TWI451682B - No bridge power correction commutator - Google Patents

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TWI451682B
TWI451682B TW100135273A TW100135273A TWI451682B TW I451682 B TWI451682 B TW I451682B TW 100135273 A TW100135273 A TW 100135273A TW 100135273 A TW100135273 A TW 100135273A TW I451682 B TWI451682 B TW I451682B
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Chien Ta Liang
Noel Vea Tangonan
Wendel Rodriguez Apuang
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Description

無橋功率校正換向器
本發明係關於一種電源之功率因數較正電路，特別是關於一種可避免開關耗損，提升整體功率的無橋功率校正換向器。
如第一圖與第二圖所示，係習知無橋功因校正增壓拓撲，升壓電感器分成兩半，形成兩升壓電路。輸出電路由兩金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)和兩二極體組成。交流電網電壓的每一半週中，一MOSFET作開關的作用，而另一MOSFET就作二極體的作用。這兩MOSFET中，處於工作狀態的MOSFET與一二極體和輸入電感組成DC/DC升壓轉換器。輸入電流由升壓轉換器來控制，隨著輸入電壓而變化。
雖，無橋式電路係針對傳統電源電路(PFC)所作改進，惟，無橋仍有相當缺點：當作為開關之MOSFET造成相當一定程度的功耗，於大功率電路中，功耗相形下也會變多。
本發明主要目的在減少開關損耗，提高交直流電源供應器整體效率。
次要目的在於易於實現簡化電壓感測的方式。另一目的在於減少電磁干擾(EMI)。
可達成上述發明目的之電路結構係一種無橋功率校正換向器，包含一耦接於交流電源之無橋功因校正增壓電路，藉一直流轉換器輸出，特徵在於具有一介於無橋功因校正增壓電路與交流電源之間的同步半波整流器，耦接於交流電源之兩端。
同步半波整流器包含了一第一同步電晶體、一第二同步電晶體、一控制電路。
第一同步電晶體，透過第一信號輸入端與該交流電源一端相耦接；第二同步電晶體，透過第二信號輸入端與該交流電源另一端相耦接；控制電路，介於該第一信號輸入端與第二信號輸入端之間，分別透過該第一同步電晶體、第二同步電晶體與交流電源不同兩端耦接。
控制電路更包含一第一同步電路、一第一保護電路、一第二同步電路及一第二保護電路；第一保護電路與第一同步電晶體電性連接；第一同步電路耦接於第一保護電路與第二同步電晶體之間；第二保護電路與第二同步電晶體電性連接；第二同步電路耦接於第二保護電路與第一同步電晶體之間。
經由本發明所採用之技術手段，可簡化電路設計，增加能源利用率，減少碳足跡。且同時可減少元件數量，降低成本，提升良率。
較佳的是，第一保護電路更包含一第一保護電晶體與一第一保護二極體，且第一保護電晶體係BJT。
較佳的是，第二保護電路更包含一第二保護電晶體與一第二保護二極體，第二保護電晶體係BJT。
較佳的是，第一同步電路更包含一第一偏壓二極體。
較佳的是，第二同步電路更包含一第二偏壓二極體。
較佳的是，第一同步電晶體與第二同步電晶體係MOSFET。
參閱第一圖與第二圖所示，習知技術係無橋功因校正增壓電路20與直流轉換器30依序電性並接於交流電源與負載之間。
參第三圖所示，本發明無橋功率校正換向器100係於習知技術中無橋功因校正增壓電路20與交流電源之間設置一同步半波整流器10。
參第四圖所示，同步半波整流器10包含了一第一同步電晶體11、一第二同步電晶體12、一控制電路13。第一同步電晶體11透過第一信號輸入端131與交流電源一端相耦接，同時第二同步電晶體12，透過第二信號輸入端132與交流電源另一端相耦接；又控制電路13介於第一信號輸入端131與第二信號輸入端132之間，分別透過第一同步電晶體11、第二同步電晶體12與交流電源不同兩端耦接。
參第五圖所示，控制電路13包含第一同步電路133、第一保護電路134、第二同步電路135及第二保護電路136；第一保護電路134與第一同步電晶體11電性連接；第一同步電路133耦接於第一保護電路134與第二同步電晶體12間；第二保護電路136與第二同步電晶體12電性連接；第二同步電路135耦接於第二保護電路136與第一同步電晶體11間。
本發明換向作動方式：藉連接第一同步電晶體11與第二同步電晶體12的第一偏壓二極體1331與第二偏壓二極體1351所完成。當線電壓為零時，第一偏壓二極體1331與第二偏壓二極體1351分別由驅動電源VCC透過第一偏壓電阻1332與第二偏壓電阻1352順偏。第一同步電晶體11與第二同步電晶體12的同步濾波器之閘極皆被相對的二極體箝制，致其為關閉狀態。
當正半週攀升，第一偏壓二極體1331跟隨線電壓而起，達到臨限電壓時，第一同步電晶體11開始傳導。第一偏壓二極體1331續接隨線電壓而起，線電壓高於驅動電源時第一偏壓二極體1331會被反偏。第一同步電晶體11在整個正半週保持開啟。第一同步電晶體11開啟期間，第二同步電晶體12自因第一同步電晶體11透過第二偏壓二極體1351箝住第二同步電晶體12閘極，致不會開啟。正半週電壓到達零之前，當輸入電壓低於閘極臨限電壓時，第一同步電晶體11將會被第一偏壓二極體1331自動關閉。直到輸入線電壓反向第一同步電晶體11與第二同步電晶體12兩者皆會關閉。
當負半週攀升，第二偏壓二極體1351跟隨線電壓而起，達到臨限電壓時，第二同步電晶體12開始傳導。第二偏壓二極體1351更接隨線電壓而起，直至線電壓高於驅動電源時第二偏壓二極體1351會被反偏。第二同步電晶體12在整個負半週保持開啟。
第二同步電晶體12開啟期間，第一同步電晶體11自因第二同步電晶體12透過第一偏壓二極體1331箝住第一同步電晶體11閘極，致不會開啟。
負半週電壓到達零之前，當輸入電壓低於閘極臨限電壓時，第二同步電晶體12將會被第二偏壓二極體1351自動關閉。直到輸入線電壓反向第二同步電晶體12與第一同步電晶體11兩者皆會關閉。
一般操作下，電流返回路徑是透過第一同步電晶體11或第二同步電晶體12返回，正常的電流方向是從源極到漏極。假有跨導現象時，第一同步電晶體11與第二同步電晶體12皆會被開啟。
假使第一同步電晶體11與第二同步電晶體12為開啟，其一同步濾波器的電流方向從漏極到源極，意指電流係反向電流。
反向電流的保護係以第一保護電路134與第二保護電路136所完成，又第一同步電晶體11的反向電流保護係透過包含第一保護電晶體1341、第一保護二極體1344、第一限流電阻1343和基極電阻1342所達成，第二同步電晶體12的反向電流保護包含第二保護電晶體1361、第二保護二極體1364、第二限流電阻1363和基極電阻1362。假使於正半週發生跨導現象，第二同步電晶體12將有自漏極至源極的反向電流。假使於負半週發生跨導現象，第一同步電晶體11將有自漏極至源極的反向電流。
跨導保護是透過感測到反向電流時關閉同步濾波器的方式來實施。第一同步電晶體11反向電流狀況中，電流流過漏源極的電壓相對的接地點而有正電壓。漏源極的電壓將會被加附在第一保護二極體1344的順偏電壓中，足以推啟第一保護電晶體1341。第一保護電晶體1341導通的當下，第一同步電晶體11將會自動的關閉。第二同步電晶體12反向電流狀況中，電流流過漏源極的電壓相對的接地點而有正電壓。漏源極的電壓將會被加附在第二保護二極體1364的順偏電壓中，足以推啟第二保護電晶體1361。第二保護電晶體1361導通的當下，第二同步電晶體12將會自動的關閉。
100．．．無橋功率校正換向器
10．．．同步半波整流器
11．．．第一同步電晶體
12．．．第二同步電晶體
13．．．控制電路
131．．．第一信號輸入端
132．．．第二信號輸入端
133．．．第一同步電路
1331．．．第一偏壓二極體
1332．．．第一偏壓電阻
134．．．第一保護電路
1341．．．第一保護電晶體
1342．．．基極電阻
1343．．．第一限流電阻
1344．．．第一保護二極體
135．．．第二同步電路
1351．．．第二偏壓二極體
1352．．．第二偏壓電阻
136．．．第二保護電路
1361．．．第二保護電晶體
1362．．．基極電阻
1363．．．第二限流電阻
1364．．．第二保護二極體
20．．．無橋功因校正增壓電路
30．．．直流轉換器
第一圖係習用無橋功因校正增壓示意圖。
第二圖係習用無橋功因校正增壓電路圖。
第三圖係本發明方塊示意圖。
第四圖係本發明連接示意圖。
第五圖係本發明同步半波整流器電路示意圖。
100．．．無橋功率校正換向器
10．．．同步半波整流器
20．．．無橋功因校正增壓電路
30．．．直流轉換器

Claims (5)

  1. 一種無橋功率校正換向器，包含一耦接於交流電源之無橋功因校正增壓電路，藉一直流轉換器輸出，其特徵在於：一同步半波整流器，介於該無橋功因校正增壓電路與交流電源之間，耦接於該交流電源之兩端，包含一第一同步電晶體，透過第一信號輸入端與該交流電源一端相耦接；一第二同步電晶體，透過第二信號輸入端與該交流電源另一端相耦接；及一控制電路，介於該第一信號輸入端與第二信號輸入端之間，分別透過該第一同步電晶體、第二同步電晶體與交流電源不同兩端耦接，該控制電路更包含一第一同步電路、一第一保護電路、一第二同步電路及一第二保護電路；其中第一保護電路與第一同步電晶體電性連接；其中第一同步電路耦接於第一保護電路與第二同步電晶體之間，該第一保護電路更包含一第一保護電晶體與一第一保護二極體，又該第一同步電路更包含一第一偏壓二極體；其中第二保護電路與第二同步電晶體電性連接，該第二保護電路更包含一第二保護電晶體與一第二保護二極體，又該第二保護電路更包含一第二保護電晶體與一第二保護二極體； 其中第二同步電路耦接於第二保護電路與第一同步電晶體之間，該第二同步電路更包含一第二偏壓二極體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無橋功率校正換向器，其中該第一同步電晶體係MOSFET。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無橋功率校正換向器，其中該第二同步電晶體係MOSFET。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無橋功率校正換向器，其中該第一保護電晶體係BJT。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無橋功率校正換向器，其中該第二保護電晶體係BJT。
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