專利名稱：功率因素改善轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率因素改善轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一種具低傳導(dǎo)損失與低切換損失的零電壓零電流切換的功率因素改善轉(zhuǎn)換器(zero-voltage，zero-current switching power factor correction converter)。
請(qǐng)參見(jiàn)

圖1，其為現(xiàn)有的用以實(shí)現(xiàn)功率因素改善的單相式升壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1的電路結(jié)構(gòu)中，在主開關(guān)Sm導(dǎo)通時(shí)，其電流流動(dòng)的路徑是流經(jīng)兩輸入整流二極管D3與D2、升壓電感(boost choke)L1與主開關(guān)Sm；而當(dāng)主開關(guān)Sm關(guān)閉時(shí)，其電流流動(dòng)的路徑是流經(jīng)另外兩個(gè)輸入整流二極管D4與D1、升壓電感L1及輸出二極管Dm。因此，圖1的功率轉(zhuǎn)換器會(huì)具有較大的傳導(dǎo)損失。
請(qǐng)參見(jiàn)圖2，其為另一種現(xiàn)有的用以實(shí)現(xiàn)功率因素改善的單相式升壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1的升壓轉(zhuǎn)換器相比較，圖2的升壓轉(zhuǎn)換器雖然具有較小的傳導(dǎo)損失，但因整流二極管本身存在著逆回復(fù)時(shí)間(trr)的問(wèn)題，必須要采用超快速逆回復(fù)二極管(hyper fast recovery diode)來(lái)降低主開關(guān)S1與S2的切換損失。然而，圖2中的超快速逆回復(fù)二極管本身的順向電壓VF遠(yuǎn)比圖1中的輸入整流二極管的順向電壓來(lái)得高。因此，圖2的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)并未能達(dá)到預(yù)期的效果。換句話說(shuō)，圖2的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)并未獲得降低傳導(dǎo)損失的優(yōu)點(diǎn)，且其中所產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)與射頻干擾(RFI)的問(wèn)題依然無(wú)法得到解決。
本發(fā)明的第一目的在于提供一種用以實(shí)現(xiàn)功率因素改善的升壓轉(zhuǎn)換器，其具有較低的傳導(dǎo)損失與切換損失、較低的電磁干擾與射頻干擾、較小的磁性元件尺寸與較佳的整體效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其狀態(tài)設(shè)定為在零電壓或零電流時(shí)切換功率因素改變轉(zhuǎn)換器中的升壓功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的狀態(tài)，并且減少電流在升壓功率轉(zhuǎn)換器中的傳導(dǎo)損失，以優(yōu)化功率因素改善轉(zhuǎn)換器的整體效率。
本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的一第一典型實(shí)施例，一升壓功率轉(zhuǎn)換器(boost powerconverter)，包含一共振單元(resonant unit)，其包含一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件與一共振電路包含至少兩能量?jī)?chǔ)存元件，該共振單元是被設(shè)定以交替地自共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件釋放能量至一負(fù)載；以及一升壓?jiǎn)卧?boost unit)，包含一升壓電感(boost choke)用以接受一交流電壓，一整流電路耦合于該升壓電感與該共振單元之間，一第三開關(guān)元件、一第四開關(guān)元件分別跨接該共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件。
為了減少開關(guān)在狀態(tài)切換的瞬間所產(chǎn)生的切換損失，共振單元的狀態(tài)是被設(shè)定為在零電流時(shí)切換該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件的狀態(tài)，且升壓?jiǎn)卧臓顟B(tài)是被設(shè)定為在零電壓時(shí)切換該第三開關(guān)元件與該第四開關(guān)元件的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想，該負(fù)載是包含一第一輸出電容與一第二輸出電容，且該升壓?jiǎn)卧€可選擇性地包含一電感器，耦合于該交流電壓的一側(cè)與該第四開關(guān)元件的一節(jié)點(diǎn)，用以消除該升壓功率轉(zhuǎn)換器的共模噪聲。上述的共振電路是包含一電感器與一第一電容與一第二電容，而該第一電容與該第二電容是可合并為一等效電容。
根據(jù)本發(fā)明的一第一實(shí)施例，該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件是均由一單向開關(guān)裝置所組成。該單向開關(guān)裝置是可由一可控硅整流器(SCR)或具有相當(dāng)高的集極-射極逆向偏壓的一絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)所組成。另一種選擇是，第一開關(guān)元件與第二開關(guān)元件均是以一般的絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。如此一來(lái)，便需要一整流元件如一整流二極管與該第二開關(guān)元件串接。
升壓?jiǎn)卧械恼麟娐肥怯梢坏谝徽髟?、一第二整流元件與一第三整流元件所組成。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管(ultra fast recovery diode)所組成。在本發(fā)明的其它較佳實(shí)施例中，整流元件是為一雙向的整流元件如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。
在本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器中還包含一第一輔助整流元件與一第二輔助整流元件，其也為一極快速逆回復(fù)二極管(ultra fast recovery diode)或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。
可選擇的是，本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器還包含一飽和式電感，耦合于該共振電路的電感器與該負(fù)載之間，用以降低該共振電路的高頻振蕩(ringing)。
根據(jù)本發(fā)明的一典型較佳實(shí)施例另一方面的構(gòu)想，一功率因素改善轉(zhuǎn)換器，包含一共振單元(resonant unit)，其包含一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件與一共振電路包含至少兩能量?jī)?chǔ)存元件，該共振單元是被設(shè)定以交替地自共振電路的一能量?jī)?chǔ)存裝置釋放能量至一負(fù)載；一升壓?jiǎn)卧?boost unit)，包含一升壓電感(boost choke)用以接受一交流電壓，一整流電路耦合于該升壓電感與該共振單元之間，一第三開關(guān)元件、一第四開關(guān)元件分別跨接于該共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件；以及一功率因素改善控制器(power factor correction controller)，其是順應(yīng)跨接該第三開關(guān)元件的電壓為零時(shí)發(fā)出一控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第三開關(guān)元件改變其狀態(tài)，以及順應(yīng)跨接該第四開關(guān)元件的電壓為零時(shí)發(fā)出一控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第四開關(guān)元件改變其狀態(tài)。
本發(fā)明的功率因素改善轉(zhuǎn)換器還包含一零電壓檢測(cè)器(zero voltagedetector)，其接收跨接該第三開關(guān)元件的電壓與跨接該第四開關(guān)元件的電壓，并且于第三開關(guān)元件的電壓或該第四開關(guān)元件的電壓為零時(shí)，發(fā)出一控制訊號(hào)至該功率因素改善控制器以驅(qū)動(dòng)該功率因素改善控制器改變第三開關(guān)元件或第四開關(guān)元件的狀態(tài)。
為實(shí)現(xiàn)減少開關(guān)在切換時(shí)所造成的切換損失的目的，共振單元的狀態(tài)是被設(shè)定為在零電流時(shí)切換該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件的狀態(tài)。該負(fù)載是包含一第一輸出電容與一第二輸出電容。
可選擇的是，升壓?jiǎn)卧€可包含一電感器，耦合于該交流電壓的一側(cè)與該第四開關(guān)元件的一節(jié)點(diǎn)，用以消除該升壓功率轉(zhuǎn)換器的共模噪聲。而該共振電路是包含一電感器與一第一電容與一第二電容。該第一電容與該第一電容是可合并為一等效電容。
較為理想的是，該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件是均由一單向開關(guān)裝置所組成。該單向開關(guān)裝置是可由一可控硅整流器(SCR)或具有相當(dāng)高的集極-射極逆向偏壓的一絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)所組成。另一種選擇是，第一開關(guān)元件與第二開關(guān)元件均是以一絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。如此一來(lái)，便需要一整流元件如一整流二極管與該第二開關(guān)元件串接。
上述的整流電路是由一第一整流元件、一第二整流元件與一第三整流元件所組成。該整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管(ultra fastrecovery diode)或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。較為理想的是，該升壓?jiǎn)卧€包含一第一輔助整流元件與一第二輔助整流元件，其也由一極快速逆回復(fù)二極管(ultra fast recovery diode)或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所組成。
可選擇的是，該共振單元還包含一飽和式電感，耦合于該共振電路的電感器與該負(fù)載之間，用以降低該共振電路的高頻振蕩(ringing)。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)特征，作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為現(xiàn)有的用以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)改善的單相式升壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的另一種用以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)改善的單相式升壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(A)為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的應(yīng)用于功率因素改善轉(zhuǎn)換器中的升壓功率轉(zhuǎn)換器的電路拓樸圖；圖3(B)為根據(jù)本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器的共振電路中，第一共振電容Cr1與第二共振電容Cr2合并為一等效的共振電容Cr的電路符號(hào)示意圖；圖4為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的功率因素改善轉(zhuǎn)換器中各個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)的時(shí)鐘圖；圖5以圖例顯示了根據(jù)本發(fā)明的一第一較佳實(shí)施例的功率因素改善轉(zhuǎn)換器的電路方塊示意圖；圖6(a)至圖6(l)以圖例解說(shuō)本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器在正半周的電路運(yùn)作模式；圖7至圖13為根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的升壓功率轉(zhuǎn)換器的拓樸圖，其是為基于圖3的拓樸圖修改而得。
請(qǐng)參見(jiàn)圖3(A)、圖3(B)、圖4與圖5。圖3(A)為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例應(yīng)用于功率因素改善轉(zhuǎn)換器中的升壓功率轉(zhuǎn)換器的電路拓樸圖。圖4為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的功率因素改善轉(zhuǎn)換器中各個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)的時(shí)鐘圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的功率因素改善轉(zhuǎn)換器中的電路結(jié)構(gòu)圖。在圖3(A)中，本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器包含了一共振單元(resonantunit)，其包含一第一開關(guān)元件Sa1、一第二開關(guān)元件Sa2與一共振電路所組成。共振電路是包含共振電感Lr、一第一共振電容Cr1與一第二共振電容Cr2，然而第一共振電容Cr1與第二共振電容Cr2是可合并為一等效的共振電容Cr，如圖3(B)的電路符號(hào)示意圖所示。共振電路中的共振電感與共振電容是作為能量?jī)?chǔ)存裝置，而共振單元的狀態(tài)設(shè)定是為交替地自共振電路的共振電感或共振電容釋放能量至由第一輸出電容C1與第二輸出電容C2所組成的負(fù)載。圖3(A)的升壓功率轉(zhuǎn)換器還包含了一升壓?jiǎn)卧?boostunit)，包含一升壓電感(boost choke)L1用以接受一交流輸入電壓Vin，一整流電路耦合于升壓電感與該共振單元之間，以及一第三開關(guān)元件S1、一第四開關(guān)元件S2分別跨接該共振電路的共振電容Cr1與Cr2。整流電路是包含第一整流二極管D3、第二整流二極管D4及第三整流二極管D8。除此之外，圖3(A)的升壓功率轉(zhuǎn)換器還包含兩輔助整流二極管D5與D6。為了降低升壓功率轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損失，整流二極管是利用具有較低順向電壓VF的極快速逆回復(fù)二極管(ultra fast recovery diode)所完成。且為了減少開關(guān)元件在開關(guān)切換的瞬間產(chǎn)生的切換損失，共振單元的狀態(tài)設(shè)定是為在零電流時(shí)切換開關(guān)元件Sa1與開關(guān)元件Sa2的狀態(tài)，而升壓?jiǎn)卧臓顟B(tài)設(shè)定是為在零電壓時(shí)切換該開關(guān)元件S1與開關(guān)元件S2的狀態(tài)。
在此較佳實(shí)施例中，開關(guān)元件S1與S2是為一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)所完成。開關(guān)元件Sa1與Sa2均為一單向開關(guān)裝置，其可由一可控硅整流器(SCR)或具有相當(dāng)高的集極-射極逆向偏壓的絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)來(lái)完成。這樣一來(lái)，圖3(A)中的二極管D7便可移除。另外一種選擇是由一般的絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)或MOSFET來(lái)完成開關(guān)元件Sa1與Sa2，則單向開關(guān)Sa2必須要串接二極管D7。圖3(A)的升壓功率轉(zhuǎn)換器還可選擇性地包含一電感器L2，用來(lái)消除升壓功率轉(zhuǎn)換器的共模噪聲。圖3(A)的升壓功率轉(zhuǎn)換器還可包含一飽和式電感Ls，其也為可選擇性的磁性元件，用以降低共振電路的高頻振蕩(ringing)。
在圖5中，圖3(A)的升壓功率轉(zhuǎn)換器是由一功率因素改善控制器(PFCcontroller)1控制，以實(shí)現(xiàn)改善功率因數(shù)的目的。PFC控制器1是由一PFC集成電路(PFC IC)、一切換訊號(hào)波形產(chǎn)生器與一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)產(chǎn)生電路等分立元件所組成。關(guān)于PFC控制器1的電路設(shè)計(jì)，其并未與本發(fā)明有直接的關(guān)聯(lián)，故在此不加以討論。本發(fā)明的功率因素改善轉(zhuǎn)換器還包含一零電壓檢測(cè)器2，其是接受開關(guān)元件S1與S2的集極-源極電壓(也即跨接共振電容Cr1的電壓與跨接共振電容Cr2的電壓)并檢測(cè)開關(guān)元件S1與S2的集極-源極電壓值是否為零。PFC控制器1是用以順應(yīng)升壓功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與零電壓檢測(cè)器2的檢測(cè)產(chǎn)生用以控制開關(guān)元件S1、S2、Sa1、Sa2的控制訊號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件切換其狀態(tài)。圖4為本發(fā)明的功率因素改善轉(zhuǎn)換器的各個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)的時(shí)鐘圖。在其中開關(guān)元件Sa1與Sa2的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)是通過(guò)PFC控制器1中PFCIC所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)與其除頻訊號(hào)N％做邏輯和運(yùn)算(logic And operation)而得，其中N≥2。
圖6(a)至圖6(l)以圖例解說(shuō)本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器在正半周的電路運(yùn)作模式。本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器在正半周的電路運(yùn)作共分為十二個(gè)操作模式，而升壓功率轉(zhuǎn)換器在正半周的運(yùn)作是按照?qǐng)D6(a)至圖6(l)所示的十二個(gè)操作模式循序地進(jìn)行。現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的升壓功率轉(zhuǎn)換器在正半周的操作模式以下述的說(shuō)明輔以圖示詳加解說(shuō)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(a)，其與圖2的現(xiàn)有升壓轉(zhuǎn)換器于放電模式(dischargemode)的操作原理相同。儲(chǔ)存在升壓電感(boost choke)L1中的能量會(huì)經(jīng)由D3、D8及S2釋放至輸出電容C1與C2上。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(b)。此時(shí)，單向開關(guān)Sa1于零電流時(shí)切換而導(dǎo)通，流經(jīng)共振電感Lr的電流將以線性的方式增加。當(dāng)Lr的電流iLr增加至與流經(jīng)升壓電感L1的電流iL大小相同時(shí)，此操作模式即告終止。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(c)。此時(shí)，共振電容Cr1與共振電感L1產(chǎn)生共振，使得共振電容Cr1所儲(chǔ)存的能量釋放至接近于零。此種操作模式結(jié)束于主開關(guān)S1導(dǎo)通時(shí)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(d)。當(dāng)共振電容Cr1的電壓趨近于零時(shí)，借由檢測(cè)共振電容Cr1的電壓(也為開關(guān)S1的集極-源極電壓)趨近于零以驅(qū)動(dòng)主開關(guān)S1導(dǎo)通。而此操作模式即開始于主開關(guān)S1導(dǎo)通，共振電感Lr所儲(chǔ)存的能量借由主開關(guān)S1釋放至輸出電容C2。此操作模式終止于共振電感Lr所儲(chǔ)存的能量釋放完畢時(shí)。由于開關(guān)Sa1是單向開關(guān)，即使開關(guān)Sa1的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)仍然為高電平，開關(guān)Sa1依然是處于關(guān)閉的狀態(tài)，且是在零電流時(shí)關(guān)閉。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(e)。此操作模式啟始于共振電感Lr所儲(chǔ)存的能量釋放至零時(shí)。此操作模式與現(xiàn)有升壓轉(zhuǎn)換器操作于充電模式的動(dòng)作原理是相同的。此操作模式終止于PFC驅(qū)動(dòng)訊號(hào)關(guān)閉時(shí)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(f)。此操作模式啟始于主開關(guān)S1導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)輸入電感L1向共振電容Cr1充電。當(dāng)共振電容Cr1的電壓等于輸出電壓VO時(shí)，此操作模式即終止。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(g)。當(dāng)共振電容Cr1的電壓等于輸出電壓VO時(shí)，其電壓將不會(huì)再往上升，而會(huì)被輸出電壓VO止住。此種操作模式同于圖6(a)的操作模式。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(h)。此種操作模式類似于圖6(b)的操作模式，只是在此操作模式中導(dǎo)通的是開關(guān)Sa2而非開關(guān)Sa1。與圖6(b)的操作模式一樣，開關(guān)Sa2于零電流時(shí)導(dǎo)通且其電流是以線性的方式增加。此操作模式終止于共振電感Lr的電流iLr等于iL時(shí)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(i)。此種操作模式類似于圖6(c)的操作模式，共振電容Cr1經(jīng)由D3、C1、Sa2與D7與共振電感Lr產(chǎn)生共振，使得共振電容Cr1所儲(chǔ)存的能量被釋放趨近于零。此操作模式終止于主開關(guān)S1導(dǎo)通時(shí)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(j)。此種操作模式類于于圖6(d)的操作模式，借由檢測(cè)共振電容Cr1的電壓(也為S1的集極-源極電壓)趨近于零來(lái)驅(qū)動(dòng)主開關(guān)S1導(dǎo)通而啟始此操作模式。在此操作模式中，共振電感Lr所儲(chǔ)存的能量經(jīng)由S1、S2、D3、D4、D7、Sa2線性釋放至輸出電容C1。此操作模式結(jié)束于共振電感Lr能量釋放完畢時(shí)。由于開關(guān)Sa2為單向開關(guān)，即使開關(guān)Sa2的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)依然高電平，開關(guān)Sa2將會(huì)自然地關(guān)閉，且是在零電流時(shí)關(guān)閉。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6(k)。此操作模式啟始于共振電感Lr所儲(chǔ)存的能量釋放至零時(shí)。此操作模式與現(xiàn)有升壓轉(zhuǎn)換器操作于充電模式的動(dòng)作原理及圖6(e)是相同的。此操作模式終止于PFC驅(qū)動(dòng)訊號(hào)關(guān)閉時(shí)，也就是開關(guān)S1關(guān)閉時(shí)。圖6(l)的操作模式與圖6(f)的操作模式完全相同，故在此不另加贅述。
本發(fā)明的升壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)半周的操作模式類似于前述正半周的操作模式，所不同的是，在正半周時(shí)利用開關(guān)元件S1于零電壓導(dǎo)通使共振電感釋放能量至輸出電容，而負(fù)半周利用開關(guān)元件S2于零電壓導(dǎo)通使共振電感釋放能量至輸出電容。因此，負(fù)半周的操作模式可依前述正半周的操作模式類推，我們?cè)诖瞬幌雽?duì)其做更深入的探討。
圖7至圖13以圖例顯示本發(fā)明的升壓轉(zhuǎn)換器的其它實(shí)施例。圖7至圖13所示的升壓轉(zhuǎn)換器的拓樸圖是基于圖3(A)的拓樸圖稍加改良而成。在其中升壓轉(zhuǎn)換器的部份整流元件是改用雙向整流元件如MOSFET以取代前述實(shí)施例中的單向整流元件如二極管。根據(jù)圖7至圖13的升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，可發(fā)現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換器中的傳導(dǎo)損失變得更低。MOSFET的作用為一同步整流器，其動(dòng)作的時(shí)機(jī)是落入二極管導(dǎo)通后及關(guān)閉前的時(shí)區(qū)。由上述說(shuō)明可知，本發(fā)明的功率因素改善轉(zhuǎn)換器利用開關(guān)處于零電流與零電壓的狀態(tài)時(shí)被驅(qū)動(dòng)而改變開關(guān)的狀態(tài)，同時(shí)采用順向電壓較低的整流元件組成整流電路。因此，本發(fā)明的功率因素改善轉(zhuǎn)換器可獲得一較低的傳導(dǎo)損失與切換損失、較小的磁性元件尺寸、較低的電磁干擾與射頻干擾以及最佳化的整體效率。
雖然本發(fā)明已由上述實(shí)施例詳細(xì)敘述，但仍可由熟悉本技術(shù)的人員任施匠思而進(jìn)行諸般修飾，但均屬于權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一升壓功率轉(zhuǎn)換器，其包含一共振單元，包含一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件與一共振電路包含至少兩能量?jī)?chǔ)存元件，該共振單元是被設(shè)定以交替地自共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件釋放能量至一負(fù)載；以及一升壓?jiǎn)卧簧龎弘姼杏靡越邮芤唤涣麟妷?，一整流電路耦合于該升壓電感與該共振單元之間，一第三開關(guān)元件、一第四開關(guān)元件分別跨接該共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件。
2.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該共振單元是被設(shè)定為在零電流時(shí)切換該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件的狀態(tài)，而該升壓?jiǎn)卧潜辉O(shè)定為在零電壓時(shí)切換該第三開關(guān)元件與該第四開關(guān)元件的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該負(fù)載是包含一第一輸出電容與一第二輸出電容，而該升壓?jiǎn)卧€包含一電感器，耦合于該交流電壓的一側(cè)與該第四開關(guān)元件的一節(jié)點(diǎn)，用以消除該升壓功率轉(zhuǎn)換器的一共模噪聲。
4.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該共振電路是包含一電感器與一電容，而該共振電路是包含一電感器與一第一電容與一第二電容。
5.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件均由一單向開關(guān)裝置所組成。
6.如權(quán)利要求5所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該單向開關(guān)裝置是包含一可控硅整流器或具有一相當(dāng)高的集極-射極逆向偏壓的一絕緣閘雙極性晶體管。
7.如權(quán)利要求5所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該單向開關(guān)裝置是包含一絕緣閘雙極性晶體管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且還包含一二極管與該第二開關(guān)元件串接。
8.如權(quán)利要求5所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，還包含一飽和式電感，耦合于該共振電路的電感器與該負(fù)載之間，用以降低該共振電路的一高頻振蕩。
9.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，其中該整流電路是包含一第一整流元件、一第二整流元件與一第三整流元件，而各該整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管所組成。
10.如權(quán)利要求1所述的升壓功率轉(zhuǎn)換器，還包含一第一輔助整流元件與一第二輔助整流元件，而該第一輔助整流元件與該第二輔助整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管所組成。
11.一功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其包含一共振單元，包含一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件與一共振電路包含至少兩能量?jī)?chǔ)存元件，該共振單元是被設(shè)定以交替地自共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件釋放能量至一負(fù)載；一升壓?jiǎn)卧?，包含一升壓電感用以接受一交流電壓，一整流電路耦合于該升壓電感與該共振單元之間，一第三開關(guān)元件、一第四開關(guān)元件分別跨接于該共振電路的一能量?jī)?chǔ)存元件；以及一功率因素改善控制器，其是順應(yīng)跨接該第三開關(guān)元件的一電壓為零時(shí)發(fā)出一控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第三開關(guān)元件改變其狀態(tài)，以及順應(yīng)跨接該第四開關(guān)元件的一電壓為零時(shí)發(fā)出一控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第四開關(guān)元件改變其狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，還包含一零電壓檢測(cè)器，其接收跨接該第三開關(guān)元件的一電壓與跨接該第四開關(guān)元件的一電壓，并且于第三開關(guān)元件的一電壓或該第四開關(guān)元件的一電壓為零時(shí)，發(fā)出一控制訊號(hào)至該功率因素改善控制器以驅(qū)動(dòng)該功率因素改善控制器改變?cè)摰谌_關(guān)元件或該第四開關(guān)元件的狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該共振單元是被設(shè)定為在零電流時(shí)切換該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件的狀態(tài)，而該負(fù)載是包含一第一輸出電容與一第二輸出電容。
14.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該升壓?jiǎn)卧€包含一電感器，耦合于該交流電壓的一側(cè)與該第四開關(guān)元件的一節(jié)點(diǎn)，用以消除該升壓功率轉(zhuǎn)換器的一共模噪聲，而該共振電路是包含一電感器與一電容。
15.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該共振電路是包含一電感器與一第一電容與一第二電容，而該第一開關(guān)元件與該第二開關(guān)元件均由一單向開關(guān)裝置所組成。
16.如權(quán)利要求15所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該單向開關(guān)裝置是包含一絕緣閘雙極性晶體管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而該共振單元還包含一二極管與該第二開關(guān)元件串接。
17.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該整流電路是包含一第一整流元件、一第二整流元件與一第三整流元件，而各該整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管所組成。
18.如權(quán)利要求11所述的功率因素改善轉(zhuǎn)換器，其中該升壓?jiǎn)卧€包含一第一輔助整流元件與一第二輔助整流元件，而各該第一輔助整流元件與該第二輔助整流元件均是由一極快速逆回復(fù)二極管或一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管所組成。
全文摘要
一種零電壓零電流切換的功率因素改善轉(zhuǎn)換器,包含:由第一、第二開關(guān)元件與共振電路組成的共振單元,該共振單元被設(shè)定以交替地自共振電路的能量?jī)?chǔ)存裝置釋放能量至負(fù)載;由升壓電感、整流電路、第三、第四開關(guān)元件組成的升壓?jiǎn)卧?以及功率因素改善控制器,其在跨接第三開關(guān)元件的電壓為零時(shí)發(fā)出控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第三開關(guān)元件切換其狀態(tài),以及在跨接第四開關(guān)元件的電壓為零時(shí)發(fā)出控制訊號(hào)驅(qū)動(dòng)該第四開關(guān)元件切換其狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02M3/338GK1388633SQ0111845
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者張育銘 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司