CN101630904B - 功因校正电路结构 - Google Patents

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Abstract

一种功因校正电路结构，其具有一电感元件、一电容元件、一开关元件以及一控制单元，控制单元产生一周期控制信号控制开关元件切换，从而控制通过电感元件的电感电流，该功因校正电路还包括一谐波调变单元以及一波形调变单元，其中谐波调变单元产生一谐波信号，波形调变单元则取得一反馈信号与谐波信号，并根据谐波信号的相位调变反馈信号产生一谐波驱动信号，控制单元则根据谐波驱动信号以调变周期控制信号的周期宽度，使电感电流也具有谐波成份，降低输入电力的功率峰值，可解决已知功因校正电路因电容元件衰退而损坏的缺陷。

Description

功因校正电路结构
技术领域
本发明涉及一种功因校正电路结构，其应用在主动式PFC的控制电路结构。
背景技术
现今电源供应器已普遍应用于各种电子产品，且技术不断精进，其输出功率也不断上升，为了更进一步提高功率，势必要提高工作的效率；影响电源供应器效率的因数主要包含输入电力的功率因数以及转换电力时的损耗，其中电源供应器中的功因校正电路(Power Factor Correction，简称为PFC)即为改善输入电力功率因数的重要电路，尤其是主动式功因校正电路更将工作效率提高至80％以上，而包含该功因校正电路的电源供应器如图1所示，其取得一输入电力，该输入电力经过一整流电路8后由该功因校正电路1调变该输入电力的相位，再经由一电力转换电路9调变为输出电压，其中该电力转换电路9可为一转换器(Converter)或者为一切换式的转换电路，而其中该功因校正电路1与该电力转换电路9则分别根据一控制单元91的控制操作，其中典型的功因校正电路1包含一开关元件12、一电感元件13、一电容元件14以及该控制单元11，其中该控制单元11从该功因校正电路1后端取得一反馈信号，并搭配零电流检测回路(ZCD)以及一SR正反器以产生一周期控制信号驱动该开关元件12，而使该电感元件13与该电容元件14调变该输入电力的相位，该功因校正电路1的工作原理为该技术领域的普通技术人员所熟知，故不再赘述；然而，已知的功因校正电路1也有其使用寿命，大部分的功因校正电路1的故障都是由于其中的电容元件14在长期吸收输入电力的功率波动下寿命会较快衰减，且为了吸收该功率波动，必须选用电容值较大、耐压高的电容元件14，因而成本无法降低；上述已知功因校正电路1因寿命受限于电容的衰减，搭配工作寿命长的电子元件会造成浪费，例如驱动发光二极管的驱动电路中利用上述已知的功因校正电路1时，由于发光二极管本身至少具有十万小时的寿命，但由于该电容元件14的衰减，造成该功因校正电路1可能几千小时就已无法工作(该电容元件14的平均寿命)，此时铺设该功因校正电路1的电路板以及焊接于其上的发光二极管都必须一并更换，使该发光二极管使用还不到其寿命一半的时候就必须连同整个电路板一同废弃，造成额外的浪费与成本增加；通过上述例子可知，已知功因校正电路1的寿命受限于该电容元件14为必须解决的问题。
发明内容
由于已知功因校正电路的寿命受限于电容元件的寿命，因此本发明的目的即在于提供一种电路结构，以便改善已知的缺陷，延长该电容元件与该功因校正电路的使用寿命。
本发明为一种功因校正电路结构，该功因校正电路具有一电感元件、一电容元件、一开关元件以及一控制单元，该控制单元产生一周期控制信号控制该开关元件切换，从而控制通过该电感元件的电感电流，而该功因校正电路还包括一谐波调变单元以及一波形调变单元，其中该谐波调变单元取得该输入电力并通过计算产生一谐波信号，该波形调变单元则取得一反馈信号以及该谐波信号，并根据该谐波信号的相位将该反馈信号调变产生一谐波驱动信号，该控制单元则根据该谐波驱动信号以调变该周期控制信号的周期宽度；其中该谐波信号是由该输入电力的分压信号经过多次乘法运算而产生一谐波，该谐波再与该输入电力相减而取得该谐波信号，以该谐波信号加入调变该周期控制信号的程序中，可调变该电感电流的波形与该谐波驱动信号相似，降低该输入电力的功率波动而达到延长该电容元件的寿命，并且可选用电容值较小的电容元件(例如使用薄膜电容取代已知电路常用的电解电容)而具有成本较低的优点。
本发明所达到的有益效果为：
1.可延长功因校正电路中电容元件的寿命。
2.可选用电容值较小的电容元件。
附图说明
图1为已知功因校正电路结构图。
图2为本发明的电路结构方块图。
图3为本发明的电路实施例图。
图4-1为已知功因校正电路的电流波形图。
图4-2为本发明的电流波形图。
图5-1为已知功因校正电路的各节点波形图。
图5-2为本发明的各节点波形图。
具体实施方式
请参照图2，该图所示为本发明的电路结构方块图，本发明为一种提高功因校正电路寿命的电路结构，其中该功因校正电路1应用于一电源供应器中，该电源供应器取得一输入电力后送至一整流电路8，经过整流后即由该功因校正电路1调变该输入电力的功率因数，最后再送至一电力转换电路9产生一输出电力，其中，该功因校正电路1具有一电感元件13、一电容元件14、一开关元件12以及一控制单元11，该控制单元11产生一周期控制信号驱动该开关元件12切换，从而控制通过该电感元件13的电感电流，使该电感电流的相位与跨在该电容元件14的电压相位接近而达到提高功率因数的效果，然而，为了该电容元件14得以延长寿命，该功因校正电路1还包括一谐波调变单元2以及一波形调变单元3，其中该谐波调变单元2取得该输入电力并通过计算产生一谐波信号，该波形调变单元3则从该功因校正电路1的输出端取得一反馈信号，并且根据该谐波信号的相位将该反馈信号调变产生一谐波驱动信号，即将该反馈信号调变为与该谐波信号同相位而形成该谐波驱动信号，该谐波驱动信号送至该控制单元11，该控制单元11则根据该谐波驱动信号以调变该周期控制信号的周期宽度，而该周期控制信号驱动该开关元件12的导通与截止即用于调变该电感电流的相位，因此利用该谐波驱动信号调变该周期控制信号即可使该电感电流具有与该谐波信号相同的相位(即使该电感电流也具有谐波成份)；上述的电路结构是通过在周期控制信号中加入谐波信号的成份，进而调变该电感电流也同样具有与该谐波信号相同的相位，谐波成份加入电感电流中时，该电感电流的波动将改变，该电感电流与输入电压乘积也改变，使该输入电力的功率波动减小，连带地使该电容元件14要吸收的功率波动减小，因而避免该电容元件14过快衰退，延长该电容元件14的寿命，并可选用电容值较小的电容元件14。
为了实施将谐波成份加入周期调变的电路，该谐波调变单元2则包含一个以上的乘法器以及一减法器，该乘法器从该输入电力获取一分压信号，并将该分压信号相乘以取得一谐波，上述电路结构的实施例可参照图4，该谐波调变单元2具有两个乘法器21、22，该两乘法器21、22从该输入电力的同一分压信号va，其中一乘法器21将该分压信号va彼此相乘以得到该分压信号va二次方的谐波v2 a，另一乘法器22将该分压信号二次方的谐波v2 a与该分压信号va再次相乘以得到该分压信号va三次方的谐波v3 a送至该减法器，该减法器是由一运算放大器U1以及多个电阻R1、R2、R3、R4所构成，并通过减法器将该输入电力与该谐波v3 a相减而产生该谐波信号vc，因此该谐波信号vc实为一具有三次谐波成份的信号；该波形调变单元2也可为一乘法器，该波形调变单元2将该反馈信号与该谐波信号vc相乘而产生该谐波驱动信号，因此该谐波驱动信号也同样地具有三次谐波的成份；在图3的电路中，该控制单元11利用一比较器取得该谐波驱动信号与该开关元件12的电流，并比较两者的大小以决定该开关元件12截止的时序，当检测该电感电流大于该谐波驱动信号时，该比较器会输出高准位重置该SR正反器的输出，使该驱动单元截止该开关元件12，因此，通过该电感电流会限制在该谐波驱动信号所形成的波形内，使该电感电流将形成具有三次谐波成份的波形。
请参照图4-1与图4-2，其中图4-1为已知功因校正电路的电流波形图，图4-2为本发明上述电路的电流波形图；图4-1中分别可见一已知电感电流71、一已知电流峰值包络线72以及一已知电流平均值73的波形，该已知电感电流71是受控于该开关元件12的导通与截止，而已知电路会产生该已知电流峰值包络线72，即强迫该开关元件12截止的电流最大值，限制该已知电感电流71小于该已知电流峰值包络线72，而通过运算得出该已知电流平均值73；图4-2中可见该电流峰值包络线75因加入了谐波成份，使得该电感电流74的峰值以及该电流平均值76也形成具有谐波成份的波形；请再参照图5-1与图5-2，图5-1为已知电路的节点波形图，图5-2为本发明的节点波形图；其中vg定义为输入电力整流后的电压波形，vo定义为该功因校正电路1的输出电压，va 3定义为该谐波调变单元2所产生的谐波，iL为该电感电流；在图5-1中由于已知电路并为具有产生谐波的电路，故va 3以一直线代表其不存在，该输入电压波形vg为一正弦波，该已知的电感电流iL为一正弦波，因此当输入电压波形vg与已知的电感电流iL的相位调变至相近时，两者相乘所产生的峰值功率较大，与功率最低值相比具有较大的落差，需通过该电容元件14吸收与释放的功率也较大；再请参照图5-2，加入谐波va 3的成份后，该电感电流iL的峰值与输入电压波形vg的峰值相位错开，因此两者相乘所产生的峰值功率可明显降低，需通过该电容元件14吸收与释放的功率也较小，可避免该电容元件14长期的充放电后提早衰退，达到延长寿命的效果。
通过上述电路令输入功率峰值降低，可使该电容元件14需吸收与释放的功率波动降低，并且可一并选用电容值较小的电容元件14，也达到延长其寿命的效果，避免该功因校正电路1因该电容元件14衰退而损毁，并可选用薄膜电容取代已知电路常用的电解电容；虽然本发明已以优选实施例披露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内所作的修改与改进都应涵盖于本发明中，因此本发明的保护范围以所附的权利要求所限定的范围为准。

Claims (3)

1.一种功因校正电路结构，所述功因校正电路(1)具有一电感元件(13)、一电容元件(14)、一开关元件(12)以及一控制单元(11)，所述控制单元(11)产生一周期控制信号驱动所述开关元件(12)切换，从而控制通过所述电感元件(1 3)的电感电流，其特征在于，所述功因校正电路(1)还包括：
一谐波调变单元(2)，取得输入电力并通过计算产生一谐波信号，所述谐波调变单元(2)具有两个乘法器以及一减法器，所述两个乘法器取得所述输入电力的同一分压信号，其中一乘法器将所述分压信号彼此相乘以得到所述分压信号二次方的谐波，另一乘法器将所述分压信号二次方的谐波与所述分压信号再次相乘以得到所述分压信号三次方的谐波送至所述减法器，并通过减法器将所述输入电力与所述谐波相减而产生所述谐波信号；
一波形调变单元(3)，取得一反馈信号以及所述谐波信号，并根据所述谐波信号的相位将所述反馈信号调变为一谐波驱动信号，所述控制单元(11)则根据所述谐波驱动信号以调变所述周期控制信号的周期宽度。
2.根据权利要求1所述的功因校正电路结构，其特征在于，所述波形调变单元(3)为一乘法器，所述乘法器是将所述反馈信号与所述谐波信号相乘而产生所述谐波驱动信号。
3.根据权利要求1所述的功因校正电路结构，其特征在于，所述控制单元(11)取得所述谐波驱动信号与所述开关元件(12)的电流，并比较两者的大小以决定所述开关元件(12)截止的时序。
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