TWI530079B - 無電解電容之交流／直流轉換器及其控制方法 - Google Patents

無電解電容之交流／直流轉換器及其控制方法 Download PDF

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Description

無電解電容之交流/直流轉換器及其控制方法
本發明涉及一種無電解電容之交流/直流轉換器及其控制方法，而該無電解電容之交流/直流轉換器尤指包括一電流鏈波消除器與一電壓迴授控制電路之無電解電容之交流/直流轉換器。
傳統的雙級與單級發光二極體(LED)驅動電路皆包含大容值的電解電容作為儲能元件以提供穩定的輸出功率。使用的電容容值越大，則輸出電壓(電流)低頻漣波(120Hz)的成份將越小，反之亦然。若不使用大容值的電解電容則將使輸出電壓(電流)波動，造成可能的光閃爍現象。
.當不使用大容值的電解電容時，如何而能避免上述輸出電壓(電流)波動及造成可能的光閃爍現象之缺點，是值得深思的。
職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念，終能發明出本案之「無電解電容之交流/直流轉換器及其控制方法」。
本案之主要目的在於提供一種包括一小容值 高壽命的輸出電容，並使用一個具有簡單電壓迴授控制的電流漣波消除器之交流/直流轉換器，使得該轉換器所包括之一單級的交流-直流PFC轉換器可以在不使用電解電容的情況下，達到具有較小輸出電壓(電流)漣波成份的要求。傳統的雙級交流/直流轉換器的前級能量必須全部經過後級才能輸出給負載，而本發明所提出之交流/直流轉換器所包括之電流漣波消除器將只需要處理漣波功率的部分，因此可以有較高的效率表現。
本案之又一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，產生一輸出電壓，且包含一隔離型之交流/直流轉換器，一電流鏈波消除器(current ripple eliminator)，並聯電連接於該轉換器，一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器，以及一電壓迴授控制電路，包括一第二電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號，且該第二端產生該電壓迴授訊號之一純交流成分，以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第二電容之該第二端，且輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，而該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
本案之另一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓， 且包含一非隔離型之交流/直流轉換器，一電流鏈波消除器，並聯電連接於該非隔離型之交流/直流轉換器，一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器，以及一電壓迴授控制電路，包括一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號，以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交流成分，以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電路，以使該電阻之該第二端輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，且該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
本案之下一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，產生一輸出電壓，且包含一單級交流/直流功因修正轉換器，一電流鏈波消除器，並聯電連接於該轉換器，以及一電壓迴授控制電路，包括一直流阻隔電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之一輸出電壓迴授訊號，且該第二端產生該輸出電壓迴授訊號之一純交流成分，以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該直流阻隔電容之該第二端，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
本案之再一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓，且包含一單級交流/直流功因修正電路，一電流鏈波消除器，並聯電連接於該功因修正電路，以及一電壓迴授控制電路，包括一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交流成分，以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電路，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
本案之又一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，產生一輸出電壓，且包含一電流鏈波消除器，具一輸入端、一儲能電容及一輸出端，其中該輸入端具一輸入電壓、該輸出端產生該轉換器之一輸出電壓迴授訊號之一純交流成份、且該儲能電容於該輸入電壓大於一第一參考電壓時，儲存該輸入電壓與該參考電壓之差值為一電能，並於該輸入電壓小於等於該第一參考電壓時，釋放該電能於該輸入電壓，以及一運算放大器，運算該純交流成份及一第二參考電壓，以精確決定該儲能電容應於何時儲存或釋放該電能，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
本案之另一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器，接收一交流輸入電壓，且包含一電流鏈波消除器，包括一第一電感，以及一切換電路，串聯電連接於該 第一電感，且具有一第一電容、一第一切換開關與一第二切換開關，其中該第二切換開關串聯電連接於該第一電容，該第一切換開關並聯電連接於該串聯電連接之該第二切換開關與該第一電容，該第一切換開關之一責任比(duty ratio)=1-2 ω(LB.CB)(1/2)，而ω=2 π f，f是該交流輸入電壓之一工作頻率，LB是該第一電感之一電感值，CB是該第一電容之一電容值，該責任比是一固定值，用以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
本案之下一主要目的在於提供一種交流/直 流轉換器的控制方法，包含下列之步驟：提供一單級交流/直流功因修正電路、一並聯電連接於該功因修正電路之電流鏈波消除器與一並聯電連接於該電流鏈波消除器之電壓迴授控制電路；當該單級交流/直流功因修正電路之一輸出電壓峰值大於或等於一預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出一控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，以使該高於該預定值之輸出電壓峰值所產生之一第一輸出電流流入該電流鏈波消除器以產生一儲存電能，且使該轉換器之一輸出電壓等於該預定值；以及當該單級交流/直流功因修正電路之該輸出電壓峰值小於該預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出該控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，使該儲存電能產生一第二輸出電流，自該電流鏈波消除器流出，以使該轉換器之該輸出電壓等於該預定值。
本案之再一主要目的在於提供一種交流/直流轉換器的控制方法，包含下列之步驟：提供一具有一第 一電感與串聯於該第一電感之一切換電路之電流鏈波消除器，其中該切換電路具有一第一電容、一第一切換開關與一第二切換開關，該第二切換開關串聯電連接於該第一電容，該第一切換開關並聯電連接於該串聯電連接之該第二切換開關與該第一電容；以及使該第一切換開關之一責任比(duty ratio)=1-2 ω(LB.CB)(1/2)，其中ω=2 π f，f是該轉換器之一交流輸入電壓之一工作頻率，LB是該第一電感之一電感值，CB是該第一電容之一電容值，該責任比是一固定值，用以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1‧‧‧依據本發明第一較佳實施例之交流/直流轉換器
11‧‧‧第一單級交流-直流PFC轉換器
12‧‧‧第一電流鏈波消除器
13‧‧‧第一分壓電路
14‧‧‧第一電壓迴授控制電路
15‧‧‧PWM控制器
2‧‧‧依據本發明構想之第二較佳實施例之交流/直流轉換器
21‧‧‧單級隔離型之交流-直流PFC轉換器
3‧‧‧依據本發明構想之第三較佳實施例之交流/直流轉換器
31‧‧‧第二電流鏈波消除器
311‧‧‧第二分壓電路
4‧‧‧依據本發明構想之第四較佳實施例之交流/直流轉換器
41‧‧‧單級非隔離型之交流-直流PFC轉換器
42‧‧‧第二電壓迴授控制電路
421‧‧‧第三分壓電路
422‧‧‧緩衝電阻
5‧‧‧依據本發明構想之第五較佳實施例之交流/直流轉換器
51‧‧‧負載
6‧‧‧依據本發明構想之第六較佳實施例之交流/直流轉換器
第一圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第二圖：其係顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第三圖：其係顯示一依據本發明構想之第三較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第四圖：其係顯示一依據本發明構想之第四較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第五圖：其係顯示一依據本發明構想之第五較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第六圖：其係顯示一依據本發明構想之第六較佳實施例之交流/直流轉換器的電路示意圖。
第一圖是一依據本發明構想之第一較佳實施例之交流/直流轉換器1的電路示意圖。在第一圖中該交流/直流轉換器1包括一交流電源Vac、一電磁干擾濾波器(EMI濾波器)、一整流器、一第一單級交流-直流功因修正轉換器(single-stage AC-DC PFC converter)11、一第一電流鏈波消除器12、一輸出電容Co、一第一分壓電路13、一輸出電感Lo、一發光二極體(其為一負載)、一感測電阻Rsense、一PFC控制器、一第一電壓迴授控制電路14及一PWM控制器15。如第一圖所示，該交流/直流轉換器1自該交流電源Vac輸入一電流Iac，且具有一輸入電壓Pin，該整流器包含四個整流二極體，該第一單級AC-DC PFC轉換器11為一返馳式轉換器。該返馳式轉換器具有一第一開關S1、一激磁電感Lm與一隔離型變壓器(其匝數比為Np：Ns)。該第一電流鏈波消除器12具有一輸入電壓PB、一輸出電壓PO、一電感LB、一第二開關S2、一第三開關S3與一電容CB。該第一分壓電路13具有兩個電阻，並輸出一分壓迴授訊號Vfb，其具有一直流成份vO_avg。該PWM控制器15具有一運算放大器E/A與一比較器COMP，且該PWM控制器15輸出一第一閘極控制訊號(自該COMP之輸出端產生)傳送至該第二開關S2之控制端和一第二閘極控制訊號(自該COMP之輸出端透過一反閘 (NOT Gate)後產生)傳送至該第三開關S3之控制端，以控制該兩開關S2與S3之導通與關斷。第一圖中的CO以小容值高壽命的電容取代電解電容，並使用一個具有簡單電壓迴授控制的第一電流漣波消除器12使得該第一單級AC-DC PFC轉換器11可以在不使用電解電容的情況下，達到較小輸出電壓(電流)漣波成份的要求。傳統的雙級交流/直流轉換器之前級的能量必須全部經過後級才能輸出給負載，而本發明所提出之交流/直流轉換器的架構(例如1)的電流漣波消除器(例如12)將只需要處理漣波功率的部分，因此可以有較高的效率表現。
第一圖中的第一電流漣波消除器12為雙向的Boost轉換器架構；藉由調整開關S2的責任比(或「佔空比」，Duty ratio)或責任週期(duty cycle)之大小將可控制輸入與輸出的功率大小來平衡輸出的功率，以達成穩定的輸出電壓(電流)。傳統控制電流漣波消除器的方式需要迴授輸出電流成份，需要較複雜與高成本的額外電路。本發明所提出之控制方法使用本身AC-DC PFC轉換器原有的電壓迴授訊號即可控制電流漣波消除器，控制架構簡單。輸出電壓的分壓迴授為v fb，經過了直流阻隔(DC Block)電容CBlock濾為純AC成份，再加上一設定之直流偏壓V Duty_offset，而成為一控制迴授訊號v si，供給一般常見之PWM控制器，即可完成控制。v fb的AC成份是控制開關S2與S3的duty ratio大小以調節輸入與輸出電流漣波消除器的功率大小；V Duty_offset則是設定合理的DC偏壓使得v si 能與PWM控制器15之v ref比較並得到正確的信號大小，V Duty_offset可以由一般PWM控制器皆內建的參考電壓準位分壓得到，不需要其他複雜的電路迴授，V ref則是比較器內部的偏壓。
第二圖是一依據本發明構想之第二較佳實施例之交流/直流轉換器2的電路示意圖。第二圖為將本控制方法應用於除返馳式轉換器以外之隔離型AC-DC PFC轉換器21之無電解電容發光二極體驅動電路實施例。第二圖為上述第一電壓迴授控制電路14搭配第一電流漣波消除器12於隔離型AC-DC PFC轉換器21之實施例。當然，AC-DC PFC轉換器並不侷限於使用返馳式轉換器或其他隔離型之AC-DC PFC轉換器21，亦可使用非隔離型之PFC轉換器(詳如後述)。該隔離型AC-DC PFC轉換器21，可為：例如一順向轉換器(Forward converter)。
第三圖是一依據本發明構想之第三較佳實施例之交流/直流轉換器3的電路示意圖。第三圖為本發明所提出之電壓迴授控制電路與電流漣波消除器模組化後之架構，包含了第一電壓迴授控制電路14、PWM控制器15以及第二電流漣波消除器31(其包含一額外之第二分壓電路311)。本模組31為一個簡單的兩端點元件，可以直接替換傳統PFC AC-DC轉換器後面所使用之大容值電解電容，並有快速置換的能力，可提高整體系統的妥善率。
第四圖是一依據本發明構想之第四較佳實施 例之交流/直流轉換器4的電路示意圖。第一圖、第二圖、第三圖皆是本發明應用於單級隔離型AC-DC PFC轉換器之實施例，第四圖則為應用於單級非隔離型AC-DC PFC轉換器41之實施例。如第四圖所示，該交流/直流轉換器4與前述第一至第三圖中交流/直流轉換器1,2,3的不同之處在於其包含一單級非隔離型之AC-DC PFC轉換器41與一第二電壓迴授控制電路42，該第二電壓迴授控制電路42包含第三分壓電路421與一緩衝電阻(buffer resistor)422。由於輸入輸出共地關係，電壓迴授控制訊號可直接由輸入端的漣波電壓vac分壓取得，並省去第一圖到第三圖中之CBlock。
第一圖到圖第四圖中的發光二極體之負載亦可被改變為非發光二極體之負載。第五圖是一依據本發明構想之第五較佳實施例之交流/直流轉換器5的電路示意圖，其中該交流/直流轉換器5與第一圖之該交流/直流轉換器1之不同處是該交流/直流轉換器5之負載51並未限定為一發光二極體。因此，本架構5可以使用於驅動其他種類需要穩定輸出電壓(電流)的負載(51)，並可配合第一圖到第四圖的架構使用。
第六圖是一依據本發明構想之第六較佳實施例之交流/直流轉換器6的電路示意圖。第六圖的控制方 式為不接電壓迴授，使用固定的責任比(或「佔空比」，duty ratio)控制開關S2與S3(因S2與S3互補導通，故只需控制S2的責任比即可)，可視為開迴路控制，具有架構更加簡化的優點。第六圖與第一至第五圖之差別在於，因使用固定的責任比，故第六圖中並無第一至第五圖中之第一/第二電壓迴授控制電路14/42。第六圖的控制方式較第一圖到第五圖的控制方式需要較大的升壓電感LB的感值與升壓電容CB的容值。使用第六圖的控制方式時：
其中i CB (t)為自S3流經升壓電容CB的電流，v LB (t)為升壓電感LB兩端之跨壓，C B 為電容CB之電容值，L B 為電感LB之電感值，v CB (t)為電容CB之跨壓，i LB (t)為流經LB之電流。而v LB (t)亦可表達為：v LB (t)=Vo-v S2(t)=Vo-(1-D S2)v CB (t) (3)
Vo是該交流/直流轉換器6之輸出電壓，v S2 (t)是電感LB與開關S2電連接處之電壓，D S2 是S2的責任比，最佳化之固定責任比D S2,opt 可藉由假定該單級交流-直流功因修正轉換器11之流出二次側之電流的交流成分i s (t)都流入電流鏈波消除器12(其為流經電感LB之電流i LB (t)) 來推導。
i LB (t)=i s (t)=I O sin(2ωt ) (4)
其中I O 是該交流/直流轉換器6之輸出電流的振幅，ω是輸入電壓的角頻率。
而i CB (t)亦可表達為： i CB (t)=(1- D S2,opt )． I O sin(2ωt ) (5)
當將(4)與(3)代入(2)時，v CB (t)可表達為：
將(5)與(6)代入(1)可得到：
經重新整理(7)後可得：(1- D S 2 ,opt ) 2 =4ω 2． L B ． C B (8)
故知：D S2,opt =1-2 ω(L B .C B )(1/2) (9)
其中，ω=2 π f，f是該交流輸入電壓Vac之一工作頻率。
實施例：
1.一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一隔離型之交流/直流轉換器；一電流鏈波消除器(current ripple eliminator)，並聯電連接於該轉換器；一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第二電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號，且該第二端產生該電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第二電容之該第二端，且輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，而該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
2.根據實施例1所述之轉換器，更包括一分壓電路、一功因修正控制器與一脈波調變(PWM)控制器，其中該直流偏壓是由該PWM控制器內建的一參考電壓準位分壓而產生，該隔離型之交流/直流轉換器具有一第一切換開關，該第一電容為一無電解電容，該第二電容為一直 流阻隔電容，該電流鏈波消除器具有一第二切換開關與一第三切換開關，該分壓電路並聯電連接於該無電解電容，且輸出該電壓迴授訊號，該功因修正控制器接收該電壓迴授訊號，用以控制該第一切換開關之導通與關斷，該PWM控制器接收該控制迴授訊號，用以控制該第二切換開關之一第一責任週期(duty cycle)與該第三切換開關之一第二責任週期的大小，以分別控制該輸入功率與該輸出功率，且該隔離型之交流/直流轉換器是一返馳轉換器或者一順向轉換器。
3.根據實施例1或2所述之轉換器，其中該PWM控制器產生一第一與一第二控制訊號用以控制該第二切換開關之該第一責任週期與該第三切換開關之該第二責任週期，該隔離型之交流/直流轉換器具有一第一與一第二輸出端，該第二與該第三切換開關各具有一第一端、一第二端與一控制端，該電流鏈波消除器更包括一具一第一端與一第二端之第一電感與一具一第一端與一第二端之第三電容，該第一電感之該第一端電連接於該隔離型之交流/直流轉換器之該第一輸出端，該第一電感之該第二端電連接於該第二切換開關之該第一端與該第三切換開關之該第二端，該第三切換開關之該第一端電連接於該第三電容之該第一端，該第三電容之該第二端電連接於該第二切換開關之該第二端與該隔離型之交流/直流轉換器之該第二輸出端，該第二切換開關之該控制端接收該第一控制訊號，且該第三切換開關之該控制端接收該第二控 制訊號。
4.根據以上任一實施例所述之轉換器，更包括各具一第一端與一第二端之一第二電感、一負載與一第二電阻，其中該無電解電容具有一第一端與一第二端，該第二電感之該第一端電連接於該無電解電容之該第一端與該隔離型之交流/直流轉換器之該第一輸出端，該第二電感之該第二端電連接於該負載之該第一端，該負載之該第二端電連接於該第二電阻之該第一端與該功因修正控制器，且該第二電阻之該第二端電連接於該隔離型之交流/直流轉換器之該第二輸出端與一共同接地。
5.一種交流/直流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓，且包含：一非隔離型之交流/直流轉換器；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該非隔離型之交流/直流轉換器；一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號，以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電 路，以使該電阻之該第二端輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，且該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
6.根據實施例5所述之轉換器，更包括一第一與一第二輸入端與一第一與一第二輸出端，其中該非隔離型之交流/直流轉換器是選自一降壓轉換器、一升壓轉換器、一升降壓轉換器、一Cuk轉換器、一Sepic轉換器與一Zeta轉換器所組成群組的其中之一，且該轉換器之該第二輸入端與該轉換器之該第二輸出端具有一共地關係。
7.一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一單級交流/直流功因修正轉換器；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該轉換器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一直流阻隔電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之一輸出電壓迴授訊號，且該第二端產生該輸出電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該直流阻隔電容之該第二端，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊 號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
8.一種交流/直流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓，且包含：一單級交流/直流功因修正電路；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該功因修正電路；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電路，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
9.一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一電流鏈波消除器，具一輸入端、一儲能電容及一輸出端，其中該輸入端具一輸入電壓、該輸出端產生該轉換器之一輸出電壓迴授訊號之一純交流成份、且該儲能電容於該輸入電壓大於一第一參考電壓時，儲存該輸入電壓與該參考電壓之差值為一電能，並於該輸入電壓 小於等於該第一參考電壓時，釋放該電能於該輸入電壓；以及一運算放大器，運算該純交流成份及一第二參考電壓，以精確決定該儲能電容應於何時儲存或釋放該電能，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
10.根據實施例9所述之轉換器，更包括一分壓電路與一無電解電容，其中該輸出端包括一第一端與一第二端，該分壓電路與該無電解電容均並聯電連接於該第一端與該第二端，且該分壓電路產生該輸出電壓迴授訊號。
11.一種交流/直流轉換器，接收一交流輸入電壓，且包含：一電流鏈波消除器，包括：一第一電感；以及一切換電路，串聯電連接於該第一電感，且具有一第一電容、一第一切換開關與一第二切換開關，其中該第二切換開關串聯電連接於該第一電容，該第一切換開關並聯電連接於該串聯電連接之該第二切換開關與該第一電容，該第一切換開關之一責任比(duty ratio)=1-2 ω(LB.CB)(1/2)，而ω=2 π f，f是該交流輸入電壓之一工作頻率，LB是該第一電感之一電感值，CB是該第一電容之一電容值，該責任比是一固定值，用以最小化 該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
12.根據實施例11所述之轉換器，更包括一單級交流/直流功因修正電路與一無電解電容，其中該電流鏈波消除器、該第一電感、該第一電容、該第一切換開關與該第二切換開關各具有一第一端與一第二端，該第一電感之該第一端電連接於該電流鏈波消除器之該第一端，該第一電感之該第二端電連接於該第一切換開關之該第一端與該第二切換開關之該第二端，該第二切換開關之該第一端電連接於該第一電容之該第一端，該第一電容之該第二端電連接於該第一切換開關之該第二端與該電流鏈波消除器之該第二端，該單級交流/直流功因修正電路與該無電解電容均並聯電連接於該電流鏈波消除器之該第一端與該第二端，該責任比用以控制該第一切換開關之導通與關斷，且該第一切換開關與該第二切換開關在同一週期中是彼此互補地導通與關斷，亦即在該同一週期中，當第一切換開關導通時，該第二切換開關關斷，而當第一切換開關關斷時，該第二切換開關導通，該第一電容之一最小跨壓大於該電流鏈波消除器之一輸入電壓，且該第一電容之一最大跨壓小於該第一電容之一額定電壓。
13.一種交流/直流轉換器的控制方法，包含下列之步驟：提供一單級交流/直流功因修正電路、一並聯電連接於該功因修正電路之電流鏈波消除器與一並聯電連接於該電流鏈波消除器之電壓迴授控制電路； 當該單級交流/直流功因修正電路之一輸出電壓峰值大於或等於一預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出一控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，以使該高於該預定值之輸出電壓峰值所產生之一第一輸出電流流入該電流鏈波消除器以產生一儲存電能，且使該轉換器之一輸出電壓等於該預定值；以及當該單級交流/直流功因修正電路之該輸出電壓峰值小於該預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出該控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，使該儲存電能產生一第二輸出電流，自該電流鏈波消除器流出，以使該轉換器之該輸出電壓等於該預定值。
14.根據實施例13所述之控制方法，其中該轉換器為一如實施例4或實施例6所述之轉換器。
15.一種交流/直流轉換器的控制方法，包含下列之步驟：提供一具有一第一電感與串聯於該第一電感之一切換電路之電流鏈波消除器，其中該切換電路具有一第一電容、一第一切換開關與一第二切換開關，該第二切換開關串聯電連接於該第一電容，該第一切換開關並聯電連接於該串聯電連接之該第二切換開關與該第一電容；以及使該第一切換開關之一責任比(duty ratio)=1-2 ω(LB.CB)(1/2)，其中ω=2 π f，f是該轉換器之一交流輸入電壓之一工作頻率，LB是該第一電感之一電感值，CB是該第一電容之一電容值，該責任比是一固定值，用以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
綜上所述，本發明提供一種包括一小容值高壽命的輸出電容，並使用一個具有簡單電壓迴授控制的電流漣波消除器之交流/直流轉換器，使得該轉換器所包括之一單級的交流-直流PFC轉換器可以在不使用電解電容的情況下，達到具有較小輸出電壓(電流)漣波成份的要求。傳統的雙級交流/直流轉換器的前級能量必須全部經過後級才能輸出給負載，而本發明所提出之交流/直流轉換器所包括之電流漣波消除器將只需要處理漣波功率的部分，因此可以有較高的效率表現。
是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
12‧‧‧第一電流鏈波消除器
13‧‧‧第一分壓電路
14‧‧‧第一電壓迴授控制電路
15‧‧‧PWM控制器
2‧‧‧依據本發明構想之第二較佳實施例之交流/直流轉換器
21‧‧‧單級隔離型之交流-直流PFC轉換器

Claims (12)

  1. 一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一隔離型之交流/直流轉換器；一電流鏈波消除器(current ripple eliminator)，並聯電連接於該轉換器；一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第二電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號，且該第二端產生該電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第二電容之該第二端，且輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，而該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉換器，更包括一分壓電路、一功因修正控制器與一脈波調變(PWM)控制器，其中該直流偏壓是由該PWM控制器內建的一參考電壓準位分壓而產生，該隔離型之交流/直流轉換器具有一第一切換開關，該第一電容為一無電解電容，該第二電容為一 直流阻隔電容，該電流鏈波消除器具有一第二切換開關與一第三切換開關，該分壓電路並聯電連接於該無電解電容，且輸出該電壓迴授訊號，該功因修正控制器接收該電壓迴授訊號，用以控制該第一切換開關之導通與關斷，該PWM控制器接收該控制迴授訊號，用以控制該第二切換開關之一第一責任週期(duty cycle)與該第三切換開關之一第二責任週期的大小，以分別控制該輸入功率與該輸出功率，且該隔離型之交流/直流轉換器是一返馳轉換器或者一順向轉換器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之轉換器，其中該PWM控制器產生一第一與一第二控制訊號用以控制該第二切換開關之該第一責任週期與該第三切換開關之該第二責任週期，該隔離型之交流/直流轉換器具有一第一與一第二輸出端，該第二與該第三切換開關各具有一第一端、一第二端與一控制端，該電流鏈波消除器更包括一具一第一端與一第二端之第一電感與一具一第一端與一第二端之第三電容，該第一電感之該第一端電連接於該隔離型之交流/直流轉換器之該第一輸出端，該第一電感之該第二端電連接於該第二切換開關之該第一端與該第三切換開關之該第二端，該第三切換開關之該第一端電連接於該第三電容之該第一端，該第三電容之該第二端電連接於該第二切換開關之該第二端與該隔離型之交流/直流轉 換器之該第二輸出端，該第二切換開關之該控制端接收該第一控制訊號，且該第三切換開關之該控制端接收該第二控制訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之轉換器，更包括各具一第一端與一第二端之一第二電感、一負載與一第二電阻，其中該無電解電容具有一第一端與一第二端，該第二電感之該第一端電連接於該無電解電容之該第一端與該隔離型之交流/直流轉換器之該第一輸出端，該第二電感之該第二端電連接於該負載之該第一端，該負載之該第二端電連接於該第二電阻之該第一端與該功因修正控制器，且該第二電阻之該第二端電連接於該隔離型之交流/直流轉換器之該第二輸出端與一共同接地。
  5. 一種交流/直流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓，且包含：一非隔離型之交流/直流轉換器；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該非隔離型之交流/直流轉換器；一第一電容，並聯電連接於該電流鏈波消除器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號，以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交 流成分；以及一第一電阻，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電路，以使該電阻之該第二端輸出一包含該直流偏壓與該純交流成分之控制迴授訊號，且該控制迴授訊號用以控制該電流鏈波消除器之一輸入功率與一輸出功率，以使該轉換器之一輸出功率之一鏈波被最小化。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之轉換器，更包括一第一與一第二輸入端與一第一與一第二輸出端，其中該非隔離型之交流/直流轉換器是選自一降壓轉換器、一升壓轉換器、一升降壓轉換器、一Cuk轉換器、一Sepic轉換器與一Zeta轉換器所組成群組的其中之一，且該轉換器之該第二輸入端與該轉換器之該第二輸出端具有一共地關係。
  7. 一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一單級交流/直流功因修正轉換器；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該轉換器；以及一電壓迴授控制電路，包括：一直流阻隔電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收該轉換器之一輸出電壓迴授訊號，且該第二端產生該輸出電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第 二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該直流阻隔電容之該第二端，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
  8. 一種交流/直流轉換器，接收一交流輸入電壓訊號，產生一輸出電壓，且包含：一單級交流/直流功因修正電路；一電流鏈波消除器，並聯電連接於該功因修正電路；以及一電壓迴授控制電路，包括：一第一分壓電路，接收該交流輸入電壓訊號以產生該轉換器之該輸出電壓之一電壓迴授訊號之一純交流成分；以及一緩衝電阻(buffer resistor)，具有一第一端與一第二端，其中該第一端接收一直流偏壓，該第二端電連接於該第一分壓電路，以使該電壓迴授控制電路輸出包括該純交流成分與該直流偏壓之一控制迴授訊號，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
  9. 一種交流/直流轉換器，產生一輸出電壓，且包含：一電流鏈波消除器，具一輸入端、一儲能電容及一輸出端，其中該輸入端具一輸入電壓、該輸出端產生該轉換器之一輸出電壓迴授訊號之一純交流成份、且該儲 能電容於該輸入電壓大於一第一參考電壓時，儲存該輸入電壓與該參考電壓之差值為一電能，並於該輸入電壓小於等於該第一參考電壓時，釋放該電能於該輸入電壓；以及一運算放大器，運算該純交流成份及一第二參考電壓，以精確決定該儲能電容應於何時儲存或釋放該電能，以最小化該轉換器之一輸出功率之一鏈波。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之轉換器，更包括一分壓電路與一無電解電容，其中該輸出端包括一第一端與一第二端，該分壓電路與該無電解電容均並聯電連接於該第一端與該第二端，且該分壓電路產生該輸出電壓迴授訊號。
  11. 一種交流/直流轉換器的控制方法，包含下列之步驟：提供一單級交流/直流功因修正電路、一並聯電連接於該功因修正電路之電流鏈波消除器與一並聯電連接於該電流鏈波消除器之電壓迴授控制電路；當該單級交流/直流功因修正電路之一輸出電壓峰值大於或等於一預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出一控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，以使該高於該預定值之輸出電壓峰值所產生之一第一輸出電流流入該電流鏈波消除器以產生一儲存電能，且使該轉換器之一輸出 電壓等於該預定值；以及當該單級交流/直流功因修正電路之該輸出電壓峰值小於該預定值時，由該電壓迴授控制電路輸出該控制迴授訊號至該電流鏈波消除器，使該儲存電能產生一第二輸出電流，自該電流鏈波消除器流出，以使該轉換器之該輸出電壓等於該預定值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中該轉換器為一如申請專利範圍第4項或第6項所述之轉換器。
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