改善电容衰退的电源供应器的制作方法

专利名称：改善电容衰退的电源供应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及改善电容衰退的电源供应器，特别是用于改善电源 供应器的功因才交正单元中电容元件的衰退。
背景技术：
现今电源供应器已普遍应用于各种电子产品，且4支术不断精 进，其输出功率亦不断上升，为了更进一步提高功率，势必要提高工作的效率；影响电源供应器效率的因lt主要包括输入电能的功率 因数以及转换电能时的损耗，其中电源供应器中的功因校正单元(Power Factor Correction ，简称为PFC )即为改善输入电能功率因 数的重要电路，尤其是主动式功因校正单元更将工作效率提高至 80%以上，而包括功因校正单元的电源供应器取得输入电能，该输 入电能经过整流单元后由功因4交正单元调变输入电能的相位，再经 由电能转换单元调变为输出电压，其中电能转换单元可为转换器(Converter)或者为切换式的转换电^各，而其中功因4交正单元与电 能转换单元则分别依据控制单元的控制而运作，其中典型的功因校 正单元包含开关元件、电感元件、电感元件以及控制单元，其中控 制单元自功因校正单元后端取得反馈信号以产生周期控制信号来 驱动开关元件，而使电感元件与电容元件调变输入电能的相位，功 因才交正单元的工作原理为本4支术领域:汰术人员所熟知，故不再赘 述；然而，现有的功因4交正单元亦有其4吏用寿命，大部4分的功因才交 正单元的故障都是由于其中的电容元件在长期吸收输入电能的电能波动下寿命会较快衰减而造成，且为了吸收该电能波动，必须选 用电容值较大、耐压高的电解电容元件，因而成本无法降低，请参阅图1与图2所示，其中Vg代表输入电能的电压，Vcb代表功因校正单元的电容元4牛的电压，而Vo为后端电能專^l奐单元的^r出电压，其中输入电能的电压Vg与输入电能的电流Ijn的乘积即为输入电能 的瞬时输入功率Pin (如图2所示)，功率的波动越大，电容元件所需吸收与释放的能量就越大，从而造成电容元件的快速衰退；参照 图1与图2可知，输入电能Vg具有很大的波动，而功因校正电路的输出VcB则形成接近直线的电压，可见输入电能的功率波动几乎都被电容元件所吸收，如此虽可提供高功率因数，但电容元件承受较大的沖击，容易衰退与损毁；上述现有功因校正单元因寿命受限 于电容的衰减，所以搭配工作寿命长的电子元件会造成浪费，例如于发光二极管本身至少具有十万小时的寿命，但由于电容元件的衰 减，造成功因才交正单元可能几千小时就已无法工作(电解电容元件 的平均寿命)，此时承载功因校正单元的电路板以及焊接于其上的 发光二极管皆必须一并更换，使发光二极管使用还不到其寿命一半 的时候就必须连同整个电路板一同废弃，造成额外的浪费与成本增 加；通过上述例子可知，现有功因校正单元的寿命受限于电容元件 为必须解决的问题。发明内容由于现有功因校正单元的寿命受限于电容元件的寿命，因此本 发明的目的就在于提供一种控制策略以改善现有的缺陷，延长电容 元件与功因4交正单元的4吏用寿命。本发明为 一 种改善电容衰退的电源供应器，该电源供应器具有 功因校正单元以及电能转换单元，其特征在于功因校正单元具有第 一储能元件，电能转换单元具有切换调变回^各，输入电能的波动振幅E区分为第一振幅能量E!与第二振幅能量E2，而通过第一^f诸能 元件吸收第一振幅能量Ep而经过功因4交正电路后输入电能仍具有 第二振幅能量E2的波动，并由切换调变回路将具有的第二振幅能量 E2调变为直流电能以形成恒压的输出电能；上述技术使得功因校正单元的^r出电压并非现有电赠4lr出的恒定电压，而是具有大紋波的电压，如此即可大幅度减小储能电容的电容值，达到延长功因校正 单元寿命的效果；与现有4支术相比对，由于现有功因才交正电^各中的 电容元件容量很大，因而现有功因校正单元的输出电压几乎就是恒 定的电压，本发明采用小容量的电容元件吸收输入功率中的第 一振输出的恒定电压，而是具有大紋波的电压，如此即可大幅度减小储 能电容的电容值，达到延长功因4交正单元寿命的效果。本发明的有益效果为1. 可延长功因校正电路中电容元件的寿命。2. 可选用电容值專交小的电容元件。


图1为现有技术的电压波形图。 图2为现有^支术的功率与电压、电流的波形图。 图3为实施本发明的电路结构框图。 图4为本发明调变的波形图(一)。 图5为本发明调变的波形图(二)。图6为本发明调变的波形图(三)。 图7为本发明的电压波形图。
具体实施方式
请参阅图3,图中所示为实施本发明的电路图，其中电源供应 器具有整流电路1、功因校正单元2与电能转换单元3，其中功因 校正单元2与电能转换单元3分别具有控制单元21、 31以驱动功 因才交正单元2与电能转换单元3工作，功因4交正单元2通过控制单 元21切换开关元件23的导通而调变电能相位的纟支术手^殳为本纟支术 领域技术人员所熟知，故不再赘述；图3中的电路取得输入电能， 经过整流后的l俞入电能Vg具有电压与电流的波动，两者相乘将产 生较大的功率波动(如图2所示的现有功率波形)，请再参阅图4 至图6，图4所示为输入电能的电压Vg的波形，其中，我们在输入 电能的电压Vg的波峰值V2与波谷值Vi (V!可为0)之间的差值定 义为^T入电能的波动纟展幅E,并JM等该波动4展幅E区分为第 一纟展幅 能量E！与第二振幅能量E2，其中第 一振幅能量Ei与第二振幅能量 E2的平均值相加的和等于输入电能的波动振幅E的平均值，功因校 正电路2具有第一储能元件22,电能转换单元3具有切换调变回路 32，第一储能元件22容许输入电能通过并自波动振幅E中吸收第 一振幅能量Ep -使通过功因4交正电路2的输入电能调变为具有第二 振幅能量E2的电能(如图5所示的Vc)，而图5中的功率曲线Pc 为功因校正电路2所输出的功率，虽功因校正电路2仅吸收部份的 功率波动，^旦由于后级电能转换单元3为恒定功率的负载，因此功 因校正电路2输出为恒定功率，但电压VCB仍具有第二振幅能量E2 的波动从而未^皮完全吸收；再请参阅图6，该图所示为功因校正电 ^各2输出的电压VCB经过切换调变回路32调变而输出的恒定输出 电压V0,经功因4交正电^各2调变后的输 电能VcB再送至切换调 变回^各32，通过切:换调变回^各32的高频调变，最纟冬〗吏;彈切4奂调变回路32将具有第二振幅能量E2的电能VCB调变为非常接近直流的 电能以形成恒定的输出电压V0;与现有^支术相比对，由于现有的 功因校正电路中的电容元件容量很大，因而现有功因校正单元2的 输出电压几乎就是恒定的电压，本发明的第一储能元件22可采用 d、容量的电容元件吸收输入功率中的第 一振幅能量E！，而输入电能 仍具有第二振幅能量E2的波动，如图7所示，图7与图1所示的波 形相比对后可知，本发明的功因才交正单元2调变后的电压不再是传 统功因校正单元2输出的恒定电压，而是具有大紋波的电压，之后 该大紋波的电压再通过切换调变回^各3，佳:得最终得到恒压输出电 压V。。通过上述的技术手段，本发明的功因校正电路2可利用电容值 较小的电容元件(如薄膜电容)作为第一储能元件22,可大幅缩小 电容元件的成本与减少电容元件吸收及释》欠的功率波动，达到延长 功因校正单元2寿命的效果，并且另具有成本较低、缩小体积的优点。虽然本发明已经以优选的实施例如上所述地进行了^皮露，然而 其并非用以限定本发明，上述的切换调变回路32可为返驰式电路， 而其中输入电能经功因校正电路2调变后，输入电能的第二振幅能 量E2的电压是介于360V至520V之间的，任4可熟知此4支术的人员， 在不脱离本发明的精神和范围内所作的些许更动与润饰，皆应涵盖 于本发明中，因此本发明的保护范围当以所附权利要求所界定的范 围为准。
权利要求
1.一种改善电容衰退的电源供应器，所述电源供应器具有功因校正单元(2)以及电能转换单元(3)，而输入电能具有能量大小为E的波动振幅，所述电源供应器的特征在于所述功因校正单元(2)具有第一储能元件(22)，所述电能转换单元(3)具有切换调变回路(32)，所述输入电能的波动振幅E区分为第一振幅能量E1与第二振幅能量E2，所述第一储能元件(22)容许所述输入电能通过，并吸收所述第一振幅能量E1而将所述输入电能调变为具有所述第二振幅能量E2的电能，之后所述输入电能再通过所述切换调变回路(32)，并由所述切换调变回路(32)将具有的所述第二振幅能量E2调变为直流电能以形成稳定的输出电能。
2. 根据权利要求1所述的改善电容衰退的电源供应器，其特征在 于，所述第一储能元件(22)为电容器。
3. 根据权利要求1或2所述的改善电容衰退的电源供应器，其特 征在于，所述输入电能经所述功因4交正电能调变后，所述输入 电能的第二振幅能量E2的电压介于360V至520V之间。
4. 根据权利要求1所述的改善电容衰退的电源供应器，其特征在 于，所述第一振幅能量Ei小于所述第二振幅能量E2。
5. 根据权利要求1所述的改善电容衰退的电源供应器，其特征在 于，所述切换调变回^各(32)为返驰式电3各。
全文摘要
本发明提供了一种改善电容衰退的电源供应器，该电源供应器具有功因校正单元以及电能转换单元，而输入该电源供应器的瞬时输入功率脉动P_in很大，为避免功因校正电路的电容元件过快衰退，本发明的特征在于功因校正单元具有第一储能元件，电能转换单元具有切换调变回路，输入电能的波动振幅E区分为第一振幅能量E₁与第二振幅能量E₂，而通过第一储能元件吸收第一振幅能量E₁，最终通过切换调变回路调变为恒压输出，使得功因校正单元的输出电压并非现有电路输出的恒定电压，而是具有大纹波的电压，如此即可大幅度减小储能电容的电容值，达到延长该功因校正单元寿命的效果。
文档编号H02M1/42GK101630903SQ20081013222
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者凯 姚, 明 徐, 阮新波, 顾琳琳 申请人:全汉企业股份有限公司;南京航空航天大学