TWI606679B - Totem pole power factor corrector and its current detection unit - Google Patents

Description

圖騰柱功率因數校正器及其電流檢測單元

本發明係一種功率因數校正器，尤指一種圖騰柱功率因數校正器及其電流檢測單元。

一般市電提供的交流電源在供電至一負載時，由於有些負載僅能接收直流電做為電力來源，因此需要透過電源轉換電路來將市電提供的交流電源轉換成直流電後，供電給負載使用。

請參閱圖14所示，一種電源轉換電路包含有一圖騰柱(Totem Pole)功率因數校正器(Power Factor Convertor)30及一直流/直流轉換器(DC/DC Convertor)40，藉此提高電源轉換的效率，並提供穩定的直流電給負載R _L使用。

該圖騰柱功率因數校正器30電連接至一電源V _AC，以接收該電源V _AC提供的交流電源，並進行功率校正後輸出至該直流/直流轉換器40，由該直流/直流轉換器40轉換成該負載R _L能接收的直流電源，供電給該負載R _L。

該圖騰柱功率因數校正器30具有一第一橋臂單元31、一第二橋臂單元32、一功率因數校正電感L及一電容C。該第一橋臂單元31、該第二橋臂單元32及該電容C相互並聯電連接。該第一橋臂單元31具有一第一開關Q1及一第二開關Q2，且該第一開關Q1與該第二開關Q2串聯電連接，而該第二橋臂單元32具有一第三開關Q3及一第四開關Q4，且該第三開關Q3與該第四開關Q4串聯電連接。該第一橋臂單元31的第一開關Q1及第二開關Q2之間串聯的第一節點n1與該第二橋臂單元32的第三開關Q3及第四開關Q4之間串聯的第二節點n2之間進一步串聯有該電源V _AC及該功率因數校正電感L。該電容C之兩端為一正輸出端V _CC及一接地端GND，且該正輸出端V _CC及該接地端GND係電連接至該直流/直流轉換器40。此外，該第二橋臂單元32的第三開關Q3及該第四開關Q4分別電連接一第一電流檢測單元CT1及一第二電流檢測單元CT2，以分別檢測通過該第三開關Q3的電流值及通過該第四開關Q4的電流值。

舉例來說，請一併參閱圖15及圖16所示，當該交流電源V _AC提供的交流電於正半周時，該交流電源V _AC提供之電力通過該功率因數校正電感L，由該第二節點n2流入該第二橋臂單元32。一開始，如圖15所示，該交流電源V _AC提供的電力先對該功率因數校正電感L開始激磁，此時，該第四開關Q4及該第二開關Q2導通，因此該交流電源V _AC即與該功率因數校正電感L、該第四開關Q4及該第二開關Q2形成電流迴路，激磁該功率因數校正電感L。接著，如圖16所示，當該功率因數校正電感L激磁完畢後，該功率因數校正電感L開始去磁，此時斷開該第四開關Q4並導通該第三開關Q3，因此，請一併參閱圖14所示，該功率因數校正電感L的去磁電流則通過該第三開關Q3供電至後端的直流/直流轉換器40及負載R _L，且通過該第二開關Q2與該交流電源V _AC形成迴路。如此一來，便可在該交流電源V _AC提供的交流電於正半周時，提高電源轉換電路的功率因數，改善電源轉換效率。

請進一步參閱圖17及圖18所示，當該交流電源V _AC提供的交流電於負半周時，該交流電源V _AC提供之電力由該第一節點n1流入該第一橋臂單元31。一開始，如圖17所示，該第一開關Q1及該第三開關Q3導通，該交流電源V _AC與該第一開關Q1、該第三開關Q3及該功率因數校正電感L形成電流迴路，此時，該交流電源V _AC提供的電力用以激磁該功率因數校正電感L。接著，如圖18所示，當該功率因數校正電感L激磁完畢後，該功率因數校正電感L開始去磁，此時斷開該第三開關Q3並導通該第四開關Q4，因此，請一併參閱圖14所示，該功率因數校正電感L的去磁電流則通過該第一開關Q1供電至後端的直流/直流轉換器40及負載R _L，且通過該第四開關Q4與該交流電源V _AC形成迴路。如此一來，便可在該交流電源V _AC提供的交流電於負半周時，提高電源轉換電路的功率因數，改善電源轉換效率。

請一併參閱圖14及圖19所示，圖19中的粗實線用於表示該交流電源V _AC提供的電流曲線，為一Sine波型。由於該第一電流檢測單元CT1係用於檢測通過該第三開關Q3的電流，且該第二電流檢測單元CT2係用於檢測通過該第四開關Q4的電流值，如此一來，如圖19中的虛線所示，該第二電流檢測單元CT2便可在該交流電源V _AC提供的交流電於正半周時檢測到該功率因數校正電感L的激磁電流，並在該交流電源V _AC提供的交流電於負半周時檢測到該功率因數校正電感L的去磁電流。且如圖19中的細實線所示，該第一電流檢測單元CT1便可在該交流電源V _AC提供的交流電於正半周時檢測到該功率因數校正電感L的去磁電流，並在該交流電源V _AC提供的交流電於負半周時檢測到該功率因數校正電感L的激磁電流。

請進一步參閱圖20所示，該第一電流檢測單元CT1及該第二電流檢測單元CT2分別為一比流器(Current Transformer)，該比流器包含有一電流互感單元33、一激磁電感L _m、一去磁電阻Rc、一橋式整流單元34及一取樣電阻Rs。該電流互感單元33具有一原邊繞組W ₁及一副邊繞組W ₂，該原邊繞組W ₁係與待測物串聯。舉例來說，該第一電流檢測單元CT1係用於檢測該第三開關Q3的電流，因此該第一電流檢測單元CT1的原邊繞組W ₁係與該第三開關Q3串聯，同理，該第二電流檢測單元CT2的原邊繞組W ₁則係與該第四開關Q4串聯，以檢測該第四電阻Q4的電流。

而該電流互感單元33的副邊繞組W ₂則係與該激磁電感L _m及該去磁電阻Rc並聯，並通過該橋式整流單元34電連接該取樣電阻Rs。

該比流器係藉由該電流互感單元33的副邊繞組W ₂感應通過該原邊繞組W ₁的電流，也就是通過待測物的電流，並通過該橋式整流單元34將感應的電流整流後輸出至該取樣電阻Rs。如此一來，藉由檢測該取樣電阻Rs的兩端電壓便可反向推得該原邊繞組W ₁的電流，藉此獲得待測物的電流，達到電流檢測的目的。

請參閱圖21及圖22所示，現以該第二電流檢測單元CT2為例說明，請一併參閱圖15及圖16所示，當該交流電源V _AC提供的電源於正半周時，該功率因數校正電感L會反覆的進行激磁及去磁，如圖15所示，當該功率因數校正電感L激磁時，該功率因數校正電感L的激磁電流會流經該第二電流檢測單元CT2，並通過導通的第四開關Q4與該交流電源V _AC形成電流迴路。如圖21所示，此時，該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂便會感應生成感應電流，該感應電流對該激磁電感L _m激磁，產生電流i _LM，流經該激磁電感Lm，且該感應電流還流經該取樣電阻R _S，並根據該取樣電阻Rs的兩端電壓計算該第四開關Q4的電流。

接著如圖16所示，當該功率因數校正電感L去磁時，該第四開關Q4斷開，因此並不會有電流通過該第四開關Q4。如圖22所示，此時，該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂便無感應電流生成，而該激磁電感L _m開始去磁，而流經該激磁電感L _m的電流i _LM，通過該橋式整流單元34及該取樣電阻Rs形成迴路，且通過該去磁電阻Rc形成另一迴路，藉此讓該激磁電感L _m去磁。但由於該取樣電阻Rs的電阻值遠遠小於該去磁電阻Rc的電阻值，因此大部分的電流會通過該取樣電阻Rs而非該去磁電阻Rc，且由於該取樣電阻Rs的電阻值過小，導致該激磁電感L _m來不及完整去磁。如此一來，當該功率因數校正電感L重新開始激磁時，即該第四開關Q4重新開始導通時，該副邊繞組W ₂便會感應生成感應電流，但由於該激磁電感L _m來不及完整去磁，就重新開始激磁，便會造成疊加效應，讓該副邊繞組W ₂感應的電流會疊加上該激磁電感L _m尚未完整去磁的電流i _LM，如此反覆操作便會使得通過該取樣電阻Rs的電流與該副邊繞組W ₂感應的電流不同，造成測量誤差，進而計算出錯誤的該第四開關Q4的電流。

同理，請參閱圖24及圖24所示，同樣以該第二電流檢測單元CT2為例說明，請一併參閱圖17及圖18所示，當該交流電源V _AC提供的電源於負半周時，該功率因數校正電感L亦會反覆的進行激磁及去磁，如圖18所示，當該功率因數校正電感L去磁時，該功率因數校正電感L的去磁電流會通過導通的第四開關Q4，並反向流經該第二電流檢測單元CT2與該交流電源V _AC形成電流迴路。如圖23所示，此時，該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂便會感應生成感應電流，該感應電流對該激磁電感L _m激磁，產生電流i _LM，流經該激磁電感L _m，且該感應電流還流經該取樣電阻Rs，並根據該取樣電阻Rs的兩端電壓計算該第四開關Q4的電流。

接著如圖17所示，當該功率因數校正電感L激磁時，該第四開關Q4斷開，因此並不會有電流通過該第四開關Q4。如圖24所示，此時，與上述內容與圖22中描述的狀況相同，該副邊繞組W ₂感應的電流會疊加上該激磁電感L _m尚未完整去磁的電流i _LM。而如此反覆操作便會使得通過該取樣電阻Rs的電流與該副邊繞組W ₂感應的電流不同，造成測量誤差，進而計算出錯誤的該第四開關Q4的電流。

而該圖騰柱功率因數校正器中的各個開關的開關控制係根據各開關的電流值進行調整，如圖19所示，以圖19中虛線為例，為該第二電流感測器CT2的取樣電流，即通過該第四開關Q4的電流，當該交流電源V _AC於正半周，且該第四開關Q4導通時，該功率因數校正電感L開始激磁，使該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂生成感應電流，並可透過該取樣電阻Rs進行取樣。而當該第二電流感測器CT2的取樣電流與該交流電源V _AC的電流相同時，代表該功率因數校正電感L的激磁完畢，此時便需斷開該第四開關Q4並導通該第三開關Q3，令該功率因數校正電感L開始去磁，且由於該第四開關Q4斷開，該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂便不會生成感應電流，使得該取樣電阻Rs的取樣結果為0。而當該交流電源V _AC於負半周，且該第四開關Q4導通時，該功率因數校正電感L開始去磁，使該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂生成感應電流，並可透過該取樣電阻Rs進行取樣。而當該第二電流感測器CT2的取樣電流為0時，代表該功率因數校正電感L的去磁完畢，此時便需斷開該第四開關Q4並導通該第三開關Q3，令該功率因數校正電感L開始激磁，且由於該第四開關Q4斷開，該第二電流檢測單元CT2的副邊繞組W ₂便不會生成感應電流，使得該取樣電阻Rs的取樣結果為0。

同理，以圖19中細實線為例，為該第一電流感測器CT1的取樣電流，即通過該第三開關Q3的電流，當該交流電源V _AC於正半周，且該第三開關Q3導通時，該功率因數校正電感L開始去磁，使該第一電流檢測單元CT1的副邊繞組W ₂生成感應電流，並可透過該取樣電阻Rs進行取樣。而當該第一電流感測器CT1的取樣電流為0時，代表該功率因數校正電感L的去磁完畢，此時便需斷開該第三開關Q3並導通該第四開關Q4，令該功率因數校正電感L開始激磁，且由於該第三開關Q3斷開，該第一電流檢測單元CT1的副邊繞組W ₂便不會生成感應電流，使得該取樣電阻Rs的取樣結果為0。而當該交流電源V _AC於負半周，且該第三開關Q3導通時，該功率因數校正電感L開始激磁，使該第一電流檢測單元CT1的副邊繞組W ₂生成感應電流，並可透過該取樣電阻Rs進行取樣。而當該第一電流感測器CT1的取樣電流與該交流電源V _AC的電流相同時，代表該功率因數校正電感L的激磁完畢，此時便需斷開該第三開關Q3並導通該第四開關A4，令該功率因數校正電感L開始去磁，且由於該第三開關Q3斷開，該第一電流檢測單元CT1的副邊繞組W ₂便不會生成感應電流，使得該取樣電阻Rs的取樣結果為0。

由於該圖騰柱功率因數校正器中的各個開關係根據各電流檢測單元的感測結果進行控制，因此若各電流檢測單元未能準確的量測，則該圖騰柱功率因數校正器便無法達到校正功率因數之功效，導致電源轉換效率低下，故現有技術的電流檢測單元勢必要做進一步之改良。

有鑑於前揭圖騰柱功率因數校正器的電流檢測單元在去磁時因檢測電阻的電阻值過小，而無法完整去磁，導致疊加效應產生，使得測量結果不準確，進而導致電源轉換效率低下的缺點。本發明提供一種圖騰柱功率因數校正器及其電流取樣單元，以避免疊加效應產生，準確測量電流，提高電源轉換效率，該圖騰柱功率因數校正器係電連接在一交流電源及一直流/直流轉換器之間，並通過該直流/直流轉換器電連接至一負載，而該電流取樣單元係檢測通過該圖騰柱功率因數校正器的一開關單元的電流，該圖騰柱功率因數校正器的電流取樣單元係包含有： 一原邊繞組，係與該開關單元串聯； 一全橋整流單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端、一第二輸出端、一第一取樣開關及一第二取樣開關，且具有一第一電流取樣路徑及一第二電流取樣路徑，而該第一取樣開關係設置於該第一電流取樣路徑上，該第二取樣開關係設置於該第二電流取樣路徑上； 一副邊繞組，係與該原邊繞組耦合； 一激磁電感； 一去磁元件，該去磁元件、該副邊繞組及該激磁電感係並聯在該全橋整流單元的第一輸入端與第二輸入端之間； 一取樣電阻，係電連接在該全橋整流單元的第一輸出端與第二輸出端之間； 其中當該交流電源於正半周時，該全橋整流單元的第一取樣開關導通，該全橋整流單元的第二取樣開關斷開，且在該激磁電感激磁時，該副邊繞組透過該全橋整流單元的第一電流取樣路徑與該取樣電阻構成一第一迴路，並在該激磁電感去磁時，該激磁電感與該取樣電阻斷開； 其中當該交流電源於負半周時，該全橋整流單元的第一取樣開關斷開，該全橋整流單元的第二取樣開關導通，且在該激磁電感激磁時，該副邊繞組透過該全橋整流單元的第二電流取樣路徑與該取樣電阻構成一第二迴路，並在該激磁電感去磁時，該激磁電感與該取樣電阻斷開。

此外，該圖騰柱功率因數校正器係電連接在該交流電源及該直流/直流轉換器之間，並通過該直流/直流轉換器電連接至該負載，該圖騰柱功率因數校正器係包含有： 一功率因數校正電感； 一第一橋臂，包含有： 一第一開關單元； 一第二開關單元，係與該第一開關單元串聯，且該第一開關單元與該第二開關單元的連接節點為一第一節點； 一第二橋臂，包含有： 一第三開關單元； 一第四開關單元； 二個如上述記載的電流取樣單元，其中一為第一電流取樣單元，另一為第二電流取樣單元，該第一電流取樣單元係檢測通過該第三開關單元的電流，而該第二電流取樣單元係檢測通過該第四開關單元的電流； 其中該第四開關單元係通過該第二電流取樣單元與該第三開關單元串聯，而該第三開關單元與該第二電流取樣單元的連接節點為一第二節點；其中該第一橋臂的第一節點與該第二橋臂的第二節點之間係串聯有該功率因數校正電感及該交流電源； 一正輸出端； 一接地端；其中該正輸出端及該接地端係電連接至該直流/直流轉換器； 一電容；其中該第一橋臂、該第二橋臂及該電容係並聯在該正輸出端及該接地端之間，且該第一橋臂的第一開關單元係與該正輸出端電連接，該第二橋臂的第三開關單元係透過該第一電流取樣單元與該正輸出端電連接，而該第一橋臂的第二開關單元及該第二橋臂的第四開關單元係與該接地端電連接。

上述的電流取樣單元能在該交流電源於正半周時，導通位於該全橋整流單元第一電流取樣路徑上的第一取樣開關，讓一取樣電流得以通過該取樣電阻，進行電流取樣，量測該開關單元的電流值，同時斷開位於該全橋整流單元第二電流取樣路徑上的第二取樣開關，讓該激磁電感能直接透過該去磁元件進行去磁，不會分流至該取樣電阻，加速去磁效率。

此外，當該交流電源於負半周時，該電流取樣單元便導通位於該全橋整流單元第二電流取樣路徑上的第二取樣開關，讓該取樣電流得以通過該取樣電阻，進行電流取樣，量測該開關單元的電流值，同時斷開位於該全橋整流單元第一電流取樣路徑上的第一取樣開關，讓該激磁電感能直接透過該去磁元件進行去磁，不會分流至該取樣電阻，加速去磁效率。

如此一來，即可加速去磁效率，以避免未能完整去磁造成的疊加效應，以準確進行電流取樣，計算準確的電流值，進而提高該圖騰柱功率因數校正器校正功率因數之功效。

以下配合圖式及本發明較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定目的所採取的技術手段。

請參閱圖1所示，本發明係一種圖騰柱功率因數校正器10的電流取樣單元100，該圖騰柱功率因數校正器10係電連接在一交流電源V _AC及一直流/直流轉換器20之間，並通過該直流/直流轉換器20電連接至一負載R _L，而該電流取樣單元100係檢測通過該圖騰柱功率因數校正器10的一開關單元Q的電流。

在本較佳實施例中，該圖騰柱功率因數校正器10係包含有一功率因數校正電感L、一第一橋臂11、一第二橋臂12、一電容C、一正輸出端V _CC及一接地端GND。

該第一橋臂11包含有一第一開關單元Q1及一第二開關單元Q2，該第二開關單元Q2係與該第一開關單元Q1串聯，且該第一開關單元Q1與該第二開關單元Q2的連接節點為一第一節點n1。

該第二橋臂12包含有一第三開關單元Q3、一第四開關單元Q4及二電流取樣單元100。其中一電流取樣單元100為一第一電流取樣單元101，係檢測通過該第三開關單元Q3的電流，而另一電流取樣單元100為一第二電流取樣單元102，係檢測通過該第四開關單元Q4的電流。

該第四開關單元Q4係通過該第二取樣單元102與該第三開關單元Q3串聯，而該第三開關單元Q3與該第二電流取樣單元102的連接節點為一第二節點n2。

該第一橋臂11的第一節點n1與該第二橋臂12的第二節點n2之間係串聯有該功率因數校正電感L及該交流電源V _AC。該正輸出端V _CC及該接地端GND係電連接至該直流/直流轉換器20。

該第一橋臂11、該第二橋臂12及該電容C係並聯在該正輸出端V _CC及該接地端GND之間，且該第一橋臂11的第一開關單元Q1係與該正輸出端V _CC電連接，該第二橋臂12的第三開關單元Q3係透過該第一電流取樣單元101與該正輸出端V _CC電連接，而該第一橋臂11的第二開關單元Q2及該第二橋臂12的第四開關單元Q4係與該接地端GND電連接。

有關於圖騰柱功率因數校正器10的架構及工作原理已詳細描述在上述的先前技術中，故在此不再贅述。

請參閱圖2所示，本發明的圖騰柱功率因數校正器10的電流取樣單元100係包含有一原邊繞組W ₁、一全橋整流單元111、一副邊繞組W ₂、一激磁電感L _m、一去磁元件112及以取樣電阻R _S。

該原邊繞組W ₁係與該開關Q串聯。該全橋整流單元111具有一第一輸入端I/P1、一第二輸入端I/P2、一第一輸出端O/P1、一第二輸出端O/P2、一第一取樣開關S ₁及一第二取樣開關S ₂，且具有一第一電流取樣路徑及一第二電流取樣路徑，而該第一取樣開關S ₁係設置於該第一電流取樣路徑上，該第二取樣開關S ₂係設置於該第二電流取樣路徑上。而該副邊繞組W ₂係與該原邊繞組W ₁耦合。

該去磁元件112、該副邊繞組W ₂及該激磁電感L _m係並聯在全橋整流單元111的第一輸入端I/P1與第二輸入端I/P2之間。在本較佳實施例中，該去磁元件112係一去磁電阻R _C。

該取樣電阻R _S係電連接在該全橋整流單元111的第一輸出端O/P1與第二輸出端O/P2之間。

當該交流電源V _AC於正半周時，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁導通，而該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂斷開，且在該激磁電感L _m激磁時，該副邊繞組W ₂透過該全橋整流單元111的第一電流取樣路徑與該取樣電阻R _S構成一第一迴路，並在該激磁電感L _m去磁時，該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開。

當該交流電源V _AC於負半周時，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂導通，而該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁斷開，且在該激磁電感L _m激磁時，該副邊繞組W ₂透過該全橋整流單元111的第二電流取樣路徑與該取樣電阻R _S構成一第二迴路，並在該激磁電感L _m去磁時，該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開。

如此一來，當該交流電源V _AC於正半周時，該電流取樣單元100便導通位於該全橋整流單元111第一電流取樣路徑上的第一取樣開關S ₁，讓該副邊繞組W ₂產生的感應電流得以透過該第一電流取樣路徑通過該取樣電阻R _S，進行電流取樣，量測該開關單元Q的電流值，同時該電流取樣單元100斷開位於該全橋整流單元111第二電流取樣路徑上的第二取樣開關S ₂，讓該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，以直接透過該去磁元件112進行去磁，加速去磁效率。

而當該交流電源V _AC於負半周時，該電流取樣單元100便導通位於該全橋整流單元111第二電流取樣路徑上的第二取樣S ₂開關，讓該副邊繞組W ₂產生的感應電流得以透過該第二電流取樣路徑通過該取樣電阻R _S，進行電流取樣，量測該開關單元Q的電流值，同時該電流取樣單元100斷開位於該全橋整流單元111第一電流取樣路徑上的第一取樣開關S ₁，讓該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，以直接透過該去磁元件112進行去磁，加速去磁效率。

綜上所述，透過本發明的電流取樣單元100即可加速去磁效率，以避免未能完整去磁造成的疊加效應，以準確進行電流取樣，計算準確的電流值，進而提高該圖騰柱功率因數校正器10校正功率因數之功效。

在本發明的第一較佳實施例中，該全橋整流單元111係進一步包含有一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3及一第四二極體D4。該第二二極體D2之陰極係電連接至該第一二極體D1之陽極。該第四二極體D4之陰極係電連接至該第三二極體D3之陽極。而該第一二極體D1及該第二二極體D2之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第一輸入端I/P1，該第三二極體D3及該第四二極體D4之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第二輸入端I/P2。該第一二極體D1之陰極係與該第三二極體D3之陰極係電連接至該全橋整流單元111之第一輸出端O/P1，該第二二極體D2之陽極係與該第四二極體D4之陽極係電連接至該全橋整流單元111之第二輸出端O/P2。

在本較佳實施例中，該全橋整流單元111的第一輸入端I/P1係通過該第一二極體D1、該第一輸出端O/P1、該第二輸出端O/P2及該第四二極體D4與該第二輸入端I/P2，構成該第一電流取樣路徑。而該全橋整流單元111的第二輸入端I/P2係通過該第三二極體D3、該第一輸出端O/P1、該第二輸出端O/P2及該第二二極體D2與該第一輸入端I/P1構成該第二電流取樣路徑。

在本較佳實施例中，該第一取樣開關S ₁是設置在該第一二極體D1之陰極與該全橋整流單元111第一輸出端O/P1之間，而該第二取樣開關S ₂是設置在該第三二極體D3之陰極與該全橋整流單元111第一輸出端O/P1之間。

為詳細說明該電流取樣單元100的工作原理，請進一步參閱圖3至圖6所示。現以量測如圖1所示的圖騰柱功率因數校正器10的一第四開關Q4的電流取樣單元100，即該第二電流取樣單元102，為例說明。如先前技術所述，該圖騰柱功率因數校正器10係通過開關的控制，令該圖騰柱功率因數校正器10的一功率因數校正電感L進行激磁與去磁，達到功率因數校正的目的。

如先前技術的圖15所示，當該交流電源V _AC於正半周時，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁導通，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂斷開，且當該功率因數校正電感L在激磁時，該第四開關Q4會導通，而有電流通過。如圖3所示，此時該電流取樣單元100的原邊繞組W ₁因與該第四開關Q4串聯而有電流通過，且該副邊繞組W ₂與該原邊繞組W ₁耦合而產生感應電流，該感應電流分為二子電流，其一流經該激磁電感L _m，其二經由該全橋整流單元111的第一電流取樣路徑流經該取樣電阻R _S，以進行電流取樣。

如先前技術的圖16所示，當該交流電源V _AC於正半周時，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁導通，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂斷開，且當該功率因數校正電感L在去磁時，該第四開關Q4會斷開，而不會有電流通過。如圖4所示，此時該電流取樣單元100的原邊繞組W ₁同樣沒有電流通過，而該副邊繞組W ₂雖與該原邊繞組W ₁耦合但沒有耦合出感應電流。此時，該激磁電感L _m開始去磁，因為該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，使得該激磁電感L _m的去磁電流會直接流過該去磁元件112，也就是該去磁電阻R _C，以藉由該去磁電阻R _C提高該激磁電感L _m去磁效率。

接著，如先前技術的圖17所示，當該交流電源V _AC於負半周時，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂導通，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁斷開，且當該功率因數校正電感L在激磁時，該第四開關Q4會斷開，而不會有電流通過。如圖6所示，此時該電流取樣單元100的原邊繞組W ₁同樣沒有電流通過，而該副邊繞組W ₂雖與該原邊繞組W ₁耦合但沒有耦合出感應電流。此時，該激磁電感L _m開始去磁，因為該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，使得該激磁電感L _m的去磁電流會直接流過該去磁元件112，也就是該去磁電阻R _C，以藉由該去磁電阻R _C提高該激磁電感L _m去磁效率。

如先前技術的圖18所示，當該交流電源V _AC於負半周時，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂導通，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁斷開，且當該功率因數校正電感L在去磁時，該第四開關Q4會導通，而有反向電流通過。如圖5所示，此時該電流取樣單元100的原邊繞組W ₁因與該第四開關Q4串聯而有電流通過，且該副邊繞組W ₂與該原邊繞組W ₁耦合而產生感應電流，該感應電流分為二子電流，其一流經該激磁電感L _m，其二經由該全橋整流單元111的第二電流取樣路徑流經該取樣電阻R _S，以進行電流取樣。

同理，該第一電流取樣單元101則是當交流電源V _AC於正半周時，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂導通，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁斷開，且當該功率因數校正電感L在激磁時，該第三開關Q3會斷開，不會有電流通過。而該激磁電感L _m開始去磁，且因為該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，使得該激磁電感L _m的去磁電流會直接流過該去磁元件112，也就是該去磁電阻R _C，以藉由該去磁電阻R _C提高該激磁電感L _m去磁效率。

該第一電流取樣單元101則係當交流電源V _AC於正半周時，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂導通，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁斷開，且當該功率因數校正電感L在去磁時，該第三開關Q3會導通，有電流通過，而該副邊繞組W ₂與該原邊繞組W ₁耦合而產生感應電流，該感應電流分為二子電流，其一流經該激磁電感L _m，其二經由該全橋整流單元111的第二電流取樣路徑流經該取樣電阻R _S，以進行電流取樣。

該第一電流取樣單元101則係當交流電源V _AC於負半周時，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁導通，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂斷開，且當該功率因數校正電感L在激磁時，該第三開關Q3會導通，有電流通過，而該副邊繞組W ₂與該原邊繞組W ₁耦合而產生感應電流，該感應電流分為二子電流，其一流經該激磁電感L _m，其二經由該全橋整流單元111的第一電流取樣路徑流經該取樣電阻R _S，以進行電流取樣。

該第一電流取樣單元101則係當交流電源V _AC於負半周時，該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁導通，該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂斷開，且當該功率因數校正電感L在去磁時，該第三開關Q3會斷開，不會有電流通過。而該激磁電感L _m開始去磁，且因為該激磁電感L _m與該取樣電阻R _S斷開，使得該激磁電感L _m的去磁電流會直接流過該去磁元件112，也就是該去磁電阻R _C，以藉由該去磁電阻R _C提高該激磁電感L _m去磁效率。

請參閱圖7所示，由於在該交流電源V _AC於正半周時，該取樣電阻R _S僅會在該第四開關Q4導通時會有電流通過，進而進行取樣，因此在該交流電源V _AC於正半周時，該取樣電阻R _S的取樣電流曲線如圖7所示，每次該激磁電感L _m去磁後電流都能歸零，因此可確得知並沒有疊加效應的產生。

綜上所述，由於該第一取樣開關S ₁及該第二取樣開關S ₂是隨著該交流電源V _AC的正負半周不同而切換，也就是說，該第一取樣開關S ₁及該第二取樣開關S ₂的切換頻率與該交流電源V _AC的線頻相同，當該交流電源V _AC由正半周改變到負半周時，該第一取樣開關S ₁及該第二取樣開關S ₂才會隨之改變開關狀態。進而減少該第一取樣開關S ₁與該第二取樣開關S ₂的切換次數，以減少切換損失。

此外，由於該交流電源V _AC於正半周時，與該交流電源V _AC於負半周時，通過該第四開關Q4的電流方向剛好相反，因此該電流取樣單元100透過該全橋整流單元111的設置，對雙向電流都能進行取樣，更進一步增加本發明的適用範圍。

請參閱圖8所示，由於該全橋整流單元111的第一取樣開關S ₁係設置於該第一電流取樣路徑上，，且該全橋整流單元111的第二取樣開關S ₂係設置於該第二電流取樣路徑上，因此，在本發明的第二較佳實施例中，該第一取樣開關S ₁係設置於該第四二極體D4之陰極與該全橋整流單元111的第二輸入端I/P2之間，而該第二取樣開關S ₂係設置於該第二二極體D2之陰極與該全橋整流單元111的第一輸入端I/P1之間。

請參閱圖9所示，在本發明的第三較佳實施例中，該去磁元件112係二反向對接的齊納二極體(Zener Diode)。

請參閱圖10所示，在本發明的第四較佳實施例中，該第一取樣開關S ₁及該第二取樣開關S ₂分別係一矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier；SCR)。

請參閱圖11所示，在本發明的第五較佳實施例中，該第一取樣開關S ₁及該第二取樣開關S ₂分別係一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)。

請參閱圖12所示，在本發明的第六較佳實施例中，該全橋整流單元111係包含有一第一整流開關Q11、一第二整流開關Q21、一第二二極體D2及一第四二極體D4。

該第二二極體D2之陰極係依序通過該第一整流開關Q11及該第一取樣開關S ₁電連接至該第一輸出端O/P1。而該第四二極體D4之陰極係依序通過該第二整流開關Q21及該第二取樣開關S ₂電連接至該第一輸出端O/P1。該第一整流開關Q11與該第二二極體D2陰極之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第一輸入端I/P1，而該第二整流開關Q21與該第四二極體D4陰極之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第二輸入端I/P2。

請參閱圖13所示，在本發明的第七較佳實施例中，該全橋整流單元111係包含有一第一整流開關Q11、一第二整流開關Q21、一第二二極體D2及一第四二極體D4。

該第二二極體D2之陰極係依序通過該第二取樣開關S ₂及該第一整流開關Q11電連接至該第一輸出端O/P1。而該第四二極體D4之陰極係依序通過該第一取樣開關S ₁及該第二整流開關Q21電連接至該第一輸出端O/P1。該第二取樣開關S ₂與該第一整流開關Q11之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第一輸入端I/P1，而該第一取樣開關S ₁與該第二整流開關Q21之連接節點係電連接至該全橋整流單元111的第二輸入端I/P2。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧圖騰柱功率因數校正器

11‧‧‧第一橋臂

12‧‧‧第二橋臂

100‧‧‧電流取樣單元

101‧‧‧第一電流取樣單元

102‧‧‧第二電流取樣單元

111‧‧‧全橋整流單元

112‧‧‧去磁元件

20‧‧‧直流/直流轉換器

30‧‧‧圖騰柱功率因數校正器

31‧‧‧第一橋臂單元

32‧‧‧第二橋臂單元

33‧‧‧電流互感單元

34‧‧‧橋式整流單元

40‧‧‧直流/直流轉換器

圖1係本發明圖騰柱功率因數校正器較佳實施例之電路示意圖。 圖2係本發明電流檢測單元較佳實施例之電路示意圖。 圖3至圖6係本發明電流檢測單元運作時之電路示意圖。 圖7係本發明較佳實施例之取樣電流曲線示意圖。 圖8係本發明電流檢測單元第二較佳實施例之電路示意圖。 圖9係本發明電流檢測單元第三較佳實施例之電路示意圖。 圖10係本發明電流檢測單元第四較佳實施例之電路示意圖。 圖11係本發明電流檢測單元第五較佳實施例之電路示意圖。 圖12係本發明電流檢測單元第六較佳實施例之電路示意圖。 圖13係本發明電流檢測單元第七較佳實施例之電路示意圖。 圖14係習用圖騰柱功率因數校正器之電路示意圖。 圖15至圖18係習用圖騰柱功率因數校正器運作時之電路示意圖。 圖19係交流電源、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元的電流曲線示意圖。 圖20係習用電流檢測單元之電路示意圖。 圖21至圖24係習用電流檢測單元運作時之電路示意圖。

10‧‧‧圖騰柱功率因數校正器

11‧‧‧第一橋臂

12‧‧‧第二橋臂

100‧‧‧電流取樣單元

101‧‧‧第一電流取樣單元

102‧‧‧第二電流取樣單元

Claims (10)

1. 一種圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，該圖騰柱功率因數校正器係電連接至一交流電源，且透過一直流/直流轉換器電連接至一負載，而該電流取樣單元係檢測通過該圖騰柱功率因數校正器的一開關單元的電流，該電流取樣單元係包含有：一原邊繞組，係與該開關單元串聯；一全橋整流單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端、一第二輸出端、一第一取樣開關及一第二取樣開關，且具有一第一電流取樣路徑及一第二電流取樣路徑，而該第一取樣開關係設置於該第一電流取樣路徑上，該第二取樣開關係設置於該第二電流取樣路徑上；一副邊繞組，係與該原邊繞組耦合；一激磁電感；一去磁元件，該去磁元件、該副邊繞組及該激磁電感係並聯在該全橋整流單元的第一輸入端與第二輸入端之間；一取樣電阻，係電連接在該全橋整流單元的第一輸出端與第二輸出端之間；其中當該交流電源於正半周時，該全橋整流單元的第一取樣開關導通，而該全橋整流單元的第二取樣開關斷開，且在該激磁電感激磁時，該副邊繞組透過該全橋整流單元的第一電流取樣路徑與該取樣電阻構成一第一迴路，並在該激磁電感去磁時，該激磁電感與該取樣電阻斷開；其中當該交流電源於負半周時，該全橋整流單元的第二取樣開關導通，而該全橋整流單元的第一取樣開關斷開，且在該激磁電感激磁時，該副邊繞組透過該全橋整流單元的第二電流取樣路徑與該取樣電阻構成一第二迴路，並在該激磁電感去磁時，該激磁電感與該取樣電阻斷開。
2. 如請求項1所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元係進一步包含有：一第一二極體；一第二二極體，該第二二極體之陰極係電連接至該第一二極體之陽極；一第三二極體；一第四二極體，該第四二極體之陰極係電連接至該第三二極體之陽極；其中該第一二極體及該第二二極體之連接節點係電連接至該全橋整流單元的第一輸入端，該第三二極體及該第四二極體的連接節點係電連接至該全橋整流單元的第二輸入端；其中該第一二極體之陰極係與該第三二極體之陰極電連接至該全橋整流單元的第一輸出端，該第二二極體之陽極係與該第四二極體之陽極電連接至該全橋整流單元的第二輸出端；其中該全橋整流單元的第一輸入端係通過該第一二極體、該第一輸出端、該第二輸出端及該第四二極體與該第二輸入端，構成該第一電流取樣路徑；其中該全橋整流單元的第二輸入端係通過該第三二極體、該第一輸出端、該第二輸出端及該第二二極體與該第一輸入端構成該第二電流取樣路徑。
3. 如請求項2所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元的第一取樣開關是設置在該第一二極體之陰極與該全橋整流單元的第一輸出端之間，而該全橋整流單元的第二取樣開關是設置在該第三二極體之陰極與該全橋整流單元的第二輸出端之間。
4. 如請求項2所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元的第一取樣開關設置於該第四二極體之陰極與該全橋整流單元的第二輸入端之間，而該全橋整流單元的第二取樣開關設置於該第二二極體之陰極與該全橋整流單元的第一輸入端之間。
5. 如請求項1所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元包含有：一第一整流開關；一第二整流開關；一第二二極體，該第二二極體之陰極係依序通過該第一整流開關及該第一取樣開關電連接至該第一輸出端；及一第四二極體，該第四二極體之陰極係依序通過該第二整流開關及該第二取樣開關電連接至該第一輸出端；其中該第一整流開關與該第二二極體陰極之連接節點係電連接至該全橋整流單元的第一輸入端，而該第二整流開關與該第四二極體陰極之連接節點係電連接至該全橋整流單元的第二輸入端。
6. 如請求項1所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元包含有：一第一整流開關；一第二整流開關；一第二二極體，該第二二極體之陰極係依序通過該第二取樣開關及該第一整流開關電連接至該第一輸出端；及一第四二極體，該第四二極體之陰極係依序通過該第一取樣開關及該第二整流開關電連接至該第一輸出端；其中該第二取樣開關與該第一整流開關之連接節點係電連接至該全橋整流單元的第一輸入端，而該第一取樣開關與該第二整流開關之連接節點係電連接至該全橋整流單元的第二輸入端。
7. 如請求項1至6中任一項所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該去磁元件係一去磁電阻或二反向對接的齊納二極體(Zener Diode)。
8. 如請求項1至6中任一項所述之圖騰柱功率因數校正器之電流取樣單元，其中該全橋整流單元的第一取樣開關及該第二取樣開關分別係一矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier；SCR)或一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)。
9. 一種圖騰柱功率因數校正器，該圖騰柱功率因數校正器係電連接至一交流電源，且透過一直流/直流轉換器電連接至一負載，該圖騰柱功率因數校正器係包含有：一功率因數校正電感；一第一橋臂，包含有：一第一開關單元；一第二開關單元，係與該第一開關單元串聯，且該第一開關單元與該第二開關單元的連接節點為一第一節點；一第二橋臂，包含有：一第三開關單元；一第四開關單元；二個如請求項1至8中任一項所述的電流取樣單元，其中一為第一電流取樣單元，另一為第二電流取樣單元，該第一電流取樣單元係檢測通過該第三開關單元的電流，而該第二電流取樣單元係檢測通過該第四開關單元的電流；其中該第四開關單元係通過該第二電流取樣單元與該第三開關單元串聯，而該第三開關單元與該第二電流取樣單元的連接節點為一第二節點；其中 該第一橋臂的第一節點與該第二橋臂的第二節點之間係串聯有該功率因數校正電感及該交流電源；一正輸出端；一接地端；其中該正輸出端及該接地端係電連接至該直流/直流轉換器；一電容；其中該第一橋臂、該第二橋臂及該電容係並聯在該正輸出端及該接地端之間，且該第一橋臂的第一開關單元係與該正輸出端電連接，該第二橋臂的第三開關單元係透過該第一電流取樣單元與該正輸出端電連接，而該第一橋臂的第二開關單元及該第二橋臂的第四開關單元係與該接地端電連接。
10. 如請求項9所述之圖騰柱功率因數校正器，其中：當該交流電源於正半周時，該第一電流取樣單元的第一取樣開關導通，該第一電流取樣單元的第二取樣開關斷開，該第二電流取樣單元的第一取樣開關導通，該第二電流取樣單元的第二取樣開關斷開；當該交流電源於負半周時，該第一電流取樣單元的第二取樣開關導通，該第一電流取樣單元的第一取樣開關斷開，該第二電流取樣單元的第二取樣開關導通，該第二電流取樣單元的第一取樣開關斷開。