專利名稱：無橋式功率因子校正電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無橋式功率因子校正電路，尤指一種將交流接地和直流接地端相 連，且適當選擇電流路徑，從而有效地降低電磁干擾(EMI)與導通損耗的無橋式功率因子 校正電路。
背景技術：
傳統(tǒng)升壓式功率因子校正電路(Boost PFC)具有一輸入橋式整流電路，因此具 有顯著的導通損失(conduction loss)，為克服此缺點，遂提出無橋式功率因子校正電路 (Bridgeless PFC)。如圖6所示，為美國第7215560號專利案所揭示的無橋式功率因子校正電路其中 一實施例，其包含有一第一電感(LPFC1)，其一端連接一交流電源(Vac)的第一輸出端，另一端連接一 第一串聯(lián)電路(61)的串聯(lián)中點，該第一串聯(lián)電路(61)由第一二極管(D1)與第一開關(S1) 串聯(lián)組成，其串聯(lián)中點指第一二極管(D1)的陽極與第一開關(S1)的連接節(jié)點；一第二電感(LPFC2)，其一端連接該交流電源(Vac)的第二輸出端，另一端連接一 第二串聯(lián)電路(62)的串聯(lián)中點，該第二串聯(lián)電路(62)由第二二極管(D2)與第二開關(S2) 串聯(lián)組成，其串聯(lián)中點指第二二極管(D2)的陽極與第二開關(S2)的連接節(jié)點；一負載電路(63)，由一輸出電容(Co)與一輸出負載(RL)并聯(lián)構(gòu)成，該負載電路 (63)的兩端分別定義為一直流輸出端(64)與一直流接地端(65)，其中，前述兩串聯(lián)電路 (61) (62)亦是連接于直流輸出端(64)與直流接地端(65)之間且與負載電路(63)構(gòu)成并 聯(lián)。前述實施例的特點在于交流電源(Vac)的第一輸入端與直流接地端(65)之間設 有第一輸入二極管(Da)，而第二輸入端與直流接地端(65)之間設有第二輸入二極管(Db)。 兩輸入二極管(Da) (Db)均是慢恢復二極管，其作用類似橋式整流器中的二極管，當交流電 源(Vac)為正半周時，可通過第二輸入二極管(Db)使交流接地與直流接地端(65)彼此 連接，以抑制由第二電感(LPFC2)上的電壓波動所帶來的EMI干擾；當交流電源(Vac)為 負半周時，將通過第一輸入二極管(Da)使交流接地與直流接地端(65)連接，以抑制由第 一電感(LPFC1)上的電壓波動帶來的EMI干擾；高頻紋波電流(High-frequency ripple current)和部分工頻電流(市頻電流/低頻電流)通過第一輸入二極管(Da)或者第二輸 入二極管(Db)回到輸入端，部分工頻電流通過第一開關(S1)/第二開關(S2)流過第一電 感(LPFC1)/第二電感(LPFC2)回到輸入端。但上述電路中的第一輸入二極管(Da)與第二輸入二極管(Db)必須選用具備較大 導通壓降的二極管，其導通損耗大，且需要額外加設散熱器，整體的體積相對增加。請參考圖7所示，為美國第7215560號專利案所揭示的無橋式功率因子校正電 路的另一實施例，與其第一實施例的差異在于原第一輸入二極管(Da)與第二輸入二極管 (Db)以一第一輸入電容(Ca)與一第二輸入電容(Cb)加以取代。兩輸入電容(Ca) (Cb)均
3為高電容量的電容，亦具備高耐壓。其電路動作原理為因兩輸入電容(Ca) (Cb)具備高容值，當高頻噪聲通過電容 時，其阻抗較小，相當于短路。當交流電源(Vac)的輸出為正半周時，可通過第二電容(Cb) 而使交流接地與直流接地端(65)連接，以抑制由第二電感(LPFC2)上的電壓波動所帶來的 EMI干擾；反之，當交流電源(Vac)為負半周時，可通過第一輸入電容(Ca)而使交流接地與 直流接地端(65)連接，藉此抑制由第一電感(LPFC1)上的電壓波動所帶來的EMI干擾。其 中，高頻紋波電流可通過第一輸入電容(Ca)/第二輸入電容(Cb)回到交流電源(Vac)，工頻 電流則可通過第一開關(S1)的寄生二極管(Dsdl)/第二開關(S2)的寄生二極管(Dsd2) 而流過第一電感(LPFC1)/第二電感(LPFC2)回到交流電源(Vac)。但上述電路中的兩輸入電容(Ca) (Cb)須采用高質(zhì)量的組件，以確保低等效電阻； 然而在低壓重載的情況下，其導通損耗仍很大。請參考圖8所示，為中國大陸CN 200620124692. 1專利案所揭示的“無橋并聯(lián)的單 級功率因子校正電路”，其電路結(jié)可說是同時結(jié)合前述圖6、7所述電路的特征，即同時存在 第一輸入二極管(Da)、第二輸入二極管(Db)、第一輸入電容(Ca)與第二輸入電容(Cb)，其 中第一輸入二極管(Da)與第一輸入電容(Ca)并聯(lián)，第二輸入二極管(Db)與第二輸入電容 (Cb)并聯(lián)。此電路的動作原理前述兩實施例相同，故不另贅述，然而可明顯看出此電路使用 相對較多數(shù)量的電子組件，不僅制造成本提高，且低壓重載時導通損耗亦大。

發(fā)明內(nèi)容
由前述說明可知，通常使用的無橋式功率因子校正電路因部分工頻電流從開關的 寄生二極管和電感流過，導致導通損耗增加，不利于應用在低壓重載的情況。有鑒于此，本 發(fā)明的主要目的為提供一種低導通損耗、低電磁干擾的無橋式功率因子校正電路，為達成 前述目的，本發(fā)明具有一第一電感，其一端連接一交流電源的第一輸出端，另一端連接一第一串聯(lián)電路， 該第一串聯(lián)電路以第一二極管與第一開關串聯(lián)構(gòu)成，該第一二極管的陽極與第一開關的連 接節(jié)點連接該第一電感的該另一端；一第二電感，其一端連接該交流電源的第二輸出端，另一端連接一第二串聯(lián)電路， 該第二串聯(lián)電路以第二二極管與第二開關串聯(lián)構(gòu)成，該第二二極管其陽極與第二開關的連 接節(jié)點連接該第二電感的該另一端；一負載電路，由一輸出電容與一輸出負載并聯(lián)構(gòu)成，該負載電路的兩端分別作為 一直流輸出端與一直流接地端，其中，前述兩串聯(lián)電路與負載電路系并聯(lián)連接；一第一輸入開關，連接至交流電源的第一輸入端與該直流接地端之間；一第二輸入開關，連接于交流電源的第二輸入端與該直流接地端之間。當該交流輸入電源輸出正半周電壓時，控制第二輸入開關為常導通狀態(tài)，第一輸 入開關與第二開關處于恒截止狀態(tài)，第一開關控制為交替地導通/截止；由于第二開關一 直維持為低電壓準位(截止狀態(tài))，電流可經(jīng)由第二輸入開關回到交流電源，而不須經(jīng)過第 二開關的寄生二極管和第二電感，故損耗降低。反之，當該交流輸入電源輸出負半周電壓時，控制第一輸入開關為常導通狀態(tài)，第 二輸入開關與第一開關處于恒截止狀態(tài)，第二開關控制為交替地導通/截止；由于第一開關在輸入電壓為負半周時一直維持為低電壓準位，電流可經(jīng)由第一輸入開關回到交流電 源，而沒有經(jīng)過第一開關的寄生二極管和第一電感，故損耗降低，從而提高效率。


圖1為本發(fā)明第一實施例的詳細電路。圖2為本發(fā)明的主要工作波形3為本發(fā)明第一實施例在正半周的電路動作圖。圖4為本發(fā)明第一實施例在負半周的電路動作圖。圖5為本發(fā)明第二實施例的詳細電路圖。圖6為美國第7215560號專利案所揭示的無橋式功率因子校正電路之一的實施 例。圖7為美國第7215560號專利案所揭示的無橋式功率因子校正電路的另一實施 例。圖8為中國大陸CN200620124692. 1專利案所揭示的無橋并聯(lián)的單級功率因子校 正電路的電路圖。主要組件符號說明(11) (61)第一串聯(lián)電路(12) (62)第二串聯(lián)電路(13) (63)負載電路(14) (64)直流輸出端(15) (65)直流接地端(20)電磁干擾濾波器(30a)第一電流互感器(30b)第二電流互感器(30c)第三電流互感器(LPFC1)第一電感(LPFC2)第二電感(Vac)交流電源(D1)第--二極管
(D2)第二二二極管
(Da)第--輸入二極
(Db)第二二輸入二極
(Ca)第--輸入電容
(Cb)第二二輸入電容
(SI)第--開關
(S2)第二二開關
(Sa)第--輸入開關
(Sb)第二二輸入開關
(Co)輸出電容
(RL)輸出負載(Rs)檢測電阻
具體實施例方式請參閱圖1所示，為本發(fā)明第一實施例的詳細電路圖，其包含有一第一電感(LPFC1)，其一端連接一交流電源(Vac)的第一輸出端，另一端連接一 第一串聯(lián)電路(11)的串聯(lián)中點，該第一串聯(lián)電路(11)以第一二極管(D1)與第一開關(S1) 串聯(lián)組成，其串聯(lián)中點指第一二極管(D1)的陽極與第一開關(S1)的連接節(jié)點；—第二電感(LPFC2)，其一端連接該交流電源(Vac)的第二輸出端，另一端連接一 第二串聯(lián)電路(12)的串聯(lián)中點，該第二串聯(lián)電路(12)以第二二極管(D2)與第二開關(S2) 串聯(lián)組成，其串聯(lián)中點指第二二極管(D2)的陽極與第二開關(S2)相連的連接節(jié)點；一負載電路(13)，由一輸出電容(Co)與一輸出負載(RL)并聯(lián)構(gòu)成，該負載電路 (13)的兩端分別定義為一直流輸出端(14)與一直流接地端(15)，其中，前述兩串聯(lián)電路 (11) (12)亦是連接于直流輸出端(14)與直流接地端(15)之間且與負載電路(13)構(gòu)成并 聯(lián)；一第一輸入開關(Sa)，其一端連接至第一電感(LPFC1)與交流電源(Vac)相連的 節(jié)點，另一端連接至一檢測電阻(Rs)的第一端，該檢測電阻(Rs)的第二端連接該直流接地 端(15)，其中該第一輸入開關(Sa)可為M0S晶體管；一第二輸入開關(Sb)，其一端連接至第二電感(LPFC2)與交流電源(Vac)相連的 節(jié)點，另一端連接該檢測電阻(Rs)的第一端，其中該第二輸入開關(Sb)可為M0S晶體管。此外，在交流輸入電源(Vac)的輸出端與兩電感(LPFC1) (LPFC2)之間可連接一 電磁干擾濾波器(EMI filter) (20)，將欲輸出的電流先行濾波再提供至兩電感(LPFC1) (LPFC2)。請同時參閱圖2和3所示，當交流輸入電源(Vac)為正半周時，第二輸入開關(Sb) 處于常導通狀態(tài)，第一輸入開關(Sa)與第二開關(S2)處于恒截止狀態(tài)，第一開關(S1)控 制為交替地導通/截止。由于第二輸入開關(Sb)的導通電阻極小，故全部電流(包含工頻 電流和高頻紋波電流)均可通過第二輸入開關(Sb)經(jīng)過該電磁干擾濾波器(20)回到交流 電源(Vac)。另一方面，當?shù)谝婚_關(S1)導通時，電流通過第一電感(LPFC1)流經(jīng)第一開關 (S1)，并通過檢測電阻(Rs)和第二輸入開關(Sb)，經(jīng)電磁干擾濾波器(20)回到交流電源 (Vac)，輸入電流線性上升；反之，當?shù)谝婚_關(S1)關閉時，電流通過第一電感(LPFC1)流經(jīng) 第一二極管(D1)，對輸出電容(Co)進行充電并提供輸出負載(RL)電流，最后通過該檢測電 阻(Rs)和第二輸入開關(Sb)，經(jīng)電磁干擾濾波器(20)回到交流電源(Vac)端，輸入電流線 性下降。由于第二開關(S2)在輸入電壓正半周時一直維持為低電壓準位，電流經(jīng)由檢測 電阻(Rs)、第二輸入開關(Sb)和電磁干擾濾波器(20)回到交流電源(Vac)，而沒有經(jīng)過第 二開關(S2)的寄生二極管(Dsd2)和第二電感(Lpfc2)，故損耗降低，從而提高效率。請參考圖2和4所示，當交流輸入電源(Vac)為負半周時，第一輸入開關(Sa)處 于常導通狀態(tài)，第二輸入開關(Sb)與第一開關(S1)處于恒截止狀態(tài)，第二開關(S2)控制
6為交替地導通/截止。由于第一輸入開關(Sa)的導通電阻極小，故全部電流(包含工頻電 流和高頻紋波電流)均可通過第一輸入開關(Sa)經(jīng)過該電磁干擾濾波器(20)回到交流電 源(Vac)。另一方面，當?shù)诙_關(S2)導通時，電流通過第二電感(LPFC2)流經(jīng)第二開關 (S2)，并通過檢測電阻(Rs)和第一輸入開關(Sa)，經(jīng)電磁干擾濾波器(20)回到交流電源 (Vac)，輸入電流線性上升；反之，當?shù)诙_關(S2)關閉時，電流通過第二電感(LPFC2)流經(jīng) 第二二極管(D2)，對輸出電容(Co)進行充電并提供輸出負載(RL)電流，最后通過該檢測電 阻(Rs)和第一輸入開關(Sa)，經(jīng)電磁干擾濾波器(20)回到交流電源(Vac)端，輸入電流線 性下降。由于第一開關(S1)在輸入電壓為負半周時一直維持為低電壓準位，電流經(jīng)由檢 測電阻(Rs)、第一輸入開關(Sa)和電磁干擾濾波器(20)回到交流電源(Vac)，而沒有經(jīng)過 第一開關(S1)的寄生二極管(Dsdl)和第一電感(LPFC1)，故損耗降低，從而提高效率。本發(fā)明以兩輸入開關(Sa) (Sb)提供電流回路，使輸入正/負半周時能將交流接地 和直流接地端(15)直接相連，從而有效地降低EMI干擾。同時，由于工頻電流基本上皆經(jīng) 由兩輸入開關(Sa) (Sb)回流到交流電源(Vac)，可避免流經(jīng)第一開關(S1)的寄生二極管 (Dsdl)和第一電感(LPFC1)或第二開關(S2)的寄生二極管(Dsd2)和第二電感(LPFC2)， 故亦可降低導通損耗。此外，本發(fā)明亦具有以下數(shù)點特征1.采用單一檢測電阻(Rs)，可簡化無橋式功率因子校正電路的電流檢測線路。2.對于低壓大電流場合應用，效率提升明顯。3.兩電感(LPFC1) (LPFC2)交替工作，可降低電感的發(fā)熱程度。4.通過兩輸入開關(Sa) (Sb)組成的續(xù)流支路，將交流接地與直流接地端(15)直 接連接起來，有效降低因無橋拓撲自身缺陷導致的EMI干擾和損耗問題。請參考圖5所示，為本發(fā)明的第二實施例，其中將原檢測電阻(Rs)以三個電流互 感器(30a) (30c)取代，第一電流互感器(30a)系與第一串聯(lián)電路(11)串聯(lián)以偵測流過 第一串聯(lián)電路(11)上的電流，第二電流互感器(30b)與第二串聯(lián)電路(12)串聯(lián)，以偵測流 過第二串聯(lián)電路(12)上的電流，第三電流互感器(30c)連接在第二二極管(D2)的陰極與 輸出電容(Co)之間，偵測二者之間的電流。該三個電流互感器(30a) (30c)共同輸出一 電流感測信號(CS)。
權利要求
一種無橋式功率因子校正電路，包含有一第一電感，其一端連接一交流電源的第一輸出端，另端連接一第一串聯(lián)電路，該第一串聯(lián)電路以第一二極管與第一開關串聯(lián)構(gòu)成，該第一二極管的陽極與第一開關的連接節(jié)點連接該第一電感的該另一端；一第二電感，其一端連接該交流電源的第二輸出端，另一端連接一第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路以第二二極管與第二開關串聯(lián)構(gòu)成，該第二二極管的陽極與第二開關的連接節(jié)點連接該第二電感的該另一端；一負載電路，由一輸出電容與一輸出負載并聯(lián)構(gòu)成，該負載電路的兩端分別作為一直流輸出端與一直流接地端，其中，前述兩串聯(lián)電路與負載電路并聯(lián)連接；一第一輸入開關，連接至交流電源的第一輸入端與該直流接地端之間；一第二輸入開關，連接于交流電源的第二輸入端與該直流接地端之間。
2.如權利要求1所述的無橋式功率因子校正電路，該第一輸入開關與第二輸入開關共 同連接到一檢測電阻的一端，該檢測電阻的另一端連接該直流接地端。
3.如權利要求1或2所述的無橋式功率因子校正電路，該第一輸入開關與第二輸入開 關皆為金屬氧化物半導體(MOS)晶體管。
4.如權利要求1或2所述的無橋式功率因子校正電路，其中該交流輸入電源輸出正半周電壓時，控制第二輸入開關為常導通狀態(tài)，第一輸入開關 與第二開關處于恒截止狀態(tài)，第一開關控制為交替地導通/截止；該交流輸入電源輸出負半周電壓時，控制第一輸入開關為常導通狀態(tài)，第二輸入開關 與第一開關處于恒截止狀態(tài)，第二開關控制為交替地導通/截止。
5.如權利要求1或2所述的無橋式功率因子校正電路，該交流電源的兩輸出端與第一 電感和第二電感之間連接有一電磁干擾濾波器。
6.如權利要求1所述的無橋式功率因子校正電路，進一步包含 一第一電流互感器，與第一串聯(lián)電路串聯(lián)；一第二電流互感器，與第二串聯(lián)電路串聯(lián)； 一第三電流互感器，連接在第二二極管的陰極與輸出電容之間。
全文摘要
本發(fā)明為無橋式功率因子校正電路，包含有兩電感、兩輸入開關、兩串聯(lián)電路及一負載電路；前述兩電感分別連接一交流電源的兩輸出端，且各電感另一端連接一對應的串聯(lián)電路，該兩串聯(lián)電路又與負載電路并聯(lián)在一直流輸出端與一直流接地端之間，前述兩輸入開關則連接于該交流電源的兩輸出端與直流接地端之間；以前述架構(gòu)，無論在交流電源的正、負半周，均有一對應的輸入開關維持導通狀態(tài)，令交流接地與直流接地端相連接，以降低電磁干擾(EMI)與導通損耗(conduction loss)。
文檔編號H02M1/42GK101931319SQ20091014673
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權日2009年6月22日
發(fā)明者吳小敏, 馬小林 申請人:康舒科技股份有限公司