂8与第一桥臂2、第二桥臂3及第三桥臂4并联连接，且第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4之间的连接点形成第五连接点E，第五连接点E与检测电阻Res的第二端602电性连接，即第五连接点E经由检测电阻Res电连接于输入电源Vac的第二端12，其中第五桥臂8的第三旁路二极管D3、第四旁路二极管D4、第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2用于在图腾柱功率因素校正电路1e工作之前，实现对输出电容Co的预充电。于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路1i的检测电路61还可包含放大器M、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、直流电源DC_bias、滤波电阻Rf、滤波电容Cf、稳压二极管ZD、第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，其电路结构相似于前述图4及图6的实施例，故于此不再赘述。
当然，于一些实施例中，功率因素校正电路的检测模块的设置位置、开关元件数量及旁路二极管的数量可同时根据实际需求进行调整。请参阅图13，其为本案的第十一实施例的图腾柱功率因素校正电路的电路拓扑图。相较于图11所示的图腾柱功率因素校正电路1h仅包含两个旁路二极管(即第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2)，本实施例的图腾柱功率因素校正电路1j包含四个旁路二极管，即除了第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2外，更包含第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4，第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4串联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间而构成第五桥臂8，第五桥臂8与第一桥臂2、第二桥臂3、第三桥臂4、第四桥臂5并联连接，且第三旁路二极管D3及第四旁路二极管D4之间的连接点形成第五连接点E，第五连接点E与检测电阻Res的第二端602电性连接，即第五连接点E经由检测电阻Res电连接于输入电源Vac的第二端12，其中第五桥臂8的第三旁路二极管D3、第四旁路二极管D4、第一桥臂2的第一旁路二极管D1及第二旁路二极管D2用于在图腾柱功率因素校正电路1e工作之前，实现对输出电容Co的预充电。于一些实施例中，图腾柱功率因素校正电路1j的检测电路61还可包含放大器M、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、直流电源DC_bias、滤波电阻Rf、滤波电容Cf、稳压二极管ZD、第一分压电阻R4及第二分压电阻R5，其电路结构相似于前述图4及图6的实施例，故于此不再赘述。
综上所述，本案的图腾柱功率因素校正电路的检测模块包含检测电阻及检测电路，且当控制单元确认检测电路所检测到的检测电阻两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，控制单元控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件皆关断，即通过将检测电阻两端的电压与一电压上限阈值和一电压下限阈值进行比较，以判断图腾柱功率因素校正电路是否工作于正常工作状态，当检测电路所检测到的检测电阻两端的电压大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值时，即可判断图腾柱功率因素校正电路工作于非正常工作状态(例如短路)，控制单元则控制所有开关元件关断，以对图腾柱功率因素校正电路1进行保护。因此，当输入电源的电压由于打雷等突发情况致使电源极性突然反转而控制由于延时而未跟上时或开关元件被错误触发时造成输入电源短路，本案的图腾柱功率因素校正电路通过检测电阻两端的电压是否大于或等于电压上限阈值或小于或等于电压下限阈值，而可以迅速的控制对应的开关元件关断，即代表本案的图腾柱功率因素校正电路能即时采取保护措施，以避免图腾柱功率因素校正电路损坏，故本案的图腾柱功率因素校正电路具有效能较佳的优势。

Claims (22)

1.一种图腾柱功率因素校正电路，电性耦接于一输入电源及一负载之间，该输入电源具有一第一端及一第二端，该图腾柱功率因素校正电路包含：
一第一桥臂，包含串联连接的一第一旁路二极管及一第二旁路二极管，该第一旁路二极管及该第二旁路二极管之间的连接点形成一第一连接点；
一第二桥臂，与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第一开关元件及一第二开关元件，该第一开关元件及该第二开关元件之间的连接点形成一第二连接点；
一第三桥臂，与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第三开关元件及一第四开关元件，该第三开关元件及该第四开关元件之间的连接点形成一第三连接点，该第三连接点电连接于该输入电源的该第二端；
一第一电感，电连接于该输入电源的该第一端及该第二连接点之间；
一检测模块，包含一检测电阻和一检测电路，该检测电阻包含一第一端及一第二端，该检测电路包含一第一端、一第二端及一第三端，其中，该检测电阻的该第一端、该第一连接点及该检测电路的该第一端共同连接，该检测电阻的该第二端、该输入电源的该第一端及该检测电路的该第二端共同连接；以及
一控制单元，该控制单元电性耦接于该检测电路的该第三端，以控制该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件及该第四开关元件，其中，当该控制单元确认该检测电路所检测的该检测电阻两端的电压大于或等于一电压上限阈值，或小于或等于一电压下限阈值时，该控制单元控制该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件及该第四开关元件关断。
2.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路包含一放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻及一直流电源，该放大器的一输出端电性耦接于该检测电路的该第三端，该第一电阻电连接于该放大器的一负输入端及该检测电路的该第一端之间，该第二电阻电连接于该放大器的一正输入端及该检测电路的该第二端之间，该第三电阻电连接于该放大器的该负输入端及该放大器的该输出端之间，该直流电源的正极电性耦接于该放大器的该正输入端，该直流电源的负极电连接于该检测电路的该第二端并接地。
3.如权利要求2所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路还包含一滤波电阻及一滤波电容，该滤波电阻电连接于该放大器的该输出端及该检测电路的该第三端之间，该滤波电容电连接于该滤波电阻及该检测电路的该第二端之间。
4.如权利要求3所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路还包含一稳压二极管，该稳压二极管的阳极电连接于该检测电路的该第二端，该稳压二极管的阴极电连接于该检测电路的该第三端。
5.如权利要求2所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路包含一第一分压电阻及一第二分压电阻，该第一分压电阻电连接于该放大器的该正输入端及该直流电源的该正极之间，该第二分压电阻电连接于该放大器的该正输入端与该检测电路的该第二端之间。
6.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该图腾柱功率因素校正电路更包含一第四桥臂及一第二电感，该第四桥臂与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第五开关元件及一第六开关元件，该第五开关元件及该第六开关元件电连接以形成一第四连接点，该第二电感电连接于该输入电源的该第一端及该第四连接点之间。
7.如权利要求1或6所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该图腾柱功率因素校正电路更包含一第五桥臂，该第五桥臂包含串联连接的一第三旁路二极管及一第四旁路二极管，该第三旁路二极管及该第四旁路二极管之间的连接点形成一第五连接点，该第五连接点电连接于该输入电源的该第二端。
8.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的一电源电压为交流电压的正半周，且该第一电感为储能阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第二开关元件及该第四开关元件为导通，该第一开关元件及该第三开关元件为关断。
9.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的该电源电压为交流电压的正半周，且该第一电感为放电阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第一开关元件及该第四开关元件为导通，该第二开关元件及该第三开关元件为关断。
10.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的一电源电压为交流电压的负半周，且该第一电感为储能阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第一开关元件及该第三开关元件为导通，该第二开关元件及该第四开关元件为关断。
11.如权利要求1所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的该电源电压为交流电压的负半周，且该第一电感为放电阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第二开关元件及该第三开关元件为导通，该第一开关元件及该第四开关元件为关断。
12.一种图腾柱功率因素校正电路，电性耦接于一输入电源及一负载之间，该输入电源具有一第一端及一第二端，该图腾柱功率因素校正电路包含：
一第一桥臂，包含串联连接的一第一旁路二极管及一第二旁路二极管，该第一旁路二极管及该第二旁路二极管之间的连接点形成一第一连接点，该第一连接点电连接于该输入电源的该第一端；
一第二桥臂，与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第一开关元件及一第二开关元件，该第一开关元件及该第二开关元件之间的连接点形成一第二连接点；
一第三桥臂，与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第三开关元件及一第四开关元件，该第三开关元件及该第四开关元件之间的连接点形成一第三连接点；
一第一电感，电连接于该输入电源的该第一端及该第二连接点之间；
一检测模块，包含一检测电阻和一检测电路，该检测电阻包含一第一端及一第二端，该检测电路包含一第一端、一第二端及一第三端，其中，该检测电阻的该第一端、该输入电源的该第二端及该检测电路的该第一端共同连接，该检测电阻的该第二端、该第三连接点及该检测电路的该第二端共同连接；以及
一控制单元，该控制单元电性耦接于该检测电路的该第三端，以控制该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件及该第四开关元件，其中，当该控制单元确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的电压大于或等于一电压上限阈值，或小于或等于一电压下限阈值时，该控制单元控制该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件及该第四开关元件关断。
13.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路包含一放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻及一直流电源，该放大器的一输出端电性耦接于该检测电路的该第三端，该第一电阻电连接于该放大器的一负输入端及该检测电路的该第一端之间，该第二电阻电连接于该放大器的一正输入端及该检测电路的该第二端之间，该第三电阻电连接于该放大器的该负输入端及该放大器的该输出端之间，该直流电源的正极电性耦接于该放大器的该正输入端，该直流电源的负极电连接于该检测电路的该第二端并接地。
14.如权利要求13所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路还包含一滤波电阻及一滤波电容，该滤波电阻电连接于该放大器的该输出端及该检测电路的第三端之间，该滤波电容电连接于该滤波电阻及该检测电路的该第二端之间。
15.如权利要求14所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路还包含一稳压二极管，该稳压二极管的阳极电连接于该检测电路的该第二端，该稳压二极管的阴极电连接于该检测电路的该第三端。
16.如权利要求13所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该检测电路包含一第一分压电阻及一第二分压电阻，该第一分压电阻电连接于该放大器的该正输入端及该直流电源的该正极之间，该第二分压电阻电连接于该放大器的该正输入端与该检测电路的该第二端之间。
17.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该图腾柱功率因素校正电路更包含一第四桥臂及一第二电感，该第四桥臂与该第一桥臂并联连接，且包含串联连接的一第五开关元件及一第六开关元件，该第五开关元件及该第六开关元件电连接以形成一第四连接点，该第二电感电连接于该输入电源的该第一端及该第四连接点之间。
18.如权利要求12或17所述的图腾柱功率因素校正电路，其中该图腾柱功率因素校正电路更包含一第五桥臂，该第五桥臂包含串联连接的一第三旁路二极管及一第四旁路二极管，该第三旁路二极管及该第四旁路二极管之间的连接点形成一第五连接点，该第五连接点电连接于该第三连接点。
19.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的一电源电压为交流电压的正半周，且该第一电感为储能阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第二开关元件及该第四开关元件为导通，该第一开关元件及该第三开关元件为关断。
20.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的该电源电压为交流电压的正半周，且该第一电感为放电阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第一开关元件及该第四开关元件为导通，该第二开关元件及该第三开关元件为关断。
21.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的一电源电压为交流电压的负半周，且该第一电感为储能阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第一开关元件及该第三开关元件为导通，该第二开关元件及该第四开关元件为关断。
22.如权利要求12所述的图腾柱功率因素校正电路，其中当该输入电源所提供的该电源电压为交流电压的负半周，且该第一电感为放电阶段，该控制单元进一步确认所述检测电路检测的该检测电阻两端的该电压介于该电压下限阈值及该电压上限阈值之间时，该控制单元控制该第二开关元件及该第三开关元件为导通，该第一开关元件及该第四开关元件为关断。
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