TWI414923B - Power factor correction circuit - Google Patents

Description

功率因數修正電路

本發明係有關於一種功率因數修正電路，其係尤指一種具有臨界模式之功率因數修正電路。

按，隨著科技的進步與經濟的發展，人類對切換式功率轉換器的需求與日俱增。近年來，由於電力電子技術的大幅進步，大部分的電子器材日益趨向輕薄短小化的方向發展，其內部的功率轉換器亦需朝向輕薄短小的趨勢設計，因此，具有體積小、重量輕、效率高等優點的切換式電源轉換器便逐漸取代傳統線性式轉換器，成為功率轉換器的主流。切換式轉換器除了短小輕薄等優點之外，更進一步提升了轉換器效率及品質。

請參閱第一圖，係為習知技術之功率因數修正電路的電路圖。如圖所示，功率轉換器1’之整流電路10’為橋式整流電路，係用以整流功率轉換器1’之輸入交流訊號為單方向的電流，即將輸入交流訊號整流為直流訊號，功率轉換器1’之一開關20’為電流開關，用來調整功率轉換器1’之輸入的電流，使其輸入的平均電流正比於輸入電壓，達到提高功率因子的目的。而功率轉換器1’之變壓器12’的功能有二個，第一個功能是當作電感使用，讓開關20’不導通時，繼續有電流流入負載。第二個功能是當作電流偵測器，用來提供一零電流偵測器25’(Zero Current Detector，ZCD)的電流訊號。電感電流I_L之波形與開關訊號之波形間的關係如第二圖所示，通常在功率轉換器1’穩定操作後，開關訊號打開時間(open time)會固定(如第二圖所述之符號t_on)。由第二圖可知，輸入電壓較大時，開關20’打開時間之間的間距越大，峰值電流也越大，因此，平均電流也越大，以達成功率因子修正的效果。

請一併參閱第三圖，係為第一圖之功率因數修正電路的波形圖。如圖所示，功率因數修正電路之一誤差放大器30’會將功率轉換器1’之誤差輸出並使其穩定(取其低頻部分)，即為第三圖中之Err(t)。另一方面，當開關20’截止(即一正反器40’之輸出端Q的輸出訊號為低準位)時，電感電流I_L會慢慢減少，當電感電流I_L為零時，零電流偵測器25’的輸出訊號為高準位，使得正反器40’之輸出端Q的輸出訊號為高準位，而使開關20’導通。因此電感電流I_L會再度變大。另一方面，因為電流源I1開始對電容35’進行充電，而使比較器36’之正輸入端所接收之一鋸齒波訊號S(t)也會開始線性變大。當此訊號與Err(t)相同時，比較器36’之輸出訊號為高準位，而把正反器40’之輸出訊號重置為低準位，於是截止開關20’。如此週而復始的循環，以完成功率因數的修正。

惟查，由於上述之功率因數修正電路為類比式功率因數修正電路，而類比式功率因數修正電路並無法數位化，且類比式功率因數修正電路所包含之誤差放大器、三角波產生器皆使用類比的作法，這種作法會隨著製程的飄移產生較大的誤差，而有穩定性的問題。

因此，如何針對上述問題而提出一種新穎功率因數修正電路，其數位化功率因數修正電路，以可減少電路複雜度與增加系統的穩定性，使可解決上述之問題。

本發明之目的之一，在於提供一種功率因數修正電路，其可有效數位化功率因數修正電路，以減少電路的複雜度。

本發明之目的之一，在於提供一種功率因數修正電路，其藉由一類比數位轉換電路、一迴授電路與一計數電路，以達到數位化功率因數修正電路，進而增加系統的穩定性。

本發明之功率因數修正電路耦接一功率轉換器，用以調整功率轉換器之一功率因數，該功率因數修正電路包含一類比數位轉換電路、一迴授電路與一計數電路。類比數位轉換電路耦接功率轉換器之一輸出端，並轉換該功率轉換器之一輸出訊號為一數位訊號，迴授電路耦接類比數位轉換電路，並依據數位訊號而產生一計時訊號，計數電路耦接迴授電路與功率轉換器之一輸入端，並依據一觸發訊號與計時訊號，而產生一切換訊號，用以切換功率轉換器之一開關。如此，本發明可藉由一類比數位轉換電路、一迴授電路與一計數電路，以達到數位化功率因數修正電路，進而增加系統的穩定性，並且可有效數位化功率因數修正電路，以減少電路的複雜度。

習知技術：

1’‧‧‧功率轉換器

10’‧‧‧整流電路

12’‧‧‧變壓器

20’‧‧‧開關

25’‧‧‧零電流偵測器

30’‧‧‧誤差放大器

35’‧‧‧電容

36’‧‧‧比較器

40’‧‧‧正反器

本發明：

1‧‧‧功率因數修正電路

10‧‧‧類比數位轉換電路

12‧‧‧迴授電路

120‧‧‧運算單元

122‧‧‧濾波器

14‧‧‧計數電路

16‧‧‧偵測電路

20‧‧‧開關

22‧‧‧分壓電路

第一圖係為習知技術之功率因數修正電路的電路圖；第二圖係為第一圖之功率轉換器之電感電流與開關關係的波形圖 ；第三圖係為第一圖之功率因數修正電路的波形圖；以及第四圖係為本發明之一較佳實施例之電路圖。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第四圖，係為本發明之一較佳實施例之電路圖。如圖所示，本發明之功率因數修正電路1係耦接一功率轉換器2，用以調整功率轉換器2之一功率因數，功率因數修正電路1包含一類比數位轉換電路10(Analog Digital Converter，ADC)、一迴授電路12與一計數電路14。類比數位轉換電路10耦接功率轉換器2之一輸出端，而類比數位轉換電路10用以接收功率轉換器2之一輸出訊號V₀，且轉換輸出訊號V₀為一數位訊號，迴授電路12耦接類比數位轉換電路10，並接收類比數位轉換電路10輸出之數位訊號，而產生一計時訊號t_on，計數電路14係耦接迴授電路12與功率轉換器2之一輸入端，並依據一觸發訊號與計時訊號t_on，而產生一切換訊號，以切換功率轉換器2之一開關20。

再者，計數電路14包含三個輸入端，分別為一時脈端CLK、一開始端start與一計時端count。計數電路14之開始端start係接收到觸發訊號時，則依據時脈端CLK所接收之一時脈訊號而進行計數，以開始計時，當計數電路14所計數的時間達到計數電路14之計時端count所接收之計時訊號t_on所指示的時間，即計時訊號t_on決定開關20之一打開時間(on-time)，使計數電路14依據計 時訊號t_on而控制開關20打開時間的長久。如此，本發明係藉由類比數位轉換電路10、迴授電路12與計數電路14，以達到數位化功率因數修正電路，進而增加系統的穩定性，並且可有效數位化功率因數修正電路，以減少電路的複雜度。其中，開關20可為一場效電晶體(MOS FET)或任何其他電壓控制式的開關元件。

接上所述，本發明之迴授電路12包含一運算單元120。運算單元120係耦接類比數位轉換電路10之一輸出端，以接收類比數位轉換電路10所輸出的數位訊號，同時，運算單元120更接收一參考訊號Vref，以依據數位訊號與參考訊號Vref，而產生計時訊號t_on。於此實施例中，本實施例之運算單元120為一減法器，其係相減數位訊號與參考訊號Vref，而產生一誤差訊號，而此誤差訊號即為計時訊號t_on。此外，迴授電路12更包含一濾波器122。濾波器122耦接運算單元120，並過濾運算單元120輸出之計時訊號t_on，且傳送過濾後之計時訊號t_on至計數電路14之計時端count。其中，濾波器122為一低通濾波器(Low Pass Filter)，其功能相似於類比式功率因數修正器中的誤差放大器。

請復參閱第四圖，係為本發明之一較佳實施例之電路圖。如圖所示，本發明之功率因數修正電路1更包括一偵測電路16。偵測電路16係耦接功率轉換器2之輸入端與計數電路14，並偵測功率轉換器2之一電感電流I_L，而產生觸發訊號，且將觸發訊號傳送至計數電路14，使計數電路14開始依據時脈訊號CLK進行計時，即偵測電路16偵測功率轉換器2之電感電流I_L為零時，則產生觸發訊號。於此實施例中，偵測電路16為一零電流偵測電路(Zero Current Detector，ZCD)。

此外，本發明之功率因數修正電路更包括一驅動電路18。驅動電路18係耦接計數電路14與開關20之間，用以放大切換訊號，而產生一驅動訊號，以切換開關20，即驅動電路18耦接計數電路14之一控制端En，以接收並放大計數電路14所輸出之切換訊號，以產生驅動訊號。

接上所述，本實施例之功率轉換器2之輸出端耦接一分壓電路22。分壓電路22係用以分壓輸出訊號V₀，並將分壓後之輸出訊號V₀傳送至類比數位轉換電路10，即分壓電路22係分壓輸出訊號V₀而產生一分壓訊號Vr，並將分壓訊號Vr傳送至類比數位轉換電路10，以轉換分壓訊號Vr為數位訊號。

由上述可知，濾波器122係會依照運算單元120輸出之誤差訊號的誤差量而計算出打開時間，而產生計時訊號，並將此打開時間通知計數電路14，而計數電路14之輸出的切換訊號在還未開始計數為低準位，所以開關20此時為截止的狀態；當偵測電路16偵測到的電感電流IL為零時，則傳送觸發訊號至計數電路14，使計數電路14開始進行計數，此時，計數電路14所傳送之切換訊號為高準位，而使開關20為導通的狀態，因此，當電感電流IL增加(如第二、三圖所示)，並計數電路14的計數值相同於計時訊號時，計數電路14則停止計數，並且歸零，而計數電路14輸出之切換訊號則改變為低準位，使開關20再次改變為截止。上述之流程重複即可達到功率因數修正的目的。此外，本發明之功率因數修正電路係可應用於一臨界模式之功率因數修正電路，但不侷限應用於臨界模式之功率因數修正電路，亦可應用於其他模式之功率因數修正電路。

綜上所述，本發明之功率因數修正電路係藉由一類比數位轉換電路耦接功率轉換器之一輸出端，並轉換該輸出端輸出之一輸出訊號為一數位訊號，一迴授電路耦接類比數位轉換電路，並依據數位訊號而產生一計時訊號，一計數電路耦接迴授電路與功率轉換器之一輸入端，並依據一觸發訊號與計時訊號，而產生一切換訊號，用以切換功率轉換器之一開關。如此，本發明可藉由一類比數位轉換電路、一迴授電路與一計數電路，以達到數位化功率因數修正電路，進而增加系統的穩定性，並且可有效數位化功率因數修正電路，以減少電路的複雜度。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧功率因數修正電路

10‧‧‧類比數位轉換電路

12‧‧‧迴授電路

120‧‧‧運算單元

122‧‧‧濾波器

14‧‧‧計數電路

16‧‧‧偵測電路

20‧‧‧開關

22‧‧‧分壓電路

Claims (9)

1. 一種功率因數修正電路，其耦接一功率轉換器，用以調整該功率轉換器之一功率因數，該功率因數修正電路包含：一類比數位轉換電路，耦接該功率轉換器之一輸出端，並轉換該功率轉換器之一輸出訊號為一數位訊號；一迴授電路，耦接該類比數位轉換電路，並依據該數位訊號，產生一計時訊號；以及一計數電路，耦接該迴授電路與該功率轉換器之一輸入端，並依據一觸發訊號與該計時訊號，而產生一切換訊號，用以切換該功率轉換器之一開關；其中，該計數電路係接收該觸發訊號而開始計時，並依據該計時訊號產生該切換訊號，而該計時訊號決定該開關之一打開時間(on-time)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正電路，其中該迴授電路包含：一運算單元，耦接該類比數位轉換電路，並依據該數位訊號與一參考訊號，而產生該計時訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之功率因數修正電路，其中該迴授電路更包含：一濾波器，耦接該運算單元，並過濾該功率轉換器之該輸出訊號，且傳送過濾後之該輸出訊號至該計數電路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正電路，其更包含： 一偵測電路，耦接該功率轉換器之該輸入端與該計數電路，並偵測該功率轉換器之一電感電流，而產生該觸發訊號，且將該觸發訊號傳送至該計數電路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之功率因數修正電路，其中該偵測電路係偵測該功率轉換器之該電感電流為零時，產生該觸發訊號，且將該觸發訊號傳送至該計數電路。
6. 如申請專利範圍第4項所述之功率因數修正電路，其中該偵測電路為一零電流偵測電路(Zero Current Detector，ZCD)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正電路，其更包含：一驅動電路，耦接該計數電路與該開關之間，用以放大該切換訊號，而產生一驅動訊號，以切換該開關。
8. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正電路，其中該功率轉換器包含：一分壓電路，耦接該功率轉換器之一輸出端，用以分壓該輸出訊號，並將分壓後之該輸出訊號傳送至該類比數位轉換電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正電路，其應用於一臨界模式之功率因數修正電路。