TWM452239U - 可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器 - Google Patents

可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器 Download PDF

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TWM452239U
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capacitor
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zhi-long Shen
shi-xue Yang
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Univ Nat Kaohsiung 1St Univ Sc
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可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器
本新型是有關於一種隔離型單開關升降壓式轉換器，特別是指一種可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器。
功率因素指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關係，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。電源供應器上的功率因素校正器的運作原理是去控制調整交流電電流輸入的時間與波型，使其與直流電電壓波型儘可能一致，讓功率因素趨近於一。這對於電力需求量大到某一個水準的電子設備而言是很重要的，否則電力設備系統消耗的電力可能超出其規格，極可能干擾其他電子設備。一般狀況下，電子設備沒有功率因素校正(Power Factor Correction,PFC)時其PF值約只有0.5。
功率因素校正的好處包含：增加電力系統容量以及穩定電流。低功率因素即代表低的電力效能，越低的功率因素值代表越高比例的電力在配送網絡中耗損，若較低的功率因素沒有被校正提昇，電力公司除了有效功率外，還要提供與工作非相關的虛功，這導致需要更大的發電機、轉換機、輸送工具、纜線及額外的配送系統等事實上可被省略的設施，以彌補損耗的不足。有PFC(Power Factor Correction，簡稱PFC)功能的電子設備配可以幫助改善自身能源使用率，減少電費，PFC也是一種環保科技，可以有效減低造成電力污染之諧波，是對社會全體有益的功能。
現今，由於科技的進步，使得電器用品大量的應用在不同，而家裏中的電器大有些是直流電的電器，而以往的電器功率因素都很低。有鑑於此，實在有必要研究出高功率因素的裝置。
因此，本新型之目的，即在提供一種可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，包含：控制器、整流器、第一電感器、電晶體、第四二極體、第二電感器、第一二極體、第二二極體、第二電容器、第一二極體、第二二極體、第二電容器、變壓器、第三二極體、第三電容器、電阻負載。控制器用以產生一脈波。整流器之第一端連接一交流電之第一端，整流器之第二端連接交流電之第二端。第一電感器之第一端連接整流器之第三端。電晶體之第一端連接電感器之第二端，電晶體之第二端連接控制器之脈波，電晶體之第三端連接整流器之第四端。第四二極體之第一端連接電晶體之第一端，第四二極體之第二端連接整流器之第四端。第一電容器之第一端連接第一電感器之第二端。第二電感器之第一端連接第一電感器之第二端。第一二極體之第一端連接第二電感器之第二端。第二二極體之第一端連接第一電容器之第二端，第二二極體之第 二端連接第一二極體之第二端。第二電容器之第一端連接第二二極體之第二端，第二電容器之第二端連接整流器之第四端。變壓器具有一第一側與一第二側，變壓器之第一側之第一端連接到第一電容器之第二端，變壓器之第一側之第二端連接到整流器之第四端。第三二極體之第一端連接變壓器之第二側之第一端。第三電容器之第一端連接第三二極體之第二端，第三電容器之第一端連接變壓器之第二側之第二端。電阻負載之第一端連接第三二極體之第二端，電阻負載之第二端連接變壓器之第二側之第二端。
於是，本新型之功效在於提供一種功率因素校正電路，以往的交流對直流的轉換，並沒有使用好的高功率因素校正電路，本新型提供一種新功率因素校正電路，可以得到高的功率因素，並改善以往電路容易受到電磁干擾的問題，這實為本新型的功效。
有關本新型之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2，本新型之較佳實施例，一種可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，包含：控制器10、整流器20、第一電感器L1、電晶體M1、第四二極體D4、第二電感器L2、第一二極體D1、第二二極體D2、第二電容器C2、第一二極體D1、第二二極體D2、第二電容器C2、變壓器T1、第三二極體D3、第三電容器C3、電阻負載RL 。控制器10用以產生一脈波。整流器20之第一端連接一交流電之第一端，整流器20之第二端連接交流電之第二端。第一電感器L1之第一端連接整流器20之第三端。電晶體M1之第一端連接電感器之第二端，電晶體M1之第二端連接控制器10之脈波，電晶體M1之第三端連接整流器20之第四端。第四二極體D4之第一端連接電晶體M1之第一端，第四二極體D4之第二端連接整流器20之第四端。第一電容器C1之第一端連接第一電感器L1之第二端。第二電感器L2之第一端連接第一電感器L1之第二端。第一二極體D1之第一端連接第二電感器L2之第二端。第二二極體D2之第一端連接第一電容器C1之第二端，第二二極體D2之第二端連接第一二極體D1之第二端。第二電容器C2之第一端連接第二二極體D2之第二端，第二電容器C2之第二端連接整流器20之第四端。變壓器T1具有一第一側與一第二側，變壓器T1之第一側之第一端連接到第一電容器C1之第二端，變壓器T1之第一側之第二端連接到整流器20之第四端。第三二極體D3之第一端連接變壓器T1之第二側之第一端。第三電容器C3之第一端連接第三二極體D3之第二端，第三電容器C3之第一端連接變壓器T1之第二側之第二端。電阻負載RL之第一端連接第三二極體D3之第二端，電阻負載RL之第二端連接變壓器T1之第二側之第二端。
其中，該電晶體M1係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。其中，控制器10係選自：一微控制器 (Micro-controller)、一安謀(ARM)控制器與一數位訊號處理(DSP)控制器。
其中，整流器20係為一橋式整流器。橋式整流器，包含：一第十一二極體D11、一第十二二極體D12、一第十三二極體D13與一第十四二極體D14。第十一二極體D11之第一端(P型)連接交流電之第一端，第十一二極體D11之第二端(N型)連接該第一電感器L1之第一端。第十二二極體D12之第一端連接第十一二極體D11之第二端(N型)，第十二二極體D12之第二端(P型)連接接交流電之第二端。第十三二極體D13之第一端(N型)連接交流電之第一端，第十三二極體D13之第二端(P型)連接該電晶體M1之第三端。第十四二極體D14之第一端(P型)連接第十三二極體D13之第二端，第十四二極體D14之第二端(N型)連接接交流電之第二端。整流器20的目的，即是把具有正負半周交流電壓變成只具有正半周的脈波直流。
接著，請參閱圖2，本新型的變壓器T1之一次側等效模型50，包含：一漏電感Lleak 、一第一激磁電感Lm1 與一第二激磁電感Lm2 。漏電感Lleak 之第一端連接到第二二極體D2之第一端。第一激磁電感Lm1 之第一端連接漏電感Lleak 之第二端，第一激磁電感Lm1 之第二端連接電晶體M1之第三端。第二激磁電感Lm2 之第一端連接漏電感Lleak 之第二端，第二激磁電感Lm2 之第二端連接電晶體M1之第三端。
接著，請參閱圖3，其中，當控制器10之脈波為高電 位時(電晶體M1開關導通時)，整流器20之第三端電流路徑(path1)流經第一電感器L1與電晶體M1，第一電容器C1的能量經由電晶體M1放電至變壓器T1之第一側並產生一第一感應電壓(對漏電感Lleak 與第一激磁電感Lm1 放電)(path2)，變壓器T1經由耦合在變壓器T1之第二側產生一第二感應電壓，由於第二感應電壓的電壓極性不同於第三二極體D3，所以不會經由第三二極體D3對第三電容器C3與電阻負載RL充電，此時，而第二電容器C2的能量經由電晶體M1、第一二極體D1放電至第二電感器L2(path3)。此時，由第三電容器C3所儲存的能量放電至電阻負載RL(path4)。
接著，請參閱圖4，當控制器10之脈波為低電位時(電晶體M1開關關閉時)，整流器20之第三端電流路徑(path5)流經第一電感器L1、第一電容器C1、第二二極體D2與第二電容器C2，第二電感器L2經由第一二極體D1與第二二極體D2對第一電容器C1放電(path6)，變壓器T1之第一側所儲存的能量透過第二二極體D2對第二電容器C2充電(path7)，此時，變壓器T1之第一側產生一第三感應電壓，變壓器T1經由耦合在變壓器T1之第二側產生一第四感應電壓，由於第四感應電壓的電壓極性同於第三二極體D3，所以會經由第三二極體D3對第三電容器C3與電阻負載RL充電(path8)。
於是，本新型之目的在於提供一種功率因素校正電路，以往的交流對直流的轉換，並沒有使用好的高功率因素 校正電路，本新型提供一種可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，可以得到高的功率因素，並改善以往電路容易受到電磁干擾的問題，且使得電壓與電流同相位與減少諧波。此外，相較於先前技術而言，本新型所需之電晶體以及相關控制電路相對較少，故可達到降低成本之目的。
綜合上述，故可以達成本新型之目的。
惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧控制器
20‧‧‧整流器
50‧‧‧變壓器之一次側等效模型
M1‧‧‧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
D11‧‧‧第十一二極體
D12‧‧‧第十二二極體
D13‧‧‧第十三二極體
D14‧‧‧第十四二極體
T1‧‧‧變壓器
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
C3‧‧‧第三電容器
L1‧‧‧第一電感器
L2‧‧‧第二電感器
Lleak‧‧‧漏電感
Lm1‧‧‧第一激磁電感
Lm2‧‧‧第二激磁電感
RL‧‧‧電阻負載
圖1是本新型之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器；圖2是本新型之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器之變壓器第一側等效模型圖；圖3是本新型之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器之第一路徑圖；及圖4是本新型之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器之第二路徑圖。
10‧‧‧控制器
20‧‧‧整流器
M1‧‧‧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
D11‧‧‧第十一二極體
D12‧‧‧第十二二極體
D13‧‧‧第十三二極體
D14‧‧‧第十四二極體
T1‧‧‧變壓器
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
C3‧‧‧第三電容器
L1‧‧‧第一電感器
L2‧‧‧第二電感器
RL‧‧‧電阻負載

Claims (4)

  1. 一種可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，包含：一控制器，用以產生一脈波；一整流器，該整流器之第一端連接一交流電之第一端，該整流器之第二端連接該交流電之第二端；一第一電感器，該第一電感器之第一端連接該整流器之第三端；一電晶體，該電晶體之第一端連接該電感器之第二端，該電晶體之第二端連接該控制器之該脈波，該電晶體之第三端連接該整流器之第四端；一第四二極體，該第四二極體之第一端連接該電晶體之第一端，該第四二極體之第二端連接該整流器之第四端；一第一電容器，該第一電容器之第一端連接該第一電感器之第二端；一第二電感器，該第二電感器之第一端連接該第一電感器之第二端；一第一二極體，該第一二極體之第一端連接該第二電感器之第二端；一第二二極體，該第二二極體之第一端連接該第一電容器之第二端，該第二二極體之第二端連接該第一二極體之第二端；一第二電容器，該第二電容器之第一端連接該第 二二極體之第二端，該第二電容器之第二端連接該整流器之第四端；一變壓器，具有一第一側與一第二側，該變壓器之該第一側之第一端連接到該第一電容器之第二端，該變壓器之該第一側之第二端連接到該整流器之第四端；一第三二極體，該第三二極體之第一端連接該變壓器之該第二側之第一端；一第三電容器，該第三電容器之第一端連接該第三二極體之第二端，該第三電容器之第一端連接該變壓器之該第二側之第二端；及一電阻負載，該電阻負載之第一端連接該第三二極體之第二端，該電阻負載之第二端連接該變壓器之該第二側之第二端；其中，當該控制器之該脈波為高電位時，該整流器之第三端電流路徑流經該第一電感器與該電晶體，該第一電容器的能量經由該電晶體放電至該變壓器之該第一側並產生一第一感應電壓，該變壓器經由耦合在該變壓器之該第二側產生一第二感應電壓，由於該第二感應電壓的電壓極性不同於該第三二極體，所以不會經由第三二極體對該第三電容器與該電阻負載充電，此時，而該第二電容器的能量經由該第一二極體放電至該第二電感器；當該控制器之該脈波為低電位時，該整流器之第三端電流路徑流經該第一電感器、 該第一電容器、該第二二極體與該第二電容器，該第二電感器經由該第一二極體與該第二二極體對第一電容器放電，該變壓器之該第一側所儲存的能量對該第二電容器充電，此時，該變壓器之該第一側產生一第三感應電壓，該變壓器經由耦合在該變壓器之該第二側產生一第四感應電壓，由於該第四感應電壓的電壓極性同於該第三二極體，所以會經由第三二極體對該第三電容器與該電阻負載充電。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，其中，該電晶體係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，其中，該整流器係為一橋式整流器。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之可運用於風力發電之隔離型單開關升降壓式轉換器，其中，該控制器係選自：一微控制器、一ARM控制器與一DSP控制器。
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