[發(fā)明專利]功率因數(shù)校正的效率改進(jìn)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910163970.2
• 申請日: 2009-04-22
• 公開（公告）號: CN101626197A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊棗洪
• 申請（專利權(quán)）人: 弗萊克斯電子有限責(zé)任公司
• 主分類號: H02M7/02
• 分類號: H02M7/02;H02M3/22;H02M3/335
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 史新宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正(power?factor?correction)的效率改進(jìn)。

背景技術(shù)

例如筆記本式計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器等等的電子設(shè)備典型地從交 流電源接收功率。然而，在大多數(shù)情況下，設(shè)備需要直流電源進(jìn)行操作，因 此需要將來自交流電源的電源轉(zhuǎn)換為直流電源。實(shí)現(xiàn)它的最簡單的方法是通 過二極管整流電路。在這種電路中，將二極管放置在電路中使得交流電流僅 沿一個(gè)方向流動(dòng)，從而整流器的輸出保持為非負(fù)電壓。這個(gè)方法是典型地花 費(fèi)最少的交流至直流變換方案，但是它也在交流電網(wǎng)上產(chǎn)生最多的噪聲或 “污染”。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器耦合至不是純電阻性(例如包括電容器和電感器的電 抗性負(fù)載)的負(fù)載時(shí)發(fā)生該污染，使得從交流電源抽取的電流與交流電壓異 相，這可能導(dǎo)致諧波增加和其他不需要的效果。因此，如果大量使用，利用 這種方法的設(shè)備會(huì)嚴(yán)重影響交流輸電線的質(zhì)量。另外，電抗性負(fù)載使得功率 轉(zhuǎn)換器的效率更低。存儲(chǔ)在電抗性負(fù)載中的能量導(dǎo)致電流和電壓波形之間的 時(shí)間差。該存儲(chǔ)的能量返回到電源，并且對負(fù)載的工作沒有用，所以電路的 “有功功率”少于“視在功率”。有功功率與視在功率的比值通常稱為電路的 功率因數(shù)。可以理解，與具有高功率因數(shù)的電路相比，具有低功率因數(shù)的電 路將會(huì)抽取更多電流以傳遞規(guī)定數(shù)量的有功功率，這意味著配電系統(tǒng)中的損 耗增加并且能量消耗增加。因此，期望提供不具有這些相同缺點(diǎn)的交流至直 流功率變換。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，可以使用包括功率因數(shù)校正(PFC)電路的功率轉(zhuǎn) 換器。通常地，PFC電路意圖保持交流電流基本上與交流電壓同相，因此功 率轉(zhuǎn)換器對于交流電源來說類似于純電阻性負(fù)載，這減少了交流輸電線上的 污染并且增加了功率轉(zhuǎn)換器的效率。有一種類型的PFC電路通常稱為無源 PFC電路。無源PFC電路僅使用例如電感器和電容器的無源元件執(zhí)行功率 因數(shù)校正。無源PFC電路典型地是堅(jiān)固且有效的，但是通常難以將失真減少 至可接受的水平。此外，由于無源PFC電路在相對低的線路頻率(例如50Hz 或60Hz)下運(yùn)行，所需的電感器和電容器可能是大型的且昂貴的。

另一種類型的PFC電路通常稱為有源PFC電路。有源PFC電路通常具 有至少一個(gè)功率開關(guān)，并且包括它們的功率轉(zhuǎn)換器可以稱為開關(guān)功率轉(zhuǎn)換 器。開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器在許多不同的拓?fù)渲刑峁┚o致性和效率，這些拓?fù)淇梢? 被分為兩種主要類別：隔離轉(zhuǎn)換器和非隔離轉(zhuǎn)換器。在例如下降(降壓)或 上升(升壓)轉(zhuǎn)換器的非隔離開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器中，功率輸出通過功率開關(guān)直 接耦合至功率輸入。相反地，在例如回掃轉(zhuǎn)換器或前向轉(zhuǎn)換器的隔離功率轉(zhuǎn) 換器中，功率輸出通過變壓器與功率輸入隔離，其中功率開關(guān)位于變壓器的 初級(輸入)側(cè)上，并且負(fù)載位于變壓器的次級側(cè)上。

在圖1中示出現(xiàn)有技術(shù)的回掃功率轉(zhuǎn)換器2的實(shí)例。功率轉(zhuǎn)換器2包括 功率開關(guān)8(典型地是場效應(yīng)晶體管)，其通過整流器6耦合至交流電源4， 并且耦合至變壓器10的初級繞組。整流二極管12和體電容14耦合至變壓 器10的次級繞組。當(dāng)功率開關(guān)8閉合時(shí)(即充電階段)，電流從交流電源4 流經(jīng)變壓器10的初級繞組，并且能量被存儲(chǔ)在變壓器的磁場中。然后，當(dāng) 功率開關(guān)8打開時(shí)(即放電階段)，來自交流電源4的電流被中斷，使得磁 場崩潰，接著導(dǎo)致磁場通量變化的方向反向。負(fù)的通量變化在與充電階段期 間感應(yīng)的電壓方向相反的方向上感應(yīng)出電壓。術(shù)語“回掃”源于當(dāng)交流電源4 被中斷時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓反向。反向的感應(yīng)電壓試圖感應(yīng)流經(jīng)變壓器10的 初級繞組的電流，但是打開的功率開關(guān)8阻止電流流動(dòng)。由于電壓反向，整 流二極管12馬上前向偏置并且允許電流從其中經(jīng)過。該電流流入體電容器 14，在這里它可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載18。