CN202652056U

CN202652056U - 无桥式功率因数校正转换器

Info

Publication number: CN202652056U
Application number: CN2012202269076U
Authority: CN
Inventors: 林维亮
Original assignee: Acbel Polytech Inc
Current assignee: Acbel Polytech Inc
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: TWM437574U

Abstract

本实用新型公开一种无桥式功率因数校正转换器，包含有一整流电路、一回路开关组、一控制器；其中该整流电路的两整流元件分别与该回路开关组的两回路开关构成正半周路径以及负半周路径；并且该控制器依据其输入电压的相位，令该回路开关组的两回路开关交错切换，使该回路开关组的两回路开关无论该输入电压处于何种周期均至少有一会导通，进而使功率因数校正转换器的交流输入端随时电连接于直流输出端，以有效解决输入电压与输出电压之间电源跳动的现象，并进一步降低共模噪声。

Description

无桥式功率因数校正转换器

技术领域

本实用新型涉及一种功率因数校正转换器，尤其涉及一种无桥式功率因数校正转换器。

背景技术

请参照图6所示，为一种现有的功率因数校正转换器，其包含有：

一桥式整流电路40，包含有构成正半周路径的一第一整流二极管41及一第四整流二极管44，和构成负半周路径的一第二整流二极管42及一第三整流二极管43；藉以形成一具有两输入节点的交流输入端与一具有两输出节点的直流输出端。

一升压电感50，其一端连接于该交流输入端其中的一节点，另一端则用以连接该电源输入端Vin；及

一开关电路51，跨接于该桥式整流电路40的交流输入端的两节点。

当电源输入端Vin上的输入电压位于正半周期间且该开关电路51导通时，是通过该升压电感50与该开关电路51所构成的串接回路，令其电能储存于该升压电感50中；而当该输入电压位于正半周期间而该开关电路51截止时，该升压电感50是同输入电压一并将电能经由该直流输出端输出至直流对直流转换器DC/DC；反之，当该输入电压位于负半周期间时，该升压电感50是与上述正半周期所做的动作相同。

经上述说明得知，既有的功率因数校正转换器是在传统的桥式整流电路40上加上一用以提升输出电压的升压电感50以及一控制该升压电感50上磁能储放的开关电路51；除了可将该电源输入端Vin的输入电压波形整形为脉动直流之外，还可进一步提升其电压。

然而，在实际的应用上，既有的功率因数校正转换器却存在有共模噪声过大的问题；请同时参照图7所示，深究其形成原因乃是现有的功率因数校正转换器其交流输入端上的电压与其直流输出端上的电压之间出现电源跳动的现象；其主要原因有二：

第一，当该电源输入端Vin的输入电压小于既有的功率因数校正转换器各整流二极管41、42、43、44的接面电压或者流入该直流对直流转换器DC/DC的电流小于各整流二极管41、42、43、44的导通电流时，由于此时各整流二极管41、42、43、44均完全为不导通的状态，故该直流输出端仅物理连接于该交流输入端而无电连接，以致于直流输出端上的电压是浮接于交流输入端上的电压上。

第二，当该开关电路51导通时，上述的输入电压完全没有经过各整流二极管41、42、43、44，故各整流二极管41、42、43、44也不导通，意即该直流输出端也同上述不与该交流输入端电连接。

由于上述功率因数校正转换器其直流输出端不电连接于该交流输入端，因而造成由直流输出端上的电压是浮接于交流输入端上的电压所形成的电源跳动的现象，并且受电源跳动影响而将产生共模噪声。

若前述各整流二极管41、42、43、44是采用相同规格以及材料时，则上述电源跳动的量值则有可能达到二分之一的输出电压VO，故有必要进一步改进之。

因此，市面上出现了一种针对上述第二种原因去做改进以解决电源跳动问题的功率因数校正转换器；其主要技术手段在于令既有功率因数校正转换器中的第二整流二极管42以及第四整流二极管44是采用具有缓慢逆向恢复特性的整流二极管，且其逆向恢复时间是大于该开关电路51的导通周期。

藉此，当该开关电路51导通时，由于该具有缓慢逆向恢复特性的整流二极管此时尚未完全截止，故该直流输出端是电连接于该交流输入端，进而有效解决上述第二种原因所造成的电源跳动；但是，此种方式必须令上述具有缓慢恢复特性的整流二极管其逆向恢复时间大于该开关电路51的导通周期；倘若上述的逆向恢复时间小于该开关电路51的导通周期时，则直流输出端上的电压仍然浮接于交流输入端上的电压：再者，此做法还是无法解决上述第一种原因造成的电源跳动，故有必要再进一步改进之。

实用新型内容

有鉴于上述既有功率因数校正转换器存在有共模噪声过大的问题，故本实用新型主要目的在于提供一种无桥式功率因数校正转换器。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该无桥式功率因数校正转换器包含有：

一升压电感，其一端连接电源输入端；

一开关电路，具有一第一端与一第二端，该第一端串接该升压电感的另一端以构成一储能回路；

一整流电路，包含有一第一整流元件以及一第二整流元件，其中该第一、第二整流元件的连接节点分别与该开关电路的第一端及升压电感连接；

一回路开关组，包含有相互串接的一第一回路开关与一第二回路开关；其中该第一、第二回路开关的串联节点与开关电路的第二端连接，并与该第一、第二整流元件的连接节点形成具有两输入节点的交流输入端；而该第一、第二回路开关的另一端分别与该第一、第二整流元件另一端连接，并形成具有两输出节点的直流输出端；及

一控制器，具有多个控制端，其分别连接且控制开关电路及回路开关组的各回路开关；该控制器根据电源输入端上的输入电压相位交错开启该回路开关组的第一回路开关及第二回路开关；并且又依据电源输入端上的输入电压与输入电流的相位差控制该开关电路的导通或截止。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中该第一整流元件以及一第二整流元件分别为第一整流二极管与第二整流二极管。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中该第一整流元件以及一第二整流元件分别为第一晶体管开关与第二晶体管开关；且上述控制器的控制端分别连接至该第一晶体管开关、该第二晶体管开关的栅极。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中该开关电路由两串接的晶体管开关所组成；上述控制器的控制端连接至两晶体管开关的栅极。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中该控制器通过一比流器连接于电源输入端，藉以取得该输入电流。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中该控制器包含有一电流检测端及一电压检测端；其中该电流检测端通过一比流器与电源输入端连接，又该电压检测端也连接至该电源输入端。

上述的无桥式功率因数校正转换器，其中上述的直流输出端两节点之间串接一稳压电容。

参照上述结构可知，当该电源输入端的输入电压位于正半周期间时，控制器使回路开关组的第一回路开关导通而第二回路开关截止，并使输入电流流经该第一整流元件以及第一回路开关；而当输入电压位于负半周期间时，该回路开关组则与上述动作相反，并使输入电流流经该第二整流元件以及第二回路开关；因此，通过控制器控制回路开关组的导通与否，可使上述功率因数校正转换器的直流输出端无论何时均电连接于交流输入端，以有效解决交流输入端上的电压与直流输出端上的电压之间电源跳动的现象，并进一步降低降低共模噪声。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1：本实用新型无桥式功率因数校正转换器的电路图。

图2A：本实用新型处于正半周且其开关电路导通的示意图。

图2B：本实用新型处于正半周且其开关电路截止的示意图。

图3A：本实用新型处于负半周且其开关电路导通的示意图。

图3B：本实用新型处于负半周且其开关电路截止的示意图。

图4：本实用新型第二实施例的电路图。

图5：本实用新型上各元件对应输入信号的波形图。

图6：现有功率因数校正转换器的电路图。

图7：现有功率因数校正转换器各元件对应输入信号的波形图。

其中，附图标记

10开关电路21整流电路

22回路开关组30控制器

31比流器40桥式整流电路

41第一整流二极管42第二整流二极管

43第三整流二极管44第四整流二极管

50升压电感51开关电路

具体实施方式

关于本实用新型的第一实施例，请参阅图1所示，其包含有：

一升压电感L1，其一端连接一电源输入端Vin；

一开关电路10，具有一第一端与一第二端，该第一端串接该升压电感L1的另一端以构成一储能回路；于本实施例中，该开关电路10由两串接的晶体管开关SA、SB所组成，各晶体管开关SA、SB分别为一金氧半场效晶体管；其中两晶体管开关SA、SB是以源极相互连接，又该晶体管开关SA的漏极连接于该升压电感L1的另一端；

一整流电路21，包含有一第一整流元件以及一第二整流元件，其中该第一、第二整流元件的连接节点是分别与该开关电路的第一端及升压电感连接；于本实施例中，该第一、第二整流元件是分别为第一整流二极管D10与第二整流二极管D20；其中该第一整流二极管D10的阳极是与该第二整流二极管D20的阴极连接；

一回路开关组22，包含有相互串接的一第一回路开关SC与一第二回路开关SD；其中该第一、第二回路开关SC、SD的串联节点是与开关电路10的第二端连接，并与该第一、第二整流二极管D10、D20的连接节点形成具有两输入节点的交流输入端；而该第一、第二回路开关SC、SD的另一端是分别与该第二、第一整流二极管D20、D10另一端连接，并形成具有两输出节点的直流输出端；于本实施例中，该第一、第二回路开关SC、SD是由金氧半场效晶体管所构成，其分别具有一栅极、一源极及一漏极；其中该第一回路开关SC的漏极是连接于该第二回路开关SD的源极，并连接该晶体管开关SB的漏极；且该第一整流二极管D10其阴极是连接于该第二回路开关SD的漏极并形成上述直流输出端其中一输出节点，而该第二整流二极管D20其阳极是连接于该第一回路开关SC的源极并形成上述直流输出端其中一输出节点；

一控制器30，具有多个控制端，其分别连接且控制开关电路10及回路开关组22的各回路开关；该控制器30是根据电源输入端Vin上的输入电压相位交错开启该回路开关组22的第一回路开关SC及第二回路开关SD；并且又依据电源输入端Vin上的输入电压与输入电流的相位差控制该开关电路10的导通或截止；于本实施例中，该控制器30包含有第一控制端GC、一第二控制端GD、两储能控制端GA、GB、一电压检测端VS及一电流检测端IS；其中该第一控制端GC是连接至该第一回路开关SC的栅极，该第二控制端GD是连接至该第二回路开关SD的栅极，该储能控制端GA、GB是分别连接至该开关电路10的两晶体管开关SA、SB的栅极；且该电流检测端IS是通过一比流器31与电源输入端Vin连接，又该电压检测端VS是连接至该电源输入端Vin。

此外，于本实施例中该直流输出端两节点之间是串接一稳压电容C，用以提供下一级的直流对直流转换器DC/DC较佳的电压稳定度。

请参照图2A所示，当该输入电压Vin进入正半周时，是令该第一回路开关SC导通又令该第二回路开关SD截止，且使该开关电路10为导通；此时，该电源输入端Vin是通过该升压电感L1与该开关电路10所构成的储能回路，令其电能储存于该升压电感L1中；又请参照图2B所示，该控制器30再依据该电源输入端Vin上输入电流与输入电压的相差，是令该开关电路10为截止；此时该升压电感L1是同电源输入端Vin的输入电压一并将电能经由该直流输出端输出至直流对直流转换器DC/DC，且令该电源输入端Vin的输入电流流经该第一整流二极管D10、该稳压电容C、以及该第一回路开关SC，并形成一正半周回路(电流路径是如粗线所示)。

请参照图3A所示，当该输入电压Vin进入负半周时，是令该第二回路开关SD导通并且令该第一回路开关SC截止；且使该开关电路10为导通；此时是同前述所说，通过该储能回路10将电能储存于该升压电感L1中；又请参照图3B所示，该控制器30再依据该电源输入端Vin上输入电流与输入电压的相差，是令该开关电路10为截止，并一并将电能输出至直流对直流转换器DC/DC，但该电源输入端Vin的输入电流则是流经该第二整流二极管D20、该稳压电容C、以及该第一回路开关D10，并形成一负半周回路(电流路径是如粗线所示)。

请参照图4所示，本实用新型第二实施例，其基本架构与第一实施例大致相同，不同处在于第一、第二整流元件是分别由晶体管开关所构成，其中该晶体管开关是为金氧半场效晶体管(以下简称为第一晶体管开关M10与第二晶体管开关M20)；其中该第一晶体管开关M10的源极是连接于该第二晶体管开关M20的漏极，又其连接节点是分别与该开关电路10的第一端及升压电感L1连接；且该第一晶体管开关M10的漏极是连接于该第二回路开关SD的漏极并形成上述直流输出端其中一输出节点﹔又该第二晶体管开关M10的源极是连接于该第一回路开关SC的源极并形成上述直流输出端其中一输出节点；

接着，该控制器30的第一控制端GC也连接该第一晶体管开关M10的栅极，第二控制端GD也连接第二晶体管开关M20的栅极，而令该第一晶体管开关M10是同该第一回路开关SC一同开启，形成正半周路径；该第二晶体管开关M20是同该第一回路开关SD一同开启，形成负半周路径。

由上述动作并对照图5可知，该控制器30是依据所检测到电源输入端Vin的输入电压周期以及该输入电压与该输入电流之间的相差，控制该整流电路21与回路开关组22，进而使该输入电流的相位经常与该输入电压的相位保持一致，以达到校正功率因数之效。

并且由于该回路开关组22无论在该电源输入端Vin上的输入电压进入正半周或负半周时，均至少令该第一回路开关SC及第二回路开关SD其中一个导通，进而使该直流输出端无论何时均电连接于交流输入端，而使直流输出端上的电压与交流输入端上的电压之间无浮接的情形发生；所以，藉此有效解决前述现有有的功率因数校正转换器具有电源跳动的现象，并进一步降低降低共模噪声；此外，无论上述开关电路10的导通周期为何，本实用新型均可全面适用而无浮接的现象。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型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实用新型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实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，包含有：

一升压电感，其一端连接电源输入端；

2.根据权利要求1所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，该第一整流元件以及一第二整流元件分别为第一整流二极管与第二整流二极管。

3.根据权利要求1所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，该第一整流元件以及一第二整流元件分别为第一晶体管开关与第二晶体管开关；且上述控制器的控制端分别连接至该第一晶体管开关、该第二晶体管开关的栅极。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，该开关电路由两串接的晶体管开关所组成；上述控制器的控制端连接至两晶体管开关的栅极。

5.根据权利要求4所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，该控制器通过一比流器连接于电源输入端，藉以取得该输入电流。

6.根据权利要求5所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，该控制器包含有一电流检测端及一电压检测端；其中该电流检测端通过一比流器与电源输入端连接，又该电压检测端也连接至该电源输入端。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，上述的直流输出端两节点之间串接一稳压电容。

8.根据权利要求6所述的无桥式功率因数校正转换器，其特征在于，上述的直流输出端两节点之间串接一稳压电容。