專利名稱：降壓式功率因子修正系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，尤其涉及一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其可適用于降低電力系統(tǒng)的虛功率，并提供功率因子修正的效果。
背景技術(shù)：
目前電氣用品使用直流電的很多，但由于市電為交流電，所以需要作交-直流轉(zhuǎn)換；而為了降低電力系統(tǒng)的虛功率，并減少電流諧波造成系統(tǒng)干擾，許多電氣用品被要求具有高功率因子與低電流諧波，因此功率因子修正器被廣泛地使用著。常用的功率因子修正電路以升壓式為代表，但卻有直流輸出電壓需高于輸入交流電壓峰值的限制，其它降壓式或降升壓式等可輸出較低電壓的電路，但分別有特性較差、效率較低、儲能組件體積較大或控制方式復雜較難實現(xiàn)等缺點。圖1A顯示傳統(tǒng)的功率因子修正器通常所采用的升壓式(BOOST)轉(zhuǎn)換電路，其主要優(yōu)點是具有較高的功率因子與較簡便的控制方式。圖1B顯示圖1A的傳統(tǒng)功率因子修正器的輸入端電壓Vs及電流Is波形示意圖，且為市電角頻率，Vm與Im分別表示電壓峰值與電流峰值。升壓式轉(zhuǎn)換電路的電流路徑允許部分能量從電源AC直接對直流鏈電容Cne充電(如圖1A的實線箭頭所示)，故其儲能電感Lpf。的儲能需求量較低，所以電感體積可較小，效率也較聞，且圖1A中Qprc表不主動開關(guān)晶體，Dpre表不_■極管，且該電容Cs可根據(jù)實際需求而設(shè)計。但是上述的傳統(tǒng)的功率因子修正器往往伴隨著高輸出電壓，因而使得功率組件的電壓應(yīng)力較高，而另一方面，對于電壓需求較低(低于電源峰值電壓)的負載而言，傳統(tǒng)的升壓式功率因子修正器無法直接提供適當?shù)碾娫?，必須再通過降壓轉(zhuǎn)換電路(BuckConverter)將 其輸出電壓降為負載所需的額定電壓，如圖2所示，但如此設(shè)計不但增加電路體積與生產(chǎn)成本，還會增加電路的功率損耗，降低整體電路的轉(zhuǎn)換效率。為了提高電路的轉(zhuǎn)換效率，也有直接設(shè)計以降壓式轉(zhuǎn)換電路作為功率因子修正器，如圖3A所示。降壓式轉(zhuǎn)換電路的電流路徑也允許部分能量從電源AC直接對直流鏈電容Cd。充電，故其儲能電感Lptc也具有儲能需求量較低、體積較小的優(yōu)勢，電路效率也較高。降壓式功率因子修正器主要缺點是當電源電壓低于直流輸出電壓時，電路將無法引進輸入電流，其輸入電流為不連續(xù)，如圖3B所示，故功率因子較低、電流諧波含量較大。此外，降壓式功率因子修正器還有控制方式較復雜的缺點。另外,也有以降升壓式轉(zhuǎn)換電路(Buck-Boost Converter)(如圖4所示)或返馳式轉(zhuǎn)換電路(Fly-Back Converter)(如圖5所示)作為功率因子修正器設(shè)計,雖然也可達到高功因，但其電流路徑不允許能量從電源直接對直流鏈電容充電，因此共同的缺點是電感的儲能需求較大，造成其體積較大，且磁能損失也導致其效率較差。此外，也有整合了升壓式轉(zhuǎn)換電路與降壓式轉(zhuǎn)換電路所形成一整合式電路的功率因子修正器，如圖6所示。當主動開關(guān)晶體Q2截止時，主動開關(guān)晶體Ql可進行降壓式轉(zhuǎn)換的操作；而當Ql維持導通時，Q2可進行升壓式轉(zhuǎn)換的操作。但這種設(shè)計的電路的控制方式非常復雜，除非開發(fā)特用1C，否則將不易實現(xiàn)，其實用性不高。
且上述所提及的傳統(tǒng)的功率因子修正電路還具有一個共同的缺點，即需要一大儲能電容CD。。因為，為維持穩(wěn)定的負載端電壓，即儲能電容CD。的電壓變動量AV需很小，表示儲能電容CD。必需具有足夠的電容量以吸收從市電引入的兩倍頻功率波,如圖7所示。受限于以很小的電壓變動量AV來吸收輸入功率與輸出功率間的差異量，造成直流鏈電容的容值必需很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，此系統(tǒng)可產(chǎn)生一個或多個電流路徑，且所述的電流路徑允許部分能量從電源直接對直流鏈電容充電，以減少儲能電感的儲能需求量，使系統(tǒng)中的電感體積減小，電路效率提聞，進而簡化電路結(jié)構(gòu)并使電路易于控制。此外，本發(fā)明還可減少儲能組件的儲能需求，以縮小儲能組件的體積。在一實施例中，本發(fā)明提供一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，包括一第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量；一第一轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第一儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量；一第二儲能裝置，耦接該第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量；以及一第二轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第二儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量。且該降壓式功率因子修正器還包括一整流裝置，耦接該第一儲能裝置，接收并整流一電源，進而產(chǎn)生一輸入電壓，以及一負載耦接該第一儲能裝置。較佳地，該降壓式功率因子修正器還包括一開關(guān)組件，其耦接于該第一儲能裝置與該第二儲能裝置之間。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1A顯示傳統(tǒng)的功率因子修正器通常所采用的升壓式轉(zhuǎn)換電路；圖1B顯示圖1A的傳統(tǒng)功率因子修正器的輸入端電壓Vs及電流Is波形示意圖；圖2顯示具有升壓式與降壓式兩級轉(zhuǎn)換電路的傳統(tǒng)的功率因子修正器；圖3A顯示傳統(tǒng)的降壓式功率因子修正器；圖3B顯示圖3A的傳統(tǒng)的降壓式功率因子修正器的輸入端電壓Vs及電流Is波形示意圖；圖4顯示具有降升壓式轉(zhuǎn)換電路的傳統(tǒng)的功率因子修正器；圖5顯示具有返馳式轉(zhuǎn)換電路的傳統(tǒng)的功率因子修正器；圖6顯示具有整合升壓式與降壓式轉(zhuǎn)換電路的功率因子修正器；圖7的波形圖顯示功率波與儲能電容CD。的電壓變動量AV間的關(guān)系；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的降壓式功率因子修正系統(tǒng)；圖9(a)、圖9(b)、圖9(c)顯示圖8的降壓式功率因子修正器的多個能量傳遞路徑;圖10顯示應(yīng)用圖8的一實施例子；圖11(a)、圖11(b)、圖11(c)顯示當該輸入電壓大于第一與第二儲能裝置的電壓和時，圖10的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作；圖12(a)、圖12(b)、圖12(c)顯示當該輸入電壓小于該第一與第二儲能裝置的電壓和但大于該第一儲能裝置的電壓時，圖10的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作；
圖13 (a)、圖13(b)、圖13(c)顯示當該輸入電壓小于該第一儲能裝置的電壓時，圖10的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作；圖14顯示應(yīng)用圖8的另一實施例；圖15 (a)、圖15(b)、圖15(c)顯示當該輸入電壓大于該第一與第二儲能裝置的電壓和時，圖14的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作；圖16 (a)、圖16(b)、圖16(c)顯示當該輸入電壓小于該儲第一與第二儲能裝置的電壓和但大于該第一儲能裝置的電壓時，圖14的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作；圖17 (a)、圖17(b)、圖17(c)顯示當該輸入電壓小于該第一儲能裝置的電壓時，圖14的降壓式功率因子修正系統(tǒng)的電路操作。其中，附圖標記1、2、3降壓式功率因子修正系統(tǒng)11、21、31 第一儲能裝置12、22、32 第二儲能裝置13、23、33 整流裝置34 開關(guān)組件T1第一 轉(zhuǎn)換裝置T2第二轉(zhuǎn)換裝置Load負載
AC電源
Q>Qi>(毛、Qppc主動開關(guān)晶體
L1、L2、Lpfc 電感
D1J2'D3、Dppc二極管
C^C2'Cdc、Cs電容
VS、V,> Vm 電壓
Is' Im電流Pathl> Path 2、New Path 2、Path 3、New Path 3、Path 4 能量傳遞路徑
具體實施例方式為能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發(fā)明的裝置的相關(guān)細部結(jié)構(gòu)以及設(shè)計的理念原由進行說明，以可以了解本發(fā)明的特點，詳細說明陳述如下圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的降壓式功率因子修正系統(tǒng)1，其包括一第一儲能裝置11、一第一轉(zhuǎn)換裝置T1、一第二儲能裝置12、一第二轉(zhuǎn)換裝置T2。該第一儲能裝置11，用以儲存與釋放能量。該第一轉(zhuǎn)換裝置T1，其耦接該第一儲能裝置11，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量。該第二儲能裝置12，其耦接該第一儲能裝置11，用以儲存與釋放能量以及該第二轉(zhuǎn)換裝置T2，其耦接該第二儲能裝置12，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量。該降壓式功率因子修正系統(tǒng)I還包括一整流裝置13，其耦接該第一儲能裝置11，接收并整流一電源AC，進而產(chǎn)生一輸入電壓Vin，而上述電源AC可為交流電源；以及一負載(Load)，其耦接該第一儲能裝置11。該第一儲能裝置11能量儲存路徑包括Path 1，由該輸入電壓Vin直接對該第一與第二儲能裝置11、12充電，以形成一第一能量傳遞路徑(如圖9(a)所示)；Path 2，由該輸入電壓Vin通過第一轉(zhuǎn)換裝置T1對第一儲能置11充電，以形成一第二能量傳遞路徑(如圖9(b)所示)；Path 3，第二儲能裝置12通過第二轉(zhuǎn)換裝置T2對第一儲能置11充電，以形成一第三能量傳遞路徑(如圖9 (c)所示)。第一轉(zhuǎn)換裝置T1與第二轉(zhuǎn)換裝置T2依時序控制進行能量轉(zhuǎn)換工作，因此，該能量傳遞路徑Path UPath 2及Path 3也依序出現(xiàn)。而負載(Load)所須的能量均由第一儲能裝置11供應(yīng)，其能量傳遞路徑為Path 4。圖10顯不應(yīng)用圖8的一實施例。此降壓式功率因子修正系統(tǒng)2,包括一第一儲能裝置21、一第二儲能裝置22、一第一轉(zhuǎn)換裝置T1以及一第二主動開關(guān)晶體Q2，且在實際電路操作上可將該第一轉(zhuǎn)換裝置T1結(jié)合該第二主動開關(guān)晶體Q2以形成一第二轉(zhuǎn)換裝置T2。且該降壓式功率因子修正系統(tǒng)2還包括一整流裝置23，其接收并整流一電源AC，進而產(chǎn)生一輸入電壓VIN，而上述電源AC可為交流電源，以及該降壓式功率因子修正系統(tǒng)2包括一負載(Load)。于本實施例，該第一與第二儲能裝置21與22可為電容C1與C2，該整流裝置23可為一橋式整流器以及該第一轉(zhuǎn)換裝置T1包括一第一二極管D1、一第一主動開關(guān)晶體Q1以及一第一電感L1,且該第二轉(zhuǎn)換裝置T2包括該第一二極管D1、該第一主動開關(guān)晶體Q1、該第一電感L1以及該第二主動開關(guān)晶體Q2。更進一步而言，該第一轉(zhuǎn)換裝置T1內(nèi)的該第一二極管01的一端耦接該整流裝置23，且其另一端耦接該第一主動開關(guān)晶體Q1以及該第一電感L1 ;而該第一主動開關(guān)晶體Q1的一端耦接該第一二極管D1，且其另一端耦接該整流裝置23 ；而該第一電感L1的一端耦接該第一二極管的D1，且其另一端耦接該第一儲能裝置21 (電容C1)。該第二轉(zhuǎn)換裝置T2內(nèi)的第二主動開關(guān)晶體Q2的一端耦接該第一主動開關(guān)晶體Q1，且其另一端耦接該第二儲能裝置22 (電容C2)。此外，該第一儲能裝置21 (電容C1)的一端耦接該第一二極管D1，且其另一端耦接該第二儲能裝置22 (電容C2)，且電容C1與該負載并聯(lián)。而該第二儲能裝置22 (電容C2)的一端耦接電容C1，而其另一端耦接第二主動開關(guān)晶體Q2。且其中該第二主動開關(guān)晶體Q2用 于低頻切換，而該第一主動開關(guān)晶體Q1受高頻率的脈波寬度調(diào)變(pulse-width modulation,PWM)信號所控制,且該脈波寬度信號可通過一反饋信號進行調(diào)變。而關(guān)于此降壓式功率因子修正系統(tǒng)2的電路動作如下模式一于本實施例，當該輸入電壓Vin大于該第一與第二儲能裝置21與22的電壓和Va+^2時，該第二主動開關(guān)晶體Q2的旁路二極管為順偏導通，則該輸入電壓Vin直接對該第一與第二儲能裝置21與22充電，以形成一第一能量傳遞路徑Path I ;同時該輸入電壓Vin并通過第一轉(zhuǎn)換裝置T1對該第一儲能裝置21充電，形成一第二能量傳遞路徑Path
2;且該第一儲能裝置21與該負載(Load)間形成一第四能量傳遞路徑Path 4，且于該負載(Load)上有一橫跨電壓Vtl ;在此模式下，該第二轉(zhuǎn)換裝置T2為不工作狀態(tài)，即第三能量傳遞路徑Path 3不存在。該第一能量傳遞路徑Path I是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一與第二儲能裝置21、22(電容C1與C2)與該第二主動開關(guān)晶體Q2的旁路二極管所形成，且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一儲能裝置21(電容C1K該第一轉(zhuǎn)換裝置T1所形成，且該第四能量傳遞路徑Path 4是由該第一儲能裝置21 (電容C1)與該負載(Load)間的回路所形成。電路的動作分析圖如圖11(a)所示。在模式一中，當該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM導通而該第一二極管D1不導通，以形成一第二能量傳遞路徑Path 2，且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin、該第一儲能裝置21 (電容C1)、該第一電感L1、該第一主動開關(guān)晶體Q1的回路所形成，如圖11(a)所示，此時該輸入電壓Vin對該第一儲能電容C1及該第一電感L1充電；當該轉(zhuǎn)換第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM截止后，該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1R為導通(ON)，而形成一新的第二能量傳遞路徑New Path 2，且該新的第二能量傳遞路徑New Path 2是由該第一儲能電容C1、該第一電感L1與該第一二極管D1的回路所形成，且該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑NewPath 2釋放至第一儲能電容C1,動作分析圖如圖11(b)所示。而該第二主動開關(guān)晶體Q2的旁路二極管在此模式下仍保持為導通(ON)狀態(tài)，因此，能量傳遞路徑Path I及Path 4均維持不變。當該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2完全釋放至第一儲能電容C1后,則該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1與該第一主動開關(guān)晶體Q1均為不導通(0FF)，則新的第二能量傳遞路徑New Path 2消失，但第一、第四能量路徑Path I與4，仍均維持不變，如圖11(c)所示，且此一階段只在第一電感L1的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第一主動開關(guān)晶體Q1再次被高頻PWM導通時，該第二能量傳遞路徑Path 2再次形成，周而復始動作。模式二 于本實施例，當該輸入電壓Vin小于該第一與第二儲能裝置21與22的電壓和vCI+vCS但大于該第一儲能裝置21 (電容C1)的電壓Va時,該第二主動開關(guān)晶體Q2為截止狀態(tài)，該第一能量傳遞路徑Path I不存在，且該第二儲能裝置22 (電容C2)不再被充電；該第二轉(zhuǎn)換裝置T2為不工作狀態(tài)，即第三能量傳遞路徑Path 3不存在。此時該輸入電壓Vin通過第一轉(zhuǎn)換裝置T1對該第一儲能裝置21 (電容C1)充電，形成一第二能量傳遞路徑Path 2;且該第一儲能裝置21 (電容C1)與該負載(Load)間形成一第四能量傳遞路徑Path 4，如圖12 (a)。且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一儲能裝置21 (電容C1)、該第一能量轉(zhuǎn)換裝置T1所形成，且該第四能量路徑Path4是由該第一儲能裝置21 (電容C1)與該負載(Load)間的回路所形成。在模式二中，當該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM的導通(ON)狀態(tài)而該第一二極管D1不導通(OFF)，形成一第二能量傳遞路徑Path 2，且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin、該第一儲能裝置21 (電容C1)、該第一電感L1、該第一主動開關(guān)晶體Q1的回路所形成，此時該輸入電壓Vin對該第一儲能電容C1及該第一電感1^充電；當該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM截止后，則該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1R為導通，形成一新的第二能量傳遞路徑New Path 2，且該新的第二能量傳遞路徑NewPath 2是由該第一儲能電容C1、該第一電感L1與該第一二極管D1的回路所形成，且該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2釋放至第一儲能電容C1,如圖 12(b)。當該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2完全釋放至第一儲能電容C1后,則該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1與該第一主動開關(guān)晶體Q1均為不導通(0FF)，則新的第二能量傳遞路徑New Path 2消失，但是第四能量傳遞路徑Path 4，仍維持不變，如圖12 (C)，且此一階段只在第一電感L1的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第一主動開關(guān)晶體Q1再次被高頻PWM導通時，該第二能量傳遞路徑Path 2再次形成，周而復始動作。模式三 于本實施例，當該輸入電壓Vin小于該第一儲能裝置21 (電容C1)的電壓Vci時，該第二主動開關(guān)晶體Q2導通以啟動該第二轉(zhuǎn)換裝置T2，形成一第三能量傳遞路徑Path 3;且該第三能量傳遞路徑Path 3是由該第二儲能裝置22(電容C2)、該第二轉(zhuǎn)換裝置T2所形成，且該第一儲能裝置21 (電容C1)與該負載間形成一第四能量傳遞路徑Path 4。在本模式中，第一能量傳遞路徑Path I與第二能量傳遞路徑Path 2都不存在；且該第四能量傳遞路徑Path4是由該第一儲能裝置21 (電容C1)與該負載間的回路所形成，如圖13(a)。在模式三中，當該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM導通而該第一二極管D1不導通，以形成一第三能量傳遞路徑Path 3，且該第三能量傳遞路徑Path3是由該第一電感L1、該第一主動開關(guān)晶體Q1、該第二主動開關(guān)晶體Q2與該第二儲能裝置22(電容C2)的回路所形成，此時該第二儲能電容(2對該第一電感L1充電；當該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM截止后，則該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第一二極管D1轉(zhuǎn)為導通，形成一新的第三能量傳遞路徑New Path 3,且該新的第三能量傳遞路徑New Path 3是由該第一儲能裝置21 (電容C1)、該第一電感L1與該第一二極管D1的回路所形成，該第一電感L1的能量通過該新的第三能量傳遞路徑New Path 3釋放至第一儲能電容C1,如圖13(b)。當該第一電感L1的能量通過該新的第三能量傳遞路徑New Path 3完全釋放至第一儲能裝置21 (電容C1)后，則該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第一二極管D1與該第一主動開關(guān)晶體％均為不導通(0FF)，則新的第三能量傳遞路徑NewPath 3消失，但是第四條能量傳遞路徑Path 4，仍維持不變，如圖13 (C)，且此一階段只在第一電感L1的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第一主動開關(guān)晶體Q1再次被高頻PWM導通時，該第三能量傳遞路徑Path 3再次形成，周而復始動作。根據(jù)本實施例，該第一二極管D1、該第一主動開關(guān)晶體Q1與該第一電感L1組成該第一轉(zhuǎn)換裝置T1，但是于電路操作過程中也可組合該第一二極管D1、該第一主動開關(guān)晶體Q1、該第一電感L1與該第二主動開關(guān)晶體Q2為第二轉(zhuǎn)換裝置T2。圖14顯示應(yīng)用圖8的另一實施例。此降壓式功率因子修正系統(tǒng)3，其包括一第一儲能裝置31、一第二儲能裝置32、一第一轉(zhuǎn)換裝置T1以及第二轉(zhuǎn)換裝置Τ2。且該降壓式功率因子修正系統(tǒng)3還包括一整流裝置33，其接收并整流一電源AC，進而產(chǎn)生一輸入電壓VIN，而上述電源AC可為交流電源，以及降壓式功率因子修正系統(tǒng)3包括一負載(Load)。另外，該降壓式功率因子修正系統(tǒng)3還包括一開關(guān)組件34，其耦接于該第一儲能裝置31與該第二儲能裝置32之間。于本實施例，該第一與第二儲能裝置31與32可為電容C1與C2，該整流裝置33可為一橋式整流器,該第一轉(zhuǎn)換裝置T1包括一第一二極管D1、一第一主動開關(guān)晶體Q1以及一第一電感L1,該第二轉(zhuǎn)換裝置T2包括一第二二極管D2、一第二主動開關(guān)晶體Q2、一第二電感L2以及該開關(guān)組件34可為一二極管D3。更進一步而言，該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1的一端耦接該整流裝置33，且其另一端耦接該第一主動開關(guān)晶體Q1以及該第一電感L1 ;而該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的第一主動開關(guān)晶體Q1的一端稱接該第一二極管D1,且其另一端耦接該整流裝置33 ;而該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的第一電感L1的一端耦接該第一二極管D1，而其另一端耦接開關(guān)組件34。該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二二極管D2的一端耦接該第一二極管D1與該第一儲能裝置31 (電容C1)，且其另一端耦接該第一主動開關(guān)晶體Q2以及該第一電感L2 ;而該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二主動開關(guān)晶體Q2的一端耦接該第二二極管D2,且其另一端耦接該第一主動開關(guān)晶體Q1與該第二儲能裝置32，且該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二電感L2的一端耦接該第二二極管D2，且其另一端耦接該開關(guān)組件34。此外，該第一儲能裝置31 (電容C1)的一端耦接該第一二極管的D1,且其另一端耦接該開關(guān)組件34，且第一儲能裝置31 (電容C1)與該負載(Load)并聯(lián)。而該第二儲能裝置32內(nèi)的電容C2的一端耦接開關(guān)組件34，而其另一端耦接第二主動開關(guān)晶體Q2。且其中該第一、第二主動開關(guān)晶體QpQ2可受同一組或分別的兩組高頻率的脈波寬度調(diào)變(pulse-width modulation, PWM)信號所控制，且該脈波寬度信號均可通過反饋信號進行調(diào)變。而關(guān)于降壓式功率因子修正系統(tǒng)3的電路動作如下 模式一于本實施例，當該輸入電壓Vin大于該第一與第二儲能裝置31與32的電壓和Va+VK時，該開關(guān)組件34 ( 二極管D3)為順偏導通，則該輸入電壓Vin直接對該第一與第二儲能裝置31與32充電，以形成一第一能量傳遞路徑Path I ;同時該輸入電壓Vin并通過第一轉(zhuǎn)換裝置T1對該第一儲能裝置31充電，形成一第二能量傳遞路徑Path 2 ;且該第一儲能裝置31(電容C1)與該負載(Load)間形成一第四能量傳遞路徑Path 4，且于該負載(Load)上有一橫跨電壓Vtl ;在此模式下，該第二轉(zhuǎn)換裝置T2為不工作狀態(tài)，即第三能量傳遞路徑Path 3不存在。該第一能量傳遞路徑Path I是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一與第二儲能裝置31、32(電容(^與(2)與該開關(guān)組件34( 二極管D3)所形成，且該第二能量路徑Path 2是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一儲能裝置31 (電容C1)、該第一轉(zhuǎn)換裝置T1所形成，且該第四能量路徑Path 4是由該第一儲能裝置31 (電容C1)與該負載(Load)間的回路所形成。如圖15(a)所示。在模式一中，當該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM導通而該第一二極管D1不導通，以形成一第二能量傳遞路徑Path 2，且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin、該第一儲能裝置31 (電容C1)、該第一電感L1、該第一主動開關(guān)晶體Q1的回路所形成，如圖15(a)所示，此時該輸入電壓Vin對該第一儲能電容C1及該第一電感L1充電；當該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM截止而該第一二極管D1轉(zhuǎn)為導通，以形成一新的第二能量傳遞路徑New Path 2，如圖15(b)所示，且該新的第二能量傳遞路徑New Path 2是由該第一儲能裝置31 (電容C1)、該第一電感L1與該第一二極管D1的回路所形成，該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2釋放至第一儲能電容C1,且第一、第四能量傳遞路徑Path I與Path 4,仍均維持不變。當該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2完全釋放至第一儲能電容C1后,該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1與該第一主動開關(guān)晶體Q1均為不導通(0FF)，則新的第二能量傳遞路徑New Path 2消失，但是第一、第四能量路徑Path I與4，仍均維持不變，如圖15(c)所示，且此一階段只在第一電感L1的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第一主動開關(guān)晶體Q1再次被高頻PWM導通時，該第二能量傳遞路徑Path 2再次形成，周而復始動作。模式二 于本實施例，當該輸入電壓Vin小于該第一與第二儲能裝置31與32的電壓和VC1+VC2，但大于該第一儲能裝置31 (電容C1)的電壓Vci時，該開關(guān)組件34 ( 二極管D3)為逆偏截止，該第一能量傳遞路徑Path I不存在，且不再對該第二儲能裝置32 (電容C2)充電，該第二轉(zhuǎn)換裝置T2為不工作狀態(tài)，即第三能量傳遞路徑Path 3不存在。此時該輸入電壓Vin通過第一轉(zhuǎn)換裝置T1對該第一儲能裝置31 (電容C1)充電，形成一第二能量傳遞路徑Path 2;且該第一儲能裝置31 (電容C1)與該負載(Load)間形成一第四能量傳遞路徑Path4,如圖16 (a)。且該第二能量傳遞路徑Path 2是由該輸入電壓Vin經(jīng)由該第一儲能裝置31(電容C1K該第一能量轉(zhuǎn)換裝置T1所形成，且該第四能量路徑Path 4是由該第一儲能裝置31 (電容C1)與該負載(Load)間的回路所形成。在模式二中，當該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM的導通(ON)狀態(tài)而該第一二極管D1不導通(OFF)，形成一第二能量傳遞路徑Path 2，且該第二能量路徑Path 2是由該輸入電壓Vin、該第一儲能裝置31 (電容C1)、該第一電感L1、該第一主動開關(guān)晶體Q1的回路所形成，此時該輸入電壓Vin對該第一儲能電容C1及該第一電感L1充電；當該第一主動開關(guān)晶體Q1為高頻PWM截止后，則該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1R為導通，形成一新的第二能量傳遞路徑New Path 2，且該新的第二能量傳遞路徑NewPath2是由該第一儲能電容C1、該第一電感L1與該第一二極管D1的回路所形成,且該第一電感L1的能量通過該新的第二能量傳遞路徑New Path 2釋放至第一儲能電容C1,如圖16 (b)。當該第一電感L1的能量通過該新的第二能量路傳遞徑New Path 2完全釋放至第一儲能電容C1后,該第一轉(zhuǎn)換裝置T1的該第一二極管D1與該第一主動開關(guān)晶體Q1均轉(zhuǎn)為不導通(0FF)，則新的第二能量傳遞路徑New Path 2消失，如圖16(c)所示，但是第四能量傳遞路徑Path 4，仍維持不變，且此一階段只在第一電感L1的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第一主動開關(guān)晶體Q1再次被高頻PWM導通時，該第二能量傳遞路徑Path 2再次形成，周而復始動作。模式三于本實施例，當該輸入電壓Vin小于該第一儲能裝置31 (電容C1)的電壓Vci時，該第二轉(zhuǎn)換裝置T2開始工作，形成一第三能量傳遞路徑Path 3 ;且該第三能量傳遞路徑Path 3是由該第二儲能裝置32 (電容C2)、該第二轉(zhuǎn)換裝置T2所形成，且該第一儲能裝置31(電容C1)與該負載間形成一第四能量傳遞路徑Path 4。在本模式中，第一能量傳遞路徑Path I與第二能量傳遞路徑Path 2都不存在；且該第四能量傳遞路徑Path 4是由該第一儲能裝置31 (電容C1)與該負載間的回路所形成，如圖17(a)。在模式三中，當該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二主動開關(guān)晶體Q2為高頻PWM導通而該第二二極管D2不導通，以形成一第三能量傳遞路徑Path 3，且該第三能量傳遞路徑Path 3是由該第二電感L2、該第二主動開關(guān)晶體Q2與該第二儲能裝置32 (電容C2)的回路所形成，此時該第二儲能電容C2對該第二電感L2充電；當該第二主動開關(guān)晶體Q2為高頻PWM截止后，則該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二二極管D2轉(zhuǎn)為導通，形成一新的第三能量傳遞路徑NewPath 3,且該新的第三能量傳遞路徑New Path 3是由該第一儲能裝置31 (電容C1)、該第二電感L2、該第二二極管D2與該開關(guān)組件34( 二極管D3)的回路所形成，該第二電感L2的能量通過該新的第三能量路徑New Path 3釋放至第一儲能電容C1,如圖17 (b)。當該第二電感L2的能量通過該新的第三能量傳遞路徑New Path 3完全釋放至第一儲能裝置31 (電容C1)后，則該第二轉(zhuǎn)換裝置T2的該第二二極管D2與該第二主動開關(guān)晶體％均為不導通(0FF)，則新的第三能量傳遞路徑NewPath 3消失，但是第四條能量傳遞路徑Path 4，仍維持不變，如圖17(c)，且此一階段只在第二電感L2的電流為不連續(xù)模式時才發(fā)生。當該第二主動開關(guān)晶體Q2再次被高頻PWM導通時，該第三能量路徑Path 3再次形成，周而復始動作。因此，本發(fā)明可設(shè)計電流路徑允許部分能量從電源直接對直流鏈電容充電，以減少儲能電感的儲能需求量，使電感體積減小，電路效率提聞，進而簡化電路結(jié)構(gòu)并使電路易于控制。此外，本發(fā)明也將儲能電容分為兩個，第一儲能電容和負載并聯(lián)，以穩(wěn)定負載電壓，第二儲能電容與第一儲能電容形成串聯(lián)分壓，可降低第一儲能電容的電壓應(yīng)力和體積；第二儲能電容并通過轉(zhuǎn)換電路將能量轉(zhuǎn)移到第一儲能電容，協(xié)助第一儲能電容穩(wěn)定電壓，故第一儲能電容的體積可縮??；且第二儲能電容可允許大范圍的電壓變動(大AV)甚至完全的釋能，故其電容值需求也可縮小。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，包括 一第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量； 一第一轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第一儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量； 一第二儲能裝置，耦接該第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量；以及 一第二轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第二儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一整流裝置，耦接該第一儲能裝置，接收并整流一電源，進而產(chǎn)生一輸入電壓；以及 一負載，耦接該第一儲能裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，第一儲能裝置能量儲存路徑，為多個能量傳遞路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該多個能量傳遞路徑包括由該輸入電壓直接對該第一與第二儲能裝置充電，以形成一第一能量傳遞路徑，且該輸入電壓經(jīng)過該第一轉(zhuǎn)換裝置對該第一儲能置充電，以形成一第二能量傳遞路徑以及該第二儲能裝置通過該第二轉(zhuǎn)換裝置對該第一儲能置充電，以形成一第三能量傳遞路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一與第二儲能裝置為電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該整流裝置為為一橋式整流器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一轉(zhuǎn)換裝置包括一第一二極管、一第一主動開關(guān)晶體以及一第一電感，且該第二轉(zhuǎn)換裝置包括該第一二極管、該第一主動開關(guān)晶體、該第一電感以及一第二主動開關(guān)晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一能量傳遞路徑由該輸入電壓經(jīng)由該第一與第二儲能裝置以及該第二主動開關(guān)晶體的旁路二極管所形成，且該第二能量傳遞路徑由該輸入電壓經(jīng)由該第一儲能裝置、該第一轉(zhuǎn)換裝置所形成，且該第三能量傳遞路徑由該第二儲能裝置經(jīng)由該第二轉(zhuǎn)換裝置與第一儲能裝置所形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一儲能裝置與該負載間形成一第四能量傳遞路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第二主動開關(guān)晶體用于低頻切換，而該第一主動開關(guān)晶體受高頻率的脈波寬度調(diào)變所控制，且該脈波寬度通過一反饋信號進行調(diào)變。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一轉(zhuǎn)換裝置包括一第一二極管、一第一主動開關(guān)晶體以及一第一電感，且該第二轉(zhuǎn)換裝置包括一第二二極管、一第二主動開關(guān)晶體以及一第二電感。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，還包括 一開關(guān)組件，耦接于該第一儲能裝置與該第二儲能裝置之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該開關(guān)組件為一半導體二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一能量傳遞路徑由該輸入電壓經(jīng)由該第一與第二儲能裝置以及該半導體二極管所形成，且該第二能量傳遞路徑由該輸入電壓經(jīng)由該第一儲能裝置、該第一轉(zhuǎn)換裝置所形成，且該第三能量路徑由該第一儲能裝置、該第二儲能裝置與該第二轉(zhuǎn)換裝置所形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一儲能裝置與該負載間形成一第四能量傳遞路徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一主動開關(guān)晶體與該第二主動開關(guān)晶體均受高頻率的脈波寬度調(diào)變所控制，且該脈波寬度通過反饋信號進行調(diào)變。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該能量為電壓或電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一二極管耦接該整流裝置，且該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一主動開關(guān)晶體的一端耦接該第一二極管且其另一端耦接該整流裝置，且該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一電感的一端耦接該第一二極管且其另一端耦接該第一儲能裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第二轉(zhuǎn)換裝置的該第二主動開關(guān)晶體的一端耦接該第一主動開關(guān)晶體，且另一端耦接該第二儲能裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一二極管耦接該整流裝置，且該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一主動開關(guān)晶體的一端耦接該第一二極管且其另一端耦接該整流裝置，且該第一轉(zhuǎn)換裝置的該第一電感的一端耦接該第一二極管且其另一端耦接該開關(guān)組件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的降壓式功率因子修正系統(tǒng)，其特征在于，該第二轉(zhuǎn)換裝置的該第二二極管耦接該第一二極管，且該第二轉(zhuǎn)換裝置的該第二主動開關(guān)晶體的一端耦接該第二二極管且其另一端耦接該第一主動開關(guān)晶體，且該第二轉(zhuǎn)換裝置的該第二電感的一端耦接該第二二極管且其另一端耦接該開關(guān)組件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種降壓式功率因子修正系統(tǒng)，包括一第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量；一第一轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第一儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量；一第二儲能裝置，耦接該第一儲能裝置，用以儲存與釋放能量；以及一第二轉(zhuǎn)換裝置，耦接該第二儲能裝置，用以傳送與轉(zhuǎn)換能量。
文檔編號H02M1/42GK103036418SQ20111035107
公開日2013年4月10日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者蔡文田, 李清然 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院