提升功率因子改善電路效能的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種提升功率因子改善電路效能的裝置，其包括一主要負載、一電源模塊、一功率因子改善模塊、一電流源模塊及一輔助負載。所述電源模塊用于將一交流電壓整流至一脈沖直流電壓。所述功率因子改善模塊用于調(diào)整所述脈沖直流電壓至一驅(qū)動電壓。所述電流源模塊連接于所述電源模塊、所述主要負載與所述功率因子改善模塊的一側(cè)，以所述驅(qū)動電壓驅(qū)動所述主要負載。所述輔助負載連接于所述功率因子改善模塊的另一側(cè)，并由所述功率因子改善模塊所驅(qū)動。
【專利說明】提升功率因子改善電路效能的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種提高用電效能的裝置，特別是一種用于改良并提升功率因子改善電路效能的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高電子產(chǎn)品功率因子(Power factor)，特別在于照明應(yīng)用的電路上，目前有許多功率因子改善電路于設(shè)計上被歸類為耗能、增加成本、增加復(fù)雜度與占據(jù)空間。
[0003]請參考圖1A及IB所示，其揭露一種定電流源的發(fā)光二極管14的基本電路架構(gòu)，其搭配橋式整流器10與濾波電容C。圖1B顯示出此電路架構(gòu)具有高諧波噪聲與低功率因子，主要原因在于濾波電容C放電速度慢，但充電速度極快，導(dǎo)致于輸入電壓101的每一個周期間具有一個電流突波140。一般來說，這電路架構(gòu)的功率因子為0.5。
[0004]請參考圖2A及2B所示，一個限流裝置16與濾波電容C串聯(lián)設(shè)置，此作法可以增加電路的功率因子。圖2B為圖2A的波型模擬圖，由此圖可以發(fā)現(xiàn)在增設(shè)限流裝置16的輸入電流100與輸入電壓101，可讓濾波電容C的電流量于每個半周期受到限制。
[0005]然而，為了要能夠有效限制電流量，如圖2B所示，限流裝置16就必須要被施予一定的電壓161，而限流裝置16在擁有足夠電壓161與電流，才能有效限制電流量的情況下，這些額外施加的電能大多在之后轉(zhuǎn)換為熱能。因此，就電能效率來說，具有限流裝置16的功率因子改善電路有電能浪費的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]依據(jù)上述的需求，本發(fā)明的一目的在于提供一種用于改良功率因子改善電路的用電效率。
[0007]根據(jù)一實施例，一種提升功率因子改善電路效能的裝置，其包括一主要負載、一電源模塊、一功率因子改善模塊、一電流源模塊及一輔助負載。所述電源模塊用于將一交流電壓(Alternating Current (AC) voltage)整流至一脈沖直流電壓(Pulsating DirectCurrent (DC) voltage)。所述功率因子改善模塊用于調(diào)整所述脈沖直流電壓至一驅(qū)動電壓。所述電流源模塊連接于所述電源模塊、所述主要負載與所述功率因子改善模塊的一側(cè)，以所述驅(qū)動電壓驅(qū)動所述主要負載。所述輔助負載連接于所述功率因子改善模塊的另一側(cè)，并由所述功率因子改善模塊所驅(qū)動。
[0008]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于所述功率因子改善模塊包括一濾波電容，所述濾波電容具有一第一端及一第二端，其特征在于所述第一端連接于所述電源模塊，所述第二端連接于所述輔助負載。
[0009]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于所述功率因子改善模塊另包括一限流裝置，所述輔助負載連接于所述限流裝置與所述濾波電容之間。
[0010]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于所述主要負載為一發(fā)光二極管燈串，所述輔助負載包括:[0011]多個串聯(lián)的發(fā)光二極管，并連接于所述濾波電容的所述第二端與所述限流裝置之間；
[0012]多個開關(guān)，各開關(guān)具有一第一端、一第二端及一第三端，其特征在于各所述開關(guān)的所述第一端與所述第二端分別連接所述對應(yīng)的發(fā)光二極管的兩端；及
[0013]一控制器，連接所述限流裝置來偵測所述限流裝置的一電壓，并連接各所述開關(guān)的所述第三端，依序禁止對應(yīng)的開關(guān)，來對應(yīng)驅(qū)動所述輔助負載中的所述些發(fā)光二極管。
[0014]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于所述控制器包括一連接于所述限流裝置的比較器，以供所述控制器得以根據(jù)所述比較器預(yù)設(shè)的一高門坎值與一低門坎值，依序禁止或使能所述對應(yīng)的開關(guān)，其中:
[0015]當(dāng)所述限流裝置的所述電壓高于所述高門坎值，所述控制器使能所述對應(yīng)的開關(guān);及
[0016]當(dāng)所述限流裝置的所述電壓低于所述低門坎值，所述控制器禁止所述對應(yīng)的開關(guān)。
[0017]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，所述控制器另連接于所述電流源模塊，并傳送一電流調(diào)整信號至所述電流源模塊，以控制流至所述主要負載的電流量。 [0018]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于所述主要負載為一發(fā)光二極管燈串，所述輔助負載包括:
[0019]一限制二極管，連接于所述濾波電容的所述第二端；及
[0020]一發(fā)光二極管數(shù)組，與所述限制二極管并聯(lián)，并包括多個并聯(lián)的發(fā)光二極管燈串，各所述發(fā)光二極管燈串由多個發(fā)光二極管串聯(lián)所構(gòu)成，并與一限流電阻串接。
[0021]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，于所述發(fā)光二極管數(shù)組中，各所述發(fā)光二極管燈串的發(fā)光二極管的數(shù)量依序漸增。
[0022]于一實施例，所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，所述電流源模塊另連接于所述發(fā)光二極管數(shù)組，并對應(yīng)所述發(fā)光二極管數(shù)組調(diào)整流至所述主要負載的電流量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A為習(xí)知定電流源驅(qū)動發(fā)光二極管的電路架構(gòu)示意圖。
[0024]圖1B為圖1A的輸入電壓與電流的波型式意圖。
[0025]圖2A為習(xí)知利用限流裝置的功率因子改善電路的示意圖。
[0026]圖2B為圖2A電流與電壓關(guān)系的波型示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明提升功率因子改善電路效能的裝置示意圖。
[0028]圖4A為本發(fā)明一實施例的裝置電路圖。
[0029]圖4B為圖4A電流與電壓關(guān)系的波型示意圖。
[0030]圖5為本發(fā)明另一實施例的裝置電路圖。
[0031]【主要組件符號說明】
[0032]3功率因子改善模塊
[0033]4輔助負載
[0034]10電源模塊[0035]12電流源模塊
[0036]14主要負載
[0037]16、30限流裝置
[0038]100輸入電流
[0039]101輸入電壓
[0040]140電流突波
[0041]141功率
[0042]161、301 電壓
[0043]40發(fā)光二極管
[0044]41開關(guān)
[0045]42控制器
[0046]43比較器
[0047]44電流調(diào)整信號
[0048]45LED 數(shù)組
[0049]46LED 燈串
[0050]C濾波電容
[0051]D限制二極管
[0052]R限流電阻
【具體實施方式】
[0053]請參考圖3所示，一種提升功率因子改善電路效能的裝置，其包括一主要負載
14、一電源模塊10、一功率因子改善模塊3、一電流源模塊12及一輔助負載4。所述電源模塊10用于將一交流電壓(Alternating Current (AC) voltage)整流至一脈沖直流電壓(Pulsating Direct Current (DC) voltage)。所述功率因子改善模塊3用于調(diào)整所述脈沖直流電壓至一驅(qū)動電壓。所述電流源模塊12連接于所述電源模塊10、所述主要負載14與所述功率因子改善模塊3的一側(cè)，以所述驅(qū)動電壓驅(qū)動所述主要負載14。所述輔助負載4連接于所述功率因子改善模塊3的另一側(cè)，并由所述功率因子改善模塊3所驅(qū)動。值得注意的是，本案特征在于，利用傳統(tǒng)功率因子改善模塊3所浪費的能量，驅(qū)動輔助負載4工作，以提升功率(power)效能的利用。
[0054]請參考圖4A與4B所示，圖4A為本發(fā)明一實施例的電路架構(gòu)示意圖,其應(yīng)用限流裝置(Current limiting Device, CLD)式功率因子改善模塊,來達到功率因子改善的效果。于本實施例，所述電源模塊10為一橋式整流電路，所述功率因子改善模塊3由一濾波電容C與一限流裝置30所構(gòu)成。所述主要負載14為一連接于所述電流源模塊12的發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)燈串。值得注意的是，本實施例利用燈具或發(fā)光裝置來輔助說明本發(fā)明的技術(shù)特征，具有本案通常技藝人士可知悉，相關(guān)應(yīng)用可以套用至其它需要功率因子改善的電子裝置中，故本案的應(yīng)用包括但不限于燈具的應(yīng)用。
[0055]所述濾波電容C的第一端連接于所述電源模塊10、所述電流源模塊12與所述輔助負載4。所述輔助負載4連結(jié)于所述限流裝置30與所述濾波電容C之間，并包括多個LED40、多個開關(guān)41與一控制器42。各開關(guān)41具有一第一端、一第二端與一第三端,各所述開關(guān)41的第一端與第二端分別連接對應(yīng)的LED40。如圖4A所示，所述些LED40為串聯(lián)并設(shè)于所述濾波電容C的第二端與所述限流裝置30之間。所述控制器42連接所述限流裝置30來偵測所述限流裝置30的電壓，并連接各所述開關(guān)41的第三端，依序禁止對應(yīng)的開關(guān)41，來對應(yīng)驅(qū)動所述輔助負載3的所述些LED40。
[0056]于本實施例，所述些串聯(lián)的LED40可為二位形式(binary)設(shè)計，各所述由二位化分的區(qū)塊分別由對應(yīng)的開關(guān)41來控制。限流裝置30上方為一顆LED40，接著各區(qū)塊LED的數(shù)量則依序呈倍數(shù)增加(例如2，4，6，8...)。開關(guān)41可為一 NMOS晶體管。值得注意的是，F(xiàn)ig.4A于各區(qū)塊僅繪制I顆LED作為示意，且各區(qū)塊的LED數(shù)量并沒有所謂的限制，此外，本發(fā)明中所述些串聯(lián)的LED40數(shù)量也不一定要以二位形式設(shè)計，其它的形式也可以。
[0057]由于限流裝置30的電壓由控制器42所監(jiān)控著，所以可以讓串聯(lián)于所述濾波電容C的LED40可以保持在適當(dāng)?shù)拇訑?shù)量，所述限流裝置30的電壓得以保持順偏壓(forwardbias)?？刂破?2更包括一連結(jié)于所述限流裝置30的比較器43，以供所述控制器42得以根據(jù)所述比較器43預(yù)設(shè)的一高門坎值與一低門坎值，依序禁止或使能所述對應(yīng)的開關(guān)41。當(dāng)所述限流裝置30的電壓高于所述高門坎值，所述控制器42使能所述對應(yīng)的開關(guān)41 ;當(dāng)所述限流裝置30的電壓低于所述低門坎值，所述控制器42禁止所述對應(yīng)的開關(guān)41。
[0058]于脈沖直流電壓于周期剛開始的時候，所述濾波電容C的電流值為零，所述限流裝置30的電壓亦為零。所述些開關(guān)41全由所述控制器42所使能。
[0059]脈沖直流電壓的周期持續(xù)，濾波電容C開始流經(jīng)電流，而限流裝置30也因為要去限制電流而開始電壓增加。當(dāng)限流裝置30的電壓到達比較器43的高門坎值時，控制器42則會禁止最下方的開關(guān)41，讓所述開關(guān)41對應(yīng)區(qū)塊的LED40流有電流并開始發(fā)光。一當(dāng)有開關(guān)41被禁止，而使LED40產(chǎn)生壓降并讓限流裝置30的電壓降下來。
[0060]脈沖直流電壓的周期繼續(xù)持續(xù)(尚未達到脈沖直流電壓此周期的峰值前)，限流裝置30的電壓則同步增加，直到再次達到比較器43的另一高門坎值，而控制器42則禁止次一開關(guān)41而使能前次被使能的開關(guān)41。隨著時間持續(xù)，位于所述濾波電容C第二端的電壓，驅(qū)使電流至每一個位于輔助負載4中的LED40。
[0061]當(dāng)脈沖直流電壓到達峰值開始下降時，位于所述濾波電容C第二端的電壓同步下降，相對地，所述限流裝置30的電壓也開始下降。當(dāng)限流裝置30的電壓降至比較器43的低門坎值時，控制器42使能開關(guān)41令對應(yīng)的LED40短路。此時，限流裝置30的電壓值便會上升對應(yīng)LED的壓降。此程序不斷繼續(xù)直到所述濾波電容C的電流為零或所有輔助負載4的LED40皆被短路。
[0062]圖4B與圖3B相較，限流裝置30的電壓301被維持于5伏特值以下(除了一些脈沖突波)，也就是代表的前被浪費的電能都不再被浪費了，改被輔助負載4的LED40所利用(LED40的功率(p0Wer)141)。此外，圖4B所看到的突波，可透過改變開關(guān)41開啟與關(guān)閉的時間，來減少或消除所述些突波。
[0063]當(dāng)輔助負載4的所述些LED40被開啟或關(guān)閉的動作，可能會讓裝置發(fā)光產(chǎn)生一些閃爍，其閃爍的頻率為輸入交流電壓頻率的兩倍(例如:50Hz的輸入交流電壓會產(chǎn)生IOOHz的閃爍)。為了讓裝置得以持續(xù)維持穩(wěn)定的光源輸出，所述控制器42另連接于所述電流源模塊12，并傳送一電流調(diào)整信號44至所述電流源模塊12，以控制流至所述主要負載14的電流量。然而，此舉電流補償?shù)姆椒ㄓ诒景覆⒎墙^對必須，因為，這些額外的閃爍大多很微小，且于大部分的應(yīng)用上可以被忽略。
[0064]請參考圖5所示，圖5為本發(fā)明另一實施例的電路架構(gòu)示意圖。本實施例與上述圖4A所述的實施例類似且同樣的也是一種功率因子改善電路的架構(gòu)，但差別在于本實施例不利用限流裝置、開關(guān)與比較器。于本實施例，提升功率因子改善電路效能的裝置中的輔助負載另包括一限制二極管D與一 LED數(shù)組45。所述限制二極管D連接所述濾波電容C的第二端，用以避免濾波電容C與LED數(shù)組45的電壓產(chǎn)生逆偏壓的狀況。所述LED數(shù)組45與所述限制二極管D并聯(lián)，并包括多個并聯(lián)LED燈串46，各所述LED燈串46由多LED串聯(lián)所構(gòu)成，并與一限流電阻R串接。各所述限流電阻R的電阻值不需要相同，事實上，當(dāng)LED燈串46中的LED越多，則所需的電阻值越低。
[0065]本實施例利用電阻與LED數(shù)組的架構(gòu)，限制了濾波電容C的電流且同時增加電路的功率因子。雖然少數(shù)的電能會被電阻所消耗，但大部分原本要被浪費的電能則會被用來發(fā)光。根據(jù)發(fā)明人的模擬，圖2A所示的標(biāo)準(zhǔn)限流型功率因子改善電路的功率因子值為
0.715，電能效率為94.1% ;而本實施例的功率因子值為0.715，電能效率為95.5%，增加了
1.4%的電能使用效率。
[0066]于本實施例，LED數(shù)組45中，各所述LED燈串46的LED數(shù)量依序增加，對應(yīng)于各所述LED燈串46的限流電阻R的電阻值大小則與LED數(shù)量呈反比。值得注意的是，圖5中所繪制的10顆LED僅為教示之用，并非用于限制本發(fā)明。
[0067]當(dāng)濾波電容C第二端的電壓升高時，最左邊的LED燈串46會先被驅(qū)動(如圖5所示)，當(dāng)電壓持續(xù)升高，旁邊的LED燈串46將會被依序驅(qū)動，直到所有的LED燈串46的LED都被點亮。因此，LED燈串46與LED的最佳數(shù)量，取決點在于整體LED數(shù)組45的壓降盡量小于但接近濾波電容C第二端電壓的峰值。也就是說，電壓大部分都會被LED所利用并點亮，盡量降低電能被限流電阻R給消耗的機會。
[0068]另外，當(dāng)濾波電容C第二端的電壓下降時，上述的方式將會倒轉(zhuǎn)，直到所有被點亮的LED熄滅。
[0069]相同地，本實施例與上述圖4A所述的實施例也會遇到相同閃爍的問題，因此，所述電流源模塊12另連接于所述LED數(shù)組45，接收一電流調(diào)整訊號44，以對應(yīng)所述LED數(shù)組45調(diào)整流至所述主要負載14的電流量，如此一來，整體的發(fā)光將能維持穩(wěn)定。然而，此舉電流補償?shù)姆椒ㄓ诒景覆⒎墙^對必須，因為，這些額外的閃爍大多很微小，且于大部分的應(yīng)用上可以被忽略。
【權(quán)利要求】
1.一種提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，包括: 一主要負載； 一電源模塊，用于將一交流電壓整流至一脈沖直流電壓； 一功率因子改善模塊，用于調(diào)整所述脈沖直流電壓至一驅(qū)動電壓: 一電流源模塊，連接于所述電源模塊、所述主要負載與所述功率因子改善模塊的一側(cè)，以所述驅(qū)動電壓驅(qū)動所述主要負載；及 一輔助負載，連接于所述功率因子改善模塊的另一側(cè)，并由所述功率因子改善模塊所驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述功率因子改善模塊包括一濾波電容，所述濾波電容具有一第一端及一第二端，其特征在于所述第一端連接于所述電源模塊，所述第二端連接于所述輔助負載。
3.如權(quán)利要求2所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述功率因子改善模塊另包括一限流裝置，所述輔助負載連接于所述限流裝置與所述濾波電容之間。
4.如權(quán)利要求3所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述主要負載為一發(fā)光二極管燈串，所述輔助負載包括: 多個串聯(lián)的發(fā)光二極管，并連接于所述濾波電容的所述第二端與所述限流裝置之間； 多個開關(guān)，各開關(guān)具有一第一端、一第二端及一第三端，其特征在于各所述開關(guān)的所述第一端與所述第二端分別連接所述對應(yīng)的發(fā)光二極管的兩端；及 一控制器，連接所述限流裝置來偵測所述限流裝置的一電壓，并連接各所述開關(guān)的所述第三端，依序禁止對應(yīng)的開關(guān)，來對應(yīng)驅(qū)動所述輔助負載中的所述些發(fā)光二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述控制器包括一連接于所述限流裝置的比較器，以供所述控制器得以根據(jù)所述比較器預(yù)設(shè)的一高門坎值與一低門坎值，依序禁止或使能所述對應(yīng)的開關(guān)，其中: 當(dāng)所述限流裝置的所述電壓高于所述高門坎值，所述控制器使能所述對應(yīng)的開關(guān)；及 當(dāng)所述限流裝置的所述電壓低于所述低門坎值，所述控制器禁止所述對應(yīng)的開關(guān)。
6.如權(quán)利要求5所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述控制器另連接于所述電流源模塊，并傳送一電流調(diào)整信號至所述電流源模塊，以控制流至所述主要負載的電流量。
7.如權(quán)利要求2所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述主要負載為一發(fā)光二極管燈串，所述輔助負載包括: 一限制二極管，連接于所述濾波電容的所述第二端；及 一發(fā)光二極管數(shù)組，與所述限制二極管并聯(lián)，并包括多個并聯(lián)的發(fā)光二極管燈串，各所述發(fā)光二極管燈串由多個發(fā)光二極管串聯(lián)所構(gòu)成，并與一限流電阻串接。
8.如權(quán)利要求7所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，于所述發(fā)光二極管數(shù)組中，各所述發(fā)光二極管燈串的發(fā)光二極管的數(shù)量依序漸增。
9.如權(quán)利要求7所述的提升功率因子改善電路效能的裝置，其特征在于，所述電流源模塊另連接于所述發(fā)光二極管數(shù)組，并對應(yīng)所述發(fā)光二極管數(shù)組調(diào)整流至所述主要負載的電流量。
【文檔編號】H02M1/42GK104009621SQ201410062515
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月24日
【發(fā)明者】理察·藍德立·葛瑞, 茅于海 申請人:理察·藍德立·葛瑞