TWI613881B - 圖騰柱功率因數校正電路 - Google Patents

Description

圖騰柱功率因數校正電路

本發明涉及一種圖騰柱功率因數校正電路，尤指一種於高頻工作區域建置比流元件以感測輸入電感電流的圖騰柱功率因數校正電路。

按，現今圖騰柱功率因數校正電路就如圖1所示，若欲對於串接圖騰柱功率因數校正電路8的一輸入電感9，進行電流的感測，便需於該輸入電感9與該圖騰柱功率因數校正電路8所屬的一第一橋臂81之間串接一電流感測器7，其串接的型態就如圖1所示。

然而，由於該輸入電感9於電路實施的過程中，因交流電源的實施而有正負極性的變化，且同時間包含有高頻與低頻的成分，使該電流感測器需選用霍爾元件實施，霍爾元件雖能檢測該輸入電感9的電流，但霍爾元件體積較大而將占用較多的佈線空間，不利於現今電子設備訴求微小化的實施。除此之外，選用霍爾元件實施將導致整體電路的成本上揚。

本發明的主要目的，在於解決習用需體積龐大的霍爾元件或其他電流感測元件所帶來的實施問題。

為達上述目的，本發明提供一種圖騰柱功率因數校正電路，接續於一自一交流電源接受電力的輸入電感之後，該交流電源具有一與該輸入電感連接的第一連接端以及一第二連接端。該圖騰柱功率因數校正電路包含一第一橋臂，一第二橋臂以及一電容，該第一橋臂包含一第一開關及一與該第一開關串接的第二開關，該第一橋臂以該第一開關與該第二開關的串接處與該輸入電感連接，該第二橋臂與該第一橋臂並聯，包含一第三開關及一與該第三開關串接的第四開關，該第二橋臂以該第三開關與該第四開關的串接處與該交流電源的該第二連接端連接，該電容與該第一橋臂及該第二橋臂並聯。其中，該第一橋臂為高頻工作區域，具有一與該第一開關串接並感測產生有一第一檢知訊號的第一比流元件，以及一與該第二開關串接並感測產生有一第二檢知訊號的第二比流元件，整合該第一檢知訊號與該第二檢知訊號即取得該輸入電感的電流波形。

於一實施例中，該第一比流元件連接有一對該第一檢知訊號進行整流的第一整流單元，該第二比流元件連接有一對該第二檢知訊號進行整流的第二整流單元。進一步地，該第一整流單元與該第二整流單元分別為一全波整流架構。

於一實施例中，該電容所屬支路為高頻工作區域，該支路包含有一產生有一第三檢知訊號的第三比流元件，整合該第一檢知訊號，該第二檢知訊號與該第三檢知訊號即取得該輸入電感的電流波形。進一步地，該第一比流元件連接有一對該第一檢知訊號進行整流的第一整流單元，該第二比流元件連接有一對該第二檢知訊號進行整流的第二整流單元，該第三比流元件連接有一對該第三檢知訊號進行整流的第三整流單元。進一步地，該第一整流單元，該第二整流單元與該第三整流單元分別為一半波整流架構。

除上述技術方案之外，本發明亦提出另一圖騰柱功率因數校正電路，該圖騰柱功率因數校正電路接續於自該交流電源接受電力的該輸入電感之後，該交流電源具有與該輸入電感連接的該第一連接端以及該第二連接端。該圖騰柱功率因數校正電路包含一第一橋臂，一第二橋臂以及一電容，該第一橋臂包含一第一開關及一與該第一開關串接的第二開關，該第二橋臂與該第一橋臂並聯，包含一第三開關及一與該第三開關串接的第四開關，該第二橋臂以該第三開關與該第四開關的串接處與該交流電源的該第二連接端連接，該電容與該第一橋臂及該第二橋臂並聯。其中，該第一橋臂為高頻工作區域，具有一設於該第一開關與該第二開關之間並與該輸入電感連接的中心抽頭比流元件以及一與該第四檢知訊號連接的第四整流單元，該中心抽頭比流元件產生有一第四檢知訊號，該第四整流單元對該第四檢知訊號進行整流取得一相應該輸入電感電流波形的整流訊號。

於一實施例中，該中心抽頭比流元件包含一初級繞組以及一與該一初級繞組形成磁感應的次級繞組，該初級繞組更包含有一第一子繞組，一第二子繞組以及一與該第一子繞組，該第二子繞組及該輸入電感連接的抽頭端。

於一實施例中，該第四整流單元得為一半波整流架構或一全波整流架構。

透過本發明前述所揭實施方式，相較於習用具有以下特點：本發明該圖騰柱功率因數校正電路於整體電路中的高頻工作區域建置至少二比流元件或中心抽頭比流元件，透過該些比流元件或該中心抽頭比流元件完整檢測該輸入電感於正負半週的電流變化。本發明以該二比流元件或該中心抽頭比流元件實施，更能具體解決習用以霍爾元件實施所帶來的元件體積過大及成本上揚的問題。

本發明詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱圖2，圖為本發明第一實施例的電路組成示意圖。如圖，本發明該圖騰柱功率因數校正電路1(Totem-Pole PFC)接續於一自一交流電源2接受電力的輸入電感3之後，該交流電源2具有一與該輸入電感3連接的第一連接端21及一第二連接端22。進一步說明，該第一連接端21為該交流電源2的正輸出端，該第二連接端22則為該交流電源2的負輸出端。又，該圖騰柱功率因數校正電路1包含一第一橋臂11，一與該第一橋臂11並聯的第二橋臂12以及一與該第一橋臂11及該第二橋臂12並聯的電容13。其中，該第一橋臂11包含一第一開關111以及一與該第一開關111串接的第二開關112，該第一開關111與該第二開關112為有源元件，如氮化鎵場效應電晶體(GaN FET)，超快速絕緣閘雙極電晶體(Ultra-fast IGBT)等，該第一開關111與該第二開關112分別受一控制單元(本圖未示)所提供的啟閉訊號控制，該第一開關111與該第二開關112所接受的啟閉訊號相異。再者，該第一橋臂11以該第一開關111及該第二開關112的串接處與該輸入電感3連接。

另一方面，該第二橋臂12包含一第三開關121以及一與該第三開關121串接的第四開關122，該第三開關121與該第四開關122可分別為有源元件或無源元件，所稱該有源元件就如場效應電晶體等，該無源元件則如二極體。進一步地，該第三開關121與該第四開關122若為有源元件，該第三開關121與該第四開關122即受該控制單元所提供的啟閉訊號控制，且該第三開關121與該第四開關122之間所接受的啟閉訊號相異。再者，該第二橋臂12以該第三開關121及該第四開關122的串接處與該交流電源2的該第二連接端22連接。

併請參閱圖2至圖4，圖3為本發明第一實施例於正半週的電流波形示意圖，圖4為本發明第一實施例於負半週的電流波形示意圖。該圖騰柱功率因數校正電路1進一步透過控制而令該第一橋臂11的工作頻率高於該第二橋臂12的工作頻率。因此，該第一橋臂11於該圖騰柱功率因數校正電路1的整體電路中為一高頻工作區域。承上，該圖騰柱功率因數校正電路1更具有一與該第一開關111串接並感測產生有一第一檢知訊號40的第一比流元件113，以及一與該第二開關112串接並感測產生有一第二檢知訊號41的第二比流元件114。進一步地，本發明於取得該第一檢知訊號40及該第二檢知訊號41後，整合該第一檢知訊號40與該第二檢知訊號41後即取得相應該輸入電感3電流的第一整合訊號42，而取得該輸入電感3的電流波形。進一步說明，該第一比流元件113與該第二比流元件114分別為一比流器(Current Transformer)。於一實施例中，該第一比流元件113連接有一對該第一檢知訊號40進行整流的第一整流單元115，該第二比流元件114連接有一對該第二檢知訊號41進行整流的第二整流單元116。進一步地，該第一整流單元115與該第二整流單元116分別為一全波整流架構。另一方面，本發明前揭訊號的整合可以是透過軟體或硬體的方式進行整合。

承上，為了具體說明本發明實施經過，於此遂以本實施例所揭電路進行模擬，預設該第一開關111，該第二開關112，該第三開關121及該第四開關122分別為有源元件，且針對該輸入電感3設有一電流感測單元(本圖未示)以取得該輸入電感3的一電流訊號31進行結果比對。此後，模擬該交流電源2於正半週，該電流訊號31，該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41，以及該第一整合訊號42如圖3所示。由圖3所繪，即可無歧異了解該第一整合訊號42波形與該電流訊號31波形相等，而得透過該第一整合訊號42波形直接體現該輸入電感3於正半週時的波形變化。另一方面，模擬該交流電源2於負半週，該電流訊號31，該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41，以及該第一整合訊號42就如圖4所示。如此，可無歧異了解該第一整合訊號42波形與該電流訊號31波形相等，而可透過該第一整合訊號42波形直接體現該輸入電感3於負半週時的波形變化。藉此，透過本發明所揭實施方式即可具體解決習用需建置體積龐大的霍爾元件或其他電流感測元件所帶來的實施問題。

請參閱圖5至圖7，圖5為本發明第二實施例的電路組成示意圖，圖6為本發明第二實施例於正半週的電流波形示意圖，圖7為本發明第二實施例於負半週的電流波形示意圖。本實施例該圖騰柱功率因數校正電路1承如前述，其除該第一橋臂11為高頻工作區域之外，該電容13所屬的一支路14亦為高頻工作區域。於此實施例中，該支路14包含有一產生有一第三檢知訊號43的第三比流元件141。進一步地，該第三比流元件141連接有一對該第三檢知訊號43進行整流的第三整流單元142。於此實施例中，該第一整流單元115，該第二整流單元116與該第三整流單元142分別為一半波整流架構。另一方面，整合該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41與該第三檢知訊號43即可產生一第二整合訊號44，而取得該輸入電感3的電流波形。承前模擬方案，進一步施於本實施例，模擬該交流電源2於正半週，該電流訊號31，該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41，該第三檢知訊號43及該第二整合訊號44分別如圖6所揭。由圖6所揭，即可無歧異了解整合該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41以及該第三檢知訊號43的該第二整合訊號44波形與該電流訊號31波形相等，而得透過該第一整合訊號42波形直接體現該輸入電感3於正半週時的波形變化。另一方面，模擬該交流電源2於負半週，該電流訊號31，該第一檢知訊號40，該第二檢知訊號41，該第三檢知訊號43以及該第二整合訊號44就如圖7所示。如此，可無歧異了解該第二整合訊號44波形與該電流訊號31波形相等，而可透過該第二整合訊號44波形直接體現該輸入電感3於負半週時的波形變化。

請參閱圖8，圖8為本發明第三實施例的電路組成示意圖。如圖所示，於本實施例中，該圖騰柱功率因數校正電路5接續於該輸入電感3之後，該圖騰柱功率因數校正電路5包含一第一橋臂51，一與該第一橋臂51並聯的第二橋臂52以及一與該第一橋臂51及該第二橋臂52並聯的電容53，其中，該第一橋臂51包含一第一開關511以及一與該第一開關511串接的第二開關512。該第二橋臂52包含一第三開關521及一與該第三開關521串接的第四開關522，該第二橋臂52以該第三開關521與該第四開關522的串接處與該交流電源2的該第二連接端22連接。進一步地，該圖騰柱功率因數校正電路5透過控制而令該第一橋臂51的工作頻率高於該第二橋臂52的工作頻率。因此，該第一橋臂51於該圖騰柱功率因數校正電路5的整體電路中為該高頻工作區域。又，該第一橋臂51更具有一設於該第一開關511與該第二開關512之間並與該輸入電感3連接的中心抽頭比流元件513，以及一與該中心抽頭比流元件513連接的第四整流單元514。進一步地，該中心抽頭比流元件513包含一初級繞組515以及一與該一初級繞組515形成磁感應的次級繞組516，該初級繞組515更包含有一第一子繞組517，一第二子繞組518，一與該第一子繞組517、該第二子繞組518及該輸入電感3連接的抽頭端519，該第一子繞組517於該第一開關511導通時，因電流經過該第一子繞組517而與該次級繞組516形成磁感應。又，該第二子繞組518於該第二開關512導通時，因電流經過該第二子繞組518而與該次級繞組516形成磁感應。藉此，該中心抽頭比流元件513將於其所屬的該次級繞組516產生一第四檢知訊號45，而該第四整流單元514則自該中心抽頭比流元件513接受該第四檢知訊號45，對該第四檢知訊號45進行整流取得一相應該輸入電感3電流波形的整流訊號46。並參閱圖8及圖9，圖9為本發明第四實施例的電路組成示意圖，於一實施例中，該第四整流單元514可為一半波整流架構或一全波整流架構。

承上，併請參閱圖10至圖11，圖10為本發明第三實施例於正半週的電流波形示意圖，圖11為本發明第三實施例於負半週的電流波形示意圖。於此遂以本實施例所揭電路進行模擬，預設該第一開關511，該第二開關512，該第三開關521及該第四開關522分別為有源元件，且針對該輸入電感3設有該電流感測單元(本圖未示)以取得該輸入電感3的該電流訊號31進行結果比對。此後，模擬該交流電源2於正半週，該電流訊號31，該第四檢知訊號45以及該整流訊號46如圖10所示。由圖10所繪，即可無歧異了解該整流訊號46波形與該電流訊號31波形相等，而得透過該整流訊號46波形直接體現該輸入電感3於正半週時的波形變化。另一方面，模擬該交流電源2於負半週，該電流訊號31，該第四檢知訊號45以及該整流訊號46就如圖11所示。如此，可無歧異了解該整流訊號46波形與該電流訊號31波形相等，而可透過該第一整合訊號42波形直接體現該輸入電感3於負半週時的波形變化。如此，即可解決習用所衍生的實施問題，帶來電路簡化的功效。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能以此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，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

1．．．．．．．．．．．．．圖騰柱功率因數校正電路 11．．．．．．．．．．．．．第一橋臂 111．．．．．．．．．．．．．第一開關 112．．．．．．．．．．．．．第二開關 113．．．．．．．．．．．．．第一比流元件 114．．．．．．．．．．．．．第二比流元件 115．．．．．．．．．．．．．第一整流單元 116．．．．．．．．．．．．．第二整流單元 12．．．．．．．．．．．．．第二橋臂 121．．．．．．．．．．．．．第三開關 122．．．．．．．．．．．．．第四開關 13．．．．．．．．．．．．．電容 14．．．．．．．．．．．．．支路 141．．．．．．．．．．．．．第三比流元件 142．．．．．．．．．．．．．第三整流單元 2．．．．．．．．．．．．．交流電源 21．．．．．．．．．．．．．第一連接端 22．．．．．．．．．．．．．第二連接端 3．．．．．．．．．．．．．輸入電感 31．．．．．．．．．．．．．電流訊號 40．．．．．．．．．．．．．第一檢知訊號 41．．．．．．．．．．．．．第二檢知訊號 42．．．．．．．．．．．．．第一整合訊號 43．．．．．．．．．．．．．第三檢知訊號 44．．．．．．．．．．．．．第二整合訊號 45．．．．．．．．．．．．．第四檢知訊號 46．．．．．．．．．．．．．整流訊號 5．．．．．．．．．．．．．圖騰柱功率因數校正電路 51．．．．．．．．．．．．．第一橋臂 511．．．．．．．．．．．．．第一開關 512．．．．．．．．．．．．．第二開關 513．．．．．．．．．．．．．中心抽頭比流元件 514．．．．．．．．．．．．．第四整流單元 515．．．．．．．．．．．．．初級繞組 516．．．．．．．．．．．．．次級繞組 517．．．．．．．．．．．．．第一子繞組 518．．．．．．．．．．．．．第二子繞組 519．．．．．．．．．．．．．抽頭端 52．．．．．．．．．．．．．第二橋臂 521．．．．．．．．．．．．．第三開關 522．．．．．．．．．．．．．第四開關 53．．．．．．．．．．．．．電容 7．．．．．．．．．．．．．電流感測器 8．．．．．．．．．．．．．圖騰柱功率因數校正電路 81．．．．．．．．．．．．．第一橋臂 9．．．．．．．．．．．．．輸入電感

圖1，為習用電路組成示意圖。 圖2，為本發明第一實施例的電路組成示意圖。 圖3，為本發明第一實施例於正半週的電流波形示意圖。 圖4，為本發明第一實施例於負半週的電流波形示意圖。 圖5，為本發明第二實施例的電路組成示意圖。 圖6，為本發明第二實施例於正半週的電流波形示意圖。 圖7，為本發明第二實施例於負半週的電流波形示意圖。 圖8，為本發明第三實施例的電路組成示意圖。 圖9，為本發明第四實施例的電路組成示意圖。 圖10，為本發明第三實施例於正半週的電流波形示意圖。 圖11，為本發明第三實施例於負半週的電流波形示意圖。

1．．．．．．．．．．．．．圖騰柱功率因數校正電路 11．．．．．．．．．．．．．第一橋臂 111．．．．．．．．．．．．．第一開關 112．．．．．．．．．．．．．第二開關 113．．．．．．．．．．．．．第一比流元件 114．．．．．．．．．．．．．第二比流元件 115．．．．．．．．．．．．．第一整流單元 116．．．．．．．．．．．．．第二整流單元 12．．．．．．．．．．．．．第二橋臂 121．．．．．．．．．．．．．第三開關 122．．．．．．．．．．．．．第四開關 13．．．．．．．．．．．．．電容 2．．．．．．．．．．．．．交流電源 21．．．．．．．．．．．．．第一連接端 22．．．．．．．．．．．．．第二連接端 3．．．．．．．．．．．．．輸入電感

Claims (9)

1. 一種圖騰柱功率因數校正電路，接續於一自一交流電源接受電力的輸入電感之後，該交流電源具有一與該輸入電感連接的第一連接端以及一第二連接端，其包含：一第一橋臂，包含一第一開關及一與該第一開關串接的第二開關，該第一橋臂以該第一開關與該第二開關的串接處與該輸入電感連接；一第二橋臂，與該第一橋臂並聯，包含一第三開關及一與該第三開關串接的第四開關，該第二橋臂以該第三開關與該第四開關的串接處與該交流電源的該第二連接端連接；一電容，與該第一橋臂及該第二橋臂並聯；其中，該第一橋臂為高頻工作區域，具有一與該第一開關串接並感測產生有一第一檢知訊號的第一比流元件，以及一與該第二開關串接並感測產生有一第二檢知訊號的第二比流元件，整合該第一檢知訊號與該第二檢知訊號即取得該輸入電感的電流波形，該第一比流元件連接有一對該第一檢知訊號進行整流的第一整流單元，該第二比流元件連接有一對該第二檢知訊號進行整流的第二整流單元。
2. 如請求項1所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該第一整流單元與該第二整流單元分別為一全波整流架構。
3. 如請求項1所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該電容所屬支路為高頻工作區域，該支路包含有一產生有一第三檢知訊號的第三比流元件，整合該第一檢知訊號，該第二檢知訊號與該第三檢知訊號即取得該輸入電感的電流波形。
4. 如請求項3所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該第三比流元件連接有一對該第三檢知訊號進行整流的第三整流單元。
5. 如請求項4所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該第一整流單元，該第二整流單元與該第三整流單元分別為一半波整流架構。
6. 一種圖騰柱功率因數校正電路，接續於一自一交流電源接受電力的輸入電感之後，該交流電源具有一與該輸入電感連接的第一連接端以及一第二連接端，其包含：一第一橋臂，包含一第一開關及一與該第一開關串接的第二開關；一第二橋臂，與該第一橋臂並聯，包含一第三開關及一與該第三開關串接的第四開關，該第二橋臂以該第三開關與該第四開關的串接處與該交流電源的該第二連接端連接；一電容，與該第一橋臂及該第二橋臂並聯；其中，該第一橋臂為高頻工作區域，具有一設於該第一開關與該第二開關之間並與該輸入電感連接的中心抽頭比流元件以及一與該第四檢知訊號連接的第四整流單元，該中心抽頭比流元件產生有一第四檢知訊號，該第四整流單元對該第四檢知訊號進行整流取得一相應該輸入電感電流波形的整流訊號。
7. 如請求項6所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該中心抽頭比流元件包含一初級繞組以及一與該一初級繞組形成磁感應的次級繞組，該初級繞組更包含有 一第一子繞組，一第二子繞組以及一與該第一子繞組、該第二子繞組及該輸入電感連接的抽頭端。
8. 如請求項6或7所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該第四整流單元為一半波整流架構。
9. 如請求項6或7所述的圖騰柱功率因數校正電路，其中，該第四整流單元為一全波整流架構。