专利名称：降压型主动式功率因数修正装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种降压型主动式功率因数修正装置，尤其是有关于一种可运用于各种输出电压低于交流输入电源的峰值电压的降压型主动式功率因数修正装置。
背景技术：
目前电气用品使用直流电的很多，但由于市电为交流电，所以需要作交-直流转换；而为了降低电力系统的虚功率，并减少电流谐波造成系统干扰，许多电气用品被要求具有高功率因数与低电流谐波，因此功率因数修正器被广泛地使用着。常用的功率因数修正电路主要分为被动式与主动式两大类,被动式功率因数修正电路以电感、电容等元件为主体，不使用主动开关元件；其结构简单，功能也较简单，尤其当电源或负载变动时缺乏应变能力。主动式功率因数修正电路通过主动功率开关元件进行切换动作,配合电感、电容元件使输入电流追随电源电压变动，达到功率因数修正的目的，配合回授控制，还可在电源或负载变动时，维持良好的电路特性。常用的主动式功率因数修正电路以升压式为代表，但却有直流输出电压需高于输入交流电压峰值的限制，其他降压式或降升压式等可输出较低电压的电路，则分别有特性较差、效率较低、储能元件体积较大或控制方式复杂较难实现等缺点。
图1A显示传统的主动式功率因数修正器所通常所采用的升压式(boost)转换电路，其主要优点是具有较高的功率因数与较易于实施的控制方式。图1B显示图1A的传统功率因数修正器的输入端电压Vs及电流Is波形示意图，且为市电角频率，Vm与Im分别表示电压峰值与电流峰值。在理想的情况下，输入电流Is的功率因数可接近1.0，在实际电路应用上，输入电流Is的功率因数实测值也可达0.98以上。在开关元件Qpfc的控制方面，因为升压式转换器的储能电感Lprc的电感电流即为输入电流Is，且在边界电流模式(boundarycurrent mode,BCM)下，储能电感Lpfc充电时的跨压等于电源AC的电压(如式子(I))。所以，滤除高频成份后的输 入电流13可以很容易地正比于输入电压(如式子(2))，达到高功率因数的效果，所以升压式功率因数修正器的控制方式易于实现。is(peak) = hpFC (peak) = 7 ' DTs (I)
L PFCi, ) = iLPFC.、=石' Sme DT⑵
s(avg) LPFC(avg)^ js
AhpFC目前有两种常用于升压式转换器的调高功率因数的作法:1.零电流切入(zero-current cut)+固定导通时间(constant on-time) ；2.零电流切入+2倍封包电流截止(double packets current cut-off)。这两种作法都可以实现式(2)所需要的频率或责任周期调变，目前也都有许多现成的IC可供应用。图1C显示应用上述两种作法后，升压式转换器与输入电流Is以及电感电流L关系图。升压式功率因数修正器(或升压式转换器)的限制是输出电压必须高于输入电压(峰值电压)，而伴随着高输出电压使得其元件的电压应力需求较高；尤其，对于电压需求较低(低于电源峰值电压)的负载而言，升压式功率因数修正器无法直接提供适当的电压电源，必须再通过降压电路(Buck Converter)将其输出电压降为负载的所需的电压，如图2所示；如此不但增加电路体积与成本，还会增加电路的功率损耗，降低整体电路的转换效率。也有直接以降压式转换电路进行功率因数修正器设计的，如图3A所示。降压式功率因数修正器主要缺点是当电源的输入电压Vi低于直流输出电压V。时，电路将无法引进输入电流，称为盲区(dead zone)，如图3B所所示。因此，降压式功率因数修正器的输入电流Is为不连续，故功率因数较低、电流谐波含量较大，且随着盲区越大，其功率因数越低、电流谐波失真率越大，如图3C所示。降压式功率因数修正器另一个大缺点是开关元件的控制方式较复杂、难以实现，主要因为其电感电流只有在充电阶段才流经电源，而电感充电时的跨压等于电源电压减输出电压，如式子(3);而其滤除高频成份后的输入电流如式子(4)，并未直接正比于输入电压；目前尚未有简单的控制电路或普遍的IC可供应用。
权利要求
1.一种降压型主动式功率因数修正装置，包括: 一辅助装置，用以产生一辅助电压；以及 一第一转换装置，耦接该辅助装置，用以传送、储存与转换能量； 其中该辅助电压与一输入电压极性相同，且与一输出电压极性相反。
2.如权利要求1所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，更包括: 一整流装置，耦接该辅助装置，接收并整流一电源，进而产生一输入电压；以及 一负载，耦接该第一转换装置。
3.如权利要求2所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该辅助装置包括一辅助绕组、一辅助二极管以及一辅助电容，而该第一转换装置包括:一储能电感、一主动式功率开关、一二极管以及一输出电容。
4.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该辅助绕组串联该辅助二极管，并与该辅助电容并联，且该辅助绕组为一电感线圈，且该辅助绕组与储能电感互相耦合。
5.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该二极管一端耦接储能电感，另一端耦接输出电容，而该储能电感一端耦接二极管，另一端耦接输出电容，而该输出电容一端耦接储能电感，另一端耦接二极管，并且与负载并联，而该主动式功率开关一端耦接整流装置，另一端耦接输出电容。
6.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当该主动式功率开关导通时，该输入电压与该辅助电压将会相加，且同时对该储能电感与该输出电容充电。
7.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当主动式功率开关截止时，该辅助绕组对该辅助电容充电，产生与该输入电压相同极性的该辅助电压。
8.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当主动式功率开关截止时，该储能电感与辅助绕组对该输出电容与辅助电容充电，使辅助电压与输出电压极性相反。
9.如权利要求3所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当该储能电感的线圈匝数与该辅助绕组的线圈匝数相同时，则该辅助电压等与该输出电压相等。
10.如权利要求2所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该辅助装置包括一辅助绕组、一第一辅助二极管、一第二辅助二极管以及一辅助电容，而该第一转换装置包括:一储能电感、一主动式功率开关、一二极管以及一输出电容。
11.如权利要求10所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该第一辅助二极管反相耦接该第二辅助二极管，且该第一辅助二极管的一端耦接该辅助电容，另一端耦接该辅助绕组，且该辅助绕组为一电感线圈。且该辅助绕组一端耦接该第一辅助二极管与该第二辅助二极管，另一端稱接该辅助电容与输出电容。
12.如权利要求10所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，该二极管的一端稱接该储能电感，而另一端稱接该主动式功率开关与该输出电容，而该储能电感一端耦接该二极管，而另一端耦接该辅助电容，且该主动式功率开关为一电晶体，其一端耦接该整流装置，而另一端耦接该二极管与该输出电容，且该输出电容一端耦接辅助电容，另一端耦接二极管，并且与负载并联。
13.如权利要求11所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当该主动式功率开关导通时，该输入电压与该辅助电压将会相加，且同时对该储能电感与该输出电容充电。
14.如权利要求11所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当主动式功率开关截止时，该储能电感将释放能量于该辅助绕组上，且辅助绕组将对该输出电容及辅助电容充电，使辅助电压与输出电压极性相反。
15.如权利要求11所述的降压型主动式功率因数修正装置，其特征在于，当该储能电感的线圈匝数与该辅助绕组的线·圈匝数相同时，则该辅助电压与该输出电压相等。
全文摘要
本发明提供一种降压型主动式功率因数修正装置，包括一交流输入电源；一整流装置，耦接该交流输入电源，接收并整流该电源，进而产生一输入电压；一第一转换装置，耦接该整流装置，用以接受、传送、转换与储存能量，并产生一输出电压；一负载，耦接该第一转换装置；以及一辅助装置，耦接该第一转换装置，用以产生一辅助电压，其中该辅助电压与该输入电压的电压极性相同，与该输出电压的电压极性相反，使得该第一转换装置可以在输入电压低于输出电压的情况下继续工作引入输入电流，进而缩短该输入电流的不连续时间，达到较佳的功率因数修正效果。
文档编号H02M1/42GK103187864SQ201210031180
公开日2013年7月3日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年1月3日
发明者蔡文田, 李清然, 陈伯彦, 潘晴财 申请人:财团法人工业技术研究院