TWI689160B

TWI689160B - 一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路

Info

Publication number: TWI689160B
Application number: TW107103697A
Authority: TW
Inventors: 李長潭; 陳信宏
Original assignee: 亞源科技股份有限公司
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-03-21
Also published as: TW201935824A

Abstract

一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路，適用於一切換式電源供應裝置，切換式電源供應裝置具有一在線模式及一電池模式，並供電性導接至一高電壓端及一電池，其中升壓型直流轉換電路包括一電壓輸入控制單元及一電壓暫存單元，電壓輸入控制單元可電性導接至高電壓端及電池，電壓暫存單元可電性導接至電壓輸入控制單元，呈在線模式時，依據電壓輸入控制單元對高電壓端電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存高電壓端電壓後再放電，呈電池模式時，依據電壓輸入控制單元對電池電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存電池電壓後再放電。

Description

一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路

本發明是有關於一種高升壓型直流轉換電路，尤其是有關於一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路。

不斷電系統是電器設備中經常使用的電壓調變裝置，是由不斷電系統接受市電並提供至搭載的電池及輸出至其它電器設備，當原本供電的市電無預期停止供電時，則可直接切換至電池供電，並由電池輸出電力至其它電器設備，以避免電器設備因突然斷電而造成不必要的損壞。

然而，以往的不斷電系統必須另外設置一連結電池的升壓電路(Push-Pull)，透過升壓電路使電池輸出的電壓提升，以達到可供驅動電器設備的電壓值，但是傳統的升壓電路需要另設置線圈結構，如此一來，不僅會增加系統體積，更會導致成本上升。

因此，如何簡化不斷電系統中的電路結構，以降低系統整體的體積，以及降低系統成本，這都會是本案所要著重的問題焦點。

本發明之一目是在提供一種可降低系統的整體的一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路。

本發明之另一目是在提供一種可降低系統成本的一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路。

本發明提出一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路，適用於一切換式電源供應裝置，所述切換式電源供應裝置具有一在線模式及一電池模式，並供電性導接至一高電壓端及一電池，其中所述升壓型直流轉換電路包括一電壓輸入控制單元及一電壓暫存單元，電壓輸入控制單元可電性導接至所述高電壓端及所述電池，在所述在線模式時，所述電壓輸入控制單元供控制及輸出所述高電壓端的一高電壓端電壓的輸出/入路徑，在所述電池模式時，所述電壓輸入控制單元控制所述電池的一電池電壓的輸出/入路徑，電壓暫存單元可電性導接至所述電壓輸入控制單元，在所述在線模式時，依據所述電壓輸入控制單元對所述高電壓端電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存所述高電壓端電壓後再放電，以提高所述高電壓端電壓的總輸出值，在所述電池模式時，依據所述電壓輸入控制單元對所述電池電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存所述電池電壓後再放電，以提高所述電池電壓的總輸出值。

綜以上所述，由於本發明具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路，可將原有的升壓電路另新增電壓暫存單元，並透過電壓暫存單元的充/放電提高電壓的總輸出值，由於不需另外設置升壓電路，如此一來，不僅可降低系統的整體，還能降低系統成本。

為讓本發明之上述和其他目的、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做詳細說明如下。

L:高電壓端

N:接地端

VB:電池

1:升壓型直流轉換電路

2:逆變器

11:電壓輸入控制單元

12:電壓暫存單元

Q1:第一電晶體

Q2:第二電晶體

Q3:第三電晶體

Q4:第四電晶體

Q5:第五電晶體

Q6:第六電晶體

Q7:第七電晶體

Q8:第八電晶體

D1:第一二極體

D2:第二二極體

D3:第三二極體

D4:第四二極體

D5:第五二極體

D6:第六二極體

L1:第一電感

L2:第二電感

Q11、Q21、Q31、Q41、Q51、Q61、Q71、Q81:輸入端

Q12、Q22、Q32、Q42、Q52、Q62、Q71、Q81:輸出端

C1:第一電容

C2:第二電容

C3:第三電容

C4:第四電容

圖1是本發明一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路的電路圖；圖2是圖1的高升壓型直流轉換電路在第一在線正半周時的電路示意圖；圖3是圖1的高升壓型直流轉換電路在第二在線正半周時的電路示意圖；圖4是圖1的高升壓型直流轉換電路在第一在線負半周時的電路示意圖；圖5是圖1的高升壓型直流轉換電路在第二在線負半周時的電路示意圖；圖6是圖1的高升壓型直流轉換電路在第一電池正半周時的電路示意圖；圖7是圖1的高升壓型直流轉換電路在第二電池正半周時的電路示意圖；圖8是圖1的高升壓型直流轉換電路在第一電池負半周時的電路示意圖；圖9是圖1的高升壓型直流轉換電路在第二電池負半周時的電路示意圖；圖10是本發明另一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路的電路圖；圖11是圖10的逆變器在第一逆變正半周時的電路示意圖；圖12是圖10的逆變器在第二逆變正半周時的電路示意圖；圖13是圖10的逆變器在第一逆變負半周時的電路示意圖；及圖14是圖10的逆變器在第二逆變負半周時的電路示意圖。

本發明一實施例為一種具有功率因數校正(Power Factor Correction)的高升壓型直流轉換電路(Boost)，可適用於一切換式電源供應裝置(UPS)，該切換式電源供應裝置具有一在線模式及一電池模式USP。參考圖1所示，所述的切換式電源供應裝置具有一在線模式及一電池模式，並供電性導接至一高電壓端L及一電池VB，其中升壓型直流轉換電路1包括一電壓輸入控制單元11及一電壓暫存單元12。電壓輸入控制單元11可電性導接至高電壓端L及電池VB，並呈在線模式時，電壓輸入控制單元11供控制高電壓端的一高電壓端電壓的輸出/入路徑；在電池模式時，電壓輸入控制單元11控制該電池的一電池電壓的輸出/入路徑。

電壓暫存單元12可電性導接至電壓輸入控制單元11，呈在線模式時，依據該電壓輸入控制單元11對高電壓端電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存高電壓端電壓後再放電，以提升高電壓端電壓的總輸出值；在電池模式時，電壓暫存單元12則依據電壓輸入控制單元11對電池電壓的輸出/入路徑的控制、接收儲存電池電壓後再放電，以提高電池電壓的總輸出值。

其中該電壓輸入控制單元11包括一第一電晶體Q1、一第二電晶體Q2、一第三電晶體Q3、一第四電晶體Q4、一第五電晶體Q5、一第六電晶體Q6、一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3、一第四二極體D4、一第五二極體D5、一第六二極體D6及一第一電感L1。所述的各電晶體分別具有一輸入端、一輸出端及一控制端。所述的二極體分別具有一輸入端及一輸出端。其中電壓暫存單元12包括一第一電容C1、一第二電容C2及一第三電容C3，其中所述的各電晶體在本例中可為N型電晶體(N-ChannelMOSFET)。

第一二極體D1的輸出端可電性導接至高電壓端L及第一電感L1的一端。第一二極體D1的輸入端可電性導接至電池VB的一電壓正極端及第二二極體D2的輸入端，第二二極體D2的輸出端可電性導接至第一電容C1的一端及第六二極體D6的輸入端。第一電容C1的另一端可電性導接至第一電感L1的另一端、第一電晶體Q1的輸入端Q11及第四電晶體Q4的輸入端Q41。第一電晶體Q1的輸出端Q12可電性導接至第二電晶體Q2的輸出端Q22。第二電晶體Q2的輸入端Q21可電性導接至第三二極體D3的輸入端、第四二極體D4的輸入端及第六二極體D6的輸出端。第三二極體D3的輸出端可電性導接至第二電容C2的一端。第二電容C2的另一端可電性導接至第三電晶體Q3的輸出端Q32、第三電容C3的一端及一接地端N。第三電晶體Q3的輸入端Q31可電性導接至第四二極體D4的輸出端。第三電容C3的另一端可電性導接至第五二極體D5的輸入端。第五二極體D5的輸出端可電性導接至第六電晶體Q6的輸出端Q62及第四電晶體Q4的輸出端Q42。第六電晶體Q6的輸入端Q61可電性導接至接地端N。第四電晶體Q4的輸出端Q42可電性導接至第五電晶體Q5的輸入端Q51。第五電晶體Q5的輸出端Q52可電性導接至電池VB的一電壓負極端。

其中，本例所述的在線模式具有一第一在線正半周、一第二在線正半周、一第一在線負半周及一第二在線負半周；電池模式則具有一第一電池正半周、一第二電池正半周、一第一電池負半周及一第二電池負半周。參考圖2所示，當切換式電源供應裝置1呈第一在線正半周時，第四電晶體Q4及第六電晶體Q6的各控制端受一驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3及第五電晶體Q5呈不導通；如圖3所示，當切換式電源供應裝置1呈第二在線正半周時，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2的控制端受驅動訊號驅動呈導通，第三電晶體Q3、第四電晶體Q4、第五電晶體Q5及第六電晶體Q6呈不導通；如圖4所示，當切換式電源供應裝置1呈第一在線負半周時，第四電晶體Q4及第六電晶體Q6的各控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3及第五電晶體Q5呈不導通；如圖5所示，當切換式電源供應裝置1呈第二在線負半周時，第四電晶體Q4的控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3、第五電晶體Q5及第六電晶體Q6呈不導通；如圖6所示，當切換式電源供應裝置1呈第一電池正半周時，第四電晶體Q4及第五電晶體Q5的各控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3及第六電晶體Q6呈不導通；如圖7所示，當切換式電源供應裝置1呈第二電池正半周時，第五電晶體Q5及第六電晶體Q6的各控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3及第四電晶體Q4呈不導通；如圖8所示，當切換式電源供應裝置1呈第一電池負半周時，第四電晶體Q4及第五電晶體Q5的各控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第三電晶體Q3及第六電晶體Q6呈不導通；如圖9所示，當切換式電源供應裝置1呈第二電池負半周時，第三電晶體Q3及第五電晶體Q5的各控制端受驅動訊號驅動呈導通，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第四電晶體Q4及第六電晶體Q6呈不導通。

本發明另一實施例的一種具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路，如圖10所示，其中切換式電源供應裝置1更包括一逆變器2(Inverter)。在本例中，逆變器2包括一第七電晶體Q7、一第八電晶體Q8、一第二電感L2及一第四電容C4，所述的各電晶體分別具有一輸入端、一輸出端及一控制端，其中所述的各電晶體在本例中可為N型電晶體(N-ChannelMOSFET)。第七電晶體Q7的輸入端Q71可電性導接至第二電容C2及第三二極體D3的輸出端，第七電晶體Q7的輸出端Q72可電性導接至第八電晶體Q8的輸入端Q81及第二電感L2的一端。第二電感L2的另一端可電性導接至第四電容C4的一端。第四電容C4的另一端可電性導接至接地端N。第八電晶體Q8的輸出端Q82可電性導接至第三電容C3及第五二極體D5的輸入端。

另外，本例中所述的逆變器2具有一第一逆變正半周、一第二逆變正半周、一第一逆變負半周及一第二逆變負半周。如圖11所示，當逆變器2呈第一逆變正半周時，第七電晶體Q7的控制端受一驅動訊號驅動呈導通，第八電晶體Q8呈不導通；如圖12所示，當逆變器2呈第二逆變正半周時，第八電晶體Q8的控制端受驅動訊號驅動呈導通，第七電晶體Q7呈不導通；如圖13所示，當逆變器2呈該第一逆變負半周時，第八電晶體Q8的控制端受驅動訊號驅動呈導通，第七電晶體Q7呈不導通；如圖14所示，當逆變器2呈第二逆變負半周時，第七電晶體Q7的控制端受驅動訊號驅動呈導通，第八電晶體Q8呈不導通。

本發明提出一具有功率因數校正的高升壓型直流轉換電路，可將直流轉換電路與升壓電路共用，並透過電壓暫存單元的各電容對輸入電壓進行充/放電，以提高輸出電壓的總輸出值，由於不需另外設置升壓電路，如此一來，不僅可降低系統的整體，還能降低系統成本，並達成上述所有目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後付的申請專利範圍所界定者為準。