[發(fā)明專利]降壓式功率因子修正系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110351072.7
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN103036418A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 蔡文田;李清然
• 申請（專利權）人: 財團法人工業(yè)技術研究院
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02J15/00
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;常大軍

技術領域

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

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V_s及電流I_s波形示意圖，且ωt為市電角頻率，V_m與I_m分別表示電壓峰值與電流峰值。升壓式轉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C_DC充電(如圖1A的實線箭頭所示)，故其儲能電感L_PFC的儲能需求量較低，所以電感體積可較小，效率也較高，且圖1A中Q_PFC表示主動開關晶體，D_PFC表示二極管，且該電容C_S可根據實際需求而設計。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的電源，必須再通過降壓轉換電路(Buck?Converter)將其輸出電壓降為負載所需的額定電壓，如圖2所示，但如此設計不但增加電路體積與生產成本，還會增加電路的功率損耗，降低整體電路的轉換效率。

為了提高電路的轉換效率，也有直接設計以降壓式轉換電路作為功率因子修正器，如圖3A所示。降壓式轉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C_DC充電，故其儲能電感L_PFC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，也有以降升壓式轉換電路(Buck-Boost?Converter)(如圖4所示)或返馳式轉換電路(Fly-Back?Converter)(如圖5所示)作為功率因子修正器設計，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換電路與降壓式轉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。當主動開關晶體Q2截止時，主動開關晶體Q1可進行降壓式轉換的操作；而當Q1維持導通時，Q2可進行升壓式轉換的操作。但這種設計的電路的控制方式非常復雜，除非開發(fā)特用IC，否則將不易實現，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C_DC。因為，為維持穩(wěn)定的負載端電壓，即儲能電容C_DC的電壓變動量ΔV需很小，表示儲能電容C_DC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ΔV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，電路效率提高，進而簡化電路結構并使電路易于控制。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。