TWI803926B - 具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路及其實施方法 - Google Patents

具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路及其實施方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路，係應用於功率因數修正電路，可在重負載時有效降低整體系統的發熱量，其包含有一金氧半場效電晶體、一二極體模組、及一負載判斷單元，其中，二極體模組具有多組具一開關的一二極體，負載判斷單元可基於負載電流大小，調控二極體模組中各二極體的導通/斷路，係可有效降低各二極體因負載產生的電流大小，進而減少了整體系統的發熱量，此外，更因為二極體並聯導通後的接點電容效應，係可進一步達到優化系統在功率因數修正電路之電磁干擾(EMI)特性。

Description

具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路及其實施方法
本發明涉及一種功率因數修正轉換電路，尤指一種可有效降低整體模組溫度及優化電磁干擾的具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路。
在電子電路中，由於市電電力系統為交流電，大部分的負載都是直流電，因此在使用直流負載時，需要先把交流電轉換為直流電，這類電路也稱作AC/DC轉換器，各國對於市電用電的法規不同但是基本上在60~75W以上的負載就會要求「功率因數」(PF,Power Factor)需大於0.9；而有很多電氣產品(負載)，因內部阻抗的特性，使得其功率因數非常低，若功率因數低於0.9，為提高電氣產品(負載)的功率因數，就需要在電源輸入端加裝功率因數修正電路(Power Factor Correction)，一方面提高電力供給的能量，一方面提高電氣產品(負載)的功率因數(Power Factor)或效率，以能有效解決問題。
請參閱「第1圖」，為習知的升壓電路(Boost Circuit)示意圖，如圖所示，升壓電路1運作原理如下，首先，當金氧半場效電晶體11導通(ON)時，電感12一端被接地，輸入電壓將對電感12進行充電，此時，電感12兩端電壓相當於輸入電壓，電感電流呈線性上升；而當金氧半場效電晶體11斷路(OFF)時，電感12的電壓反向，則電感12通過二極體13向負載供電；升壓電路(Boost Circuit)經常被用於作為功率因數修正電路(Power Factor Correction)，然而，當面臨重負載時，電路係會因為大電流，使裸晶(die)產生較高的發熱量，將會容易造成負載過熱或運作環境不良等問題，此外，電路通電時，經常伴隨著電磁干擾(EMI)問題發生，據此，如何有效降低電路的發熱量及優化電磁干擾(EMI)特性，此乃待須解決之問題。
有鑒於上述的問題，本發明人係依據多年來從事相關行業的經驗，針對功率因數修正轉換電路進行改進；緣此，本發明之主要目的在於提供一種藉由金氧半場效電晶體及二極體模組，有效降低電路的發熱量及優化電磁干擾的具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路。
為達上述的目的，本發明具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路包含有一金氧半場效電晶體、二極體模組、及一負載判斷單元，其中，二極體模組包含複數個相並聯具一開關的一二極體；在實施時，當金氧半場效電晶體為 斷路時，一負載電流將流經負載判斷單元及二極體模組，係由負載判斷單元基於負載電流對二極體模組的各開關進行調控，在負載為重負載時，二極體模組係有兩個以上的二極體導通，如此便可降低單一二極體的電流大小，進而使整體系統發熱量降低，此外，更因為各二極體並聯導通後的接點電容效應，係可進一步達到優化系統在功率因數修正電路(Power Factor Correction)之電磁干擾(EMI)特性。
為使貴審查委員得以清楚了解本發明之目的、技術特徵及其實施後之功效，茲以下列說明搭配圖示進行說明，敬請參閱。
1:升壓電路
11:金氧半場效電晶體
12:電感
13:二極體
2:具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路
21:金氧半場效電晶體
211:二極體
22:二極體模組
221:開關
222:二極體
23:負載判斷單元
231:記憶體查表
3:電感
4:輸出電容
I:負載電流
第1圖，為習知的升壓電路(Boost Circuit)示意圖。
第2圖，為本發明之電路方塊示意圖。
第3圖，為本發明之實施示意圖(一)。
第4圖，為本發明之實施示意圖(二)。
第5圖，為本發明之實施示意圖(三)。
第6圖，為本發明之記憶體查表示例。
請參閱「第2圖」，為本發明之電路方塊示意圖， 如圖所示，本發明之具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路2，包含有一金氧半場效電晶體21、一二極體模組22、及一負載判斷單元23，係應用於一功率因數修正轉換電路，其可選為一升壓電路(Boost Circuit)，具有一電感3及一輸出電容4，以下對各要件作說明及例示：(1)金氧半場效電晶體21並聯連接一二極體211，且金氧半場效電晶體21與電感3呈電性連接，係可藉由金氧半場效電晶體21的導通/斷路，達到功率因數修正的目的；(2)二極體模組22兩端分別與負載判斷單元23及輸出電容4呈電性連接，二極體模組22由複數個具一開關221的一二極體222所組成，各開關221受負載判斷單元23調控，根據不同的負載大小，係可藉由選擇讓各二極體222導通，有效降低整體模組的發熱比，可選的，各二極體222可為相同規格二極體，亦可為相異規格的二極體；(3)負載判斷單元23兩端分別與電感3及二極體模組22呈電性連接，負載判斷單元23供以接收一負載，並基於負載控制各開關221，使各該二極體222閉路或斷路；較佳的，負載判斷單元23儲存有一記憶體查表(lookup table)，負載判斷單元23係在接收負載後，依據記憶體查表控制開關221選擇閉路/斷路的二極體222。
請參閱「第3圖」，為本發明之實施示意圖(一)，如圖所示，本發明之具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路2在實施時，金氧半場效電晶體21將會進行導通(ON)/斷路(OFF)，以達到功率因數修正，當金氧半場效電晶體21斷路時，負載電流I將流經二極體模組22及負載判斷單元23，此時，係由負載判斷單元23基於負載電流I大小，調控二極體模組22之各開關221的閉路(ON)/斷路(OFF)，使各二極體222隨著負載輕重不同，形成有不同導通組合。
請參閱「第4圖」，為本發明之實施示意圖(二)，當實施時為輕負載，負載判斷單元23係接收到較小的負載電流I，此時，將可控制二極體模組22透過單一、較少、或尺寸較小的二極體222進行導通，以減少在電路上的損耗；如圖所示，本圖係以當負載電流I為1A作為輕負載示例，此時，負載判斷單元23係選擇僅使二極體模組22中的一組開關221形成閉路導通，降低損耗。
請參閱「第5圖」，為本發明之實施示意圖(三)，當實施時為重負載，負載判斷單元23係接收到較大的負載電流I，此時，將可控制二極體模組22透過較多、或尺寸較大的二極體222進行導通，以減少電路產生較高的發熱量；如圖所示，本圖係以當負載電流I為5A作為重負載示例，此時，負載判斷單元23係選擇將二極體模組22中的五組開 關221形成閉路導通，透過降低流經各二極體222的電流，係可達成有效降低電路發熱量的目的，此外在重載時，更因為各二極體222並聯導通後的接點電容效應，係可進一步達到優化系統在功率因數修正電路(Power Factor Correction)之電磁干擾(EMI)特性。
請參閱「第6圖」，為本發明之記憶體查表示例，如圖所示，本發明之負載判斷單元23可內建有一記憶體查表231，由於在不同的負載電流I下，負載判斷單元23係將選擇最佳的二極體模組22導通組合，然而，二極體模組22導通組合，並不一定隨著負載電流I大小而與二極體222導通數量呈線性關係，並且當各二極體222並非為同一規格時，係無法僅憑負載電流I對二極體222以單純線性關係進行導通判斷，故，係可藉由負載判斷單元23內建的記憶體查表231，輔助負載判斷單元23對二極體模組22的導通組合進行調控，以達到最佳的降低電路發熱量功效。
由上所述可知，本發明具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路，係可應用於功率因數修正電路，其具有一金氧半場效電晶體、一二極體模組、及一負載判斷單元，其中，二極體模組包含有複數組具一開關的一二極體，各二極體可選為相同規格或相異規格；本發明在連接有一負載實施時，金氧半場效電晶體將導通(ON)/斷路(OFF)，以進行功率因數修正，當金氧半場效電晶體 斷路時，負載電流將流經二極體模組及負載判斷單元，負載判斷單元基於負載電流，調控二極體模組之各開關，使各二極體呈閉路或斷路，藉由在重載時，透過至少兩個以上、較多、或尺寸較大的二極體進行導通，係可降低各二極體所流經的電流，以減少電路產生較高的發熱量，此外，更因為各二極體222並聯導通後的接點電容效應，係可進一步達到優化系統在功率因數修正電路(Power Factor Correction)之電磁干擾(EMI)特性。
唯，以上所述者，僅為本發明之較佳之實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
綜上所述，本發明係具有「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起發明專利之申請。
2:具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路
21:金氧半場效電晶體
211:二極體
22:二極體模組
221:開關
222:二極體
23:負載判斷單元
3:電感
4:輸出電容

Claims (7)

  1. 一種具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路，應用於一功率因數修正轉換電路，並在連接有一負載時，進行功率因數修正，包含： 一金氧半場效電晶體； 一二極體模組與該金氧半場效電晶體呈電性連接，其包含有複數個具一開關的一二極體，各該二極體呈並聯電性連接；以及 一負載判斷單元，與該金氧半場效電晶體及該二極體模組電性連接，供以接收一負載電流，並基於該負載電流控制該開關，使各該二極體呈閉路或斷路。
  2. 如請求項1所述之具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路，其中，該負載判斷單元具有一記憶體查表，該負載判斷單元基於該負載電流及該記憶體查表調控該開關。
  3. 如請求項1所述之具金氧半場效電晶體與二極體模組的電路，其中，各該二極體為相同規格或相異規格。
  4. 一種具金氧半場效電晶體與二極體模組電路的實施方法，應用於一功率因數修正轉換電路，並在連接有一負載時，進行功率因數修正，包含： 一金氧半場效電晶體斷路時，一負載電流流經一二極體模組及一負載判斷單元，該負載判斷單元基於該負載電流，調控該二極體模組之各一開關，使各一二極體呈閉路或斷路。
  5. 如請求項4所述之具金氧半場效電晶體與二極體模組電路的實施方法，其中，該負載判斷單元基於該負載電流及該記憶體查表調控該開關。
  6. 如請求項4所述之具金氧半場效電晶體與二極體模組電路的實施方法，其中，各該二極體為相同規格或相異規格。
  7. 如請求項4所述之具金氧半場效電晶體與二極體模組電路的實施方法，其中，該負載為重負載時，該負載判斷單元調控該開關，使至少兩組該二極體導通。
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