TW200529563A - Power conversion system - Google Patents

Description

±60529563- 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及電源轉換/供應系統之功率因數調變策 略與方法，旨在提供一可針對輸入電壓特性，執行至少一 次以上之調變，以獲致穩定輸出電壓之電源轉換系統。 【先前技術】 按，由於電子、電腦產品已十分普遍，同時，環保意 識亦日益受到重視，因此就電子、電腦產品耗電電流所產 生諧波電流對電網和其他電氣設備所造成嚴重諧波污染與 干擾，亦視為欲改善的項目之一。

又，一般電子、電腦產品的電源，除使用電池外，均 來自市電，由於其電源之電路結構為使用二極體整流、濾 波後再經電流轉換電路，因而造成雖然輸入電壓波形為正 弦波，但輸入電流波形卻為脈衝式波形，由整流二極體與 濾波電容器所組成的電路，造成為交流電壓的瞬時值大於 濾波電容器的電壓時，整流二極體才導通，使得輸入電流 波形變成為輸入脈衝電流之形式，故形成諧波電流及功率 因數偏低（一般為0 · 6〜0 · 7 )的結果。

再者，所謂「功率因數調整」（Power Fac tor Correct)簡稱PFC ，即在於提高電能 轉換效率，減少對電網及設備的危害，其傳統之做法主要 係在馬達等電感性電機產品之電路利用並聯電容器之方式 使負載呈現阻抗，以達到改善之效果；然而，由於現在的 電子、電腦產品屬於整流性的負載’其電流波形不像電感 性負載，仍為正弦波，而是脈衝波形，因此無法僅靠並聯

第5頁 200529563 五、發明說明（2) 電容器便可達到提高功率的效果。

因此，坊間即出現有利用昇壓型功率因數校正器達到 功率因數調變功能之電源轉換架構，其整個電路轉換架構 係由Ε Μ I濾波器、整流與濾波電路、昇壓型功率因數校 正器與脈波寬度調變直流對直流轉換器所組成；如第一圖 所示，係為一般昇壓型功率因數校正器輸出電壓之設計方 式，當輸入電壓V i a c由9〇Va c變化至264Va c時，輸出電壓Vp f dc —般都固定在某一電壓（36 0V〜380V)，因此在輸入電壓之範圍如此寬廣之情 況下，較高輸入電壓即可獲致較佳之效率，而輸入電壓若 在低電壓狀況（例如9 0 V a c )時，需將其電壓昇至較 高之固定電壓（360V〜380V)，而其之間的電壓 落差較大，電源整體效率自然而然就會偏低。 以致於，當其應用在整體電路轉換系統時，整體電路 之輸入電壓為經整流與濾波電路所產生之電壓，而經昇壓 之後的輸出電壓則為固定之電壓，並不具備有可調變不同 輸出電壓之功能，故仍存有進一步改良之空間。 【發明内容】

本發明「電源轉換系統」，係為一種結合昇壓型功率 因數校正器的高效率電源轉換電路系統（或稱電路架構） ，其主要係藉由調變控制昇壓型功率因數校正器之輸出電 壓的動作，，可以達成電源供應器整體效率之提高，並克 服T h e r m a 1之問題，使其更適合應用於較大功率之 輸出與較寬廣之輸入電壓範圍。

第6頁 200529563 五、發明說明（3) 至於，整體電源轉換系統乃係由Ε Μ I濾波器、整流 與濾波電路、昇壓型功率因數校正器與非對稱半橋轉換器 所組成；以及，在昇壓型功率因數校正器之電路内部並且 加入調變控制V p f d c輸出電壓電路，以藉由此電路與 輸出電壓迴授控制電路結合來予以控制功率因數校正控制 器之工作週期（d u t y cycle)，使達到調變不 同Vp f d c輸出電壓之目的。 【實施方式】 為能使 貴審查委員清楚本發明之電路架構組成，以 及整體運作方式，茲配合圖式說明如下：

本發明「電源轉換系統」，其電源轉換系統之組成如 第二圖所示，乃係由Ε Μ I濾、波器1 〇 、整流與濾波電路 2〇、昇壓型功率因數校正器3 0與非對稱半橋轉換器4 〇所組成；其中，直流對直流之轉換器電路即係採用非對 稱半橋轉換器4 0之電路架構為主；至於，昇壓型功率因 數校正器3 0之電路内部係設有功率因數校正控制器3 1 與輸出電壓回授控制電路3 2 ，並且加入調變控制V p f d c輸出電壓電路3 3 ，以藉由此電路與輸出電壓迴授控

制電路3 2結合來予以控制功率因數校正控制器3 1之工 作週期（d u t y cycle)，使達到調變不同V p fdc輸出電壓之目的。 又，其非對稱半橋轉換器4 0之電路架構係可以為非 對稱半橋順向式轉換器或非對稱半橋返驰式轉換器之電路 架構，；其非對稱半橋轉換器不論是屬於非對稱半橋順向

第7頁 200529563 五、發明說明（4) 式轉換器或非對稱半橋返馳式轉換器之電路架構，皆可達 成開關的零電壓導通，使其切換損失能予以降低，並且在 多重變壓器疊加使用兩顆或兩顆以上之變壓器時可以將此 磁性元件予以薄型化，進而提高整體電源轉換系統之效率 〇 再者，本發明係進一步在昇壓型功率因數校正器3 0 之電路内部加入調變控制V p f d c輸出電壓電路3 3 ，

用來補償低電壓輸入情況下，電源供應器整體之效率，使 其T h e r m a 1之相關問題亦可獲致相對的解決。而此 調變控制電路則與輸出電壓迴授控制電路互相結合，用來 控制其工作週期（d u t y cycle)，達到調變昇 壓型電路輸出電壓Vp f d c之目的。 至於，要調變V p f d c輸出電壓在策略上設計發明 各種不同之方式來達成效率之提升，例如第三圖所提出之 第一種策略方法就是將Vp f d c輸出電壓分成二段Vp fdcl與Vpfdc2 ，也就是說在低輸入電壓範圍9 〇Va c〜V i a c 1之間，將Vp f dc僅昇壓至Vp fdcl ，而在輸入電壓範圍Vical〜264Vca 之間，則將V p f d c昇壓至較高之V p f d c 2 。

如第四圖所提出的策略方法就是將當輸入電壓在9 0 Va c〜V i a c 1之間改變時，Vp f dc之輸出電壓 會隨著輸入電壓之變化而線性調變，而輸入電壓在V i a c 1〜2 6 4 V a c之間，輸出電壓則維持在固定V p f d c 2 〇

第8頁 200529563 五、發明說明（5) 在第五圖所提出的策略方法就是將當輸入電壓在9 0 V a c〜V i a c 1之間改變時，輸出電壓則維持在固定

Vpfdcl ，而輸入電壓在Viacl〜Viac2之 間，V p f d c之輸出電壓會隨著輸入電壓之變化而線性 調變，而至於輸入電壓在V i a c 2〜264Va c之間 ，輸出電壓則維持在固定V p f d c 2 。 在第六圖所提出的策略方法就是將當輸入電壓在9 0 Va c〜264Va c之間改變時，Vp f dc之輸出電 壓會隨著輸入電壓之變化而線性調變。 在第七圖所提出的策略方法就是將當輸入電壓在9 0

V a c〜V i a c 1之間改變時，輸出電壓則維持在固定

Vpfdcl ，而輸入電壓在Viacl〜264Vac 之間，Vp f d c之輸出電壓會隨著輸入電壓之變化而線 性調變。 最後在第八圖所提出的策略方法就是將當輸入電壓在 9 0 V a c〜V i a c 1之間改變時，輸出電壓則維持在 固定Vpfdcl ，而輸入電壓在Viacl〜Viac 2之間，輸出電壓會維持在另一固定Vp f d c 2 ，而至 於輸入電壓在V i a c 1〜264Va c之間，輸出電壓 則維持在固定V p f d c 3 。

藉由以上所提之策略方法，其電路之實現方式可經由 不同之電路設計予以完成，然後再搭配後級之非對稱半橋 順向式或返馳式轉換器電路，如此整體之電源即可獲至較 好之效率；當然後級之轉換器電路亦可為變頻返馳式半諧

第9頁 200529563 五、發明說明（6) 振電路或是傳統定頻P W Μ返馳式、順向式或半橋式之結 構。 如上所述，本發明之電源轉換系統，不但可提高整體 轉換之效率，解決半導體元件與磁性元件相關熱（T h e r m a 1 )的問題，更可經由效率之提高而達到使其產品 更趨輕薄短小之目的，爰依法提呈發明專利之申請；惟， 以上之實施說明及圖式所示，係本發明較佳實施例之一者 ，並非以此侷限本發明，是以，舉凡與本發明之構造、裝 置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本發明之創設目的及 申請專利範圍之内。

第10頁 200529563 圖式簡單說明 第一圖係為習用昇壓型功率因數校正器輸出電壓之策略設 計圖。 第二圖係為本發明之基本電路架構示意圖。 第三圖係為本發明中用以調變Vp f d c輸出電壓之策略 設計之一。 第四圖係為本發明中用以調變Vp f d c輸出電壓之策略 設計之二。 第五圖係為本發明中用以調變Vp f d c輸出電壓之策略 設計之三。

第六圖係為本發明中用以調變Vp f d c輸出電壓之策略 設計之三 ° 第七圖係為本發明中用以調變Vp f d c輸出電壓之策略 設計之四。 第八圖係為本發明中用以調變V p f d c輸出電壓之策略 設計之五。 【元件代表符號說明】 10 Ε Μ I濾波器 2 0 整流與遽、波電路 3 0 昇壓型功率因數校正器

3 1 功率因數校正控制器 3 2 輸出電壓回授控制電路 33 昇壓型電路輸出電壓Vp f dc調變控制電路 4〇 非對稱半橋轉換器

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Claims (1)

1. 200529563 六、申請專利範圍 1 、一種「電源轉換系統」，係由Ε Μ I濾波器、整 流與濾波電路、昇壓型功率因數校正器與非對稱半橋轉換 器所組成；其中，昇壓型功率因數校正器之電路内部係設 有功率因數校正控制器與輸出電壓回授控制電路，並且加 入調變控制V p f d c輸出電壓電路，其控制即藉由此電 路與輸出電壓迴授控制電路結合來予以控制功率因數校正 控制器之工作週期，以利針對輸入電壓之特性執行至少一 次以上之調變，使其達到調變不同V p f d c之輸出電壓 〇

   2 、如申請專利範圍第1項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統係將V p f d c輸出電壓分成二段 Vpfdcl 與 Vpfdc2 者。 3 、如申請專利範圍第2項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統之輸入電壓係在低電壓範圍之間時 ，係將Vp f d c僅昇壓至Vp f d c 1 ;當輸入電壓係 在高電壓範圍之間，則將V p f d c昇壓至較高之V p f d c 2 者。

   3 、如申請專利範圍第2項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統之輸入電壓係在低電壓範圍之間改 變時，V p f d c之輸出電壓會隨著輸入電壓之變化而線 性調變；而當輸入電壓在高電壓範圍之間，輸出電壓則維 持在固定Vpfdc2者。 4 、如申請專利範圍第2項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統之輸入電壓係在低電壓範圍之間改

   第12頁 200529563 六、申請專利範圍 變時，輸出電壓係維持在固定Vp f dc 1 ;當輸入電壓 - 係在V i a c 1至V i a c 2之間，Vp f d c之輸出電 壓係隨著輸入電壓之變化而線性調變；至於，輸入電壓在 — 高電壓範圍之間，輸出電壓係維持在固定V p f d c 2者 〇 5 、如申請專利範圍第2項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統之輸入電壓在高電壓範圍之間改變 時，V p f d c之輸出電壓係隨著輸入電壓之變化而線性 調變者。 6 、如申請專利範圍第2項所述「電源轉換系統」， 其中，該電源轉換系統之輸入電壓在低電壓範圍之間改變 ® 時，輸出電壓係維持在固定V p f d c 1 ;當輸入電壓係 在高電壓範圍之間，V p f d c之輸出電壓係隨著輸入電 壓之變化而線性調變者。 7 、如申請專利範圍第項所述「電源轉換系統」，其 - 中，該，電源轉換系統係將V p f d c輸出電壓分成三段 Vpfdcl 、Vpfdc2 以及 Vpfdc3 ;俾電源 轉換系統之輸入電壓在低電壓範圍之間改變時，輸出電壓 係維持在固定Vp f d c 1 ，而輸入電壓在V i a c 1〜 Vi a c 2之間，輸出電壓係維持在一固定之Vp f dc 2 ;至於，輸入電壓在高電壓範圍之間，輸出電壓則維持 φ 在固定Vpfdc3者。 8 、如申請專利範圍第1項所述「電源轉換系統」， 其中，該非對稱半橋轉換器之電路架構係為非對稱半橋順

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