TWI558078B - 低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置 - Google Patents

Description

低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置

本發明係有關於一種升壓型功率因數校正裝置，特別是一種低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置。

一相關技術之升壓型功率因數校正裝置具有包含兩電阻之分壓電阻電路，分壓電阻電路連接至輸出端，將輸出高電壓進行分壓以得到一電壓回授信號，分壓電阻電路將電壓回授信號傳送至功率因數校正控制器以調整脈波寬度調變信號以進行功率因數校正。

上述之分壓電阻電路結構雖然簡單，但在空載時分壓電阻電路仍會損耗功率(因為分壓電阻電路連接至輸出端，而輸出端隨時都有高電壓)。換句話說，上述之分壓電阻電路隨時都在損耗功率以產生電壓回授信號；但實際上，功率因數校正控制器卻不是隨時都需要電壓回授信號。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置。

為達成本發明之上述目的，本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置包含：一電晶體開關；一二極體，該二極體的陽極電性連接至該電晶體開關；一第一分壓電阻，該第一分壓電阻的一端電性連接至該電晶體開關及該二極體的陽極；一第二分壓電阻，該第二分壓電阻的一端電性連接至該第一分壓電阻的另一端；及一功率因數校正控制單元，該功率因數校正控制單元電性連接至該電晶體開關，以及該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間。其中該功率因數校正控制單元包含：一脈波寬度調變信號產生器，該脈波寬度調變信號產生器電性連接至該電晶體開關；一信號反向子單元，該信號反向子單元電性連接至該電晶體開關及該脈波寬度調變信號產生器之間；及一開關子單元，該開關子單元電性連接至該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間，以及該信號反向子單元。其中該脈波寬度調變信號產生器傳送一脈波寬度調變信號至該電晶體開關以控制該電晶體開關的開關狀態；該脈波寬度調變信號產生器傳送該脈波寬度調變信號至該信號反向子單元；依據該脈波寬度調變信號，該信號反向子單元產生一反向脈波寬度調變信號以控制該開關子單元的開關狀態；當該電晶體開關導通時，該開關子單元不導通，使該第一分壓電阻無功率消耗；當該電晶體開關不導通時，該開關子單元導通，使得該功率因數校正控制單元接收到從該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間所產生之一電壓回授信號。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一取樣保持電路，該取樣保持電路電性連接至該開關子單元。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一回授補償器，該回授補償器電性連接至該取樣保持電路及該脈波寬度調變信號產生器。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一電感，該電感電性連接至該電晶體開關、該二極體的陽極及該第一分壓電阻。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一輸入端電容，該輸入端電容電性連接至該電感；及一輸出端電容，該輸出端電容電性連接至該二極體之陰極。

為達成本發明之目的，本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置的另一實施例包含：一電晶體開關；一二極體，該二極體的陽極電性連接至該電晶體開關；一第一分壓電阻，該第一分壓電阻的一端電性連接至該二極體的陰極；及一功率因數校正控制單元，該功率因數校正控制單元電性連接至該電晶體開關及該第一分壓電阻的另一端。其中該功率因數校正控制單元包含：一脈波寬度調變信號產生器，該脈波寬度調變信號產生器電性連接至該電晶體開關；一開關子單元，該開關子單元電性連接至該第一分壓電阻的另一端；一取樣時脈產生器，該取樣時脈產生器電性連接至該開關子單元；及一第二分壓電阻，該第二分壓電阻的一端電性連接至該開關子單元。其中該取樣時脈產生器控制該開關子單元的開關狀態；當該開關子單元導通時，該功率因數校正控制單元接收到從該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間所產生之一電壓回授信號。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一取樣保持電路，該取樣保持電路電性連接至該開關子單元及該第二分壓電阻的該端。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一回授補償器，該回授補償器電性連接至該取樣保持電路及該脈波寬度調變信號產生器。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一電感，該電感電性連接至該電晶體開關及該二極體的陽極。

再者，如上所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一輸入端電容，該輸入端電容電性連接至該電感；及一輸出端電容，該輸出端電容電性連接至該二極體之陰極及該第一分壓電阻的一端。

本發明之功效在於降低用以產生電壓回授信號以傳送至功率因數校正控制器的分壓電阻的功率損耗。

10‧‧‧低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置

20‧‧‧交流電壓供應裝置

30‧‧‧橋式整流器

40‧‧‧負載裝置

102‧‧‧功率因數校正控制單元

10202‧‧‧脈波寬度調變信號產生器

10204‧‧‧信號反向子單元

10206‧‧‧開關子單元

10208‧‧‧取樣保持電路

10210‧‧‧回授補償器

10212‧‧‧脈波寬度調變信號

10214‧‧‧反向脈波寬度調變信號

10216‧‧‧電壓回授信號

10218‧‧‧取樣時脈產生器

C1‧‧‧輸入端電容

C2‧‧‧輸出端電容

D1‧‧‧二極體

L1‧‧‧電感

Q1‧‧‧電晶體開關

R1‧‧‧第一分壓電阻

R2‧‧‧第二分壓電阻

圖1為本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置之第一實施例方塊圖。

圖2為本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置之第二實施例方塊圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，請參閱以下的詳細說明和附圖說明如下，而附圖與詳細說明僅作為說明之用，並非用於限制本發明。

請參考圖1，其係為本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置之第一實施例方塊圖。本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10係應用於一交流電壓供應裝置20、一橋式整流器30及一負載裝置40。該低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10包含一電晶體開關Q1、一二極體D1、一第一分壓電阻R1、一第二分壓電阻R2、一功率因數校正控制單元102、一電感L1、 一輸入端電容C1及一輸出端電容C2。該低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10係輸出例如400伏特電壓至該負載裝置40。

該二極體D1的陽極電性連接至該電晶體開關Q1；該第一分壓電阻R1的一端電性連接至該電晶體開關Q1及該二極體D1的陽極；該第二分壓電阻R2的一端電性連接至該第一分壓電阻R1的另一端；該功率因數校正控制單元102電性連接至該電晶體開關Q1，以及該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2之間；該電感L1電性連接至該電晶體開關Q1、該二極體D1的陽極及該第一分壓電阻R1；該輸入端電容C1電性連接至該電感L1；該輸出端電容C2電性連接至該二極體D1之陰極。其中，該第一分壓電阻R1的一端係連接至該電晶體開關Q1的汲極(drain)及該二極體D1的陽極。

該功率因數校正控制單元102包含一脈波寬度調變信號產生器10202、一信號反向子單元10204、一開關子單元10206、一取樣保持電路10208及一回授補償器10210。

該脈波寬度調變信號產生器10202電性連接至該電晶體開關Q1；該信號反向子單元10204的一端電性連接至該電晶體開關Q1及該脈波寬度調變信號產生器10202之間；該開關子單元10206電性連接至該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2之間，以及該信號反向子單元10204的另一端；該取樣保持電路10208電性連接至該開關子單元10206；該回授補償器10210電性連接至該取樣保持電路10208及該脈波寬度調變信號產生器10202。

該脈波寬度調變信號產生器10202傳送一脈波寬度調變信號10212至該電晶體開關Q1以控制該電晶體開關Q1的開關狀態；該脈波寬度調變信號產生器10202傳送該脈波寬度調變信號10212至該信號反向子單元10204；依據該脈波寬度調變信號10212，該信號反向子單元10204產生一反向脈波寬度調變信號10214以控制該開關子單元10206的開關狀態；當該電晶體開關Q1導通 時，該開關子單元10206不導通，使該第一分壓電阻R1無功率消耗；當該電晶體開關Q1不導通時，該開關子單元10206導通，使得該功率因數校正控制單元102接收到從該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2之間所產生之一電壓回授信號10216。

其中，該反向脈波寬度調變信號10214與該脈波寬度調變信號10212相反，使得當該電晶體開關Q1導通時，該開關子單元10206不導通，且當該電晶體開關Q1不導通時，該開關子單元10206導通。當該電晶體開關Q1導通時，該第一分壓電阻R1的一端透過該電晶體開關Q1接地，使得該第一分壓電阻R1的一端的電壓為零，且該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2不損耗功率。藉由該電壓回授信號10216，該功率因數校正控制單元102調整該脈波寬度調變信號10212以進行功率因數校正。

圖1所示之該第一分壓電阻R1的一端係連接至該電晶體開關Q1的汲極(drain)及該二極體D1的陽極，因此只有在該電晶體開關Q1不導通時，該電感L1的電流順偏該二極體D1，此時該第一分壓電阻R1的一端的電壓等於輸出電壓，此時取樣輸出電壓並保持取樣資料。當該電晶體開關Q1導通時，該第一分壓電阻R1的一端的電壓為零，就沒有功率消耗在該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2。

請參考圖2，其係為本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置之第二實施例方塊圖。本發明之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10係應用於一交流電壓供應裝置20、一橋式整流器30及一負載裝置40。該低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10包含一電晶體開關Q1、一二極體D1、一第一分壓電阻R1、一功率因數校正控制單元102、一電感L1、一輸入端電容C1及一輸出端電容C2。該低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置10係輸出例如400伏特電壓至該負載裝置40。

該二極體D1的陽極電性連接至該電晶體開關Q1；該第一分壓電阻R1的一端電性連接至該二極體D1的陰極；該功率因數校正控制單元102電性連接至該電晶體開關Q1及該第一分壓電阻R1的另一端；該電感L1電性連接至該電晶體開關Q1及該二極體D1的陽極；該輸入端電容C1電性連接至該電感L1；該輸出端電容C2電性連接至該二極體D1之陰極及該第一分壓電阻R1的一端。其中，該第一分壓電阻R1的一端可電性連接至該二極體D1的陰極或陽極(圖2顯示該第一分壓電阻R1的一端電性連接至該二極體D1的陰極)。

該功率因數校正控制單元102包含一脈波寬度調變信號產生器10202、一開關子單元10206、一取樣時脈產生器10218、一第二分壓電阻R2、一取樣保持電路10208及一回授補償器10210。

該脈波寬度調變信號產生器10202電性連接至該電晶體開關Q1；該開關子單元10206電性連接至該第一分壓電阻R1的另一端；該取樣時脈產生器10218電性連接至該開關子單元10206；該第二分壓電阻R2的一端電性連接至該開關子單元10206；該取樣保持電路10208電性連接至該開關子單元10206及該第二分壓電阻R2的該端；該回授補償器10210電性連接至該取樣保持電路10208及該脈波寬度調變信號產生器10202。

該取樣時脈產生器10218控制該開關子單元10206的開關狀態；當該開關子單元10206導通時，該功率因數校正控制單元102接收到從該第一分壓電阻R1及該第二分壓電阻R2之間所產生之一電壓回授信號10216。

再者，該脈波寬度調變信號產生器10202傳送一脈波寬度調變信號10212至該電晶體開關Q1以控制該電晶體開關Q1的開關狀態；藉由該電壓回授信號10216，該功率因數校正控制單元102調整該脈波寬度調變信號10212以進行功率因數校正。當該開關子單元10206不導通時，該第一分壓電阻R1不損耗功率，藉以節省功率。

再者，該取樣時脈產生器10218導通該開關子單元10206的頻率可為定頻或變頻；例如，藉由該交流電壓供應裝置20所提供的交流電壓的相位角決定該取樣時脈產生器10218導通該開關子單元10206的頻率；又例如，當該負載裝置40的負載增加時，該取樣時脈產生器10218導通該開關子單元10206的頻率增加；當該負載裝置40的負載減少時，該取樣時脈產生器10218導通該開關子單元10206的頻率減少。

圖2所示之該功率因數校正控制單元102欲進行輸出電壓的取樣時，該開關子單元10206導通，此時取樣輸出電壓並保持取樣資料。在其他時間(該開關子單元10206不導通)，該第一分壓電阻R1因為斷路而不損耗功率，藉以節省功率。

本發明之功效在於降低用以產生電壓回授信號以傳送至功率因數校正控制器的分壓電阻的功率損耗。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

10‧‧‧低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置

20‧‧‧交流電壓供應裝置

30‧‧‧橋式整流器

40‧‧‧負載裝置

102‧‧‧功率因數校正控制單元

10202‧‧‧脈波寬度調變信號產生器

10204‧‧‧信號反向子單元

10206‧‧‧開關子單元

10208‧‧‧取樣保持電路

10210‧‧‧回授補償器

10212‧‧‧脈波寬度調變信號

10214‧‧‧反向脈波寬度調變信號

10216‧‧‧電壓回授信號

C1‧‧‧輸入端電容

C2‧‧‧輸出端電容

D1‧‧‧二極體

L1‧‧‧電感

Q1‧‧‧電晶體開關

R1‧‧‧第一分壓電阻

R2‧‧‧第二分壓電阻

Claims (10)

1. 一種低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，包含：一電晶體開關；一二極體，該二極體的陽極電性連接至該電晶體開關；一第一分壓電阻，該第一分壓電阻的一端電性連接至該電晶體開關及該二極體的陽極；一第二分壓電阻，該第二分壓電阻的一端電性連接至該第一分壓電阻的另一端；及一功率因數校正控制單元，該功率因數校正控制單元電性連接至該電晶體開關，以及該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間，其中該功率因數校正控制單元包含：一脈波寬度調變信號產生器，該脈波寬度調變信號產生器電性連接至該電晶體開關；一信號反向子單元，該信號反向子單元電性連接至該電晶體開關及該脈波寬度調變信號產生器之間；及一開關子單元，該開關子單元電性連接至該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間，以及該信號反向子單元，其中該脈波寬度調變信號產生器傳送一脈波寬度調變信號至該電晶體開關以控制該電晶體開關的開關狀態；該脈波寬度調變信號產生器傳送該脈波寬度調變信號至該信號反向子單元；依據該脈波寬度調變信號，該信號反向子單元產生一反向脈波寬度調變信號以控制該開關子單元的開關狀態；當該電晶體開關導通時，該開關子單元不導通，使該第一分壓電阻無功率消耗；當 該電晶體開關不導通時，該開關子單元導通，使得該功率因數校正控制單元接收到從該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間所產生之一電壓回授信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一取樣保持電路，該取樣保持電路電性連接至該開關子單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一回授補償器，該回授補償器電性連接至該取樣保持電路及該脈波寬度調變信號產生器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一電感，該電感電性連接至該電晶體開關、該二極體的陽極及該第一分壓電阻。
5. 如申請專利範圍第4項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一輸入端電容，該輸入端電容電性連接至該電感；及一輸出端電容，該輸出端電容電性連接至該二極體之陰極。
6. 一種低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，包含：一電晶體開關；一二極體，該二極體的陽極電性連接至該電晶體開關；一第一分壓電阻，該第一分壓電阻的一端電性連接至該二極體的陰極；及一功率因數校正控制單元，該功率因數校正控制單元電性連接至該電晶體開關及該第一分壓電阻的另一端，其中該功率因數校正控制單元包含： 一脈波寬度調變信號產生器，該脈波寬度調變信號產生器電性連接至該電晶體開關；一開關子單元，該開關子單元電性連接至該第一分壓電阻的另一端；一取樣時脈產生器，該取樣時脈產生器電性連接至該開關子單元；及一第二分壓電阻，該第二分壓電阻的一端電性連接至該開關子單元，其中該取樣時脈產生器控制該開關子單元的開關狀態；當該開關子單元導通時，該功率因數校正控制單元接收到從該第一分壓電阻及該第二分壓電阻之間所產生之一電壓回授信號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一取樣保持電路，該取樣保持電路電性連接至該開關子單元及該第二分壓電阻的該端。
8. 如申請專利範圍第7項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，其中該功率因數校正控制單元更包含：一回授補償器，該回授補償器電性連接至該取樣保持電路及該脈波寬度調變信號產生器。
9. 如申請專利範圍第8項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一電感，該電感電性連接至該電晶體開關及該二極體的陽極。
10. 如申請專利範圍第9項所述之低功率損耗之升壓型功率因數校正裝置，更包含：一輸入端電容，該輸入端電容電性連接至該電感；及一輸出端電容，該輸出端電容電性連接至該二極體之陰極及該第一分壓電阻的一端。