TWI480716B - 電流總諧波失真率控制電路及其方法 - Google Patents
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Description
本發明係為一種電流總諧波失真率控制電路及其方法，特別是關於一種的電流總諧波失真率控制電路及其方法。
功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)係指示有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關係，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。基本上，功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數的數值越大，則代表其電力利用率越高。
接著，電流總諧波失真率(Total Harmonic Distortion of Current，THDi)係指示返回電網的電流失真率程度，其值越大則電流失真率就越嚴重，因此造成電網及後端設備的損害，所以高性能設備會明確規範電流總諧波失真率的數值範圍，因此電流總諧波失真率成為了高性能設備的一個重要指標。
因此，目前市面上許多電力設備或電子設備都具有一功率因數校正電路，例如電腦所使用的開關電源、LED驅動電源和不斷電電源供應系統(UPS)等，然而，在現有小容量(1K~6K)的UPS設計中的功率因數校正電路以實現功率因數校正功能，而這功率因數校正電路的性能仍存在許多及嚴重的缺陷，例如要求這功率因數校正電路滿載輸出時，只能在一個很小範圍的市電輸入電壓(220~230V)內，以實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約10%)。
此外，一些UPS採用數位控制，利用先進的數位訊號處理器的強大計算功能以實現高性能功率因數校正控制，但是，在相同
的效果的情況下卻大大的增加了成本和控制的複雜性。
本發明在於提供一種電流總諧波失真率控制電路及其方法，以使功率因數校正線路能在一個較大範圍的市電輸入電壓(190~250V)滿載輸出，並實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約5%)。
本發明提出一種電流總諧波失真率控制電路，包括一功率因數校正線路及一控制線路。功率因數校正線路包括一升壓單元、一逆變單元及一回授單元。升壓單元包括一開關元件與一電流偵測元件，開關元件串接電流偵測元件。逆變單元耦接升壓單元。回授單元耦接逆變單元，用以檢測一輸出電壓及一輸出電流。控制線路耦接升壓單元與回授單元。其中，控制線路根據輸出電壓與輸出電流以取得一輸出功率，並根據輸出功率以計算一輸入電壓及一輸入電流，控制線路根據輸出功率與輸入電流以輸出一脈波寬度調變訊號給升壓單元的開關元件，以控制開關元件的導通電流，而電流偵測元件根據導通電流以輸出一感應電流給控制線路，而控制線路根據感應電流以調整脈波寬度調變訊號的責任週期。
本發明提出一種電流總諧波失真率控制方法，包括一功率因數校正線路的一輸出電壓及一輸出電流，以計算出一輸出功率；根據輸出功率以計算出一輸入電壓與一輸入電流；控制線路根據輸出功率及輸入電流，以輸出一脈波寬度調變訊號給功率因數校正線路的一升壓單元的一開關元件，以控制開關元件的導通電流；升壓單元的一電流偵測元件根據導通電流以輸出一感應電流給控制線路，而控制線路根據感應電流以調整脈波寬度調變訊號的責任週期。
本發明之電流總諧波失真率控制電路透過電流偵測元件偵測
開關元件導通電流，以輸出一感應電流，而調整單元根據感應電流以輸出第一調整訊號給第二控制單元，以使第二控制單元調整輸出一脈波寬度調變訊號的責任週期給第一控制單元，其中脈波寬度調變訊號的責任週期係指示開關元件的導通電流大小，藉此實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約5%)。此外，本發明之第二控制單元可根據調整單元輸出的第二調整訊號，以輸出控制電壓，而正負端線電壓根據市電輸入電壓而變化在預設範圍，藉此達到使功率因數校正線路能在一個較大範圍的市電輸入電壓(190~250V)滿載輸出，並實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約5%)，因此提升電流總諧波失真率控制電路的使用方便性。
以上之概述與接下來的實施例，皆是為了進一步說明本發明之技術手段與達成功效，然所敘述之實施例與圖式僅提供參考說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧電流總諧波失真率控制電路
8、AC‧‧‧市電
9‧‧‧負載
10、10a、10b‧‧‧功率因數校正線路
100、100a‧‧‧升壓單元
1000、Q4‧‧‧開關元件
1002、1002a‧‧‧電流偵測元件
102、102a、102b‧‧‧逆變單元
104、104a、104b‧‧‧回授單元
106、106a‧‧‧濾波單元
108、108a‧‧‧整流單元
12‧‧‧控制線路
120‧‧‧第一控制單元
122、122a‧‧‧第二控制單元
MCU‧‧‧微控晶片
A/D、D/A、PWM、PROT‧‧‧轉換元件
124、124a‧‧‧調整單元
1240a‧‧‧處理晶片
O/P、I/S、VF、Vref、RC、Com、GND‧‧‧接腳
126 a‧‧‧濾波整流單元
L‧‧‧輸出火線端
N‧‧‧輸出水線端
Vo‧‧‧輸出電壓
Vi‧‧‧輸入電壓
VF‧‧‧控制電壓
I‧‧‧輸出電流
THDi.C‧‧‧電流總諧波失真率之控制電流
IS‧‧‧感應電流
C1~C14‧‧‧電容
R1~R17、RS‧‧‧電阻
D1~D10‧‧‧二極體
Q1~Q8‧‧‧電晶體
L1~L4‧‧‧電感
CT1、CT2‧‧‧電流互感器
Vcc‧‧‧工作電壓
F‧‧‧開關
S601~S607‧‧‧流程步驟
圖1為本發明一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功能方塊圖。
圖2為根據圖1之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功能方塊圖。
圖3A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路圖。
圖3B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路圖。
圖4為根據圖3A之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之第二控制單元圖。
圖5為根據圖3A之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之調整單元圖。
圖6為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制方法流程圖。
圖7為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之數據表。
圖8A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之電流總諧波失真率波形圖。
圖8B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之功率因數波形圖。
圖9為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之之數據表。
圖10A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之電流總諧波失真率波形圖。
圖10B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之功率因數波形圖。
圖1為本發明一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功能方塊圖。請參閱圖1。一種電流總諧波失真率控制電路1，包括一功率因數校正線路10及一控制線路12。在實務上，控制線路12耦接功率因數校正線路10，而功率因數校正線路10耦接於市電8與負載9之間，其中控制線路12根據功率因數校正線路10的輸出功率與輸入電流，以控制功率因數校正線路10的功率因數及電流總諧波失真率，以使本發明之電流總諧波失真率控制電路1之功率因數可趨近於1，且相較於習知控制電路，本發明之電流總諧波失真率控制電路1可接受較大範圍的市電輸入電壓，例如市電輸入電壓為190Vac~250Vac，且電流總諧波失真率可降低至5%。
詳細來說，功率因數校正線路10包括一升壓單元100、一逆變單元102與一回授單元104，而逆變單元102耦接升壓單元100與回授單元104。在實務上，功率因數校正線路10例如為高性能功率因數校正電路，或為使功率因數趨近於1的轉換電路，例如
功率因數校正線路10用以提升不斷電電源供應系統的功率因數，以提昇不斷電電源供應系統的功率轉換效率，本實施例不限制功率因數校正線路10的態樣。
進一步來說，升壓單元100包括一開關元件1000與一電流偵測元件1002，開關元件1000串接電流偵測元件1002。在實務上，升壓單元100例如為升壓電路(Boost Circuit)，其中開關元件1000例如為金氧半場效電晶體(MOSFET)或功率電晶體，本實施例不限制開關元件1000的態樣。
接著，電流偵測元件1002例如為電流互感器(current transformer，CT)或霍爾電流感測器(Hall sensor)等，用以感測電流大小，例如電流偵測元件1002感測開關元件1000導通時的導通電流大小，另霍爾電流感測器(Hall sensor)可於避免磁場干擾的狀況下使用，本實施例不限制電流偵測元件1002的態樣。
逆變單元102耦接升壓單元100與回授單元104。在實務上，逆變單元102例如為一半橋逆變電路或一換流器(Inverter)，用以將直流電轉換為標準且穩定的交流電，且逆變單元102透過開關電晶體(未繪示)以輸出電壓Vo給負載9使用，因此逆變單元102之輸出電壓Vo大致相同於負載9電壓。本實施例不限制逆變單元102的態樣。
回授單元104耦接逆變單元102，用以檢測一輸出電壓Vo及一輸出電流I。在實務上，回授單元104例如由濾波電感、濾波電容和電流互感器所組成的單元，本實施例之回授單元104可將輸出電壓Vo及輸出電流I回授給控制線路12，本實施例不限制回授單元104的態樣。
控制線路12耦接升壓單元100與回授單元104。在實務上，控制線路12例如由UC3843控制晶片、微控晶片及調整單元124所組成的控制電路或控制器，用以控制升壓單元100的開關元件1000導通或截止，其中開關元件1000導通程度大小將影響導通電
流的大小，本實施例不限制控制線路12的態樣。
詳細來說，控制線路12根據輸出電壓Vo與輸出電流I以取得一輸出功率，並根據輸出功率以計算一輸入電壓Vi及一輸入電流，控制線路12根據輸出功率與輸入電流，以輸出一脈波寬度調變訊號給升壓單元100的開關元件1000，以控制開關元件1000的導通電流大小，而電流偵測元件1002根據導通電流以輸出一感應電流IS給控制線路12，而控制線路12根據感應電流IS以調整脈波寬度調變訊號的責任週期。
舉例來說，控制線路12可控制開關元件1000的導通電流呈現較大的電流，以使升壓單元100的電容接收到較大的電流來儲能，其中電流偵測元件1002根據導通電流以輸出較大的感應電流IS給控制線路12，以使控制線路12所輸出的脈波寬度調變訊號具有較長導通時間的責任週期；當升壓單元100的電容儲能達到一預設電壓時，控制線路12可控制開關元件1000的導通電流呈現較小的電流，以使升壓單元100的電容接收到較小的電流來儲能，其中電流偵測元件1002根據導通電流以輸出較小的感應電流IS給控制線路12，以使控制線路12所輸出的脈波寬度調變訊號具有較短導通時間的責任週期。
另外，控制線路12可控制開關元件1000截止，以使升壓單元100的電容釋放電能給逆變單元102，當升壓單元100的電容釋放電能完成後，控制線路12可控制開關元件1000的導通電流呈現較大的電流，以使升壓單元100的電容接收到較大的電流來儲能，其中電流偵測元件1002根據導通電流以輸出較大的感應電流IS給控制線路12，以使控制線路12所輸出的脈波寬度調變訊號具有較長導通時間的責任週期。
值得一提的是，本發明之升壓單元100增加一個檢測MOSFET的開關元件1000電流的電流偵測元件1002，因此本發明之控制線路12可對每個責任週期的占空比進行調節，以使本發明之電流總
諧波失真率控制電路1可成為一種高性能功率因數校正電路。
接下來說，進一步說明電流總諧波失真率控制電路1的細部運作與電路。
圖2為根據圖1之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功能方塊圖。請參閱圖2。本實施例之功率因數校正線路10更包括一濾波單元106與一整流單元108，濾波單元106耦接一市電8，整流單元108耦接濾波單元106與升壓單元100。
在實務上，濾波單元106例如為電磁干擾濾波單元，用以消除電磁干擾或雜訊。另整流單元108例如為全橋式整流單元或半橋式整流單元，整流單元108例如為交流/直流電源整流單元或全波整流單元，以將例如為交流電源的市電8的波形整流為可供負載9使用的輸入電源或輸入電流，此輸入電源或輸入電流為全波的脈動直流，值得注意的是，本實施例不限制濾波單元106及整流單元108的態樣。
此外，控制線路12包括一第一控制單元120、一第二控制單元122與一調整單元124，第一控制單元120耦接第二控制單元122與升壓單元100，第二控制單元122耦接回授單元104與調整單元124，調整單元124耦接電流偵測元件1002。在實務上，第一控制單元120例如為UC3843控制晶片，其中UC3843控制晶片係為一種固定頻率電流模式的控制器，而第二控制單元122例如為微控晶片，本實施例不限制第一及第二控制單元120、122的態樣。
調整單元124根據感應電流IS以及脈波寬度調變訊號，以輸出一第一調整訊號給第二控制單元122，以使第二控制單元122根據第一調整訊號調整脈波寬度調變訊號的責任週期，而第一控制單元120根據脈波寬度調變訊號的責任週期以調整升壓單元100的開關元件1000導通電流。
在其他實施例中，調整單元124根據感應電流IS以輸出一第一調整訊號給第二控制單元122，以使第二控制單元122根據第一調整訊號調整脈波寬度調變訊號的責任週期，而第一控制單元120根據脈波寬度調變訊號的責任週期以調整升壓單元100的開關元件1000導通電流。
值得注意的是，控制線路12輸出一控制電壓VF以控制一正負端線電壓，以使正負端線電壓根據一市電輸入電壓而變化在一預設範圍。在實務上，正負端線電壓例如為正負直流母線電壓，而調整單元124根據第二控制單元122的控制電壓VF，以輸出一第二調整訊號，以使第二控制單元122根據第二調整訊號輸出控制電壓VF，因此正負端線電壓將根據市電輸入電壓而變化在預設範圍。
舉例來說，當市電輸入電壓例如為190Vac時，控制線路12可控制正負端線電壓根據190Vac而變化在一預設範圍內波動；當市電輸入電壓例如為250Vac時，控制線路12可控制正負端線電壓根據250Vac而變化在一預設範圍內波動，所以本發明之電流總諧波失真率控制電路1可接收較寬範圍的市電輸入電壓，並具有高性能的功率因數，本實施例不限制電流總諧波失真率控制電路1接收市電輸入電壓的範圍。
值得一提的是，本發明之電流總諧波失真率控制電路1沒有直接檢測輸入電流的大小，而是透過負載9的大小以運算出輸入電壓Vi及輸入電流的大小，藉此控制線路12可決定電流的控制電壓VF的大小，而實現控制電流總諧波失真率，其中本發明之電流總諧波失真率控制電路1根據計算之輸入電流的大小，以做出相對應的回饋控制輸入電流的總諧波電流失真率，且本發明採用電壓、電流雙閉迴路控制，藉此減小電磁干擾和提高電能利用率，所以本發明之電流總諧波失真率控制電路1為一種高性能功率因數校正電路。
由此可知，本發明解決了UC3843控制晶片實現高性能功率因數校正電路之市電輸入電壓範圍較窄的問題，以及輸入電流的電流總諧波失真率較差的問題。本發明可使用低成本的UC3843控制晶片實現高性能的功率因數校正功能，並增強功率因數校正線路10對輸入電壓Vi的適應性，並使輸入電流的電流總諧波失真率控制在5%的失真的特性，藉此有效降低設備對電網的影響。
圖3A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功率因數校正線路電路圖。請參閱圖3A。一種功率因數校正線路10a包括AC市電、濾波單元106a、整流單元108a、升壓單元100a、逆變單元102a與回授單元104a，而AC市電耦接濾波單元106a，整流單元108a耦接於濾波單元106a與升壓單元100a之間，逆變單元102a耦接於升壓單元100a與回授單元104a之間。
詳細來說，濾波單元106a例如包括兩個大小相等的濾波電容C10、C11和一個共模電感L1，而這些濾波電容C10、C11耦接AC市電與共模電感L1之間。整流單元108a包括一儲能電感L2和一整流橋D3~D6，儲能電感L2耦接共模電感L1與整流橋D3~D6之間。
升壓單元100a包括開關元件Q4、電流偵測元件1002a、一第一二極體D8、一第二二極體D9與一對儲能電容C12、C13，其中開關元件Q4串接電流偵測元件1002a，並連接整流橋D3~D6，而第一二極體D8耦接開關元件Q4與這對儲能電容C12、C13其中之一之間，第二二極體D9耦接電流偵測元件1002a與這對儲能電容C12、C13其中之一之間，其中第一及第二二極體D8、D9用以限制電流流動方向，而儲能電容C12、C13例如為兩個電容量大小相等的電容，電流偵測元件1002a例如由一高頻電流互感器CT1、一二極體D17與電阻R16所組成，本實施例不限制升壓單元100a的態樣。
逆變單元102a為一半橋逆變電路，逆變單元102a包括兩個開關電晶體Q5、Q6，用以輸出一交流電源給一負載9，其中開關電晶體Q5、Q6例如為型號相同的兩個金氧半場效電晶體(MOSFET)。另回授單元104a包括一濾波電感L3、一濾波電容C14和一電流互感器CT2，其中濾波電感L3耦接於逆變單元102a與電流互感器CT2之間，而濾波電容C14耦接電流互感器CT2、輸出火線端L及輸出水線端N，而電流互感器CT2耦接一輸出電流端I，其中回授單元104a透過濾波電容C14以取的輸出電壓Vo，並透過電流互感器CT2以取的輸出電流I。
由此可知，本發明透過檢測輸出電流I與輸出電壓Vo，以計算輸出功率，藉此檢測出輸入電壓Vi，並以計算輸入電流，並由控制線路12根據輸出功率與輸入電流以輸出一脈波寬度調變訊號，其中脈波寬度調變訊號可控制開關元件Q4的電流開啟大小，使電流總諧波失真率控制控制在5%的失真。
圖3B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之功率因數校正線路電路圖。請參閱圖3B與圖3A。本實施例的功率因數校正線路10a與前述實施例的功率因數校正線路10相似。然而，本實施例與前述實施例的功率因數校正線路10a、10之間仍存有差異，其在於：前述實施例之功率因數校正線路10a係以半橋式的逆變單元102a來運作，而本實施例之功率因數校正線路10b係以全橋式的逆變單元102b來運作，其中開關電晶體Q7~Q8之間的節點連接至回授單元104b的濾波電感L4，而其運作方式相似於圖3A之濾波電感L3，所屬技術領域具有通常知識者可自由設計功率因數校正線路10b，本實施例不限制功率因數校正線路10b的態樣。
圖4為根據圖3A之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之第二控制單元圖。請參閱圖4與圖3A。本實施例之第二控制單元122a例如為微控晶片，具有A/D轉換元件、D/A轉換元
件、PWM轉換元件與PROT轉換元件，其中第二控制單元122a透過A/D轉換元件以將輸出電流I、輸出電壓Vo及輸入電壓Vi進行數位轉換，並將輸出電流I、輸出電壓Vo及輸入電壓Vi進行運算及處理後，並透過D/A轉換元件將數位轉換及處理後的輸出電壓Vo及輸入電壓Vi進行類比轉換，以輸出一控制電壓VF，以及將數位轉換及處理後的輸出電流I進行PWM轉換，以輸出一脈波寬度調變訊號。
此外，微控晶片透過PWM轉換元件以輸出一脈波寬度調變訊號，其中脈波寬度調變訊號用以控制開關元件Q4導通電流的大小。另微控晶片透過PROT轉換元件以接收一第一調整訊號及/或第二調整訊號。如此一來，本發明之具有功率因數校正功能之控制線路12只需要一個輸出電壓Vo回饋和一個輸出電流I回饋，並無需複雜的乘法器和除法器的電路架構，藉此節約了成本和資源。
圖5為根據圖3A之本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路之調整單元圖。請參閱圖5與圖3A。本實施例之調整單元124例如透過一處理晶片1240a、複數個電容C1~C9、複數個電阻R1~R15、RS及複數個雙極接面電晶體Q1~Q3所組成的單元，其中處理晶片1240a具有複數個接腳，其中一I/S接腳用以接收感應電流IS及脈波寬度調變訊號，而其中一VF接腳用以接收一控制電壓VF，其中電壓與電流例如為兩個獨立的閉迴路，其中一Com接腳用以輸出一第一調整訊號及/或一第二調整訊號給第二控制單元122a，而例如圖4中第二控制單元122a透過PROT轉換介面以接收第一及/或第二調整訊號，本實施例不限制調整單元124的態樣。
圖6為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制方法流程圖。請參閱圖6與圖2。一種電流總諧波失真率控制方法，包括下列步驟：
於步驟S601中，檢測一功率因數校正線路10的一輸出電壓Vo及一輸出電流I，以計算出一輸出功率。在實務上，本發明透過功率因數校正線路10的回授單元104以取得輸出電壓Vo及輸出電流I，並計算出一輸出功率。
接著，於步驟S603中，根據輸出功率以計算出一輸入電壓Vi與一輸入電流。在實務上，回授單元104耦接逆變單元102，而逆變單元102的輸出功率大致相同於負載9的輸出功率，因此，本發明可透過輸出功率以計算出輸入電壓Vi，並由輸入電壓Vi計算出輸入電流。
於步驟S605中，控制線路12根據輸出功率及輸入電流，以輸出一脈波寬度調變訊號給功率因數校正線路10的一升壓單元100的一開關元件1000，以控制開關元件1000的導通電流。在實務上，脈波寬度調變訊號的責任週期的占空比將影響開關元件1000導通的時間，而開關元件1000的導通時間將影響電流總諧波失真率控制電路1的導通電流大小。
步驟S607中，升壓單元100的一電流偵測元件1002根據導通電流以輸出一感應電流IS給控制線路12，而控制線路12根據感應電流IS以調整脈波寬度調變訊號的責任週期。在實務上，控制線路12的一調整單元124根據感應電流IS以及脈波寬度調變訊號，以輸出一第一調整訊號給控制線路12的一第二控制單元122，以使第二控制單元122根據第一調整訊號調整脈波寬度調變訊號的責任週期，而控制線路12的一第一控制單元120根據脈波寬度調變訊號的責任週期以調整升壓單元100的開關元件1000導通電流。
在其他實施例中，電流總諧波失真率控制方法更包括控制線路12輸出一控制電壓VF以控制一正負端線電壓，以使正負端線電壓根據一市電輸入電壓而變化在一預設範圍。在實務上，調整單元124根據第二控制單元122的控制電壓VF，以輸出一第二調
整訊號，以使第二控制單元122根據第二調整訊號輸出控制電壓VF，以使正負端線電壓根據市電輸入電壓而變化在預設範圍。
除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者參考上述實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。
圖7為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之數據表。圖8A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之電流總諧波失真率波形圖。圖8B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之功率因數波形圖。請參閱圖7、圖8A與圖8B。
本實施例中係以2KVA的不斷電電源供應系統運用本發明之電流總諧波失真率控制電路1及其方法，並於100%之非線性負載9(滿載)的狀況下實測，其中市電輸入電壓的範圍為190~250Vac，除了於市電輸入電壓為190Vac下所取得5.534%的電流總諧波失真率，以及市電輸入電壓為250Vac下所取得7.555%的電流總諧波失真率為5%~10%外，其餘市電輸入電壓下所取得3.93%~4.652%的電流總諧波失真率及0.9986~0.9991的功率因數，藉此本發明之電流總諧波失真率控制電路1及其方法確實具有較寬範圍的市電輸入電壓、較低的電流總諧波失真率及較高性能的功率因數校正。
圖9為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之之數據表。圖10A為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之電流總諧波失真率波形圖。圖10B為本發明另一實施例之電流總諧波失真率控制電路及其方法之功率因數波形圖。請參閱圖9、圖10A與圖10B。
本實施例中係以2KVA的不斷電電源供應系統運用本發明之電流總諧波失真率控制電路1及其方法，並於100%之線性負載9(滿載)的狀況下實測，其中市電輸入電壓的範圍為190~250Vac，
除了於市電輸入電壓為190Vac下所取得5.727%的電流總諧波失真率為5%~10%外，其餘市電輸入電壓下所取得2.227%~4.684%的電流總諧波失真率及0.9985~0.9997的功率因數，藉此本發明之電流總諧波失真率控制電路1及其方法確實具有較寬範圍的市電輸入電壓、較低的電流總諧波失真率及較高性能的功率因數校正。
除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者參考上述實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。
綜上所述，本發明之電流總諧波失真率控制電路透過電流偵測元件偵測開關元件導通時的導通電流，以輸出一感應電流，而調整單元根據感應電流以輸出一第一調整訊號給第二控制單元，以使第二控制單元調整輸出一脈波寬度調變訊號的責任週期，而第一控制單元根據脈波寬度調變訊號的責任週期以控制開關元件的導通電流大小，藉此實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約5%)。此外，本發明透過調整單元輸出一第二調整訊號給第二控制單元，以使第二控制單元根據第二調整訊號輸出控制電壓，而正負端線電壓根據市電輸入電壓而變化在預設範圍，藉此達到使功率因數校正線路能在一個較大範圍的市電輸入電壓(190~250V)滿載輸出，並實現較小的輸入電流的電流總諧波失真率(THDi約5%)，因此提升電流總諧波失真率控制電路的使用方便性。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1‧‧‧電流總諧波失真率控制電路
8‧‧‧市電
9‧‧‧負載
10‧‧‧功率因數校正線路
100‧‧‧升壓單元
1000‧‧‧開關元件
1002‧‧‧電流偵測元件
102‧‧‧逆變單元
104‧‧‧回授單元
12‧‧‧控制線路
Claims (12)
- 一種電流總諧波失真率控制電路，包括：一功率因數校正線路，包括：一升壓單元，包括一開關元件與一電流偵測元件，該開關元件串接該電流偵測元件；及一逆變單元，耦接該升壓單元；一回授單元，耦接該逆變單元，用以檢測一輸出電壓及一輸出電流；及一控制線路，耦接該升壓單元與該回授單元；其中，該控制線路根據該輸出電壓與該輸出電流以取得一輸出功率，並根據該輸出功率以計算一輸入電壓及一輸入電流，該控制線路根據該輸出功率與該輸入電流以輸出一脈波寬度調變訊號給該升壓單元的該開關元件，以控制該開關元件的導通電流，而該電流偵測元件根據導通電流以輸出一感應電流給該控制線路，而該控制線路根據該感應電流以調整該脈波寬度調變訊號的責任週期。
- 如申請專利範圍第1項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該控制線路包括一第一控制單元、一第二控制單元與一調整單元，該第一控制單元耦接該第二控制單元與該升壓單元，該第二控制單元耦接該回授單元與該調整單元，該調整單元耦接該電流偵測元件。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該調整單元根據該感應電流以輸出一第一調整訊號給該第二控制單元，以使該第二控制單元根據該第一調整訊號調整該脈波寬度調變訊號的責任週期，而該第一控制單元根據該脈波寬度調變訊號的責任週期以調整該升壓單元的該開關元件導通電流。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流總諧波失真率控制電路，其 中該調整單元根據該感應電流以及該脈波寬度調變訊號，以輸出一第一調整訊號給該第二控制單元，以使該第二控制單元根據該第一調整訊號調整該脈波寬度調變訊號的責任週期，而該第一控制單元根據該脈波寬度調變訊號的責任週期以調整該升壓單元的該開關元件導通電流。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該控制線路輸出一控制電壓以控制一正負端線電壓，以使該正負端線電壓根據一市電輸入電壓而變化在一預設範圍。
- 如申請專利範圍第5項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該調整單元根據該第二控制單元的該控制電壓，以輸出一第二調整訊號，以使該第二控制單元根據第二調整訊號輸出該控制電壓，以使該正負端線電壓根據該市電輸入電壓而變化在該預設範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該功率因數校正線路更包括一濾波單元與一整流單元，該濾波單元耦接一市電，該整流單元耦接該濾波單元與該升壓單元，該濾波單元包括一對濾波電容與一共模電感，該對濾波電容耦接於該共模電感與該市電，而該整流單元包括一儲能電感與一整流橋，該儲能電感耦接該共模電感與該整流橋。
- 如申請專利範圍第1項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該逆變單元為一半橋逆變電路，該逆變單元包括兩個開關電晶體，用以輸出一交流電源給一負載，該回授單元包括一濾波電感、一濾波電容和一電流互感器，其中該濾波電感耦接該逆變單元與該電流互感器，而該濾波電容耦接該電流互感器、一輸出火線端及一輸出水線端，而該電流互感器耦接一輸出電流端。
- 如申請專利範圍第1項所述之電流總諧波失真率控制電路，其中該升壓單元更包括一第一二極體、一第二二極體與一對儲能 電容，該第一二極體耦接該開關元件與該對儲能電容其中之一，該第二二極體耦接該電流偵測元件與該對儲能電容其中之一。
- 一種電流總諧波失真率控制方法，包括：檢測一功率因數校正線路的一輸出電壓及一輸出電流，以計算出一輸出功率；根據該輸出功率以計算出一輸入電壓與一輸入電流；該控制線路根據該輸出功率及該輸入電流，以輸出一脈波寬度調變訊號給該功率因數校正線路的一升壓單元的一開關元件，以控制該開關元件的導通電流；該升壓單元的一電流偵測元件根據導通電流以輸出一感應電流給該控制線路，而該控制線路根據該感應電流以調整該脈波寬度調變訊號的責任週期。
- 如申請專利範圍第10項所述之電流總諧波失真率控制方法，於該升壓單元的一電流偵測元件根據導通電流以輸出一感應電流給該控制線路，而該控制線路根據該感應電流以調整該脈波寬度調變訊號的責任週期之步驟中，更包括：該控制線路的一調整單元根據該感應電流以及該脈波寬度調變訊號，以輸出一第一調整訊號給該控制線路的一第二控制單元，以使該第二控制單元根據該第一調整訊號調整該脈波寬度調變訊號的責任週期，而該控制線路的一第一控制單元根據該脈波寬度調變訊號的責任週期以調整該升壓單元的該開關元件導通電流。
- 如申請專利範圍第10項所述之電流總諧波失真率控制方法，更包括：該控制線路輸出一控制電壓以控制一正負端線電壓，以使該正負端線電壓根據一市電輸入電壓而變化在一預設範圍；其中，該調整單元根據該第二控制單元的該控制電壓，以輸 出一第二調整訊號，以使該第二控制單元根據第二調整訊號輸出該控制電壓，以使該正負端線電壓根據該市電輸入電壓而變化在該預設範圍。
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2013
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