TWI530074B - 具功因修正之轉換器電路 - Google Patents

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TWI530074B
TWI530074B TW103115518A TW103115518A TWI530074B TW I530074 B TWI530074 B TW I530074B TW 103115518 A TW103115518 A TW 103115518A TW 103115518 A TW103115518 A TW 103115518A TW I530074 B TWI530074 B TW I530074B
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洪金泉
陳偉儒
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光寶電子(廣州)有限公司
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Description

具功因修正之轉換器電路
本發明是關於一種電源轉換器,特別是一種提升電源轉換效率且抑制輸入湧浪電流之具功因修正之轉換器電路。
近年,開關電源供應器正在急速的發展,並在電子產品裡扮演著極重要角色,開關電源供應器和傳統式的電源供應器比較起來,具有穩定、精簡以及較有效率等優點。在環保節能日受重視下,交流隔離型交換式電源供應器在效率上的改善,有朝向次級側同步整流控制以及初級側功率因數修正拓樸應用之趨勢發展。
電氣用品使用直流電壓的場合很多,但由於市電供電端為交流電壓,需要進行交-直流轉換。為了降低電力系統的虛功率,減少電流諧波造成系統干擾,許多電氣用品被要求具有高功率因數與低電流諧波,因此功率因數修正器(Power Factor Corrector,PFC)被廣泛地使用著。常用的功率因數修正電路依是否具有主動開關元件而分為被動式與主動式兩大類。此兩類電路雖各有其優點,但仍分別有電流諧波特性較差、轉換效率較低、儲能元件體積較大或控制方式複雜較難實現等缺點存在。
近年,具有橋式整流器之功率因數修正器由於整流二極體的高順向導通壓降,已成為高效性AC-DC電源轉換器之主要損耗之一。在先前技術下,會使用金氧半場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)來取代整流二極體以為普遍的實踐方式。然而,傳統昇壓型無橋PFC的高輸出電壓會造成後級DC-DC電源轉換器需承受較高的電壓應力,需要額外的電路來控制輸入湧浪電流,如此反而形成電源管理上的問題並增加成本。為解決此類問題,進一步使用降壓型PFC電路,又存有輸入電流具有一個嚴重的零交越失真(Zero Crossing Distortion,ZCS)或稱死區(dead zone)的問題,進而產生總諧波失真且功率因數降低等問題。
有鑑於此,本發明提出一種具功因修正之轉換器電路,特別是一種無橋式拓樸設計,能夠防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,並可增加交流輸入電壓之範圍。此外,能夠降低電壓應力、提高壽命、增加電源轉換效率並能控制輸入湧浪電流,抑制插拔電源時之電弧。
本發明在一實施例中,可透過電感之間的耦合效應來消除零交越失真,以降低總諧波失真之現象與提高功率因數。
本發明提供一種具功因修正之轉換器電路,用以將交流輸入電壓轉換為直流輸出電壓,其包括交流電壓源、雙向開關電路、第一單向電路、第一儲能電路、第二單向電路、第二儲能電路與輸出電路。交流電壓源用以輸出交流輸入電壓與交流輸入電流。雙向開關電路電連接交流電壓源一端,所述雙向開關電路接收第一控制訊號與第二控制訊號,且能抑制輸入湧浪電流。第一單向電路一端電連接雙向開關電路。第一儲能電路一端電連接第一單向電路,所述第一儲能電路用以儲能。第二單向電路一端電連接第一單向電路之另一端,第二單向電路之另一端電連接交流電壓源另一端。第二儲能電路一端電連接第二單向電路之另一端,第二儲能電路之另一端電連接第一儲能電路另一端,所述第二儲能 電路用以儲能。輸出電路一端電連接第一單向電路之另一端,輸出電路另一端電連接第一儲能電路之另一端,其中輸出電路用以輸出直流輸出電壓。
當雙向開關電路為導通與非導通狀態之間切換時,可使交流輸入電流充電至第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一以儲能,或者,第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一對輸出電路進行釋能。
綜上所述,本發明實施例提出之具功因修正之轉換器電路,當交流輸入電壓為弦波且雙向開關電路為導通狀態時,交流輸入電流對第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一進行充電並以磁能形式來儲能,當交流輸入電壓為弦波且雙向開關電路為非導通狀態時,第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一對輸出電路進行釋能。據此,具功因修正之轉換器電路能夠防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,並可增加交流輸入電壓之範圍。此外,能夠降低元件之電壓應力、提高電器元件壽命並且增加電源轉換效率。再者,具功因修正之轉換器電路能夠控制輸入湧浪電流,且抑制插拔電源時之電弧。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明,而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100、200、900、1400‧‧‧轉換器電路
110‧‧‧交流電壓源
120‧‧‧雙向開關電路
130‧‧‧第一單向電路
140‧‧‧第一儲能電路
150‧‧‧第二單向電路
160‧‧‧第二儲能電路
170‧‧‧輸出電路
CO‧‧‧輸出電容
CS1‧‧‧第一控制訊號
CS2‧‧‧第二控制訊號
D1‧‧‧第一飛輪二極體
D2‧‧‧第二飛輪二極體
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
L3‧‧‧第三電感
L4‧‧‧第四電感
L5‧‧‧第五電感
L6‧‧‧第六電感
Lm1‧‧‧第一激磁電感
Lm2‧‧‧第二激磁電感
Lm3‧‧‧第三激磁電感
Lm4‧‧‧第四激磁電感
RO‧‧‧輸出電阻
VAC‧‧‧交流輸入電壓
VD1‧‧‧導通電壓
D3‧‧‧第三飛輪二極體
D4‧‧‧第四飛輪二極體
S1‧‧‧第一功率開關
S2‧‧‧第二功率開關
T1、T2‧‧‧時間
IAC‧‧‧交流輸入電流
IL1‧‧‧電感電流
IL2‧‧‧電感電流
VD2‧‧‧導通電壓
VDS1‧‧‧導通電壓
VDS2‧‧‧導通電壓
VL1‧‧‧電感電壓
VL2‧‧‧電感電壓
VL3‧‧‧電感電壓
VL4‧‧‧電感電壓
VO‧‧‧直流輸出電壓
圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之區塊示意圖。
圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。
圖3為根據本發明例示性實施例所繪示之關於具功因修正之轉換器電路之電壓與電流之訊號波形圖。
圖4與圖5為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。
圖6與圖7為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。
圖8為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之功率因數修正之模擬圖。
圖9為根據本發明例示性再一實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。
圖10與圖11為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。
圖12與圖13為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。
圖14為根據本發明例示性更一實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。
圖15與圖16為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。
圖17與圖18為根據本發明例示性實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。
功率因數修正拓樸之應用面有朝向無橋式設計之方向發展。無橋式功率因數修正電路拓樸顧名思義就是將傳統橋式整流與功率因數修正分開控制的電路拓樸改變為共用結構之電路拓樸,藉以節省橋式整流順向壓降損失以提昇電源供應器效率。
以下將以多種實施例配合圖式來說明所述具功率因數修正功能之具功因修正之轉換器電路,然而,下述實施例及其中使用術語第一、第二等來描述各種元件,術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合,使本發明更詳盡、清 楚且完整,但不應解釋為限制於本文中所闡述之實施例。
〔無橋式功率因數修正電路的實施例〕
請參照圖1,根據本發明例示性實施例之具功因修正之轉換器電路之區塊示意圖本揭露內容提出一種用以將交流輸入電壓VAC轉換為直流輸出電壓VO(交-直流轉換)之具功因修正之轉換器電路(Power Factor Correction,PFC)100。相較於習知技術,本發明減少一組全橋整流二極體(二極體會產生導通損失而影響整體轉換效率)以降低使用元件並且提高整體電源轉換器之效率,換言之,其可減少電流流經之二極體數量,有效降低整流過程中因為二極體所導致的壓降與耗損。此外,本揭露內容之具功因修正之轉換器電路100能夠透過雙向開關電路120來抑制輸入湧浪電流(inrush current)。
如圖1所示,具功因修正之轉換器電路100包括交流電壓源110、雙向開關電路120、第一單向電路130、第一儲能電路140、第二單向電路150、第二儲能電路160與輸出電路170。交流電壓源110用以輸出交流輸入電壓VAC與交流輸入電流IAC。雙向開關電路120電連接交流電壓源110一端,雙向開關電路120接收第一控制訊號CS1與第二控制訊號CS2,且受控制而可於第一狀態或第二狀態之間切換,本案實施例中第一、二狀態可為導通狀態或非導通狀態之一,但並不侷限於此,並且能抑制輸入湧浪電流。第一單向電路130一端電連接雙向開關電路120,所述第一單向電路130用以避免回復電流之產生。第一儲能電路140一端電連接第一單向電路130,所述第一儲能電路140用以儲能,在一實施例中,第一儲能電路140為用以儲存磁能。第二單向電路150一端電連接第一單向電路130之另一端,第二單向電路150之另一端電連接交流電壓源110之另一端,第二單向電路150用以避免回復電流之產生。第二儲能電路160一端電連接第二單向電路150之另一端,第二儲能電路160之另一端電連接第一儲能電路140之另一端,所述第二儲能 電路160用以儲能,並且在一實施例中,第二儲能電路160用以儲存磁能。輸出電路170一端電連接第一單向電路130之另一端,輸出電路170之另一端電連接第一儲能電路140之另一端,其中輸出電路170用以輸出直流輸出電壓VO。據此,當雙向開關電路120為第一與第二狀態之間切換時,可進行儲能,或者,進行釋能。
進一步來說,在本實施例中,當交流輸入電壓VAC為弦波正半波並且雙向開關電路120為導通狀態時,交流電壓源110所輸出之交流輸入電流IAC會對第一儲能電路140與第二儲能電路150中的至少之一進行充電以儲能(例如以磁能形式儲存),當交流輸入電壓VAC為弦波正半波且雙向開關電路120為非導通狀態時,第一儲能電路140與第二儲能電路160中的至少之一會對輸出電路170進行釋能。另一方面,當具功因修正之轉換器電路100之交流輸入電壓VAC為弦波負半波且雙向開關電路120為導通狀態時,交流電壓源110所輸出之交流輸入電流IAC會對第一儲能電路140與第二儲能電路160中的至少之一進行充電以儲能,當具功因修正之轉換器電路100之交流輸入電壓VAC為弦波負半波且雙向開關電路120為非導通狀態時,第一儲能電路140與第二儲能電路160中的至少之一對輸出電路170進行釋能。
為了更詳述本發明具功因修正之轉換器電路100的運作流程,將舉多個實施例進一步說明。並描述不同於上述圖1實施例部分,省略描述相同之處。
〔無橋式功率因數修正電路的另一實施例〕
請參照圖2,根據本發明例示性另一實施例之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。與上述圖1實施例不同的是,本實施例之具功因修正之轉換器電路可以是一種無橋式PFC電路(Boost-Buck PFC Circuit)。如圖2所示,雙向開關電路120包括第一功率開關S1與第二功率開關S2。第一單向電路130包括第一飛輪二極體D1。第二單向電路150包括第二飛輪二極體D2。輸出電路170 包括輸出電阻RO與輸出電容CO。第一儲能電路140包括第一電感L1與第一激磁電感Lm1,第二儲能電路160包括第二電感L2與第二激磁電感Lm2。第一功率開關S1與第二功率開關S2分別具有第一本體二極體(body diode)與第二本體二極體,並且導通電壓分別為VDS1與VDS2。再者,第一飛輪二極體D1與第二飛輪二極體D2的導通電壓分別為VD1與VD2
第一功率開關S1之閘極接收第一控制訊號CS1,第一功率開關S1之汲極連接交流電壓源110之一端。第二功率開關S2之閘極接收第二控制訊號CS2,第二功率開關S2之源極連接第一功率開關S1之源極,第二功率開關S2之汲極連接第一單向電路130之一端。第一飛輪二極體D1之陽極連接第二功率開關S2之汲極,第一飛輪二極體D1之陰極連接第二單向電路150之一端。第二飛輪二極體D2之陽極連接該交流電壓源110之另一端,第二飛輪二極體D2之陰極連接第一飛輪二極體S1之陰極。輸出電阻RO之一端連接第二飛輪二極體D2之陰極,輸出電阻RO之另一端連接第一儲能電路140之另一端,並且輸出電阻RO之兩端產生直流輸出電壓VO。輸出電容CO之一端連接第二飛輪二極體D2之陰極,輸出電容CO之另一端連接第一儲能電路140之另一端。第一電感L1一端連接第一飛輪二極體D1之陽極,第一電感L1之另一端連接輸出電阻RO之另一端並且具有進打點。第一激磁電感Lm1並聯連接第一電感L1。第二電感L2一端連接第二飛輪二極體D2之陽極並且具有出打點,第二電感L2之另一端連接輸出電阻RO之另一端。第二激磁電感Lm2並聯連接第二電感L2。第一電感L1與第二電感L2為不同的繞組並且共用同一根鐵芯,以形成一變壓器之組態。因此,在本實施例中,第一電感L1與第二電感L2之間具有互感或耦合效應,並藉由耦合效應來消除零交越失真,以降低總諧波失真之現象與提高功率因數。
在本實施例中,第一功率開關S1根據第一控制訊號CS1之準位來決定導通或非導通狀態,第二功率開關S2根據該第二控制訊號 CS2之準位來決定導通或非導通狀態。第一功率開關S1與第二功率開關S2之組態為背對背雙向開關,並且皆為N型金屬氧化半導體電晶體(Metal-oxide-semiconductor transistor)。再者,第一激磁電感Lm1與第二激磁電感Lm2用以儲能,例如儲存磁能。
接下來進一步說明具功因修正之轉換器電路200的工作原理。
請同時參照圖3、圖4與圖5,圖3為根據本實施例所繪示之關於具功因修正之轉換器電路之電壓與電流之訊號波形圖。圖4與圖5為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。在時間T1期間,當交流輸入電壓VAC為弦波正半波並且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會依序流經第一功率開關S1、第二功率開關S2、第一激磁電感Lm1與第二激磁電感Lm2之路徑來對第一激磁電感Lm1與第二激磁電感Lm2進行充電(如圖4所示),其中第一電感L1與第二電感L2分別具有電感電壓VL1與VL2。同樣在時間T1期間,當交流輸入電壓VAC為弦波正半波並且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第二激磁電感Lm2透過第二飛輪二極體D2對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能(以雙倍電感電流IL2),其中第一電感L1藉由耦合效應對第二電感L2進行釋能(如圖5所示)。
請同時參照圖3、圖6與圖7,圖6與圖7為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。在時間T2期間,當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會依序流經第二激磁電感Lm2、第一激磁電感Lm1、第二功率開關S2與第一功率開關S1之路徑來對第一激磁電感Lm1與第二激磁電感Lm2進行充電(如圖6所示)。同樣在時間T2期間,當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第一激磁電感Lm1會透過第一飛輪二極體D1對輸出電阻 RO與輸出電容CO進行釋能(以雙倍電感電流IL1),其中第二激磁電感Lm2的釋能方式為透過第二電感L2藉由耦合效應來對第一電感L1進行釋能(如圖7所示)。值得一提的是,當交流輸入電壓VAC小於直流輸出電壓VO時,本實施例之具功因修正之轉換器電路200是透過第一電感L1與第二電感L2之間的耦合效應來消除零交越失真(Zero Crossing Distortion),以降低總諧波失真(Total Harmonic Distortion)之現象與提高功率因數(power factor)。據此,本實施例之具功因修正之轉換器電路200能夠防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,並可增加交流輸入電壓之範圍。此外,具功因修正之轉換器電路200能夠降低元件之電壓應力、提高電器元件壽命並且增加轉換效率。
請參考圖8,為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之功率因數修正之模擬圖。輸出功率之模擬是由50瓦特(W)至200瓦特(W),而功率因數(PF)為對應地從0.88至0.957。由該等模擬圖所示,在實際應用上,本揭露內容所提出之具功因修正之轉換器電路確實能符合可實施性之專利要件,並藉此能夠降低元件之電壓應力、提高電器元件壽命、增加電源轉換效率、防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,且可增加交流輸入電壓之範圍。
之後的多個實施例中,僅描述不同於上述圖2實施例部分,省略描述相同之處。
〔無橋式功率因數修正電路的再一實施例〕
接下來要說明的是,關於降壓型的具功因修正之轉換器電路之兩個實施例。
請參照圖9,為根據本發明再一實施例之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。與上述圖2實施例不同的是,本實施例之具功因修正之轉換器電路900為降壓電路(Buck Circuit),其更包括第三飛輪二極體D3與第四飛輪二極體D4。第一儲能電路140包括第 三電感L3與第三激磁電感Lm3。第二儲能電路160包括第四電感L4與第四激磁電感Lm4
第三飛輪二極體D3之陰極連接第一飛輪二極體D1之陽極,第三飛輪二極體D3之陽極連接第一儲能電路140之一端。第四飛輪二極體D4之陰極連接第二飛輪二極體D2之陽極,第四飛輪二極體D4之陽極連接第二儲能電路160之一端。第三電感L3之一端連接第三飛輪二極體D3之陽極並且具有進打點,第三電感L3之另一端連接輸出電阻RO之另一端。第三激磁電感Lm3並聯連接第三電感L3,第三激磁電感Lm3用以儲能,例如儲存磁能。第四電感L4之一端連接第四飛輪二極體D4之陽極並具有出打點,第四電感L4之另一端連接輸出電阻RO之另一端。第四激磁電感Lm4並聯連接第四電感L4,第四激磁電感Lm4用以儲能,例如儲存磁能。第三電感L3與第四電感L4為不同的繞組並且共用同一根鐵芯,以形成一變壓器之組態,因此,第三電感L3與第四電感L4之間具有互感或耦合效應。值得注意的是,第三電感L3與第四電感L4的進出打點與圖2實施例中的第一電感L1與第二電感L2的進出打點不同。
接下來進一步說明具功因修正之轉換器電路900的工作原理。
請同時參照圖9、圖10與圖11,圖10與圖11為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。當交流輸入電壓VAC為弦波正半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會依序流經第一功率開關S1、第二功率開關S2、第一飛輪二極體D1、輸出電容CO與第四激磁電感Lm4之路徑來對第四激磁電感Lm4進行充電(如圖4所示),其中第三電感L3與第四電感L4分別具有電感電壓VL3與VL4。當交流輸入電壓VAC為弦波正半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第三激磁電感Lm3透過第一飛輪二極體D1及第三飛輪二極體D3對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能,並且第四激磁電感Lm4透過第二飛輪二極體D2及第四飛輪二極 體D4對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能(如圖11所示)。另請同時參照圖9、圖12與圖13,圖12與圖13為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會依序流經第二飛輪二極體D2、輸出電阻RO、第三激磁電感Lm3、第二功率開關S2與第一功率開關S1之路徑來對第三激磁電感Lm3進行充電(如圖12所示)。當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第三激磁電感Lm3透過第一飛輪二極體D1及第三飛輪二極體D3來對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能,並且該第四激磁電感Lm4透過第二飛輪二極體D2及第四飛輪二極體D4來對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能(如圖13所示)。據此,本實施例之具功因修正之轉換器電路900能夠防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,並可增加交流輸入電壓之範圍。此外,能夠降低元件之電壓應力、提高電器元件壽命且增加轉換效率。
以下的多個實施例中,僅描述不同於上述圖9實施例部分,省略描述相同之處。
〔無橋式功率因數修正電路的又一實施例〕
請參照圖14,為根據本發明又一實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之細部電路示意圖。本實施例之具功因修正之轉換器電路1400同樣作為降壓電路(Buck Circuit)。與上述圖9實施例不同的是,第一儲能電路140包括第五電感L5。第二儲能電路160包括第六電感L6。值得注意的是,在本實施例中,第五電感L5與第六電感L6之間不具有任何之互感或耦合效應,換言之,第五電感L5與第六電感L6分別各自使用不同的鐵芯(因此並無任何打點)。
第五電感L5一端連接第三飛輪二極體D3之陽極,第五電感L5另一端連接輸出電阻RO之另一端。第六電感L6一端連接第四飛輪 二極體D4之陽極,第六電感L6另一端連接輸出電阻RO之另一端。
接下來進一步說明具功因修正之轉換器電路1400的工作原理。
請同時參照圖14、圖15與圖16,圖15與圖16為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波正半波之電路訊號作動圖。當交流輸入電壓VAC為弦波正半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會依序流經第一功率開關S1、第二功率開關S2、第一飛輪二極體D1、輸出電容CO與第六電感L6之路徑來對第六電感L6進行充電(如圖15所示)。當交流輸入電壓VAC為弦波正半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第六電感L6會透過第二飛輪二極體D2及第四飛輪二極體D4來對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能(如圖16所示)。另請同時參照圖14、圖17與圖18,圖17與圖18為根據本實施例所繪示之具功因修正之轉換器電路之交流輸入電壓為弦波負半波之電路訊號作動圖。當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為導通狀態時,交流輸入電流IAC會流經第二飛輪二極體D2、輸出電阻RO、第五電感L5、第二功率開關S2與第一功率開關S1之路徑來對第五電感L5進行充電(如圖17所示)。當交流輸入電壓VAC為弦波負半波且第一功率開關S1及第二功率開關S2為非導通狀態時,第五電感L5會透過第二飛輪二極體D2及第四飛輪二極體D4對輸出電阻RO與輸出電容CO進行釋能(如圖18所示)。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述,本發明實施例所提出之具功因修正之轉換器電路,當交流輸入電壓為弦波且雙向開關電路為導通狀態時,交流輸入電流對第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一進行充電並且以磁能形式來儲能,當交流輸入電壓為弦波且雙向開關電路為非導通狀態時,第一儲能電路與第二儲能電路中的至少之一對 輸出電路進行釋能。據此,本具功因修正之轉換器電路能夠防止交流輸入電壓過高而造成輸出電容損壞,並可增加交流輸入電壓之範圍。
在本案多個實施例中至少一實施例之具功因修正之轉換器電路能夠透過電感之間的耦合效應來消除零交越失真,以降低總諧波失真之現象與提高功率因數。
在本案多個實施例中至少一實施例之具功因修正之轉換器電路能夠降低元件之電壓應力、提高電器元件壽命並且增加電源轉換效率。
在本案多個實施例中至少一實施例之具功因修正之轉換器電路能夠控制輸入湧浪電流,且抑制插拔電源時之電弧。
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。
200‧‧‧轉換器電路
110‧‧‧交流電壓源
120‧‧‧雙向開關電路
130‧‧‧第一單向電路
140‧‧‧第一儲能電路
150‧‧‧第二單向電路
160‧‧‧第二儲能電路
170‧‧‧輸出電路
CO‧‧‧輸出電容
CS1‧‧‧第一控制訊號
CS2‧‧‧第二控制訊號
D1‧‧‧第一飛輪二極體
D2‧‧‧第二飛輪二極體
S1‧‧‧第一功率開關
S2‧‧‧第二功率開關
IAC‧‧‧交流輸入電流
IL1‧‧‧電感電流
IL2‧‧‧電感電流
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
Lm1‧‧‧第一激磁電感
Lm2‧‧‧第二激磁電感
RO‧‧‧輸出電阻
VAC‧‧‧交流輸入電壓
VD1‧‧‧導通電壓
VD2‧‧‧導通電壓
VDS1‧‧‧導通電壓
VDS2‧‧‧導通電壓
VL1‧‧‧電感電壓
VL2‧‧‧電感電壓
VO‧‧‧直流輸出電壓

Claims (17)

  1. 一種具功因修正之轉換器電路,將一交流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓,該具功因修正之轉換器電路包括:一交流電壓源,可輸出該交流輸入電壓與一交流輸入電流;一雙向開關電路,電連接該交流電壓源一端,該雙向開關電路接收一第一控制訊號與一第二控制訊號,且能控制輸入電流;一第一單向電路,其一端電連接該雙向開關電路;一第一儲能電路,其一端電連接該第一單向電路;一第二單向電路,其一端電連接該第一單向電路之另一端,其另一端電連接該交流電壓源之另一端;一第二儲能電路,其一端電連接該第二單向電路之另一端,其另一端電連接該第一儲能電路之另一端;一輸出電路,其一端電連接該第一單向電路之另一端,其另一端電連接該第一儲能電路之另一端,該輸出電路可輸出該直流輸出電壓;其中當該雙向開關電路為第一狀態時,該交流輸入電流充電至該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一以儲能,當雙向開關電路為第二狀態時,該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一對該輸出電路進行釋能。
  2. 如請求項1所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓為弦波正半波且該雙向開關電路為導通狀態時,該交流輸入電流對該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一進行充電以儲能,當該交流輸入電壓為弦波正半波且該雙向開關電路為非導通狀態時,該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一對該輸出電路進行釋能。
  3. 如請求項1所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸 入電壓為弦波負半波且該雙向開關電路為導通狀態時,該交流輸入電流對該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一進行充電以儲能,當該交流輸入電壓為弦波負半波且該雙向開關電路為非導通狀態時,該第一儲能電路與該第二儲能電路中的至少之一對該輸出電路進行釋能。
  4. 如請求項2或3所述之具功因修正之轉換器電路,其中該雙向開關電路包括:一第一功率開關,其閘極接收該第一控制訊號,其汲極連接該交流電壓源一端,該第一功率開關根據該第一控制訊號之準位來決定導通或非導通狀態;以及一第二功率開關,其閘極接收該第二控制訊號,其源極連接該第一功率開關之源極,其汲極連接該第一單向電路一端,該第二功率開關根據該第二控制訊號之準位來決定導通或非導通狀態。
  5. 如請求項4所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第一單向電路包括一第一飛輪二極體,其陽極連接該第二功率開關之汲極,其陰極連接該第二單向電路之一端;該第二單向電路包括一第二飛輪二極體,其陽極連接該交流電壓源之另一端,其陰極連接該第一飛輪二極體之陰極;該輸出電路包括一輸出電阻與一輸出電容,該輸出電阻之一端連接該第二飛輪二極體之陰極,其另一端連接該第一儲能電路之另一端,該輸出電阻之兩端產生該直流輸出電壓;以及該輸出電容之一端連接該第二飛輪二極體之陰極,其另一端連接該第一儲能電路之另一端。
  6. 如請求項5所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第一儲能電路包括:一第一電感,其一端連接該第一飛輪二極體之陽極,其另一端連接該輸出電阻之另一端並且具有進打點;以及一第一激磁電感,並聯連接該第一電感,該第一激磁電感用以 儲能。
  7. 如請求項6所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第二儲能電路包括:一第二電感,其一端連接該第二飛輪二極體之陽極並具有出打點,其另一端連接該輸出電阻之另一端;以及一第二激磁電感,並聯連接該第二電感,該第二激磁電感用以儲能,其中當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為導通狀態時,該交流輸入電流對該第一激磁電感與該第二激磁電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第二激磁電感透過該第二飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能,其中該第一電感藉由耦合效應對該第二電感進行釋能。
  8. 如請求項7所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關為導通狀態時,該交流輸入電流對該第一激磁電感與該第二激磁電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第一激磁電感透過該第一飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能,其中該第二電感藉由耦合效應對該第一電感進行釋能。
  9. 如請求項7所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓小於該直流輸出電壓時,該轉換器電路透過該第一電感與該第二電感之間的耦合效應來消除零交越失真,以降低總諧波失真之現象與提高功率因數。
  10. 如請求項8所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓小於該直流輸出電壓時,該轉換器電路透過該第一電感與該第二電感之間的耦合效應來消除零交越失真,以降低總諧 波失真之現象與提高功率因數。
  11. 如請求項5所述之具功因修正之轉換器電路,更包括:一第三飛輪二極體,其陰極連接該第一飛輪二極體之陽極,其陽極連接該第一儲能電路之一端;以及一第四飛輪二極體,其陰極連接該第二飛輪二極體之陽極,其陽極連接該第二儲能電路之一端。
  12. 如請求項11所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第一儲能電路包括:一第三電感,其一端連接該第三飛輪二極體之陽極並且具有進打點,其另一端連接該輸出電阻之另一端;以及一第三激磁電感,並聯連接該第三電感,該第三激磁電感用以儲能。
  13. 如請求項12所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第二儲能電路包括:一第四電感,其一端連接該第四飛輪二極體之陽極並且具有出打點,其另一端連接該輸出電阻之另一端;以及一第四激磁電感,並聯連接該第四電感,該第四激磁電感用以儲能,其中當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為導通狀態時,該交流輸入電流對該第四激磁電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第三激磁電感透過該第一及該第三飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能並且該第四激磁電感透過該第二及該第四飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能。
  14. 如請求項13所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關 為導通狀態時,該交流輸入電流對該第三激磁電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第三激磁電感透過該第一及該第三飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能並且該第四激磁電感透過該第二及該第四飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能。
  15. 如請求項5所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第一儲能電路包括:一第五電感,其一端連接該第三飛輪二極體之陽極,其另一端連接該輸出電阻之另一端。
  16. 如請求項15所述之具功因修正之轉換器電路,其中該第二儲能電路包括:一第六電感,其一端連接該第四飛輪二極體之陽極,其另一端連接該輸出電阻之另一端,其中當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為導通狀態時,該交流輸入電流對該第六電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波正半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第六電感透過該第二及該第四飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能。
  17. 如請求項16所述之具功因修正之轉換器電路,其中當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關為導通狀態時,該交流輸入電流對該第五電感進行充電,並且當該交流輸入電壓為弦波負半波且該第一功率開關及該第二功率開關為非導通狀態時,該第五電感透過該第二及該第四飛輪二極體對該輸出電阻與該輸出電容進行釋能。
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