TWM461256U - 免橋式隔離型功率因素校正器 - Google Patents

Description

免橋式隔離型功率因素校正器

本新型是有關於一種功率因素電路，特別是指一種免橋式隔離型功率因素校正器。

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,簡稱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，以往的功率因素校正電路中的交流轉直流的電路，大多採用橋式整流電路，但由於橋式整流電路的電壓降過大，使得橋後電路功率耗損的過大，有鑑於此，實在有必要研究出低功率耗損的電路。

因此，本新型之目的，即在提供一種免橋式隔離型功率因素校正器，包含：控制器、第一二極體、第一電晶體、第三二極體、第一電感器、第二二極體、第二電晶體、第二電晶體、第四二極體、第一電容器、第二電感器、第五二極體、第二電容器、變壓器、第六二極體、第三電容器與電阻負載。控制器產生一第一脈波與一第二脈波。第一電晶體之第一端連接到第一二極體之第一端，該第一電晶體之第二端連接到該控制器之該第一脈波，該第一電晶體之第三端連接到一交流電之第二側。第三二極體之第一端連接到第一電晶體之第一端，第三二極體之第二端連接到第一電晶體之第三端。第一電感器之第一端連接到該第一二極體之第二端，第一電感器之第二端連接到交流電之第一側。第二二極體之第一端連接到第一二極體之第一端。第二電晶體之第一端連接到第一電晶體之第三端，第二電晶體之第二端連接到控制器之第二脈波，第二電晶體之第三端連接到第二二極體之第二端。第四二極體之第一端 連接到第二電晶體之第一端，第四二極體之第二端連接到第二電晶體之第三端。第一電容器之第一端連接到第一電晶體之第一端。第二電感器之第一端連接到第一電容器之第一端。第五二極體之第一端連接到第一電容器之第二端，第五二極體之第二端連接到第一電感器之第二端。第二電容器之第一端連接到第五二極體之第二端，第二電容器之第二端連接到第二電晶體之第三端。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該第二電晶體之第三端。第六二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六二極體之第二端，第三電容器之第二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六二極體之第二端，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低耗損的功率因素校正電路，以往的交流對直流的轉換，只使用橋式電路來進行交流轉成脈動直流，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，並降低以往橋式功率耗損的問題，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1，本新型之較佳實施例，一種免橋式隔離型功 率因素校正器，包含：控制器10、第一二極體D1、第一電晶體M1、第三二極體D3、第一電感器L1、第二二極體D2、第二電晶體M2、第二電晶體M2、第四二極體D4、第一電容器C1、第二電感器L2、第五二極體D5、第二電容器C2、變壓器T1、第六二極體D6、第三電容器C3與電阻負載RL。控制器10產生一第一脈波與一第二脈波。第一電晶體M1之第一端連接到第一二極體D1之第一端(N型)，第一電晶體M1之第二端連接到控制器10之第一脈波，第一電晶體M1之第三端連接到一交流電之第二側。第三二極體D3之第一端(N型)連接到第一電晶體M1之第一端，第三二極體D3之第二端(P型)連接到第一電晶體M1之第三端。第一電感器L1之第一端連接到第一二極體D1之第二端(P型)，第一電感器L1之第二端連接到交流電之第一側。第二二極體D2之第一端(N型)連接到第一二極體D1之第二端(P型)。第二電晶體M2之第一端連接到第一電晶體M1之第三端，第二電晶體M2之第二端連接到控制器10之第二脈波，第二電晶體M2之第三端連接到第二二極體D2之第二端(P型)。第四二極體D4之第一端(N型)連接到第二電晶體M2之第一端，第四二極體D4之第二端(P型)連接到第二電晶體M2之第三端。第一電容器C1之第一端連接到第一電晶體M1之第一端。第二電感器L2之第一端連接到第一電容器C1之第一端。第五二極體D5之第一端(P型)連接到第一電容器C1之第二端，第五二極體D5之第二端(N型)連接到第一電感器L1之第二端。第二電容器 C2之第一端連接到第五二極體D5之第二端(N型)，第二電容器C2之第二端連接到第二電晶體M2之第三端。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第二電晶體M2之第三端。第六二極體D6之第一端(P型)連接變壓器T1之第二側之第一端。第三電容器C3之第一端連接第六二極體D6之第二端(N型)，第三電容器C3之第二端連接變壓器T1之第二側之第二端。電阻負載RL之第一端連接第六二極體D6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，第一電晶體M1與第一電晶體M2係選自：一接面場效電晶體與一金氧半場效電晶體。且第一電晶體M1具有三端，第一電晶體M1的第一端為汲極、第二端為閘極、第三端為源極。且第二電晶體M2具有三端，第二電晶體M2的第一端為汲極、第二端為閘極、第三端為源極。

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，本新型的變壓器T1之一次側等效模型50，包含：一漏電感L_leak 、一第一激磁電感L_m1 與一第二激磁電感L_m2 。漏電感L_leak 之第一端連接到第一電容器C1之第一端。第一激磁電感L_m1 之第一端連接漏電感L_leak 之第二端，第一激磁電感L_m1 之第二端連接第二電晶體M2之第三端。第二激磁電感L_m2 之第一端連接漏電感L_leak 之第二端，第二激磁電感L_m2 之第二端連接第二電晶體M2之第三端。

本新型操作在交流電情形，其中，交流電可分正半周與負半周，圖3與圖4運作在正半周的情形，而圖4與圖5則運作在負半周的情形。

接著，請參閱圖3，其中，當控制器10之第一脈波為高電位與控制器10之第二脈波為高電位時，此時，第一電晶體M1開關與第二電晶體M2開關導通時，交流電經由第一二極體D1對第一電感器L1儲能(path1)。第二電容器C2對第二電感器L2儲能(path3)。變壓器T1的電流由變壓器T1之第一側之第一端流出，經由第一電容器C1、第一電晶體M1、第二電晶體M2並流入變壓器T1之第一側之第二端(path2)，變壓器T1之一次側產生第一感應電壓，而變壓器T1之二次側產生第二感應電壓，第二感應電壓的極性不同於第六二極體D6極性，此時，第三電容器C3對電阻負載RL放電(path4)。

接著，請參閱圖4，當控制器10之第一脈波為低電位與控制器10之第二脈波為低電位時，此時，第一電晶體M1開關與第二電晶體M2開關為關閉時，交流電之一次側的電流流出經過第一電感器L1、第一二極體D1、第一電容器C1、第五二極體D5、第二電容器C2、第四二極體D4至交流電之二次側(path5)。第二電感器L2對第一電容器C1充電(path6)。變壓器T1之第一側之第一端電流流出經由第五二極體D5對第二電容器C2充電(path7)，並而使得 變壓器T1之第一側產生第三感應電壓，此時，變壓器T1之第二側產生第四感應電壓，由於第四感應電壓的極性相同於第六二極體D6，所以第二感應電壓對第三電容器C3充電(path8)。

接著，請參閱圖5，當控制器10之第一脈波為高電位與控制器10之第二脈波為高電位時，此時，第一電晶體M1開關與第二電晶體M2開關導通時，交流電經由第二二極體D2對第一電感器L1儲能(path11)。第二電容器C2對第二電感器L2儲能(path13)。變壓器T1的電流由變壓器T1之第一側之第一端流出，經由第一電容器C1、第一電晶體M1、第二電晶體M2並流入變壓器T1之第一側之第二端(path12)，變壓器T1之一次側產生第五感應電壓，而變壓器T1之二次側產生第六感應電壓，第六感應電壓不同於第六二極體D6。此時，第三電容器C3對電阻負載RL放電(path14)。

接著，請參閱圖6，當控制器10之第一脈波為低電位與控制器10之第二脈波為低電位時，此時，第一電晶體M1開關與第二電晶體M2開關為關閉時，交流電之二次側流出經過第三二極體D3、第一電容器C1、第五二極體D5、第二電容器C2、第二二極體D2、第一電感器L1至交流電之二次側(path15)。第二電感器L2對第一電容器C1充電(path 16)。變壓器T1之第一側之第一端電流流出經由第五二極體D5對第二電容器C2充電(path17)，並而使得變壓器T1之第一側產生第七感應電壓，此時，變壓器T1之 第二側產生第八感應電壓，由於第八感應電壓的極性相同於第六二極體D6，所以第八感應電壓對第三電容器C3充電(path18)。

其中，第一電感器L1與第二電感器L2L2係選自：一空心電感器、一鐵心電感器與一磁心電感器。

其中，第一電容器C1、第二電容器C2與第三電容器C3係選自：一紙質電容器、一陶瓷電容器、一鋁質電解電容器、一塑膠薄膜電容器、一鉭質電容器、一鈦質電容器與一雲母電容器。

其中，變壓器T1係選自：一磁飽和變壓器與一漏磁變壓器。

其中，電阻負載RL係選自：一晶片電阻、一碳素皮膜電阻、一金屬膜電阻、一氧化金屬膜電阻、一線繞電阻、一功率型線繞電阻、一水泥電阻、一厚膜排列電阻與一保險絲型金屬膜電阻。

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，本新型提供一種新功率因素校正電路，可以得到高的功率因素，並改善以往橋式電路功率損耗大的問題，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，本新型所需之的功率損耗相對較少，故可達到降低功耗之目的。

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

50‧‧‧變壓器之一次側等效模型

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

D5‧‧‧第五二極體

D6‧‧‧第六二極體

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是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器；圖2是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器之變壓器第一側等效模型圖；圖3是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器之第一路徑圖；圖4是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器之第二路徑圖；圖5是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器之第三路徑圖；及圖6是本新型之免橋式隔離型功率因素校正器之第四路徑圖。

10‧‧‧控制器

50‧‧‧變壓器之一次側等效模型

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

D5‧‧‧第五二極體

D6‧‧‧第六二極體

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

Claims (11)

1. 一種免橋式隔離型功率因素校正器，包含：一控制器，用以產生一第一脈波與一第二脈波；一第一二極體；一第一電晶體，該第一電晶體之第一端連接到該第一二極體之第一端，該第一電晶體之第二端連接到該控制器之該第一脈波，該第一電晶體之第三端連接到一交流電之第二側；一第三二極體，該第三二極體之第一端連接到該第一電晶體之第一端，該第三二極體之第二端連接到該第一電晶體之第三端；一第一電感器，該第一電感器之第一端連接到該第一二極體之第二端，該第一電感器之第二端連接到該交流電之第一側；一第二二極體，該第二二極體之第一端連接到該第一二極體之第二端；一第二電晶體，該第二電晶體之第一端連接到該第一電晶體之第三端，該第二電晶體之第二端連接到該控制器之該第二脈波，該第二電晶體之第三端連接到該第二二極體之第二端；一第四二極體，該第四二極體之第一端連接到該第二電晶體之第一端，該第四二極體之第二端連接到該第二電晶體之第三端；一第一電容器，該第一電容器之第一端連接到該 第一電晶體之第一端；一第二電感器，該第二電感器之第一端連接到該第一電容器之第一端；一第五二極體，該第五二極體之第一端連接到該第一電容器之第二端，該第五二極體之第二端連接到該第一電感器之第二端；一第二電容器，該第二電容器之第一端連接到該第五二極體之第二端，該第二電容器之第二端連接到該第二電晶體之第三端；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第二電晶體之第三端；一第六二極體，該第六二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六二極體之第二端，該第三電容器之第二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六二極體之第二端，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，當該控制器之該第一脈波為高電位與該控制器之該第二脈波為高電位時，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關導通時，該交流電經由該第一二極 體對該第一電感器儲能，該第二電容器對該第二電感器儲能，該變壓器的電流由該變壓器之該第一側之第一端流出，經由該第一電容器、該第一電晶體、該第二電晶體並流入該變壓器之該第一側之第二端，該變壓器之一次側產生第一感應電壓，而該變壓器之二次側產生第二感應電壓，第二感應電壓的極性不同於該第六二極體的極性，此時，該第三電容器對該電阻負載放電；當該控制器之該第一脈波為低電位與該控制器之該第二脈波為低電位時，該第一電晶體開關與第二電晶體開關為關閉，該交流電之一次側流出經過該第一電感器、該第一二極體、該第一電容器、該第五二極體、該第二電容器、該第四二極體至該交流電之二次側，該第二電感器對該第一電容器充電，該變壓器之該第一側之第一端電流流出經由該第五二極體對該第二電容器充電，並而使得該變壓器之該第一側產生第三感應電壓，此時，該變壓器之該第二側產生第四感應電壓，由於第四感應電壓的極性相同於該第六二極體的極性，所以第四感應電壓對該第三電容器充電；當該控制器之該第一脈波為高電位與該控制器之該第二脈波為高電位時，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關導通時，該交流電經由該第二二極體對該第一電感器儲能，該第二電容器對該第二電感器儲能，該變壓器的電流由該變壓器之該第一側之第一端流出，經由該第一電容器、該第一電晶體、該第二電晶 體並流入該變壓器之該第一側之第二端，該變壓器之一次側產生第五感應電壓，而該變壓器之二次側產生第六感應電壓，第六感應電壓不同於該第六二極體，此時，該第三電容器對該電阻負載放電；當該控制器之該第一脈波為低電位與該控制器之該第二脈波為低電位時，該第一電晶體開關與第二電晶體開關為關閉，該交流電之二次側流出經過該第三二極體、該第一電容器、該第五二極體、該第二電容器、該第二二極體、該第一電感器至該交流電之二次側，該第二電感器對該第一電容器充電，該變壓器之該第一側之第一端電流流出經由該第五二極體對該第二電容器充電，並而使得該變壓器之該第一側產生第七感應電壓，此時，該變壓器之該第二側產生第八感應電壓，由於第八感應電壓的極性相同於該第六二極體，所以第八感應電壓對該第三電容器充電。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，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項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，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項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，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。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該第一電感器係選自：一空心電感器、一鐵心電感器與一磁心電感器。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該第二電感器係選自：一空心電感器、一鐵心電感器與一磁心電感器。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該第一電容器係選自：一紙質電容器、一陶瓷電容器、一鋁質電解電容器、一塑膠薄膜電容器、一鉭質電容器、一鈦質電容器與一雲母電容器。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該第二電容器係選自：一紙質電容器、一陶瓷電容器、一鋁質電解電容器、一塑膠薄膜電容器、一鉭質電容器、一鈦質電容器與一雲母電容器。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該第三電容器係選自：一紙質電容器、一陶瓷電容器、一鋁質電解電容器、一塑膠薄膜電容器、一鉭質電容器、一鈦質電容器與一雲母電容器。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該變壓器係選自：一磁飽和變壓器與一漏磁變壓器。
11. 依據申請專利範圍第1項所述之免橋式隔離型功率因素校正器，其中，該電阻負載係選自：一晶片電阻、一碳素皮膜電阻、一金屬膜電阻、一氧化金屬膜電阻、一線 繞電阻、一功率型線繞電阻、一水泥電阻、一厚膜排列電阻與一保險絲型金屬膜電阻。