專利名稱：功率因數(shù)修正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種功率因數(shù)修正電路，且特別是與一種用以增進(jìn)交換式電源供應(yīng)器其功率因數(shù)值的功率因數(shù)修正電路有關(guān)，借以符合諧波電路規(guī)則(harmonic current rules)EN-6100-3-2對(duì)A類或D類的要求。
背景技術(shù)：
圖1所示為一傳統(tǒng)的交換式電源供應(yīng)器。此電源供應(yīng)器包括一交流/直流整流器1和一直流/直流轉(zhuǎn)換器2，其中，整流器1包括一電容C3連接一橋式整流器BD1。
在圖5所示的電路結(jié)構(gòu)中，圖1中的直流/直流轉(zhuǎn)換器2為半橋結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖5所示的電路設(shè)計(jì)，橋式整流器BD1是用以整流交流電壓源VS1。而整流后的電壓源VS1再由電容C3進(jìn)行濾波而形成一直流電壓源VC3。電容C1和電容C2具有一共同接點(diǎn)用以形成一分壓器。因此，位于兩電容間共同接點(diǎn)上的電壓為VC3/2。
圖6所示為一脈波寬度調(diào)變的時(shí)序圖，其中脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG分別用以驅(qū)動(dòng)圖5中所示的開關(guān)Q1和Q2。
在0≤t≤t1的時(shí)段中，脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG均處于低電壓狀態(tài)，因此開關(guān)Q1和Q2是位于關(guān)閉的狀態(tài)，此時(shí)輸出電壓VO是由電容C4所提供。
在t1≤t≤t2的時(shí)段中，脈波寬度調(diào)變信號(hào)VLG是處于高位準(zhǔn)狀態(tài)(高電壓)，而脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG是處于低位準(zhǔn)狀態(tài)(低電壓)，因此開關(guān)Q1位于關(guān)閉的狀態(tài)，而開關(guān)Q2是位于開啟的狀態(tài)，此時(shí)電流流經(jīng)電容C1、變壓器的一次側(cè)P1和開關(guān)Q2后至接地。在這種情形下，變壓器可從一次側(cè)P1轉(zhuǎn)換能量至二次側(cè)S1，借以提供能量給電容C4并輸出電壓VO。
在t2≤t≤t3的時(shí)段中，開關(guān)Q1和Q2再次處于關(guān)閉的狀態(tài)，因此，電路的操作狀態(tài)與0≤t≤t1的時(shí)段相同。
在t3≤t≤t4的時(shí)段中，脈波寬度調(diào)變信號(hào)VLG處于低位準(zhǔn)狀態(tài)(低電壓)，而脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG處于高位準(zhǔn)狀態(tài)(高電壓)，因此開關(guān)Q1位于開啟的狀態(tài)，而開關(guān)Q2是位于關(guān)閉的狀態(tài)，此時(shí)電流流經(jīng)開關(guān)Q1、變壓器的一次側(cè)P1、電容C2后至接地。在這種情形下，變壓器可從一次側(cè)P1轉(zhuǎn)換能量至二次側(cè)S1，借以提供能量給電容C4并輸出電壓VO。
上述的能量切換狀態(tài)是周而復(fù)始進(jìn)行，借以提供能量給負(fù)載，同時(shí)輸出電壓VO會(huì)被傳送至一回授系統(tǒng)12。此回授系統(tǒng)12可將信號(hào)回饋至一高頻脈沖信號(hào)控制電路50，借以調(diào)變脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG工作周期。例如，當(dāng)輸出的電能低于要求的電能時(shí)，造成供應(yīng)給負(fù)載的電能不足，此回授信號(hào)會(huì)增高脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG工作周期，借以增加開關(guān)Q1和Q2的導(dǎo)通時(shí)間。如此，可增加電能由變壓器T1一次側(cè)轉(zhuǎn)換至二次側(cè)的時(shí)間，換句話說(shuō)，供應(yīng)至二次側(cè)的電能被增加。此輸出電壓VO會(huì)被持續(xù)增加至要求的電壓。另一方面，當(dāng)輸出電壓高于負(fù)載所要求的電壓時(shí)，此時(shí)是處于一種過驅(qū)動(dòng)的情況，在這種情況下，脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG工作周期會(huì)被降低，借以減緩此整個(gè)區(qū)域的狀況。
圖5中的輸入電流IPC為一如圖2所示的脈沖電流，因?yàn)榇嗣}沖電流的失真會(huì)造成傳統(tǒng)交換式電源供應(yīng)器的功率因數(shù)大幅降低，一般約為降低至50％，產(chǎn)生此情況的原因是在經(jīng)過圖1交流/直流整流器1整流過后，所造成超過100％的總諧波失真(其后稱此為THD)。結(jié)果，總諧波造成相當(dāng)嚴(yán)重的失真，且品質(zhì)很差，造成能量嚴(yán)重的損耗。
因此，許多國(guó)家提出諧波電路規(guī)則(例如，EN-6100-3-2)，特定出廠商必須遵循用于電源供應(yīng)的電流波形，借以增進(jìn)所供應(yīng)電源的效率與品質(zhì)。
因此，各種不同設(shè)計(jì)的功率因數(shù)修正電路被提出來(lái)用以增進(jìn)傳統(tǒng)交換式電源供應(yīng)器的功率因數(shù)效率，以下所述為兩種傳統(tǒng)功率因數(shù)修正電路的例子。
第一種為電感式功率因數(shù)修正電路。
此功率因數(shù)修正電路如圖3所示，此功率因數(shù)修正電路包括一低頻大線圈H1，串聯(lián)于一橋式整流器BD1和電容器C1間。線圈H1和電容器C1共同形成一低通濾波器借以整流輸入至直流/直流轉(zhuǎn)換器2的電流。此種設(shè)計(jì)類似于提供用以修正螢光燈功率因數(shù)的穩(wěn)壓器功能。然而，在以前的技術(shù)中，用于增進(jìn)功率因數(shù)的線圈H1具有一相當(dāng)大的體積，且在工作時(shí)也產(chǎn)生極高的溫度。
第二種為一主動(dòng)式功率因數(shù)修正電路此電路設(shè)計(jì)圖4所示，在此主動(dòng)式功率因數(shù)修正電路中，包括一交流/直流整流器用以形成一包括直流/直流轉(zhuǎn)換器2的二階電路。此外，一復(fù)雜的控制電路11和一開關(guān)Q1包括于其中，借以增進(jìn)功率因數(shù)。然而，此電路設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜且制造上相當(dāng)昂貴。
許多基于上述兩種技術(shù)的功率因數(shù)修正電路已被發(fā)展出來(lái)，然而，這些功率因數(shù)修正電路同樣均具有上述前案所具有的缺點(diǎn)。因此急需有一種新設(shè)計(jì)的功率因數(shù)修正電路來(lái)排除上述的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，傳統(tǒng)的功率因數(shù)修正電路確實(shí)具有許多缺點(diǎn)。例如，圖3所示的傳統(tǒng)功率因數(shù)修正電路，需要一相當(dāng)大體積的線圈，因此整體的體積也相當(dāng)龐大。而圖4所示的功率因數(shù)修正電路，則是因設(shè)計(jì)復(fù)雜造成生產(chǎn)成本無(wú)法下降。
因此，本發(fā)明的主要目的是用以提供一種可提供高效率功率因數(shù)的功率因數(shù)修正電路。
本發(fā)明的另一目的則是用以提供一可解決上述傳統(tǒng)功率因數(shù)修正電路缺點(diǎn)的功率因數(shù)修正電路。
本發(fā)明的再一目的則是用以提供一具有小體積且易于生產(chǎn)的切換式電源供應(yīng)器。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的功率因數(shù)修正電路至少包括一以串聯(lián)連接的第一線圈、一個(gè)二極管、一個(gè)電感和一個(gè)第一電容器，此電感是用以對(duì)從二極管輸出的電壓進(jìn)行濾波，此第一線圈可以為變壓器的一額外線圈，主線圈連接于電感器和第一電容器之間，其中，第一線圈的極化方向是相反于主線圈的極化方向，一個(gè)第二電容器連接于主線圈，其是用以控制此主線圈并建立一橫跨第二電容器的電壓，此電壓會(huì)通過變壓器被傳送至第一線圈，此被傳送的電壓會(huì)提高第一電容器的電壓借以增進(jìn)功率因數(shù)。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下圖1是繪示一傳統(tǒng)離線式的交換式電源供應(yīng)器；圖2繪示的是圖1中輸入電壓和輸入電流的波形圖；圖3繪示的是一傳統(tǒng)的電感式功率因數(shù)修正電路；圖4繪示是一傳統(tǒng)的主動(dòng)式功率因數(shù)修正電路；圖5是一傳統(tǒng)半橋式結(jié)構(gòu)的交換式電源供應(yīng)器概略圖；圖6是脈波寬度調(diào)變信號(hào)VHG和VLG的時(shí)序圖，用以驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)橋式轉(zhuǎn)換器的切換；圖7是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例，在一返馳式(flyback-type)交換式電源供應(yīng)器中使用主動(dòng)式功率因數(shù)修正電路的概略圖；圖8是主側(cè)電路的概略電路圖，其中并未展示出輔助的電源供應(yīng)器；圖9是線圈P1處于一極性下的電壓VP1放大圖；圖10是線圈P1處于另一極性下的電壓VP1放大圖；以及圖11是本發(fā)明關(guān)鍵電壓VC1和VS1，以及輸入電流I2的波形圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1交流/直流整流器2直流/直流轉(zhuǎn)換器11控制電路12、716回授系統(tǒng)50、712高頻脈沖信號(hào)控制電路710功率因數(shù)修正電路714切換晶體管VD1輸入電壓VC3直流電壓源VS1、Vc1、VP1、VP2電壓
VO輸出電壓T1變壓器BD1橋式整流器P1、P2、線圈D1、D2、D3、D4二極管H1線圈L1電感C1、C2、C3、C4電容Q1、Q2開關(guān)VHG、VLG脈波寬度調(diào)變信號(hào)IPC、IS1、I1、I2電流具體實(shí)施方式
在不限制本發(fā)明的精神和范疇下，本發(fā)明以一較佳實(shí)施例提出一功率因數(shù)修正電路結(jié)構(gòu)，凡熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人在了解本實(shí)施例后，都可應(yīng)用此功率因數(shù)修正電路于各式各樣的交換式電源供應(yīng)器中。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)可大幅增進(jìn)改善功率效率，且不需占用過大的體積。此外，本發(fā)明既不要求一額外的電感，也不需使用功率因數(shù)修正時(shí)脈電路，因此可大幅縮減整體體積，且降低生產(chǎn)成本。下述的實(shí)施例僅為眾多實(shí)施例中的一種，因此本發(fā)明的精神與范疇并不受限于以下所述的實(shí)施例。
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)包括一功率因數(shù)修正電路和一交換式電源供應(yīng)器。
圖7所示為一根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，用于返馳式(flyback-type)交換式電源供應(yīng)器的主動(dòng)式功率因數(shù)修正電路。值得注意的是，本發(fā)明的功率因數(shù)修正電路也可用于其它型式的轉(zhuǎn)換器中，例如，正向式(forward-type)轉(zhuǎn)換器、推挽式(push-pull-type)轉(zhuǎn)換器、半橋式(half-bridge-type)轉(zhuǎn)換器、全橋式(full-bridge-type)轉(zhuǎn)換器或電阻電容控制式(resistor-capacitor-control type)轉(zhuǎn)換器中。
在圖7中，變壓器T1有一主線圈P2、一二次側(cè)線圈S以及一隸屬于功率因數(shù)修正電路710的線圈P1。功率因數(shù)修正電路710的主要作用是用以增進(jìn)交換式電源供應(yīng)器的功率因數(shù)。電壓VS1為一交流電源，電流IS1為交流電源所產(chǎn)生的電流。橋式整流器BD1是用以將交流電源整流成直流電源。電容C3用以過濾輸入端的噪聲。高頻脈沖信號(hào)控制電路712可輸出一脈沖寬度調(diào)變信號(hào)(pulse width modulation signal，PWM signal)，用以控制切換晶體管714切換。一回授系統(tǒng)716可接收輸出端的輸出信號(hào)VO，并送出一回授信號(hào)給高頻脈沖信號(hào)控制電路712。然后，此高頻脈沖信號(hào)控制電路712會(huì)調(diào)整用以控制切換晶體管714的脈沖寬度調(diào)變信號(hào)的工作周期(duty cycle)，借以穩(wěn)定輸出信號(hào)VO。
根據(jù)本發(fā)明，功率因數(shù)修正電路710是由串聯(lián)的線圈P1、一二極管D1、一電感L1和一電容C1所組成。電感L1是用來(lái)對(duì)由二極管D1傳送過來(lái)的輸入電壓進(jìn)行濾波。而線圈P1和主線圈P2是纏繞在相同的鐵心，且具相反極性。因此，主線圈P2和線圈P1會(huì)傳送出不同極性的電壓。
參閱圖8所示，為一變壓器主側(cè)端的概略電路圖式，其中并未展示出一電源供應(yīng)器部分。圖8中的虛線代表電流I1的流向。當(dāng)高頻脈沖信號(hào)控制電路712控制切換晶體管714導(dǎo)通后，具有最初電壓VC1的電容器C1會(huì)經(jīng)由線圈P2，通過經(jīng)過電流I1進(jìn)行放電，其中儲(chǔ)存于線圈P2中的能量會(huì)在線圈P2上建立一電壓VP2。當(dāng)切換晶體管被關(guān)閉時(shí)，能量會(huì)從線圈P2通過鐵心傳送至線圈P1和二次側(cè)線圈S。然后，此能量會(huì)被提供給負(fù)載(圖中未顯示)，并于線圈P1處建立一個(gè)與電壓VP2反相的電壓VP1。此電壓VP1的大小與切換晶體管714的導(dǎo)通時(shí)間、線圈P2和線圈P1間的纏繞線圈比例有關(guān)。在線圈P1處所建立的電壓VP1其大小如下式所示VP1＝VC1×(P1/P2)×晶體管導(dǎo)通時(shí)間其中，P1/P2是線圈P1與主線圈P2的纏繞比。
圖9所示為線圈P1于一極性下時(shí)其電壓VP1放大圖式。其中電壓VS1為交流電源的輸入電壓，因此，施加于二極管D1的輸入電壓VD1為VD1＝VS1+VP1當(dāng)輸入電壓VD1大于電容C1的電壓VC1時(shí)，二極管D1為正向偏壓，此時(shí)二極管D1會(huì)被導(dǎo)通，同時(shí)產(chǎn)生一電流I2。當(dāng)切換晶體管714導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，線圈P1和線圈P2的設(shè)計(jì)會(huì)使得輸入電壓VD1總是大于電容C1的電壓VC1。再次參閱圖8所示，其中的實(shí)線是電流I2的流向，此電流I2會(huì)對(duì)電容C1進(jìn)行充電。
當(dāng)高頻脈沖信號(hào)控制電路712控制切換晶體管714關(guān)閉后，電能量會(huì)從變壓器T1的主側(cè)通過鐵心傳送至變壓器T1的二次側(cè)S。然后，此電能會(huì)從變壓器二次側(cè)S傳送至負(fù)載(未顯示于圖中)以及電容C2。此時(shí)，線圈P1的極化狀態(tài)會(huì)被反轉(zhuǎn)。
圖10描述的是線圈P1處于一極性下時(shí)，其電壓VP1的放大圖式。其中電壓VS1為交流電源的輸入電壓，因此，施加于二極管D1的輸入電壓VD1為VD1＝VS1-VP1當(dāng)切換晶體管714被關(guān)閉時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，線圈P1和線圈P2的設(shè)計(jì)會(huì)使得輸入電壓VD1總是小于電容C1的電壓VC1，此時(shí)二極管D1被逆向偏壓，因此并無(wú)任何的電流流經(jīng)二極管D1來(lái)對(duì)電容C1進(jìn)行充電。
另一方面，請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D7，輸出電壓VO會(huì)被傳送至回授系統(tǒng)716，然后，此回授系統(tǒng)716會(huì)回饋一訊號(hào)給高頻脈沖信號(hào)控制電路712借以調(diào)變脈波寬度調(diào)變信號(hào)的工作周期。例如，假如輸出電壓VO低于所要求的電壓大小時(shí)，造成供應(yīng)至負(fù)載的電源不足，此時(shí)回授信號(hào)會(huì)加長(zhǎng)脈波寬度調(diào)變信號(hào)的工作周期，借以增加切換晶體管714的導(dǎo)通時(shí)間。此時(shí)，從變壓器T1的主側(cè)通過鐵心傳送至變壓器T1二次側(cè)S的傳送電能時(shí)間會(huì)被增加，因此，造成傳送至變壓器T1二次側(cè)S的電能量增加，使得輸出電壓VO升高，而達(dá)到所要求的電壓。
反之，假如輸出電壓VO高于所要求的電壓大小時(shí)，會(huì)造成供應(yīng)至負(fù)載的電源過高，此時(shí)回授信號(hào)會(huì)縮短脈波寬度調(diào)變信號(hào)的工作周期，借以減少切換晶體管714的導(dǎo)通時(shí)間。此時(shí)，從變壓器T1的主側(cè)通過鐵心傳送至變壓器T1二次側(cè)S的傳送電能時(shí)間會(huì)被減少，因此，會(huì)造成傳送至變壓器T1二次側(cè)S的電能量減少，使得輸出電壓VO降低，而達(dá)到所要求的電壓。
圖11描述的是本發(fā)明關(guān)鍵電壓VC1和VS1以及輸入電流I2間的波形圖。參閱圖8和圖11，其中電壓VS1為交流電源的輸入電壓。電壓VC1為橫跨電容C1的電壓。電流I2為對(duì)電容C1進(jìn)行充電的電流。而施加于二極管D1的輸入電壓為VD1。
當(dāng)輸入電壓VD1大于電容C1的電壓VC1時(shí)，二極管D1為正向偏壓，此時(shí)二極管D1會(huì)被導(dǎo)通，同時(shí)產(chǎn)生一電流I2。此電流I2會(huì)對(duì)電容C1進(jìn)行充電，借以增進(jìn)功率因數(shù)。而另一方面，當(dāng)輸入電壓VD1小于電容C1的電壓VC1時(shí)，二極管D1為逆向偏壓，此時(shí)并不會(huì)有任何電流流過二極管D1，當(dāng)纏繞變壓器線圈P1和線圈P2的線圈數(shù)比率趨近于1時(shí)，此時(shí)的功率因數(shù)子也趨近于1。
綜上所述，本發(fā)明的功率因數(shù)修正電路是由串聯(lián)的一個(gè)第一線圈、一個(gè)二極管、一個(gè)電感和一個(gè)第一電容所組成。其中第一線圈為一變壓器的一額外線圈，與變壓器主側(cè)的第二線圈，極性相反。第二電容與第二線圈連接，借以控制第二線圈并建立一跨越第一電容的電壓，此電壓可通過經(jīng)過變壓器傳送至第一線圈。此傳送電壓可提升第一電容的電壓來(lái)增進(jìn)功率因數(shù)。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不超出本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可作各種的改動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一功率因數(shù)修正電路，適用于一交換式電源供應(yīng)器，其中，該交換式電源供應(yīng)器包括該功率因數(shù)修正電路和一個(gè)具有二次側(cè)線圈和主側(cè)線圈的轉(zhuǎn)換器，而該主側(cè)線圈是耦接于一切換組件，該電路至少包括一個(gè)線圈，其中該線圈的極性與該主側(cè)線圈相反；一個(gè)二極管，耦接于該線圈；以及一個(gè)電容器，耦接于該二極管，其中該電容器和該二極管具有一共同接點(diǎn)，而該主側(cè)線圈耦接于該共同接點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，所述的電路還包含一電感，用以濾除噪聲。
3.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，所述的線圈、二次側(cè)線圈和主側(cè)線圈是纏繞在同一鐵心上。
4.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換器為一正向式轉(zhuǎn)換器、推挽式轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器、全橋式轉(zhuǎn)換器或電阻電容控制式轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，所述的線圈和該主側(cè)線圈的線圈數(shù)比率約為1。
6.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，所述的切換組件是用以控制該電容對(duì)該主側(cè)線圈進(jìn)行充電的。
7.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，當(dāng)所述的二極管為正向偏壓時(shí)，會(huì)對(duì)該電容進(jìn)行充電。
8.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)修正電路，其特征在于，當(dāng)所述的二極管為逆向偏壓時(shí)，電能會(huì)從該主側(cè)線圈傳送至該二次側(cè)線圈。
全文摘要
本發(fā)明的功率因數(shù)修正電路是由串聯(lián)的一個(gè)第一線圈、一個(gè)二極管、一個(gè)電感和一個(gè)第一電容所組成。其中，第一線圈與變壓器主側(cè)的第二線圈的極性相反。一個(gè)第二電容與第二線圈連接，借以控制第二線圈并建立一跨越第一電容的電壓，此電壓可通過變壓器傳送至第一線圈，借以提升第一電容的電壓來(lái)增進(jìn)功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1677812SQ20051006265
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者楊李龍 申請(qǐng)人:楊李龍