TWM452545U - 雙輸出功率因數校正電路 - Google Patents

Description

雙輸出功率因數校正電路

本新型是有關於一種功率因數校正電路，特別是指一種雙輸出功率因數校正電路。

功率因數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。基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。電源供應器上的功率因數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，讓功率因數趨近於1。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數校正(Power Factor Correction,PFC)時其PF值約只有0.5。

功率因數校正的好處包含：增加電力系統容量以及穩定電流。低功率因數即代表低的電力效能，越低的功率因數值代表越高比例的電力在配送網絡中耗損，若較低的功率因數沒有被校正提昇，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，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，而家裏中的電器大都是直流電的電器，而以往的校正電器功率的裝置只提供單一電源輸出，其成本又高。有鑑於此，實在有必要研究出高功率因數的裝置，且提供一雙電源的輸出，使其成本降低。

因此，本新型之目的，即在提供一種雙輸出功率因數校正電路，包含：控制器、第一電晶體、第一二極體、第一電容器、第一耦合電感、第三二極體、第一負載、電感器、第二電晶體、第二二極體、第二電容器、第一耦合電感、第四二極體與第二負載。控制器用以產生一第一脈波與一第二脈波。第一電晶體之第一端連接一交流電之第一端，第一電晶體之第二端連接控制器之第一脈波。第一二極體之第一端連接第一電晶體之第一端，第一二極體之第二端連接第一電晶體之第三端。第一電容器之第一端連接到第一電晶體之第三端。第一耦合電感之第一端連接交流電之第一端，第一耦合電感之第二端連接第一電容器之第二端。第三二極體之第一端連接第一電容器之第二端。第一負載之第一端連接交流電之第一端，第一負載之第二端連接第三二極體之第二端。電感器之第一端連接第一電晶體之第三端。第二電晶體之第一端連接電感器之第二端，第二電晶體之第二端連接控制器之第二脈波，第二電晶體 之第三端連接一交流電之第二端。第二二極體之第一端連接第二電晶體之第一端，第二二極體之第二端連接第二電晶體之第三端。第二電容器之第一端連接第二電晶體之第一端。第一耦合電感之第一端連接第二電容器之第二端，第一耦合電感之第一端連接交流電之第二端。第四二極體之第一端連接連第二電容器之第二端。第二負載之第一端連接第四二極體之第二端，第二負載之第二端連接交流電之第二端。

於是，本新型之功效在於提供一種雙輸出功率因數校正電路，以往的交流對直流的轉換，並沒有使用過成本低的功率因數校正器，本新型一次使用雙輸出的功率校正電路，來達成具有雙輸出電源與高的校正功率因數，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1，本新型之較佳實施例，包含：控制器10、第一電晶體M1、第一二極體D1、第一電容器C1、第一耦合電感Ls1、第三二極體D3、第一負載20、電感器L、第二電晶體M2、第二二極體D2、第二電容器C2、第二耦合電感Ls2、第四二極體D4與第二負載30。控制器10用以產生一第一脈波與一第二脈波。第一電晶體M1之第一端連接一交流電之第一端，第一電晶體M1之第二端連接控制器 10之第一脈波。第一二極體D1之第一端(P型)連接第一電晶體M1之第一端，第一二極體D1之第二端(N型)連接第一電晶體M1之第三端。第一電容器C1之第一端連接到第一電晶體M1之第三端。第一耦合電感Ls1之第一端連接交流電之第一端，第一耦合電感Ls1之第二端連接第一電容器C1之第二端。第三二極體D3之第一端(P型)連接第一電容器C1之第二端。第一負載20之第一端連接交流電之第一端，第一負載20之第二端連接第三二極體D3之第二端(N型)。電感器L之第一端連接第一電晶體M1之第三端。第二電晶體M2之第一端連接電感器L之第二端，第二電晶體M2之第二端連接控制器10之第二脈波，第二電晶體M2之第三端連接一交流電之第二端。第二二極體D2之第一端(N型)連接第二電晶體M2之第一端，第二二極體D2之第二端(P型)連接第二電晶體M2之第三端。第二電容器C2之第一端連接第二電晶體M2之第一端。第二耦合電感Ls2之第一端連接第二電容器C2之第二端，第二耦合電感Ls2之第一端連接交流電之第二端。第四二極體D4之第一端(P型)連接連第二電容器C2之第二端。第二負載30之第一端連接第四二極體D4之第二端(N型)，第二負載30之第二端連接交流電之第二端。

其中，第一電晶體M1係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。其中，第二電晶體M2係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。

其中，第一負載20包含：第三電容器C3與第一負載 電阻RL1。第三電容器C3，第三電容器C3之第一端連接交流電之第一端，第三電容器C3之第二端連接第三二極體D3之第二端。一第一負載電阻RL1，第一負載電阻RL1之第一端連接交流電之第一端，第一負載電阻RL1之第二端連接第三二極體D3之第二端。

其中，第二負載30包含：第四電容器C4與第二負載電阻RL2。第四電容器C4，第四電容器C4之第一端連接第四二極體D4之第二端，第四電容器C4之第二端連接交流電之第二端。第二負載電阻RL2，第二負載電阻RL2之第一端連接第四二極體D4之第二端，第二負載電阻RL2之第二端連接交流電之第二端。

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。

接著，請參閱圖2，其中，控制器10之第一脈波為低電位，且控制器10之第二脈波為高電位，交流電之第一端電流路徑(path1)流經第一二極體D1、電感器L與第二電晶體M2，這時，第二電容器C2經由第二電晶體M2對第二耦合電感Ls2放電(path2)，這時第二耦合電感Ls2會經由耦合使得第一耦合電感Ls1產生一第一感應電壓，由於第一感應電壓的電壓極性與第三二極體D3的極性相反，所以第一感應電壓不會經由第三二極體D3對第一負載20放電。其中，第四電容器C4對第二負載電阻RL2放電(path3)，且同時第三電容器C3對第一負載20電阻放電(path4)。

請注意，第一耦合電感Ls1與第二耦合電感Ls2為變壓器感應的原理，當電流流過第二耦合電感Ls2時(電流由第二耦合電感Ls2之第二端往第二耦合電感Ls2之第一端流時)，第一耦合電感Ls1會感應出第一感應電壓(第一耦合電感Ls1之第一端為正電壓，第一耦合電感Ls1之第二端為負電壓)。所以第一耦合電感Ls1與第二耦合電感Ls2的特性為相互耦合感應。

接著，請參閱圖3，當控制器10之第一脈波為低電位，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第一端電流路徑(path5)流經第一二極體D1、電感器L、第二電容器C2、第四二極體D4到第二負載30與到第二耦合電感Ls2，這時，第二耦合電感Ls2會經由耦合使得第一耦合電感Ls1產生一第二感應電壓，第二感應電壓會經由第三二極體D3對第一負載放電(path6)。其中，第一負載20包含第三電容器C3與第一負載電阻RL1。其中，第二負載30包含第四電容器C4與第二負載電阻RL2。

當電流流過第二耦合電感Ls2時(電流由第二耦合電感Ls2之第一端往第二耦合電感Ls2之第二端流時)，第一耦合電感Ls1會感應出第二感應電壓(第一耦合電感Ls1之第一端為負電壓，第一耦合電感Ls1之第二端為正電壓)。

接著，請參閱圖4，其中，控制器10之第一脈波為高電位，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第二端電流路徑(path11)流經第二二極體D2、電感器L與第一電晶體M1，這時，第一電容器C1經由第一電晶體M1對第 一耦合電感Ls1放電(path12)，這時第一耦合電感Ls1會經由耦合使得第二耦合電感Ls2產生一第三感應電壓，由於第三感應電壓的電壓極性與第四二極體D4的極性相反，所以第三感應電壓不會經由第四二極體D4對第二負載30放電。其中，第三電容器C3對第一負載電阻放電(path13)，且同時第四電容器C4對第二負載電阻RL2放電(path14)。

當電流流過第一耦合電感Ls1時(電流由第一耦合電感Ls1之第一端往第一耦合電感Ls1之第二端流時)，第二耦合電感Ls2會感應出第三感應電壓(第二耦合電感Ls2之第一端為負電壓，第二耦合電感Ls2之第二端為正電壓)。

接著，請參閱圖5，當控制器10之第一脈波為低電位，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第二端電流路徑(path15)流經第二二極體D2、電感器L、第一電容器C1、第三二極體D3到第一負載20與到第一耦合電感Ls1，這時，第一耦合電感Ls1會經由耦合使得第二耦合電感Ls2產生一第四感應電壓，第四感應電壓會經由第四二極體D4對第二負載30放電(path16)。

當電流流過第一耦合電感Ls1時(電流由第一耦合電感Ls1之第二端往第一耦合電感Ls1之第二端流時)，第二耦合電感Ls2會感應出第四感應電壓(第二耦合電感Ls2之第一端為正電壓，第二耦合電感Ls2之第二端為負電壓)。

請注意，當電流流過第一耦合電感Ls1時，第二耦合電感Ls2所感應的電壓極性可以不同，亦即，正負電壓是隨著連接端的不同，所感應的電壓的極性也可以不相同。 相同的，當電流流過第二耦合電感Ls2時，第一耦合電感Ls1所感應的電壓極性也可以不同，亦即，正負電壓是隨著連接端的不同，所感應的電壓的極性也可以不相同。

接著，第6圖至第9圖將說明與第2圖至第5圖所感應不同的電壓極性。

接著，請參閱圖6，控制器10之第一脈波為低電位，且控制器10之第二脈波為高電位，交流電之第一端電流路徑(path1)流經第一二極體D1、電感器L與第二電晶體M2，這時，第二電容器C2經由第二電晶體M2對第二耦合電感Ls2放電(path2)，這時第二耦合電感Ls2會經由耦合使得第一耦合電感Ls1產生一第五感應電壓，由於第五感應電壓的電壓極性與第三二極體D3的極性相同，所以第五感應電壓會經由第三二極體D3對第一負載20放電(path24)。其中，第四電容器C4對第二負載電阻RL2放電(path3)。

當電流流過第二耦合電感Ls2時(電流由第二耦合電感Ls2之第二端往第二耦合電感Ls2之第一端流時)，第一耦合電感Ls1會感應出第五感應電壓(第一耦合電感Ls1之第一端為負電壓，第一耦合電感Ls1之第二端為正電壓)。

接著，請參閱圖7，當控制器10之第一脈波為低電位，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第一端電流路徑(path5)流經第一二極體D1、電感器L、第二電容器C2、第四二極體D4到第二負載30與到第二耦合電感Ls2，這時，第二耦合電感Ls2會經由耦合使得第一耦合電感 Ls1產生一第六感應電壓，第六感應電壓不會經由第三二極體D3對第一負載放電。其中，第一負載20包含第三電容器C3與第一負載電阻RL1。其中，第二負載30包含第四電容器C4與第二負載電阻RL2。同時，第三電容C3對第一負載電阻RL1放電(path25)。

當電流流過第二耦合電感Ls2時(電流由第二耦合電感Ls2之第一端往第二耦合電感Ls2之第二端流時)，第一耦合電感Ls1會感應出第六感應電壓(第一耦合電感Ls1之第一端為正電壓，第一耦合電感Ls1之第二端為負電壓)。

接著，請參閱圖8，當控制器10之第一脈波為高電位，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第二端電流路徑(path11)流經第二二極體D2、電感器L與第一電晶體M1，這時，第一電容器C1經由第一電晶體M1對第一耦合電感Ls1放電(path12)，這時第一耦合電感Ls1會經由耦合使得第二耦合電感Ls2產生一第七感應電壓，由於第七感應電壓的電壓極性與第四二極體D4的極性相同，所以第七感應電壓會經由第四二極體D4對第二負載30放電(path26)。其中，第三電容器C3對第一負載電阻放電(path13)。

當電流流過第一耦合電感Ls1時(電流由第一耦合電感Ls1之第一端往第一耦合電感Ls1之第二端流時)，第二耦合電感Ls2會感應出第七感應電壓(第二耦合電感Ls2之第一端為正電壓，第二耦合電感Ls2之第二端為負電壓)。

接著，請參閱圖9，當控制器10之第一脈波為低電位 ，且控制器10之第二脈波為低電位，交流電之第二端電流路徑(path15)流經第二二極體D2、電感器L、第一電容器C1、第三二極體D3到第一負載20與到第一耦合電感Ls1，這時，第一耦合電感Ls1會經由耦合使得第二耦合電感Ls2產生一第八感應電壓，第八感應電壓不會經由第四二極體D4對第二負載30。且同時第四電容器C4對第二負載電阻RL2放電(path27)。

當電流流過第一耦合電感Ls1時(電流由第一耦合電感Ls1之第二端往第一耦合電感Ls1之第一端流時)，第二耦合電感Ls2會感應出第八感應電壓(第二耦合電感Ls2之第一端為負電壓，第二耦合電感Ls2之第二端為正電壓)。

於是，本新型之目的在於提供一種雙輸出功率因數校正電路，以往的交流對直流的轉換，並沒有使用過成本低的功率因數校正器，本新型一次使用雙輸出的功率校正電路，來達成具有雙輸出電源與高的校正功率因數，此外，相較於先前技術，本新型亦可避免使用AC to DC之橋式整流電路，因此可大幅提高效率與功率密度，這實為本新型的目的。

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‧‧‧第一負載

30‧‧‧第二負載

M1‧‧‧第一電晶體

M2‧‧‧第二電晶體

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

C1‧‧‧第一電容器

C2‧‧‧第二電容器

C3‧‧‧第三電容器

C4‧‧‧第四電容器

L‧‧‧電感器

Ls1‧‧‧第一耦合電感

Ls2‧‧‧第二耦合電感

RL1‧‧‧第一負載電阻

RL2‧‧‧第二負載電阻

圖1是本新型的雙輸出功率因數校正電路；圖2是本新型的雙輸出功率因數校正電路之正半周第一路徑圖；圖3是本新型的雙輸出功率因數校正電路之正半周第二路徑圖；圖4是本新型的雙輸出功率因數校正電路之負半周第一路徑圖；圖5是本新型的雙輸出功率因數校正電路之負半周第二路徑圖；圖6是本新型的雙輸出功率因數校正電路之第一耦合電感極性不同時之正半周第一路徑圖；圖7是本新型的雙輸出功率因數校正電路之第一耦合電感極性不同時之正半周第二路徑圖；圖8是本新型的雙輸出功率因數校正電路之第一耦合電感極性不同時之負半周第一路徑圖；及圖9是本新型的雙輸出功率因數校正電路之第一耦合電感極性不同時之負半周第二路徑圖。

10‧‧‧控制器

20‧‧‧第一負載

30‧‧‧第二負載

M1‧‧‧第一電晶體

M2‧‧‧第二電晶體

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

C1‧‧‧第一電容器

C2‧‧‧第二電容器

C3‧‧‧第三電容器

C4‧‧‧第四電容器

Ls1‧‧‧第一耦合電感

Ls2‧‧‧第二耦合電感

RL1‧‧‧第一負載電阻

RL2‧‧‧第二負載電阻

Claims (6)

1. 一種雙輸出功率因數校正電路，包含：一控制器，用以產生一第一脈波與一第二脈波；一第一電晶體，該第一電晶體之第一端連接一交流電之第一端，該第一電晶體之第二端連接該控制器之該第一脈波；一第一二極體，該第一二極體之第一端連接該第一電晶體之第一端，該第一二極體之第二端連接該第一電晶體之第三端；一第一電容器，該第一電容器之第一端連接到該第一電晶體之第三端；一第一耦合電感，該第一耦合電感之第一端連接該交流電之第一端，該第一耦合電感之第二端連接該第一電容器之第二端；一第三二極體，該第三二極體之第一端連接該第一電容器之第二端；一第一負載，該第一負載之第一端連接該交流電之第一端，該第一負載之第二端連接該第三二極體之第二端；一電感器，該電感器之第一端連接該第一電晶體之第三端；一第二電晶體，該第二電晶體之第一端連接該電感器之第二端，該第二電晶體之第二端連接該控制器之該第二脈波，該第二電晶體之第三端連接一交流電之第二 端；一第二二極體，該第二二極體之第一端連接該第二電晶體之第一端，該第二二極體之第二端連接該第二電晶體之第三端；一第二電容器，該第二電容器之第一端連接該第二電晶體之第一端；一第二耦合電感，該第二耦合電感之第一端連接該第二電容器之第二端，該第二耦合電感之第一端連接該交流電之第二端；一第四二極體，該第四二極體之第一端連接連該第二電容器之第二端；一第二負載，該第二負載之第一端連接該第四二極體之第二端，該第二負載之第二端連接該交流電之第二端；其中，當該控制器之該第一脈波為低電位，且該控制器之該第二脈波為高電位，該交流電之第一端電流路徑流經該第一二極體、該電感器與該第二電晶體，這時，該第二電容器經由該第二電晶體對該第二耦合電感放電，這時該第二耦合電感會經由耦合使得該第一耦合電感產生一第一感應電壓，由於該第一感應電壓的電壓極性與該第三二極體的極性相反，所以該第一感應電壓不會經由該第三二極體對該第一負載放電；當該控制器之該第一脈波為低電位，且該控制器之該第二脈波為低電位，該交流電之第一端電流路徑流經該第一二極體、該 電感器、該第二電容器、該第四二極體到該第二負載與到該第二耦合電感，這時，該第二耦合電感會經由耦合使得該第一耦合電感產生一第二感應電壓，該第二感應電壓會經由該第三二極體對該第一負載放電。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之雙輸出功率因數校正電路，其中，該第一電晶體係選自：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項所述之雙輸出功率因數校正電路，其中，該第二電晶體係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之雙輸出功率因數校正電路，其中，該第一負載包含：一第三電容器，該第三電容器之第一端連接該交流電之第一端，該第三電容器之第二端連接該第三二極體之第二端；及一第一負載電阻，該第一負載電阻之第一端連接該交流電之第一端，該第一負載電阻之第二端連接該第三二極體之第二端。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之雙輸出功率因數校正電路，其中，該第二負載包含：一第四電容器，該第四電容器之第一端連接該第四二極體之第二端，該第四電容器之第二端連接該交流電之第二端；及一第二負載電阻，該第二負載電阻之第一端連接該 第四二極體之第二端，該第二負載電阻之第二端連接該交流電之第二端。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之雙輸出功率因數校正電路，其中，該控制器係選自：一微控制器、一安謀控制器與一數位訊號處理控制器。