被动式功因校正交直流转换装置及功因校正电路动作方法
【专利摘要】一种被动式功因校正交直流转换装置，包含有一整流电路与一功因校正电路。该整流电路的输入端口电性连接一交流电源，该功因校正电路包含有一第一电感、一第二电感、一第一电容、一第二电容、一第一二极管与一第二二极管。该第一电感一端电性连接该整流电路输出端口的正端，另一端经过相互并联的二串联路径电性连接输出端口的负端，其中一串联路径由该第一电容与该第二二极管组成；另一串联路径由该第二电感与该第二电容组成。该第二电容供并联一负载；该第一二极管跨接于该二串联路径之间。由此，可控制该交流电源的输入电流，有效提高功率因数。
【专利说明】被动式功因校正交直流转换装置及功因校正电路动作方法
【技术领域】
[0001]本发明是与被动式功因校正电路有关，更详而言之是指一种具有被动式功因校正交直流转换装置及功因校正电路动作方法。
【背景技术】
[0002]交直流转换装置是用以将所接收的交流电源转换成直流电源后输出。图1所示的为传统的交直流转换装置，包含有一整流电路10与一输出电容C，该整流电路10将一交流电源S转换成一直流电源，该输出电容C跨接于该整流电路10的输出端，且该输出电容C供并联一负载R。该交直流转换装置在动作时，该交流电源S的输入电压Vin与输入电流iin处于相位不同的情况，导致功率因数低且电流总谐波失真严重。此外，只有在该直流电源的电压高于输出电容C的电压时，才会对该输出电容C进行充电，因此造成该输出电容C充电时间缩短，导致该整流电路10中二极管的导通时间亦随之缩短，以及导通电流的峰值随之增大，造成输入电流iin波形失真及功率因数降低。功率因数降低除了浪费能源外，亦增加电力公司的电力供应是充不必要的负担。基此，具有功因校正电路的交直流转换装置便因应而生。
[0003]传统用于交直流转换装置的功因校正电路可分为主动式与被动式两种。主动式功因校正电路是使用一主动开关元件控制输入电流，其优点在于功率因数可达到0.99以上、电流谐波失真总量小于10%、输入电压范围广泛、输出电压稳定及且不受输出功率变动影响。然而，主动式功因校正电路需使用额外的主动开关元件，其缺点在于制作成本高、电磁噪声大与耐用性低。传统的被动式功因校正电路是为一电感L，该电感L串联于交直流转换装置的整流电路10的输入端(参照图2)，其具有构造简单耐用、无主动开关元件造成电磁噪声的优点。由于该电感L需米用体积大的娃钢片电感,娃钢片电感的体积随着输出功率及额定输入电压降低而增加，且功率因数最高约为75%，无法符合现今使用需求。若能提高具有被动式功因校正电路的交直流转换装置的功率因数，当可取代成本较高的具有主动式功因校正电路的交直流转换装置。此外，为了使该负载R上的输出电压的涟波减小，前述的输出电容C必须采用高容值的电解电容，电解电容容易因长时间受热而有电解液外漏的情形，导致电路的使用寿命减短。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种被动式功因校正交直流转换装置及功因校正电路动作方法，可有效提高交直流转换装置功率因数，且无需使用电解电容，可有效提高交直流转换装置的使用寿命。
[0005]缘以达成上述目的，本发明所提供的被动式功因校正交直流转换装置，包含有一整流电路以及一功因校正电路。其中，该整流电路具有一输入端口与一输出端口，该输入端口供电性连接一交流电源，该整流电路将该交流电源转换成一直流电源后自该输出端口输出；该功因校正电路包含有一第一电感、一第二电感、一第一电容、一第二电容、一第一二极管与一第二二极管，其中:
[0006]该第一电感一端电性连接该整流电路的输出端口的正端，另一端电性连接两个相互并联的串联路径，其中一串联路径包括该第一电容与该第二二极管，该第一电容一端电性连接该第一电感，该第一电容另一端电性连接该第二二极管的阴极，该第二二极管的阳极电性连接该整流电路的输出端口的接地端；另一串联路径包括该第二电感与该第二电容，该第二电感一端电性连接该第一电感，该第二电感另一端电性连接该第二电容的一端，该第二电容的另一端电性连接该整流电路的输出端口的接地端；该第二电容供并联一负载；该第一二极管的阳极电性连接于该第一电容与该第二二极管的阴极间，该第一二极管的阴极电性连接于该第二电感与该第二电容间。
[0007]其中，该第二电容为非电解电容。
[0008]依据上述构思，本发明更提供有该功因校正电路的动作方法，包含有下列步骤:
[0009]A.接收由该整流电路所输出的直流电源；
[0010]B.导通该第二二极管，由该第一电容与该直流电源输出能量至该负载，直到该第
二二极管截止；
[0011]C.由该直流电源输出能量至该负载，直到该第一二极管导通；
[0012]D.由该直流电源对该第一电容充电，并输出能量至该负载，直到该第一二极管截止；以及
[0013]E.由该直流电源输出能量至该负载，直到该第二二极管导通；以及
[0014]F.重复步骤B至步骤F，直到输入该整流电路的交流电源停止供应。
[0015]由此，通过该被动式功因校正交直流转换装置及其功因校正电路的动作方法，可以增加该整流电路中二极管的导通时间以控制该交流电源的输入电流，有效提高功率因数。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为能更清楚地说明本发明，以下结合实施例并配合附图详细说明如后，其中:
[0017]图1为传统的交直流转换装置电路图；
[0018]图2为传统的具有被动式功因较正电路的交直流转换装置；
[0019]图3为本发明较佳实施例被动式功因校正交直流转换装置；
[0020]图4为本发明较佳实施例于第一状态时的等效电路；
[0021]图5为本发明较佳实施例于第二状态时的等效电路；
[0022]图6为本发明较佳实施例于第三状态时的等效电路；
[0023]图7为本发明较佳实施例于第四状态时的等效电路；以及
[0024]图8为本发明较佳实施例被动式功因校正交直流转换装置的波形图。
【具体实施方式】
[0025]图3所示为本发明一较佳实施例的被动式功因校正交直流转换装置，包含有一整流电路20与一功因校正电路30，其中:
[0026]在本实施例的整流电路20为一全波桥式整流器，该整流电路20具有一输入端口202与一输出端口 204，该输入端口 202电性连接一交流电源S，该交流电源S提供一输入电压Vin与输入电流iin至该整流电路20，本实施例中该交流电源S为电力公司提供的市电，但不以此为限，亦可将市电经由变压器降压或升压后电性连接至该输入端口 202。该交流电源S经该整流电路20整流后，由该输出端口输出二倍频率的一直流电源。
[0027]该功因校正电路30包含有一第一电感L1、一第二电感L2、一第一电容Cl、一第二电容C2、一第一二极管Dl与一第二二极管D2，其中:
[0028]该第一电感LI 一端电性连接该整流电路2输出端口 204的正端，另一端电性连接两个相互并联的串联路径，其中一串联路径包括该第一电容Cl与该第二二极管D2，本实施例的第一电容Cl为极性电容，其正极电性连接该第一电感LI，其负极电性连接该第二二极管D2的阴极，该第二二极管D2的阳极电性连接该整流电路20输出端口 204的接地端；另一串联路径包括该第二电感L2与该第二电容C2，该第二电感L2 —端电性连接该第一电感LI，该第二电感L2另一端电性连接该第二电容C2的一端，该第二电容C2的另一端电性连接该整流电路20输出端口 204的接地端。该第一二极管Dl跨接于两个串联路径之间，该第一二极管Dl的阳极电性连接于该第一电容Cl的负极与该第二二极管D2的阴极间，该第一二极管Dl的阴极电性连接该第二电感L2与该第二电容C2间。该第二电容C2的两端并联一负载R。在实务上，该第一电容Cl亦可米用无极性的电容。
[0029]在上述的电路架构下，该功因校正电路30的动作方法如下所述:
[0030]在该交流电源S的每一半周期中(即该直流电源的每一周期)，该功因校正电路30接收由该整流电路20所输出的直流电源，并依序产生四个不同的状态，兹定义为一第一状态、一第二状态、一第三状态与一第四状态。其中:
[0031]当该第一电容Cl的电压大于该第一电感LI的电压与该第二电容C2的电压的总和时，该第二二极管D2导通，产生一导通电流iD2，该功因校正电路30为该第一状态，其等效电路如图4所示。此时该第一电容Cl对该第二电容C2及该第二电感L2释放能量，同时该直流电源经过该第一电感LI对该第二电感L2及该第二电容C2充电并输出能量至该负载R，产生一输出电压I,直到该第二二极管D2截止时(即该第一电容Cl的电压小于该第一电感LI的电压与该第二电容C2的电压的总和)该第一状态结束。在该第一状态中，该第一电感LI与该第一电容Cl构成谐振电路，用以降低该交流电源S的输入电流iin的谐波成分。
[0032]当该第一电容Cl的电压小于该第一电感LI的电压与该第二电容C2的电压的总和时，该第二二极管D2截止，该功因校正电路30为该第二状态，其等效电路如图5所示。此时该直流电源经过该第一电感LI对该第二电感L2及该第二电容C2充电并输出能量至该负载R，直到该第一二极管Dl导通时(即该直流电源的电压大于该第一电感LI的电压、该第一电容Cl的电压与该第二电容C2的电压的总和)该第二状态结束。
[0033]当该直流电源的电压大于该第一电感LI的电压、该第一电容Cl的电压与该第二电容C2的电压的总和时,该第一二极管Dl导通,产生一导通电流iD1，该功因校正电路30为该第三状态，其等效电路如图6所示。此时该直流电源经过该第一电感LI对该第一电容Cl、该第二电感L2及该第二电容C2充电并输出能量至该负载R，直到该第一二极管Dl截止时(即该直流电源的电压小于该第一电感LI的电压、该第一电容Cl的电压与该第二电容C2的电压的总和)该第三状态结束。
[0034]当该直流电源的电压小于该第一电感LI的电压、该第一电容Cl的电压与该第二电容C2的电压的总和时，该第一二极管Dl截止，该功因校正电路30为该第四状态，其等效电路如图7所示。此时该直流电源经过该第一电感LI对该第二电感L2及该第二电容C2充电并输出能量至该负载R，直到该第二二极管D2导通时(即该第一电感LI的电压与该第二电容C2的电压的总和小于该第一电容Cl的电压)该第四状态结束，该功因校正电路30即进入该交流电源S下一半周期重复第一状态至第四状态，直到输入该整流电路20的交流电源S停止供应。
[0035]图8所示的为前述的被动式功因校正交直流转换装置的输入电压Vin、输入电流iin、输出电压V。、第一二极管Dl的导通电流iD1以及第二二极管D2的导通电流iD2的波形。其中，该负载R是以IOOohm的电阻为例，该第一电感LI为55mH，该第二电感L2为550mH，该第一电容Cl为10uF，该第二电容C2为10uF，该交流电源S的输入电压Vin为I IOVrms的正弦波。由图8中可得知该输入电流iin已校正为趋近正弦波的波形，该被动式功因校正交直流转换装置的功率因数为0.959，相较于传统的被动式功因校正电路可有效提高功率因数。此外，该第一电感LI与该第一电容Cl构成的谐振电路亦可有效降低该交流电源S的输入电流iin的谐波成分。
[0036]在上述中，该第一电感LI与该第一电容Cl构成谐振电路，可增加该整流电路20中二极管的导通时间以控制该交流电源S的输入电流iin。该第一电容Cl与该第一二极管D1、该第二二极管D2、该第二电感L2及该第二电容C2构成的共振电路，可达到降低输出至该负载R的输出电压\的涟波及增加该交流电源S的功率因数的效果。较佳地，该第二电感L2的电感值为大于或等于该第一电感LI的电感值的十倍，可有效地控制充放电的时间，以调整该第一状态、该第二状态、该第三状态与该第四状态所持续的时间。此外，该第二电感L2兼具有储能及滤波的功效，可提供能量到该负载R并抑制该负载R的电流的涟波，由此，该第二电容C2即可采用非电解电容(如陶瓷电容或钽质电容)取代传统的电解电容，由此，可有效延长电路的使用寿命。
[0037]以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非本发明的所有可实施态样。凡是应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构及方法的变化，理应包含在本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种被动式功因校正交直流转换装置，包含有: 一整流电路，具有一输入端口与一输出端口，该输入端口供电性连接一交流电源，该整流电路将该交流电源转换成一直流电源后自该输出端口输出；以及 一功因校正电路，包含有一第一电感、一第二电感、一第一电容、一第二电容、一第一二极管与一第二二极管，其中: 该第一电感一端电性连接该整流电路的输出端口的正端，另一端电性连接两个相互并联的串联路径，其中一串联路径包括该第一电容与该第二二极管，该第一电容一端电性连接该第一电感，该第一电容另一端电性连接该第二二极管的阴极，该第二二极管的阳极电性连接该整流电路的输出端口的接地端；另一串联路径包括该第二电感与该第二电容，该第二电感一端电性连接该第一电感，该第二电感另一端电性连接该第二电容的一端，该第二电容的另一端电性连接该整流电路的输出端口的接地端；该第二电容供并联一负载；该第一二极管的阳极电性连接于该第一电容与该第二二极管的阴极间，该第一二极管的阴极电性连接于该第二电感与该第二电容间。
2.如权利要求1所述的被动式功因校正交直流转换装置，其中该第二电感的电感值为大于或等于该第一电感的电感值的十倍。
3.如权利要求1所述的被动式功因校正交直流转换装置，其中该第二电容为非电解电容。
4.一种如权利要求1所述功因校正电路的动作方法，包含有下列步骤: A.接收由该整流电路所输出的直流电源； B.导通该第二二极管，由该第一电容与该直流电源输出能量至该负载，直到该第二二极管截止； C.由该直流电源输出能量至该负载，直到该第一二极管导通； D.由该直流电源对该第一电容充电，并输出能量至该负载，直到该第一二极管截止； E.由该直流电源输出能量至该负载，直到该第二二极管导通；以及 F.重复步骤B至步骤E，直到输入该整流电路的交流电源停止供应。
5.如权利要求4所述功因校正电路的动作方法，其中步骤B中于该第一电容的电压大于该第一电感的电压与该第二电容的电压的总和时，导通该第二二极管，直到该第一电容的电压小于该第一电感的电压与该第二电容的电压的总和时，该第二二极管截止。
6.如权利要求4所述功因校正电路的动作方法，其中步骤C中于该直流电源的电压大于该第一电感的电压、该第一电容的电压与该第二电容的电压的总和时，该第一二极管导通。
7.如权利要求4所述功因校正电路的动作方法，其中步骤D中于该直流电源的电压小于该第一电感的电压、该第一电容的电压与该第二电容的电压的总和时，该第一二极管截止。
8.如权利要求4所述功因校正电路的动作方法，其中步骤E中于该第一电容的电压大于该第一电感的电压与该第二电容的电压的总和时，该第二二极管导通。
【文档编号】H02M7/04GK103856077SQ201210519514
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】潘晴财, 陈伯彦, 洪大胜 申请人:东林科技股份有限公司