TWI424669B - 具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路 - Google Patents

具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路 Download PDF

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Description

具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路
本發明關於一種充電幫浦功率因數修正電路，詳言之，係關於一種具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路。
參考圖1，其顯示習知充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖。習知充電幫浦功率因數修正電路10包括：一功率因數修正電感11、一充電幫浦功率因數修正電容12、一等效電壓訊號源13及一等效二極體14。該充電幫浦功率因數修正電容12與該等效電壓訊號源13串聯。
該功率因數修正電感11用以改善其輸入電流功率因數與獲得良好諧波失真。然而，習知充電幫浦功率因數修正電路10之直流端電壓VB 會隨著輸出等效負載阻抗15增加而逐漸上升。因此，需選用較大電壓應力之開關、電容與二極體元件，勢必造成電路成本提高。
因此，有必要提供一種創新且具進步性的充電幫浦功率因數修正電路，以解決上述問題。
本發明提供一種具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路，包括：一功率因數修正阻抗、至少一充電幫浦功率因數修正電容、至少一等效訊號源及至少一等效二極體。功率因數修正阻抗具有一功率因數修正電感及至少一諧振元件，該諧振元件串聯或並聯該功率因數修正電感。該等效訊號源連接該充電幫浦功率因數修正電容，及該等效二極體連接該充電幫浦功率因數修正電容。
藉由於該功率因數修正電感串聯或並聯諧振元件，以降低直流端電壓，並可降低電路元件之電壓應力，以減少電路成本，且仍具有低輸入電流諧波失真、高功因及高效率。
參考圖2a至2d，其顯示本發明第一實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖。本發明第一實施例充電幫浦功率因數修正電路20包括：一功率因數修正阻抗21、至少一充電幫浦功率因數修正電容22、至少一等效訊號源23及至少一等效二極體24。配合參考圖6a至6f，功率因數修正阻抗21具有一功率因數修正電感211及至少一諧振元件，該諧振元件串聯或並聯該功率因數修正電感211。該等效訊號源23連接該充電幫浦功率因數修正電容22。該等效二極體24連接該充電幫浦功率因數修正電容22。
參考圖6a及6b，該諧振元件係為一諧振電容212，與該功率因數修正電感211串聯或並聯。參考圖6c及6d，諧振元件包括一諧振電容213及一諧振電感214，其中該諧振電容213與該功率因數修正電感211並聯後，再與該諧振電感214串聯(如圖6c所示)；或該諧振電容213與該諧振電感214串聯後，再與該功率因數修正電感211並聯(如圖6d所示)；或該諧振電容與該諧振電感並聯後，再與該功率因數修正電感串聯(圖未示出)；或該諧振電容與該功率因數修正電感串聯後，再與該諧振電感並聯(圖未示出)。
參考圖6e及6f，諧振元件包括一第一諧振電容215及一第二諧振電容216，其中該第一諧振電容215與該功率因數修正電感211並聯後，再與該第二諧振電容216串聯(如圖6e所示)；或該第二諧振電容216與該功率因數修正電感串聯211後，再與該第一諧振電容215並聯(如圖6f所示)。
參考圖2a，在該第一實施例中，其係為電壓型充電幫浦功率因數修正電路，該等效訊號源23係為一等效電壓訊號源，與該充電幫浦功率因數修正電容22串聯。參考圖2b，在該第一實施例中，其係為第一電流型充電幫浦功率因數修正電路，該等效訊號源23係為一等效電流訊號源，與該充電幫浦功率因數修正電容22並聯。參考圖2c，在該第一實施例中，其係為第二電流型充電幫浦功率因數修正電路，該等效訊號源23係為一等效電流訊號源，該充電幫浦功率因數修正電容22與該等效二極體24並聯。
參考圖2d，在該第一實施例中，其係為電壓電流型充電幫浦功率因數修正電路，等效訊號源包括一等效電壓訊號源231及一等效電流訊號源232，且該充電幫浦功率因數修正電路包括：一第一充電幫浦功率因數修正電容221、一第二充電幫浦功率因數修正電容222、一第三充電幫浦功率因數修正電容223、一第一等效二極體241及一第二等效二極體242，該等效電壓訊號源231及該等效電流訊號源232連接，該等效電壓訊號源231與該第一充電幫浦功率因數修正電容221串聯，該等效電流訊號源232與該第一充電幫浦功率因數修正電容221串聯，第二充電幫浦功率因數修正電容222與第一等效二極體並聯241，第三充電幫浦功率因數修正電容223與第二等效二極體並聯242。
藉由於該功率因數修正電感211串聯或並聯諧振元件，以降低直流端電壓VB ，並可降低電路元件之電壓應力，以減少電路成本，且仍具有低輸入電流諧波失真、高功因及高效率。
參考圖3a至3d，其顯示本發明第二實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖。除上述第一實施例之充電幫浦功率因數修正電路20之元件外，本發明第二實施例充電幫浦功率因數修正電路30另包括一全橋整流器35及一濾波器36，用以將交流輸入電源Vin 濾波及整流，該功率因數修正阻抗21連接於該全橋整流器35及該充電幫浦功率因數修正電容22之間。本發明第二實施例充電幫浦功率因數修正電路30亦包括電壓型、第一電流型、第二電流型及電壓電流型。
參考圖4a至4d，其顯示本發明第三實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖。除上述第一實施例之充電幫浦功率因數修正電路20之元件外，本發明第三實施例充電幫浦功率因數修正電路40另包括一全橋整流器45及一濾波器46，用以將交流輸入電源Vin 濾波及整流，該功率因數修正阻抗21連接於該全橋整流器45與該濾波器46之間。本發明第三實施例充電幫浦功率因數修正電路40亦包括電壓型、第一電流型、第二電流型及電壓電流型。
參考圖5a至5d，其顯示本發明第四實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖。除上述第一實施例之充電幫浦功率因數修正電路20之元件外，本發明第四實施例充電幫浦功率因數修正電路50另包括一整流器55、一濾波器56及一等效電源轉換器57，該整流器55及該濾波器56用以將交流輸入電源Vin 濾波及整流，該功率因數修正阻抗21連接於該整流器55與該濾波器56之間，該整流器55具有二整流二極體551、552，該等效電源轉換器57連接於一直流匯流排，該濾波器56之一端連接該等效電源轉換器57，使該等效電源轉換器57內之二個開關旁路並聯二極體兼具整流功能。亦即該等效電源轉換器57內之二個開關旁路並聯二極體可兼具為全橋整流之一臂，使該整流器55可僅具有二整流二極體551、552，且具有全橋整流功能。本發明第四實施例充電幫浦功率因數修正電路50亦包括電壓型、第一電流型、第二電流型及電壓電流型。
上述第一至第四實施例中，電壓型之等效電壓訊號源係表示可提供電壓訊號之元件，電流型之等效電流訊號源係表示可提供電流訊號之元件，電壓電流型之等效電壓訊號源及等效電流訊號源係表示可提供電壓訊號之元件及可提供電流訊號之元件。
參考圖7a及7b，其顯示本發明之充電幫浦功率因數修正電路之模擬電路圖，及利用SIMPLIS電路模擬軟體之模擬波形示意圖，其中模擬波形顯示無降低直流端電壓效果之模擬波形及有降低直流端電壓效果之模擬波形。本發明之充電幫浦功率因數修正電路之模擬電路70包括：一功率因數修正阻抗71、一充電幫浦功率因數修正電容72、一等效電壓訊號源73、一整流器75、一濾波器76及一等效電源轉換器77。其中該等效電壓訊號源73係由一負載(LOAD)提供電壓訊號Va，該整流器75具有二整流二極體751、752，該等效電源轉換器77具有二個二極體771、772，可兼具整流功能，作為全橋整流之一臂，且二個開關旁路並聯二極體771、772亦可兼具為上述第一至第四實施例之等效二極體。
若功率因數修正阻抗71具有上述第一至第四實施例之諧振元件與該功率因數修正電感串聯或並聯，則可降低直流端電壓VB ，與習知技術無降低直流端電壓VB 比較，本發明之充電幫浦功率因數修正電路之模擬電路70確可達到降低直流端電壓VB 之功效。
惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10．．．習知充電幫浦功率因數修正電路
11．．．功率因數修正電感
12．．．充電幫浦功率因數修正電容
13．．．等效電壓訊號源
14．．．等效二極體
15．．．輸出等效負載阻抗
20．．．第一實施例充電幫浦功率因數修正電路
21．．．功率因數修正阻抗
22．．．充電幫浦功率因數修正電容
23．．．等效訊號源
24．．．等效二極體
211．．．功率因數修正電感
212．．．諧振電容
213．．．諧振電容
214．．．諧振電感
215．．．第一諧振電容
216．．．第二諧振電容
221．．．第一充電幫浦功率因數修正電容
222．．．第二充電幫浦功率因數修正電容
223．．．第三充電幫浦功率因數修正電容
231．．．等效電壓訊號源
232．．．等效電流訊號源
241．．．第一等效二極體
242．．．第二等效二極體
30．．．第二實施例充電幫浦功率因數修正電路
35．．．全橋整流器
36．．．濾波器
40．．．第三實施例充電幫浦功率因數修正電路
45．．．全橋整流器
46．．．濾波器
50．．．第四實施例充電幫浦功率因數修正電路
55．．．全橋整流器
56．．．濾波器
57．．．等效電源轉換器
551、552．．．整流二極體
70．．．充電幫浦功率因數修正電路之模擬電路
71．．．功率因數修正阻抗
72．．．充電幫浦功率因數修正電容
73．．．等效電壓訊號源
75．．．整流器
76．．．濾波器
77．．．等效電源轉換器
751、752．．．整流二極體
771、772．．．二極體
圖1顯示習知充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖；
圖2a至2d顯示本發明第一實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖；
圖3a至3d顯示本發明第二實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖；
圖4a至4d顯示本發明第三實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖；
圖5a至5d顯示本發明第四實施例充電幫浦功率因數修正電路之等效電路示意圖；
圖6a至6f顯示功率因數修正阻抗之電路示意圖；及
圖7a及7b顯示本發明之充電幫浦功率因數修正電路之模擬電路圖，及利用SIMPLIS電路模擬軟體之模擬波形示意圖。
20．．．第一實施例充電幫浦功率因數修正電路
21．．．功率因數修正阻抗
22．．．充電幫浦功率因數修正電容
23．．．等效訊號源
24．．．等效二極體

Claims (11)

  1. 一種具降低直流端電壓之充電幫浦功率因數修正電路，包括：一功率因數修正阻抗，具有一功率因數修正電感及至少一諧振元件，該諧振元件串聯或並聯該功率因數修正電感；至少一充電幫浦功率因數修正電容；至少一等效訊號源，連接該充電幫浦功率因數修正電容；及至少一等效二極體，連接該充電幫浦功率因數修正電容。
  2. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中該諧振元件係為一諧振電容，與該功率因數修正電感串聯或並聯。
  3. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中諧振元件包括一諧振電容及一諧振電感，其中該諧振電容與該功率因數修正電感並聯後，再與該諧振電感串聯；或該諧振電容與該諧振電感串聯後，再與該功率因數修正電感並聯；或該諧振電容與該諧振電感並聯後，再與該功率因數修正電感串聯；或該諧振電容與該功率因數修正電感串聯後，再與該諧振電感並聯。
  4. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中諧振元件包括一第一諧振電容及一第二諧振電容，其中該第一諧振電容與該功率因數修正電感並聯後，再與該第二諧振電容串聯；或該第二諧振電容與該功率因數修正電感串聯後，再與該第一諧振電容並聯。
  5. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中該等效訊號源係為一等效電壓訊號源，與該充電幫浦功率因數修正電容串聯。
  6. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中該等效訊號源係為一等效電流訊號源，與該充電幫浦功率因數修正電容並聯。
  7. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中該等效訊號源係為一等效電流訊號源，該充電幫浦功率因數修正電容與該等效二極體並聯。
  8. 如請求項1之充電幫浦功率因數修正電路，其中等效訊號源包括一等效電壓訊號源及一等效電流訊號源，且該充電幫浦功率因數修正電路包括：一第一充電幫浦功率因數修正電容、一第二充電幫浦功率因數修正電容、一第三充電幫浦功率因數修正電容、一第一等效二極體及一第二等效二極體，該等效電壓訊號源及該等效電流訊號源連接，該等效電壓訊號源與該第一充電幫浦功率因數修正電容串聯，該等效電流訊號源與該第一充電幫浦功率因數修正電容串聯，第二充電幫浦功率因數修正電容與第一等效二極體並聯，第三充電幫浦功率因數修正電容與第二等效二極體並聯。
  9. 7或8之充電幫浦功率因數修正電路，另包括一全橋整流器及一濾波器，用以將交流輸入電源濾波及整流，該功率因數修正阻抗連接於該全橋整流器及該充電幫浦功率因數修正電容之間。
  10. 7或8之充電幫浦功率因數修正電路，另包括一全橋整流器及一濾波器，用以將交流輸入電源濾波及整流，該功率因數修正阻抗連接於該全橋整流器與該濾波器之間。
  11. 7或8之充電幫浦功率因數修正電路，另包括一整流器、一濾波器及一等效電源轉換器，該整流器及該濾波器用以將交流輸入電源濾波及整流，該功率因數修正阻抗連接於該整流器與該濾波器之間，該整流器具有二整流二極體，該等效電源轉換器連接於一直流匯流排，該濾波器之一端連接該等效電源轉換器，使該等效電源轉換器內之二個開關旁路並聯二極體兼具整流功能。
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