TWI451677B - Non-isolated AC / DC converters with power correction - Google Patents

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TWI451677B TW100149688A TW100149688A TWI451677B TW I451677 B TWI451677 B TW I451677B TW 100149688 A TW100149688 A TW 100149688A TW 100149688 A TW100149688 A TW 100149688A TW I451677 B TWI451677 B TW I451677B
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Po Yen Chen
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Description

具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器
本發明係關於一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，特別是指一種僅需單級電路架構、在電路設計上不需使用變壓器，因此可以縮小電路體積、降低成本、提升電路轉換效率，達到功因校正及增加轉換器壽命之目的，而且藉由波形控制器輸出波形調控的作用，儲能電路可使用容值較小的電容器，以避免使用電解電容，藉此延長電路使用壽命。
按，一般傳統之交流/直流轉換器需要整流電路將輸入交流電力轉換成直流電力，並於整流電路之輸出端並聯直流鏈輸出電容器，其作用為電路濾波與儲能。
直流鏈輸出電容器之容值的大小與輸出漣波電壓成反比，但是隨著電容器容值的增加，也意味著在輸入交流電壓週期時間內，輸入交流電壓低於電容器電壓的時間也將隨之增加。
如此一來，將造成橋式整流器中二極體的導通時間縮小以及導通電流峯值增大，進而增加輸入電流的波形失真。因此這類低功率因數之設備產品，除了浪費能源外亦增加電力公司不必要的虛功。
由此可見，上述習用物品仍有諸多缺失，實非一良善之設計者，而亟待加以改良。
鑑於上述習用交流/直流轉換器所衍生的各項缺 點，本案發明人乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器。
本發明之一目的，在於提供一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，係僅需單級電路架構、在電路設計上不需使用變壓器，因此可以縮小電路體積、降低成本、提升電路轉換效率，達到功因校正及增加轉換器壽命之目的。
本發明之另一目的，在於提供一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，係透過主動開關的切換，不但可增加整流電路的導通時間進而減少導通電流峯值，藉此達到功因校正之目的，亦可得到低諧波之直流電壓施加於負載。
本發明之再一目的，在於提供一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，係藉由波形控制器輸出波形調控的作用，儲能電路可使用容值較小的電容器，以避免使用電解電容，藉此延長電路使用壽命。
可達成上述發明目的之具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，包括有：一交流電源、一整流電路、一降壓電路、一濾波/儲能電路及一穩壓電路；其中，該整流電路與該交流電源併聯連接，其設有一 由四個二極體組成之整流電橋，該整流電路可將交流電源整流成一正半弦波電源；該降壓電路與該整流電路併聯連接，其設有一電感器及一主動開關，該主動開關受一波形控制器之控制，而呈現導通(ON)及截止(OFF)，俾在不需變壓器之條件下，利用導通、截止之週期控制該正半弦波電源對該電感器之充電時間，使藉減少充電時間，而產生電位減少，以令該正半弦波電源產生降壓；該濾波/儲能電路與該降壓電路串接，其設有一電容器、一另一電感器及一二極體，該電容器可對該降壓後之正半弦波電源進行濾波，使該降壓後之正半弦波電源轉變成一直流電源，該直流電源再儲能於該電容器、另一電感器中；該穩壓電路與該濾波/儲能電路串接，並與一用電端併聯連接，其設有一具穩壓作用之另一電容器；使用時，該主動開關受該波形控制器之控制，而呈現工作模式一：該主動開關導通，使交流電源經該整流電路整流後之正半弦波電源，利用該電感器減少充電時間而降壓，並儲能於該電感器中，同時該電容器將其先前儲能之直流電源對該另一電感器、該用電端供電，使該另一電感器進行儲能，而該用電端獲得直流電源供電；接著，該主動開關受該波形控制器之控制，而呈現工作模式二：該主動開關截止，使該電感器將其先前 儲能之正半弦波電源，經該電容器濾波成直流電源，並儲能於該電容器中，同時該另一電感器將其先前儲能之直流電源對該用電端供電；如此，不斷重複工作模式一、工作模式二，該用電端即獲得由該交流電源轉換成直流電之供電。
請參閱以下有關本發明一較佳實施例之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效：
本發明所提供之一種「具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器」，請參閱第1圖所示，主要包括有：一交流電源VAC、一整流電路11、一降壓電路12、一濾波/儲能電路13及一穩壓電路14。
其中，該整流電路11與該交流電源VAC併聯連接，其設有一由四個二極體D1、D2、D3、D4組成之整流電橋，該整流電路11可將交流電源VAC整流成一正半弦波電源。
該降壓電路12與該整流電路11併聯連接，其設有一電感器L1及一主動開關S，該主動開關S受一波形控制器(圖中未示)之控制，而呈現導通(ON)及截止(OFF)，俾在不需變壓器之條件下，利用導通、截止之週期控制該正半弦波電源對該電感器L1之充電時 間，使藉減少充電時間，而產生電位減少，以令該正半弦波電源產生降壓。
該濾波/儲能電路13與該降壓電路12串接，其設有一電容器C、一另一電感器L2及一二極體D，該電容器C可對該降壓後之正半弦波電源進行濾波，使該降壓後之正半弦波電源轉換成一直流電源，該直流電源再儲能於該電容器C、另一電感器L2中。
該穩壓電路14與該濾波/儲能電路13串接，並與一用電端R併聯連接，其設有一具穩壓作用之另一電容器Co。
使用時，請參閱第2、3、4、5圖所示，該主動開關S受該波形控制器之控制，而呈現工作模式一：該主動開關S導通，使交流電源VAC經該整流電路11整流後之正半弦波電源，利用該電感器L1減少充電時間而降壓，並儲能於該電感器L1中，同時該電容器C將其先前儲能之直流電源對該另一電感器L2、該用電端R供電，使該另一電感器L2進行儲能，而該用電端R獲得直流電源供電；接著，該主動開關S受該波形控制器之控制，而呈現工作模式二：該主動開關S截止，使該電感器L1將其先前儲能之正半弦波電源，經該電容器C濾波成直流電源，並儲能於該電容器C中，同時該另一電感器L2將其先前儲能之直流電源對該用電端R供 電。
如此，不斷重複工作模式一、工作模式二，該用電端R即獲得由該交流電源VAC轉換成直流電之供電，而且僅需單級電路架構、在電路設計上不需使用變壓器，因此可以縮小電路體積、降低成本、提升電路轉換效率，達到功因校正及增加轉換器壽命之目的，而且透過主動開關S的切換，不但可增加整流電路的導通時間進而減少導通電流峯值，藉此達到功因校正之目的，亦可得到低諧波之直流電壓施加於負載。
另，該波形控制器可為一波形產生器，其可輸出波形來觸發及調控該主動開關S呈現導通(ON)及截止(OFF)，如此，藉由波形控制器輸出波形調控的作用，儲能電路可使用容值較小的電容器，以避免使用電解電容，藉此延長電路使用壽命。
該波形控制器調控該主動開關S之輸出波形的導通週期d(t)係依下列算式：
其中，Vo為輸出電壓
Vm為輸入電壓最大值
sinω τ為市電電壓正弦頻率
該用電端R可為一LED燈泡。
該交流電源VAC可為一電力公司供電之交流電源。
本發明所提供之具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，與前述習用技術相互比較時，更具有下列之優點：
1、係僅需單級電路架構、在電路設計上不需使用變壓器，因此可以縮小電路體積、降低成本、提升電路轉換效率，達到功因校正及增加轉換器壽命之目的。
2、係透過主動開關的切換，不但可增加整流電路的導通時間進而減少導通電流峯值，藉此達到功因校正之目的，亦可得到低諧波之直流電壓施加於負載。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，例如：等變化之等效性實施例，均應包含於本案之專利範圍中。
VAC‧‧‧交流電源
11‧‧‧整流電路
12‧‧‧降壓電路
13‧‧‧濾波/儲能電路
14‧‧‧穩壓電路
D1、D2、D3、D4‧‧‧四個二極體
L1‧‧‧電感器
S‧‧‧主動開關
C‧‧‧電容器
L2‧‧‧另一電感器
D‧‧‧二極體
R‧‧‧用電端
Co‧‧‧另一電容器
第1圖為本發明之電路圖。
第2、3圖為本發明工作模式一之電路示意圖。
第4、5圖為本發明工作模式二之電路示意圖。
VAC‧‧‧交流電源
11‧‧‧整流電路
12‧‧‧降壓電路
13‧‧‧濾波/儲能電路
14‧‧‧穩壓電路
D1、D2、D3、D4‧‧‧四個二極體
L1‧‧‧電感器
S‧‧‧主動開關
C‧‧‧電容器
L2‧‧‧另一電感器
D‧‧‧二極體
R‧‧‧用電端
Co‧‧‧另一電容器

Claims (1)

  1. 一種具功因校正之非隔離型交流/直流轉換器，包括：一交流電源；一整流電路，與該交流電源併聯連接，該整流電路可將交流電源整流成一正半弦波電源；一降壓電路，與該整流電路併聯連接，其設有一電感器及一主動開關，該主動開關受一波形控制器之控制，以令該正半弦波電源產生降壓；一濾波/儲能電路，與該降壓電路串接，其設有一電容器、一另一電感器及一二極體，該電容器可對該降壓後之正半弦波電源進行濾波，使該降壓後之正半弦波電源轉變成一直流電源，該直流電源再儲能於該電容器、另一電感器中；及一穩壓電路，與該濾波/儲能電路串接，並與一用電端併聯連接，其設有一具穩壓作用之另一電容器，其中，該波形控制器令該主動開關的導通週期為 ，其中Vo為該用電端電壓，Vm為 該交流電源的峰值，sinω τ為該交流電源的正弦頻率，藉此，透過該波形控制器之控制，達到交流電至直流電的轉換。
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