专利名称：功率因素调整装置及电源供应系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种调整装置，特别是有关于一种功率因素调整装置。
技术背景图1为已知功率因素调整装置之示意图。功率因素调整(Power Factor Corrected;以下简称PFC)装置20的桥式整流器21是将交流电源Vs转换成直流 电压，因此，当交流电源Vs的电压范围在90Vac 264Vac之间，则节点23的电 压范围约在127Vdc 373Vdc之间。由于节点24的电压需大于节点23的电压， 方能使PFC电感动作。然而节点23的电压最大为373Vdc，故节点24的电压一 般是选定在385Vdc。当节点24的电压固定在385Vdc，而节点23的电压为127Vdc时，则节点 23及24之间的压差约为253Vdc。由于节点23及24之间的压差很大，故电感 22的体积也就愈大，因此，造成功率因素调整装置20的体积变大，以及组件成 本的增加，并且效率亦无法提升。发明内容鉴于上述问题，本发明之一目的在于提供了一种线圈体积小，成本低廉以 及效率高的功率因素调整装置。为了达到上述目的，该装置其包括整流器、PFC线圈、二极管、第一及第二 电阻、PFC控制单元、电压转换单元、切换单元以及调整单元。整流器用以将交 流电压转换成第一直流电压。PFC线圈的第一端耦接整流器。二极管的阳极耦接 PFC线圈的第二端。第一电阻耦接于二极管之阴极与第一节点之间。第二电阻耦 接于第一节点与低电平之间。PFC控制单元提供参考电压予第一节点，使第一节 点保持在7.5V。电压转换单元用以将第一直流电压转换成第二直流电压。切换 单元根据一调整信号，控制PFC线圈的第二端的电压。调整单元耦接于电压转 换单元与切换单元之间，用以根据第二直流电压提供调整信号。另外，本发明亦提供一种电源供应系统，其包括整流器、PFC线圈、二极管、 第一及第二电阻、PFC控制单元、电压转换单元、切换单元、调整单元以及直流 电源转换器。整流器用以将交流电压转换成第一直流电压。PFC线圈的第一端耦 接整流器。二极管的阳极耦接PFC线圈的第二端。第一电阻耦接于二极管的阴 极与第一节点之间。第二电阻耦接于第一节点与低电平之间。控制单元提供参 考电压予第一节点。电压转换单元用以将第一直流电压转换成第二直流电压。
切换单元根据一调整信号，控制PFC线圈之第二端之电压。调整单元耦接于电 压转换单元与切换单元之间，用以根据第二直流电压提供调整信号。直流电源转换器用以将第二直流电压转换成第三直流电压。通过本发明所述功率因素调整装置及电源供应系统，降低PFC线圈的体积、 组件成本，并增加功率因素调整装置的效率。
图1显示已知功率因素调整装置。 图2显示本发明之电源供应系统。
具体实施方式
图2显示本发明之电源供应系统。如图所示，电源供应系统30包括，功率 因素调整装置31以及直流电源转换器(DC to DC converter) 32。功率因素调 整装置31用以将交流电源转换成高压直流电源。直流电源转换器32是运用于 直流电源间的转换。由于功率因素调整装置31其输出为直流高压，故需利用直流电源转换器32 将较大的直流高压转换成较小的直流低压电源。在本实施例中，直流电源转换 器32为一切换式电源(switching power )转换器。功率因素调整装置31包括，整流器311、 PFC线圈312、 二极管313、电阻 Rl及R2、 PFC控制单元316、电压转换单元317、切换单元318以及调整单元 319。整流器311将交流电压Vac转换成直流电压Vdcl。在本实施例中，整流器 311为一桥式整流器。PFC线圈312耦接于整流器311及二极管313之间。在本 实施例中，PFC线圏312为一电感器。其中，金属氧化半导体场效晶体管(M0SFET)Q2作为开关装置与二极管313 的阳极耦接PFC线圈312的第二端42。电阻Rl耦接于二极管313阴极的节点 43与第一节点A之间。电阻R2耦接于第一节点A与低电平Vss(例如，接地电 位)之间。PFC控制单元316提供参考电压Vref予第一节点A做电压比较，以改变二 极管313之阴极的节点43电压。PFC控制单元316为功率因素调整控制集成电 路(IC)。在本实施例中，PFC控制单元316为德州仪器公司所生产的UCC3817为 参考，其提供的参考电压Vref等于7.5V。电压转换单元317将第一直流电压Vdcl转换成第二直流电压Vdc2。在本实 施例中，电压转换单元317包括电阻R3、 R4及电容CAP。电阻R3耦接于PFC线 圈312的第一端41与第二节点B之间。电阻R4耦接于第二节点B与低电平Vss 之间。电容CAP并联电阻R4。调整单元319为耦接于电压转换单元317与切换单元318之间，用以根据第二直流电压Vdc2提供调整信号Acij。在本实施例中，调整单元319为一齐纳二极管ZD，其阴极直接地电性连接第二节点B,其阳极 直接地电性连接npn晶体管Ql的基极。切换单元318根据调整信号Adj，控制二极管313的阴极节点43电压。在 本实施例中，切换单元318包括，叩n晶体管Ql以及电阻R5。 npn晶体管Ql的 基极接收调整信号Adj，其集电极耦接第一节点A。电阻R5耦接于叩n晶体管 Ql之发射极与低电平Vss之间。为了避免电磁干扰，功率因素调整装置31更包括一电磁干扰单元(未显示)， 其是耦接于交流电压Vac与整流器311之间。当输入的交流电源Vac的电压范围在90Vac 264Vac之间，则第一直流电压 Vdcl范围约在127Vdc 373Vdc之间。由于电阻R3及R4的阻抗固定，故第二直 流电压Vdc2是随着第一直流电压Vdcl以正相关变化，亦即第一直流电压Vdcl 增加，第二直流电压Vdc2亦增加，反之亦然。因此，当第一直流电压Vdcl小于一默认值时，第二直流电压Vdc2便无法 同时导通齐纳二极管ZD及npn晶体管Ql。因此二极管313的阴极的节点43电 压是由参考电压Vref、电阻R1及R2的阻抗所决定。当第一直流电压Vdcl大于 该默认值时，第二直流电压Vdc2可同时导通齐纳二极管ZD及npn晶体管Ql, 此时调整信号Adj是随着第二直流电压Vdc2而变化，且叩n晶体管Ql的集电 极与发射极间的等效电阻Rce的阻抗亦随着调整信号Adj而变化。由于二极管313的压差很小可以忽略，故PFC线圈312的第二端42的电压 可视同等于节点43的电压，故当npn晶体管Ql导通时，等效电阻Rce与电阻 R5是并联电阻R2，并且第一节点A的电压等于参考电压Vref，故二极管313的 阴极的节点43电压会随着第一节点A的等效阻抗而变化，故PFC线圈312 二端 之间的压差是可机动调整，有效改善已知技术固定不变压差的缺点。由上述可知，当第一直流电压Vdcl小于该默认值时，节点43电压为一固 定值，贝ijPFC线圈312的第二端42的电压亦为一固定值。然而，当第一直流电 压Vdcl大于该默认值时，节点43电压会随着第一直流电压Vdcl而变化，则PFC 线圈312的第二端42的电压会随着第一直流电压Vdcl而变化，故可避免PFC 线圈312 二端之间的压差过大。当PFC线圈312两端的压差可控制时，则可控 制PFC线圈312的体积，进而縮小功率因素调整装置31的体积。举例来说，参考电压Vref等于7. 5V， npn晶体管Ql的导通电压约为0. 6V， 并且忽略二极管313的压差。经过计算后可知，当交流电压Vac小于或等于120V 时，无法同时导通齐纳二极管ZD与叩n晶体管Ql，而当交流电压Vac大于120V 时，则可同时导通齐纳二极管ZD与叩n晶体管Ql。以下将举例说明节点A与B 间的压差控制方式。当交流电压Vac等于90V时，则第一直流电压Vdcl约为127V。经过电压单
元317转换后，第二直流电压Vdc2约为4.63V，不足以同时导通齐纳二极管ZD与叩n晶体管Ql，故PFC线312的第二端42的电压约为194V。因此，PFC线 312两端之间的压差约为67V。当交流电压Vac等于120V时，则第一直流电压Vdcl约为170V。经过电压 单元317转换后，第二直流电压Vdc2约为6. 17V，不足以同时导通齐纳二极管 ZD与叩n晶体管Ql，故PFC线312的第二端42的电压约为194V。因此，PFC 线312两端之间的压差约为24V。当交流电压Vac等于125V时，则第一直流电压Vdcl约为176. 8V。经过电 压单元317转换后，第二直流电压Vdc2约为6.44V,使得齐纳二极管ZD与npn 晶体管Q1可同时导通。由于第二直流电压Vdc2约为6.44V,故等效电阻Rce的 阻抗约为1. 1M，使得PFC线312的第二端42B的电压约为200V。因此，PFC线 312两端之间的压差约为23. 8V。当交流电压Vac等于180V时，则第一直流电压Vdcl约为254. 4V。经过电 压单元317转换后，第二直流电压Vdc2约为9.27V,使得齐纳二极管ZD与叩n 晶体管Q1可同时导通。由于第二直流电压Vdc2约为9.27V,故等效电阻Rce的 阻抗约为52.67K，使得PFC线312的第二端42的电压约为278V。因此，PFC线 312两端之间的压差约为23. 6V。当交流电压Vac等于240V时，则第一直流电压Vdcl约为339. 42V。经过电 压单元317转换后，第二直流电压Vdc2约为12. 36V，使得齐纳二极管ZD与叩n 晶体管Ql可同时导通。由于第二直流电压Vdc2约为12. 36V，故等效电阻Rce 的阻抗约为7. 94K，使得PFC线312之第二端42的电压约为363V。因此，PFC 线312两端之间的压差约为23. 58V。由上述可知，当交流电压Vac小于120V时，PFC线312两端之间的压差最 大约为67V。而当交流电压Vac大于120V时，PFC线312两端之间的压差最大 约为23.8V。因此，通过本发明，可将PFC线圈312两端的最大压差由己知的 253V降低至67V，故可大幅縮小线圈312的体积。
权利要求
1.一种功率因素调整装置，其特征在于该装置包括一将一交流电压转换成一第一直流电压的整流器；一功率因素调整(PFC)线圈，具有一第一及第二端，且其第一端耦接于上述整流器；一二极管，其阳极耦接第二端；一第一电阻，其耦接于二极管的阴极与一第一节点之间；一第二电阻，其耦接于第一节点与一低电平之间；一提供一参考电压予第一节点的PFC控制单元；一将该第一直流电压转换成一第二直流电压的电压转换单元；一切换单元，根据一调整信号，控制第二端的电压；以及一调整单元，其耦接于电压转换单元与切换单元之间，根据该第二直流电压提供调整信号。
2. 根据权利要求1所述的功率因素调整装置，其特征在于该整流器为一 桥式整流器。
3. 根据权利要求1所述的功率因素调整装置，其特征在于该PFC线圈为 一电感器。
4. 根据权利要求1所述的功率因素调整装置，其特征在于该电压转换单 元包括一第三及第四电阻，且该第三电阻耦接于该第一端以及一第二节点之间， 该第四电阻耦接于第二节点及低电平之间，并提供第二直流电压于第一节点。
5. 根据权利要求4所述的功率因素调整装置，其特征在于该电压转换单 元更包括一电容，其并联于第四电阻。
6. 根据权利要求4所述的功率因素调整装置，其特征在于该切换单元包括一叩n晶体管，其基极直接地连接调整单元，集电极耦接第一节点；以及 一第五电阻，其耦接于叩n晶体管的发射极与低电平之间。
7. 根据权利要求6所述的功率因素调整装置，其特征在于该调整单元为 一齐纳二极管,其阴极直接地连接该第二节点，其阳极直接地连接叩n晶体管 的基极。
8. 根据权利要求1所述的功率因素调整装置，其特征在于该PFC控制单 元为UCC3817。
9. 根据权利要求1所述的功率因素调整装置，其特征在于更包括一电磁 干扰单元，耦接于该交流电压与整流器之间。
10. —种电源供应系统，其特征在于该系统包括 一将一交流电压转换成一第一直流电压的整流器； 一PFC线圈，具有一第一及第二端，该第一端耦接该整流器； 一二极管，其阳极耦接该第二端；一第一电阻，其耦接于该二极管之阴极与一第一节点之间； 一第二电阻，其耦接于该第一节点与一低电平之间； 一提供一参考电压予第一节点的PFC控制单元，；一将该第一直流电压转换成一第二直流电压的电压转换单元； 一切换单元，其根据一调整信号，控制该第二端之电压；一调整单元，耦接于该电压转换单元与该切换单元之间，并根据该第二直 流电压提供该调整信号；以及一将第二直流电压转换成一第三直流电压的直流电源转换器。
11. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于该整流器为一桥 式整流器。
12. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于该PFC线圈为一
13. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于该电压转换单元 包括一第三及第四电阻，且该第三电阻耦接于第一端以及一第二节点之间，该 第四电阻耦接于该第二节点及低电平之间，并提供该第二直流电压于该第二节 点。
14. 根据权利要求13所述的电源供应系统，其特征在于该电压转换单元 更包括一电容，其并联该第四电阻。
15. 根据权利要求13所述的电源供应系统，其特征在于该切换单元包括:一叩n晶体管，其基极直接地连接该调整单元，该集电极耦接第一节点；以及一第五电阻，其耦接于该叩n晶体管的发射极与该低电平之间。
16. 根据权利要求15所述的电源供应系统，其特征在于该调整单元为一 齐纳二极管，其阴极直接地连接该第二节点，其阳极直接地连接该叩n晶体管 之基极。
17. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于该PFC控制单元 为UCC3817。
18. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于更包括一电磁干 扰单元，其耦接于该交流电压与整流器之间。
19. 根据权利要求10所述的电源供应系统，其特征在于该直流电源转换 器为一切换式电源转换器。
全文摘要
本发明公开了一种功率因素调整装置，其包括整流器、功率因素调整(PFC)线圈、二极管、第一及第二电阻、PFC控制单元、电压转换单元、切换单元以及调整单元。整流器用以将交流电压转换成第一直流电压。PFC线圈之第一端耦接整流器。二极管的阳极耦接PFC线圈之第二端。第一电阻耦接于二极管之阴极与第一节点之间。第二电阻耦接于第一节点与低电平之间。PFC控制单元提供参考电压予第一节点。电压转换单元用以将第一直流电压转换成第二直流电压。切换单元根据一调整信号，控制线圈之第二端之电压。调整单元耦接于电压转换单元与切换单元之间，用以根据第二直流电压提供调整信号。因而降低PFC线圈的体积、组件成本，并增加功率因素调整装置的效率。
文档编号H02M1/14GK101132132SQ20061003724
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者熊大嵩 申请人:佛山市顺德区顺达电脑厂有限公司;神基科技股份有限公司