非线性转换比功率因数转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功率因数转换器；特别涉及关于具有低总斜波失真以及高功因值 的一种非线性转换比功率因数转换器。
【背景技术】
[0002] 在各种电子设备中，电源转换器几乎是不可或缺的装置，尤其是在交流对直流转 换器中，在电力需求较大的电子设备中，其所消耗的电力可能超出其规格，因而对其他电子 设备造成干扰，因此对于电子设备而言，功率因数修正（powerfactorcorrection;PFC)是 十分重要的技术，其不仅能节省能源的使用减少电费，也可以有效减低造成电力污染的谐 波。功率因数修正是指有效功率与总耗电量，即视在功率，之间的关系，也就是有效功率除 以总耗电量的比值，功率因数值越大，代表电力的利用率越高。
[0003] 然而，习知的功率因数修正器，仍需改善工作周期、输入电流的有效值、以及谐波 失真等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所提供的非线性转换比功率因数转换器通过开关切换并改变电感的耦接 特性，以改善零交越、功率因数以及总谐波失真等问题。
[0005] 本发明提供一种非线性转换比功率因数转换器包括一第一电感、一第二电感、一 整流电路以及一开关电路。开关电路用以在一电感充电阶段，将第一电感与第二电感等效 为并联以通过一交流电源让等效为并联的第一电感与第二电感进行存储电能，并且用以在 一电感放电阶段，将第一电感与第二电感等效为串联以释放在电感充电阶段所存储的电能 至整流电路。
[0006] 详细而言，第一电感具有一第一端耦接至交流电源的一第一端，以及一第二端耦 接至整流电路的一第一输入端。第二电感具有一第一端耦接至交流电源的一第二端，以及 一第二端耦接至整流电路的一第二输入端。开关电路更包括一第一双向开关以及一第二双 向开关。第一双向开关具有一第一端I禹接于第一电感的第一端，以及一第二端I禹接于第二 电感的第二端。第二双向开关具有一第一端耦接于第二电感的第一端，以及一第二端耦接 于第一电感的第二端，其中第一双向开关以及第二双向开关以一既定频率切换并同时被开 启以及同时被关闭。
[0007] 在一实施例中，在电感充电阶段中，第一双向开关以及第二双向开关被开启，使得 第一电感与第二电感等效为并联，并且通过交流电源让等效为并联的第一电感与第二电感 进行存储电能。在电感放电阶段，第一双向开关以及第二双向开关被关闭，使得第一电感与 第二电感等效为串联，并且等效为串联的第一电感与第二电感释放在电感充电阶段所存储 的电能至整流电路。
[0008] 在一整流电路的实施例中，整流电路包括四个二极管以及一电容。第一二极管具 有一阳极耦接至第一电感的第二端，以做为整流电路的第一输入端，以及一阴极。第二二极 管具有一阳极耦接至第二电感的第二端，以做为整流电路的第二输入端，以及一阴极耦接 于第一二极管的阴极。第三二极管具有一阳极，以及一阴极耦接于第一二极管的阳极。第 四二极管具有一阳极耦接至第三二极管的阳极，以及一阴极耦接于第二二极管的阳极。电 容具有一第一端耦接至第一二极管以及第二二极管的阴极，以及一第二端耦接至第三二极 管以及第四二极管的阳极。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的非线性转换比功率因数转换器的一种实施例的方块图。
[0010] 图2是本发明图1所示的非线性转换比功率因数转换器的一种实施例的方块图。
[0011] 图3是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器的操作图。
[0012] 图4是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器的操作图。
[0013] 图5是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器的操作图。
[0014] 图6是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器的操作图。
[0015] 图7是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器的信号图。
[0016] 图8是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的输入电流波形图。
[0017] 图9是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的功率因数与负载曲线图。
[0018] 图10是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的总谐波失真与负载曲线图。
[0019] 图11是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的功率因数与电压曲线图。
[0020] 图12是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的总谐波失真与电压曲线图。
[0021] 图13是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的输出电压与工作周期曲线图。
[0022] 图14是本发明图2所示的非线性转换比功率因数转换器与图15的功率因数转换 器的输入电流与工作周期曲线图。
[0023] 图15是本发明所示的功率因数转换器的一种实施例的方块图。
[0024] 图16是本发明图1所示的非线性转换比功率因数转换器的另一种实施例的方块 图。
[0025] 其中，附图标记说明如下：
[0026] 100非线性转换比功率因数转换器
[0027] 120开关电路
[0028] 122第一双向开关
[0029] 124第二双向开关
[0030] 140整流电路
[0031] 420开关电路
[0032] 440整流电路
[0033] LI、L1' 第一电感
[0034] L2、L2' 第二电感
[0035] Q1-Q4 N型场效应晶体管
[0036] D1-D4 二极管
[0037] CO电容
[0038] C1、C2 电容
[0039] RLoad 负载
[0040] VS交流电源
[0041] V0、VQ1、VQ2 电压
[0042] Iin输入电流
[0043] IQ1、IQ2、IQ3、IQ4、ID1、ID2、ID3、ID4、IL1、IL2 电流
[0044] Tl电感充电阶段
[0045] T2电感放电阶段
[0046] CV1、CV2 曲线
[0047] PFL1、PFL2、PFVl、PFV2 功率因数曲线
[0048] THDL1、THDL2、THDV1、THDV2 总谐波曲线
[0049] DV1、DV2、DI1、DI2 工作周期曲线
【具体实施方式】
[0050] 以下将详细讨论本发明各种实施例的装置及使用方法。然而值得注意的是，本发 明所提供的许多可行的发明概念可实施在各种特定范围中。这些特定实施例仅用于举例说 明本发明的装置及使用方法，但非用于限定本发明的范围。
[0051] 图1是本发明的非线性转换比功率因数转换器的一种实施例的方块图。非线性转 换比功率因数转换器100包括一第一电感L1、一第二电感L2、一开关电路120以及一整流 电路140。第一电感Ll以及第二电感L2分别耦接于一交流电源VS以及整流电路140之间。 开关电路120耦接于第一电感L1、第二电感L2、整流电路140以及交流电源VS之间，用以 根据一既定频率（例如，60kHz)反复切换，以借着开关电路120导通或切断第一电感Ll与 第二电感L2之间来自交流电源AS的电能流动，使得非线性转换比功率因数转换器100可 交错工作于一电感充电阶段以及一电感放电阶段。在电感充电阶段中，开关电路120用将 第一电感Ll与第二电感L2等效为并联。在电感放电阶段中，开关电路120用以将第一电 感Ll与第二电感L2等效为串联。由于在电感充电阶段中，第一电感Ll与第二电感L2以 并联的方式接收交流电源VS以进行充电，故输入电流Iin的斜率较大。由于输入电流Iin 的斜率较大，所以输入电流波形在零交越时能追得更好，以致功因值（PowerFactor，PF)提 升并降低总谐波失真（TotalHarmonicDistortion，THD)。
[0052] 详细而言，第一电感LI具有一第一端稱接至一交流电源VS的一第一端，以及一第 二端耦接至整流电路140的一第一输入端。第二电感L2具有一第一端耦接至交流电源VS 的一第二端，以及一第二端耦接至整流电路140的一第二输入端。开关电路120还包括一 第一双向开关122以及一第二双向开关124。
[0053] 第一双向开关122具有一第一端稱接于第一电感Ll的第一端或稱接交流电源VS 的第一端，以及一第二端耦接于第二电感L2的第二端或耦接至整流电路140的第二输入 端。第二双向开关124