專利名稱：具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法，尤指一種可依不同輸入電壓值而自動切換選擇兩電感間的連接組態(tài)，以獲得相對應(yīng)電感總值的功率因數(shù)校正方法。
由于現(xiàn)代電氣化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，外加上環(huán)保安全潮流的意識抬頭，電氣化產(chǎn)品的環(huán)保規(guī)范便顯得如此不可缺少，為此各種環(huán)?；虬踩?guī)章協(xié)定也一一出爐，對于電源供應(yīng)器的需求及設(shè)計也是須符合國際電氣協(xié)會所設(shè)定的規(guī)范，例如從公元2001年元月1日起，在歐洲地區(qū)，抑制交流電流高頻諧波的EN61000-3-2規(guī)章便會生效，換言之所有功率消耗從數(shù)十瓦至數(shù)百瓦的電氣產(chǎn)品，如電視、個人電腦、監(jiān)視器等專業(yè)電源供應(yīng)器都會在EN61000-3-2的限制規(guī)范內(nèi)。因此，為了要符合EN61000-3-2規(guī)章的限制規(guī)定，一般業(yè)界是使用一種主動式功率因數(shù)校正裝置設(shè)置于電源回路之中，請參閱

圖1A，是為現(xiàn)有電源供應(yīng)器的主動式功率因數(shù)校正回路(PFC)示意圖；如圖所示，該主動式功率因數(shù)校正裝置10’是由控制IC、變壓器、切換電路及二極管等元件所組成，而串接于橋式整流器(由二極管D1、D2、D3及D4所組成)20’與濾波電容間，用以抑制該電源供應(yīng)器內(nèi)濾波電容C在交流電源充電程序時所產(chǎn)生的高頻諧波。雖然運(yùn)用該校正裝置10’可得到最佳抑制高頻諧波效果，然而，由于該校正裝置10’是在高頻下進(jìn)行切換操作，故容易引起嚴(yán)重的電磁波干擾(EMI)，相對引起其他視訊產(chǎn)品的熒幕干擾問題，且由于PFC內(nèi)是使用IC晶片來控制其高頻載波，其制作成本居高不下，不具市場競爭力及產(chǎn)品利用性亦為具有待解決的問題。
為解決上述問題，業(yè)界則設(shè)計出另外一種被動式功率因數(shù)校正回路；如圖1B所示，交流電源在輸入端L，(N)與橋式整流器(由二極管D1、D2、D3及D4所組成)間串接一電感器Lm，用以抑制該電源供應(yīng)器內(nèi)濾波電容C在交流電源充電時所產(chǎn)生的高頻諧波。此種被動式校正回路雖可解決上述現(xiàn)有主動式校正回路的問題。然而，由于國際上不同國家或地區(qū)所提供的電壓值并不一致，例如在日本為100伏特，而歐洲則為230伏特，故當(dāng)產(chǎn)品銷售至日本時便需使用符合當(dāng)?shù)仉妷褐档碾姼衅鱈m1；反之，若銷售至歐洲地區(qū)時亦需要符合當(dāng)?shù)夭煌妷褐档碾姼衅鱈m2。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，若當(dāng)?shù)靥峁╇妷褐禐?00伏特時，如日本，則因為其高頻諧波限制量可以用EN61000-3-2安規(guī)的限制量乘以2.3倍來換算，所以其限制相對較為寬松，故僅需使用約10mH的電感器即能符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保安全規(guī)章的限制；反之，若當(dāng)?shù)靥峁╇妷褐禐?30伏特時，如歐洲地區(qū)，則約需使用40mH的電感器方能符合當(dāng)?shù)谽N61000-3-2規(guī)章的限制。
為此，若欲在同一裝置內(nèi)設(shè)計同時符合不同國家地區(qū)的電壓值環(huán)保規(guī)范協(xié)定，不僅可使用于日本等提供電壓值較小的國家，亦可使用于歐洲等提供電壓值較大的地區(qū)，則其電感器的選擇與使用便面臨兩難的困境。因為，提供電壓值為100伏特時，必須有較大的電流，故其電感器將需要較粗截面的繞線；而在230伏特使用地區(qū)時，則需較大的電感值，故其電感器必須有較多的繞線圈數(shù)，但因為如此則繞線總電阻值過大，若使用于100伏特供給電壓值的地區(qū)時，將使得濾波電容C產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓降問題，因此其電感并不適用于100伏特供給電壓值的日本地區(qū)來使用。困此，上述現(xiàn)有產(chǎn)品必須在同一裝置內(nèi)存在有兩種不同規(guī)格的電感器，再依照地區(qū)的不同而選擇使用哪一組電感器，而未被選擇的電感器則閑置不用，如此不僅將形成資源的浪費(fèi)，更直接造成裝置體積的占據(jù)空間過大，不利產(chǎn)品設(shè)計。
故，如何針對上述現(xiàn)有功率因數(shù)校正回路所發(fā)生的問題提出一種新穎的解決方法及裝置，不僅不需因為不同國家或地區(qū)的電壓輸入值而更換不同的電感器，以作為限制其高頻諧波值之用，且同時可抑制電磁波干擾的產(chǎn)生及降低制作成本的目的，長久以來一直是使用者殷切盼望及本發(fā)明人欲行解決的困難點(diǎn)所在。
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法，充分利用電感對稱排列組態(tài)的不同變化，換言之，即在電源供應(yīng)器的交流回路內(nèi)設(shè)計兩個相對稱電感器，可因應(yīng)輸入電壓值的不同而切換其串聯(lián)或并聯(lián)連接狀態(tài)，以達(dá)到所需求的電感值，借此調(diào)節(jié)產(chǎn)品高頻諧波以符合歐洲地區(qū)的EN61000-3-2規(guī)格或其它地區(qū)的環(huán)保安全規(guī)定。
本發(fā)明的次要目的，在于提供一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法，其是在于輸入端設(shè)置一偵測電源電壓裝置，用以自動偵測其輸入電壓值，致使該功率因數(shù)校正回路正確切換其兩電感器的連接狀態(tài)，達(dá)到可依當(dāng)?shù)厮峁┑碾妷褐刀詣忧袚Q功率因教校正回路電感值的目的。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法，一裝置內(nèi)僅需一內(nèi)含二相對應(yīng)電感的電感器即可，以適用于各地區(qū)的輸入電壓值，而裝置內(nèi)的二電感皆需同時塔配使用，而無需如現(xiàn)有裝置一般必須有2組不同規(guī)格的電感器組，故不僅可縮小裝置的占用體積、降低資源的浪費(fèi)、及節(jié)省成本支出。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其主要構(gòu)造是包括有一電感器，內(nèi)部至少包含有兩相等對稱擺置連接的電感，而該電感器的輸出端可連接一全波整流器；及一切換裝置，其輸入端連接一電源輸入源，而輸出端則連接該電感器，利用該切換裝置的切換動作可致使電感器內(nèi)的二電感選擇串聯(lián)連接狀態(tài)及并聯(lián)連接狀態(tài)其中之一。
其中該電感器內(nèi)二電感在電源輸入源的電壓值高過一預(yù)設(shè)值時是成串聯(lián)連接狀態(tài)，而低于該預(yù)設(shè)值時則切換成并聯(lián)連接狀態(tài)。
尚可包括有一電源電壓偵測裝置，設(shè)置于該切換裝置與電源輸入源之間，借此自動偵測電源輸入源的電壓值而提供切換裝置一電氣訊號。
其中該電源電壓偵測裝置是至少包含有二串聯(lián)的電阻，并依序連接有一齊納二極管及一晶體管，當(dāng)電源輸入源的電壓值高過一預(yù)設(shè)值時，可致使該齊納二極管及晶體管動作而產(chǎn)生該電氣訊號。
其中該切換裝置是為一雙刀雙投的繼電器。
其中該切換裝置是為一手動式開關(guān)器。
其中該電感器亦可直接以兩個獨(dú)立的電感器來構(gòu)成取代。
一種具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其主要實施步驟是包括有a.偵測所輸入的交流電源電壓值；b.一切換裝置依據(jù)該電源電壓值動作；及c.受控于該切換裝置動作，致使一電感器內(nèi)的至少兩電感選擇切換成并聯(lián)連接狀態(tài)及串聯(lián)連接狀態(tài)的其中之一。
其中該步驟a中，是以一電源電壓偵測裝置自動偵測該輸入的電源電壓值。
其中該步驟a中，是以手動設(shè)定該輸入的電壓值。
其中該步驟b中是以手動方式選擇切換該切換裝置動作。
其中該步驟b及步驟C可為下列步驟比較電源電壓值是否高于一預(yù)設(shè)值；若是，則切換開關(guān)致使該電感器內(nèi)的兩電感成串聯(lián)連接狀態(tài)；及若否，則切換開關(guān)致使該電感器內(nèi)的兩感成并聯(lián)連接狀態(tài)。
茲為使了更清楚地對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，僅佐以較佳的實施例圖及配合詳細(xì)的說明，說明如后圖示說明圖1A為一現(xiàn)有電源供應(yīng)器的主動式功率因數(shù)校正回路示意圖；圖1B為一現(xiàn)有電源供應(yīng)器的被動式功率因數(shù)校正回路示意圖；圖2為本發(fā)明一較佳實施例具切換功能的功率因數(shù)校正裝置的方塊示意圖；圖3為本發(fā)明一較佳實施例的功率因數(shù)校正方法實施流程圖；圖4為本發(fā)明一較佳實施例的電路圖；圖5為本發(fā)明又一實施例的電路圖；圖6A至圖6B為在未裝設(shè)本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置時的交流電流(100伏特)高頻諧波長條示意圖及交流電壓/電流波形圖；圖6C至圖6D為在未裝設(shè)本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置時的交流電流(230伏特)高頻諧波長條示意圖及交流電壓/電流波形圖；圖7A至第7B為在裝設(shè)本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置后的交流電流(100伏特)高頻諧波長條示意圖及交流電壓/電流波形圖；及圖7C至第7D為在裝設(shè)本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置后的交流電流(230伏特)高頻諧波長條示意圖及交流電壓/電流波形圖。
首先，請參閱圖2，是為本發(fā)明一較佳實施例具切換功能的功率因數(shù)校正裝置的方塊示意圖；如圖所示，功率因數(shù)校正裝置10包含有一電源電壓偵測裝置12，用以偵測該地區(qū)所提供輸入的交流電源電壓值，其輸出端則連接一切換裝置14，依據(jù)所偵測而得的一電壓值產(chǎn)生電氣變化，并切換選擇一連接電感器16內(nèi)的至少二個電感的連接組態(tài)；其中該電感器16內(nèi)的兩個電感是為由同面徑大小及纏線圈數(shù)相同的線圈纏繞而成，分別設(shè)置于一鐵芯的相對兩邊對稱擺置(當(dāng)然其電感器亦可直接以兩個獨(dú)立的電感器取代)，故當(dāng)輸入的交流電源經(jīng)過該功率因數(shù)校正裝置10及全波整流器20而轉(zhuǎn)換成直流電源輸出時，該裝置10所產(chǎn)生的電感值將依其輸入的交流電源電壓值作適當(dāng)?shù)母淖儯虼丝捎靡砸种圃撾娫垂?yīng)器內(nèi)交流電源充電時高頻諧波的產(chǎn)生。
接著，請參閱圖3，為本發(fā)明一較佳實施例的功率因數(shù)校正方法實施流程圖；如圖所示，當(dāng)輸入一交流電源至該功率因數(shù)校正裝置10時，電源電壓偵測裝置12將偵測所輸入的電源電壓值，如步驟310；判斷該電壓值為100伏特或為230伏特，如步驟320；若輸入的電壓值為100伏特時，則至步驟330，表示切換裝置14將該電感器16內(nèi)的兩電感切換為并聯(lián)連接狀態(tài)，因此如果單一電感的電感值為20mH時，則其兩電感并聯(lián)后的電感值即為10mH，故可適用于如日本地區(qū)；反之若步驟320中是判斷所輸入的電壓為230伏特時，則進(jìn)行步驟340，該電感器16內(nèi)的兩電感將切換為串聯(lián)連接狀態(tài)，因此，同樣為20mH的兩電感串聯(lián)后，其電感值即為40mH，故可適用于如歐洲地區(qū)；最后，再經(jīng)過全波整流器20的全波整流濾波作用，以輸出直流電源，如步驟350。
另外，請參閱圖4，是為本發(fā)明一較佳實施例的功率因數(shù)校正裝置電路圖；如圖所示，當(dāng)一交流電源經(jīng)由輸入端L(N)輸入后，將經(jīng)過一電源電壓偵測裝置12，經(jīng)由其內(nèi)兩串聯(lián)電阻R1及R2的分壓作用后，再由一齊納二極管Dz控制并偵測該輸入電壓值，若當(dāng)該輸入電源電壓值(如230伏特)高于齊納二極管Dz的一預(yù)設(shè)電壓值(如150伏特)時，則予以導(dǎo)通，接著促使晶體管Q導(dǎo)通，并電氣觸發(fā)一切換裝置14，而該切換裝置14是為一雙刀雙投式繼電器或其它切換開關(guān)，在平時狀態(tài)是設(shè)定為A點(diǎn)與B點(diǎn)相接及D點(diǎn)與E點(diǎn)相接的線路(如逆時針箭頭)，換言之即是將電感器16內(nèi)的兩電感Lm設(shè)定為相互并聯(lián)線路。故當(dāng)電感Lr電氣觸發(fā)后，該繼電器14內(nèi)的B點(diǎn)將改為與C點(diǎn)相接，而E點(diǎn)則改與F點(diǎn)相接(如順時針箭頭)，此時該電感器16內(nèi)的兩電感Lm將立即變?yōu)榇?lián)連接狀態(tài)，如此，其總和電感量為2Lm，以適用于高電壓電源供給地區(qū)，如230伏特輸出的歐洲地區(qū)；最后再連接至一全波橋式整流器20(由二極管D1、D2、D3及D4所組成)及濾波電容CF的全波電流濾波作用后接至負(fù)載以輸出直流電源。
又，因為電感器16的兩電感Lm是預(yù)先設(shè)定為并聯(lián)狀態(tài)，故其總和電感量為1/2Lm，也就是說預(yù)先設(shè)定的輸入電壓值為100伏特，因此當(dāng)使用地區(qū)如日本為100伏特低電壓供給國家時，其齊納二極管Dz及晶體管Q均不予導(dǎo)通，因此電感Lr亦不會產(chǎn)生一電氣訊號來切換裝置14及更改電感器16的內(nèi)部兩電感連接狀態(tài)。再者，在輸入電壓值為100伏特時，由于兩個并聯(lián)電感可平均分?jǐn)傇据斎氲妮^大電流，故可利用較細(xì)的線圈纏繞，致使其所需的鐵芯體積亦可選擇較小，因此裝置整體體積亦相對較小。
又，本發(fā)明電感器16內(nèi)所設(shè)置的兩電感不管是在230伏特或100伏特狀態(tài)下皆予以同時搭配使用，不像現(xiàn)有裝置一般利用兩不相干的電感器來選擇其一而用，另一電感器則廢置不用，故不管是從體積大小或制作成本來考量，本發(fā)明技術(shù)皆較具市場競爭優(yōu)勢。
當(dāng)然，本發(fā)明的電源電壓偵測裝置12功能亦可改為使用者自行判斷，并利用一手動切換開關(guān)54來取代上述實施例的切換開關(guān)14，使用者因應(yīng)該地區(qū)的實際供給電壓值來扳動手動切換開關(guān)54以切換選擇線路連接狀態(tài)(B點(diǎn)及E點(diǎn)是與A點(diǎn)及D點(diǎn)或C點(diǎn)及F點(diǎn)連接)，借此同樣可達(dá)到上述實施例的功效及目的，如圖5所示。
最后，請參閱圖6A至圖7D，是分別為本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置的裝設(shè)于回路前、后時所產(chǎn)生的高頻諧波長條示意圖及交流電壓/電波波形圖。其中圖6A是為在供給電壓值為100伏特而未裝設(shè)功率因數(shù)校正裝置時的圖示，該圖號*所示即為日本地區(qū)電源供應(yīng)器高頻諧波的限制規(guī)定量，而其長條圖即為實際測試所得的高頻諧波量，如圖可看出其皆超過安全規(guī)定量值，完全不符合其環(huán)保安全規(guī)定；在圖6B中，其上圖是為所輸入的交流電壓波形，可視為完美的正弦波，而下圖則為所輸入的交流電流波形，其尖端值較突出且集中，與輸入電壓波形較不符合，因此所產(chǎn)生的高頻諧波量較大。同理，在圖6C及圖6D中，是為在供給電壓值為230伏特(如歐洲地區(qū))而未裝設(shè)功率因數(shù)校正裝置時的圖示，同樣可獲得其不符合EN61000-3-2規(guī)章高頻諧波限制規(guī)定量的結(jié)果。
反之，在圖7A及圖7B中，是為在裝設(shè)本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置后而使用于如日本地區(qū)供給電壓值為100伏特時的圖示，由實驗圖示可明顯看出即使是測驗至第39階諧波時，本發(fā)明還是低于當(dāng)?shù)丨h(huán)保安全規(guī)章所規(guī)定的高頻諧波限制規(guī)定量；且其所輸入的交流電流波形亦相對較為平緩及契合所輸入的交流電壓波形圖，故其抑制高頻諧波產(chǎn)生量的效果亦十分顯著。同理，在圖7C及圖7D中，在本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置裝設(shè)于回路后，而使用于供給電壓值為230伏特(如歐洲地區(qū))的實驗值圖示，亦可同樣得到其完全符合EN61000-3-2規(guī)章高頻諧波限制規(guī)定量的完美結(jié)果，因此兩相比較可證明本發(fā)明功率因數(shù)校正裝置的明顯功效。
綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法，尤指一種可依輸入電源電壓值而自動切換的功率因數(shù)校正方法，不需因不同的電壓輸入值而更換不同的電感器以限制其高頻諧波值，且同時可降低電磁波的干擾及節(jié)省制作成本。故本發(fā)明實為一富有新穎性、創(chuàng)造性、及可供產(chǎn)業(yè)利用功效，應(yīng)符合專利申請要件無疑，故依法提出發(fā)明專利申請。
惟以上所述，僅為本發(fā)明的一較佳實例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍。故即凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1·一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其主要構(gòu)造是包括有一電感器，內(nèi)部至少包含有兩相等對稱擺置連接的電感，而該電感器的輸出端可連接一全波整流器；及一切換裝置，其輸入端連接一電源輸入源，而輸出端則連接該電感器，利用該切換裝置的切換動作可致使電感器內(nèi)的二電感選擇串聯(lián)連接狀態(tài)及并聯(lián)連接狀態(tài)其中之一。
2·如權(quán)利要求1所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其中該電感器內(nèi)二電感在電源輸入源的電壓值高過一預(yù)設(shè)值時是成串聯(lián)連接狀態(tài)，而低于該預(yù)設(shè)值時則切換成并聯(lián)連接狀態(tài)。
3·如權(quán)利要求1所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是尚包括有一電源電壓偵測裝置，設(shè)置于該切換裝置與電源輸入源之間，借此自動偵測電源輸入源的電壓值而提供切換裝置一電氣訊號。
4·如權(quán)利要求3所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其中該電源電壓偵測裝置是至少包含有二串聯(lián)的電阻，并依序連接有一齊納二極管及一晶體管，當(dāng)電源輸入源的電壓值高過一預(yù)設(shè)值時，可致使該齊納二極管及晶體管動作而產(chǎn)生該電氣訊號。
5·如權(quán)利要求1所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其中該切換裝置是為一雙刀雙投的繼電器。
6·如權(quán)利要求1所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其中該切換裝置是為一手動式開關(guān)器。
7·如權(quán)利要求1所述的具切換功能的功率因數(shù)校正裝置，其特征是其中該電感器亦直接以兩個獨(dú)立的電感器來構(gòu)成取代。
8·一種具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其特征是其主要實施步驟是包括有a.偵測所輸入的交流電源電壓值；b.一切換裝置依據(jù)該電源電壓值動作；及c.受控于該切換裝置動作，致使一電感器內(nèi)的至少兩電感選擇切換成并聯(lián)連接狀態(tài)及串聯(lián)連接狀態(tài)的其中之一。
9，如權(quán)利要求8所述的具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其特征是其中該步驟a中，是以一電源電壓偵測裝置自動偵測該輸入的電源電壓值。
10·如權(quán)利要求8所述的具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其特征是其中該步驟a中，是以手動設(shè)定該輸入的電壓值。
11·如權(quán)利要求10所述的具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其特征是其中該步驟b中是以手動方式選擇切換該切換裝置動作。
12·如權(quán)利要求8項所述的具切換功能的功率因數(shù)校正方法，其特征是其中該步驟b及步驟C為下列步驟比較電源電壓值是否高于一預(yù)設(shè)值；若是，則切換開關(guān)致使該電感器內(nèi)的兩電感成串聯(lián)連接狀態(tài)；及若否，則切換開關(guān)致使該電感器內(nèi)的兩感成并聯(lián)連接狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種具切換功能的功率因數(shù)校正裝置及其方法,其主要構(gòu)造,是包含有一電感器、一切換裝置及一電源電壓偵測裝置,其中電源電壓偵測裝置可連接一輸入電源,而輸出端則連接切換裝置,并依該電壓值而輸出不同的電氣訊號至該切換裝置,致使該電感器內(nèi)的兩電感可由串聯(lián)連接狀態(tài)切換成并聯(lián)連接狀態(tài)或由并聯(lián)連接狀態(tài)切換成串聯(lián)連接狀態(tài),以抑制其交流電流的高頻諧波值,且可同時降低電磁波的干擾產(chǎn)生、縮減裝置體積及節(jié)省制作成本。
文檔編號H02J3/18GK1338800SQ0012158
公開日2002年3月6日 申請日期2000年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月14日
發(fā)明者何秉皇 申請人:誠洲股份有限公司