CN103166446B - 功率因素校正装置及其校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功率因素校正装置及其校正方法，维持输入电流为一正弦交流形式且与输入交流电压相同相位。一交流电压经由全桥整流器转为全波整流形式，经由一电感器、一功率晶体管及一功率二极管将其转换为直流输出电压。再来，电流补偿电路及电压补偿电路将校正电流与输出电压分别与参考电流讯号及参考电压比较后，产生一补偿电流讯号与一补偿电压讯号，据此可产生更新的脉波宽度调变讯号。其中参考电流讯号由乘法增益器将补偿电流讯号与补偿电压讯号相乘而得之，由此技术不须取样输入电压即可校正输入电流，且能提升内部电路的响应速度。

Description

功率因素校正装置及其校正方法

技术领域

本发明有关一种校正技术，特别是关于一种功率因素校正装置及其校正方法。

背景技术

现今电源供应器的业者追求高质量的电力供需一直是全球各国所想要达成的目标，然而大量地兴建电厂并非解决问题的唯一途径，一方面提高电力供给的能量，另一方面提高电器产品的功率因素(power factor)或效率，才能有效地解决问题。而功率因素修正器(power factor corrector)的主要作用是让电器产品的输入电压与输入电流的相位相同，意即使电器产品的负载近似于电阻式负载，且有效地减少输入电流的谐波失真(current harmonic distortion)以达到供电的高功率因素。

一般功率因素修正装置除了需要一脉冲宽度调变讯号产生器来产生一脉冲宽度调变讯号，并且需要一输入电压的取样作为校正电流的参考讯号。然而，在现有技术中，如美国专利US5886586所揭露的脉冲宽度调变讯号产生器，不需要取样输入电压，而采用一积分器来进行一周期控制方法(one cycle controlmethod)，以决定积分电容充放电时间和积分电容的电位。其他如美国专利US7068016B2、US5804950也都有类似积分器的技术。由于上述专利于电路内部或是置于外部都有使用积分器或积分电容，如此会造成内部电路运作时的响应速度大幅下降，此外电路内部需要一开关作积分电容的放电用途，途增功耗且增加电路空间。

因此，本发明针对上述的困扰，提出一种功率因素校正装置及其校正方法，以解决现有技术所产生的问题。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种功率因素校正装置及其校正方法，利用一乘法器连接电流补偿电路与电压补偿电路，以将两补偿器输出的补偿电压讯号与补偿电流讯号进行相乘，进而得到提供给电流补偿电路的参考电流讯号的技术，来进行功率因素校正，此技术可同时避免利用积分电容的技术，且使内部电路在运作时的响应速度大幅提升，以增进功率因素修正效能。

为达上述目的，本发明提供一种功率因素校正装置，包含一功率级电路，连接一负载，并接收一交流电压，通过电感器、功率二极管与一脉波宽度调变讯号驱动的功率晶体管，以依据脉波宽度调变讯号转换交流电压为一输入电流，且将其输出至负载，使负载上产生一输出电压。功率级电路通过取样电阻取样输入电流，以作为一校正电流输出。功率级电路连接一电流补偿电路，其接收校正电流与一参考电流讯号之间的误差，经由电流误差放大器及电流补偿器以产生一补偿电流讯号。功率级电路亦连接一电压补偿电路，是由分压器接收输出电压与一参考电压之间的误差，再由电压误差放大器及电压补偿器以产生一补偿电压讯号。电流补偿电路的输出与电压补偿电路的输出连接一乘法增益器，接收补偿电流讯号与补偿电压讯号，以相乘后，再乘上一电流增益，产生参考电流讯号。电流补偿电路与所述电压补偿电路连接一脉波宽度调变转换器，接收补偿电流讯号与补偿电压讯号，以产生脉波宽度调变讯号，使交流电压与输入电流的相位相同。

所述功率级电路更包含一取样电阻，连接所述电流补偿电路；以及一交直流转换器，连接所述负载、所述取样电阻、所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述交流电压与所述脉波宽度调变讯号，以依据所述脉波宽度调变讯号转换所述交流电压为所述输入电流，且将其输出至所述负载，以产生所述输出电压，又利用所述取样电阻取样所述输入电流，以输出所述校正电流。

所述电流补偿电路更包含一电流误差放大器，连接所述功率级电路，并接收所述校正电流与一参考电流讯号，将此两者比较后，输出一比较电流；以及一电流补偿器，连接所述电流误差放大器，并接收所述比较电流，以进行电流补偿后，产生所述补偿电流讯号。

所述电压补偿电路更包含一分压器，连接所述功率级电路，并接收所述输出电压，以分压产生一反馈电压；一电压误差放大器，连接所述分压器，并接收所述反馈电压与所述参考电压，将此两者比较后，输出一比较电压；以及一电压补偿器，连接所述电压误差放大器，并接收所述比较电压，以进行电压补偿后，产生所述补偿电压讯号。

所述乘法增益器更包含一乘法器，连接所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以相乘后，产生一补偿反馈电流；以及一电流增益调节器，连接所述乘法器，并接收所述补偿反馈电流，将其乘上所述电流增益后，产生所述参考电流讯号。

所述脉波宽度调变转换器更包含一斜波产生器，连接所述电压补偿电路，并接收所述补偿电压讯号，以据此产生一斜波讯号；以及一转换比较器，连接所述斜波产生器与所述电流补偿电路，并接收所述斜波讯号与所述补偿电流讯号，以进行比较后，输出所述脉波宽度调变讯号至所述功率级电路中。所述斜波讯号的电压值大于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为高准位电压；以及所述斜波讯号的电压值小于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为低准位电压。

所述取样电阻、所述脉波宽度调变讯号、所述输入电流、所述交流电压、所述输出电压与所述斜波讯号符合下列条件：

R_S·i_in(θ)＝d_OFF(θ)·T_S.W.·S_V；

d_OFF(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/V_o＝1-d(θ)；以及

i_in(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/R_in(ac)，其中R_S为所述取样电阻的阻值，i_in(θ)为所述输入电流，V_{in_pk}·sin(θ)为所述交流电压，V_o为所述输出电压，S_V为所述斜波讯号的斜率，R_in(ac)为等效输入交流电阻，T_S.W.与d(θ)为分别所述脉波宽度调变讯号的周期与占空比。

本发明还提供一种功率因素校正方法，接收一交流电压与一脉波宽度调变讯号，以依据所述脉波宽度调变讯号转换所述交流电压为一输入电流。接著，转换所述输入电流成一输出电压输出，并取样所述输入电流，以作为一校正电流输出。将校正电流与输出电压分别与参考电流讯号及参考电压比较后，经由电流补偿电路及电压补偿电路产生一补偿电流讯号与产生一补偿电压讯号，据此可产生更新的脉波宽度调变讯号，使交流电压与输入电流的相位相同。其中参考电流讯号是由连接两补偿器的乘法增益器将补偿电流讯号与补偿电压讯号相乘而得之。最后，接收补偿电流讯号与补偿电压讯号，以据此产生更新的脉波宽度调变讯号，使交流电压与输入电流的相位相同。

收所述校正电流，并将其与所述参考电流讯号比较后，以产生所述补偿电流讯号的步骤，更包含下列步骤：接收所述校正电流与所述参考电流讯号，将此两者比较后，输出一比较电流；以及接收所述比较电流，以进行电流补偿后，产生所述补偿电流讯号。

接收所述输出电压，并将其与所述参考电压比较后，以产生所述补偿电压讯号的步骤，更包含下列步骤：接收所述输出电压，以分压产生一反馈电压；接收所述反馈电压与所述参考电压，将此两者比较后，输出一比较电压；以及接收所述比较电压，以进行电压补偿后，产生所述补偿电压讯号。

所述参考电流讯号是由所述补偿电流讯号、一电流增益与所述补偿电压讯号相乘而得之的步骤，更包含下列步骤：接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以相乘后，产生一补偿反馈电流；以及接收所述补偿反馈电流，将其乘上所述电流增益后，产生所述参考电流讯号。

接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以据此产生所述更新的所述脉波宽度调变讯号的步骤，更包含下列步骤：接收所述补偿电压讯号，以据此产生一斜波讯号；以及接收所述斜波讯号与所述补偿电流讯号，以进行比较后，输出所述更新的所述脉波宽度调变讯号。所述斜波讯号的电压值大于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为高准位电压；以及所述斜波讯号的电压值小于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为低准位电压。

取样所述输入电流，以作为所述校正电流输出的步骤中，利用一取样电阻，取样所述输入电流，以作为所述校正电流输出。

所述取样电阻、所述脉波宽度调变讯号、所述输入电流、所述交流电压、所述输出电压与所述斜波讯号符合下列条件：

R_S·i_in(θ)＝d_OFF(θ)·T_S.W.·S_V；

d_OFF(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/V_o＝1-d(θ)；以及

i_in(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/R_in(ac)，其中R_S为所述取样电阻的阻值，i_in(θ)为所述输入电流，V_{in_pk}·sin(θ)为所述交流电压，V_o为所述输出电压，S_V为所述斜波讯号的斜率，R_in(ac)为等效输入交流电阻，T_S.W.与d(θ)为分别所述脉波宽度调变讯号的周期与占空比。

本发明的有益效果是，提供了一种功率因素校正装置及其校正方法，利用一乘法器连接电流补偿电路与电压补偿电路，以将两补偿器输出的补偿电压讯号与补偿电流讯号进行相乘，进而得到提供给电流补偿电路的参考电流讯号的技术，来进行功率因素校正，此技术可同时避免利用积分电容的技术，且使内部电路在运作时的响应速度大幅提升，以增进功率因素修正效能。

兹为使贵审查委员对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后：

附图说明

图1为本发明的校正装置电路示意图；

图2为本发明的校正装置的转移函数方块图；

图3为本发明的校正方法流程图；

图4为本发明的各讯号波形图；

图5为本发明的参考电流讯号、补偿电流讯号与补偿电压讯号放大波形图；

图6为本发明的斜波讯号、补偿电流讯号与脉波宽度调变讯号波形图；

图7为本发明的220伏特的交流电压及其输入电流波形图；

图8为本发明的110伏特的交流电压及其输入电流波形图。

附图标记说明：10-负载；12-功率级电路；14-电流补偿电路；16-电压补偿电路；18-乘法增益器；20-脉波宽度调变转换器；22-取样电阻；24-交直流转换器；241-电感器；243-功率晶体管245-功率二极体；26-电流误差放大器；28-电流补偿器；30-分压器；32-电压误差放大器；34-电压补偿器；36-乘法器；38-电流增益调节器；40-斜波产生器；42-转换比较器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1。本发明的功率因素校正装置连接一负载10，并包含一功率级电路12，连接负载10，并接收一交流电压V_AC与一脉波宽度调变讯号V_PWM，以依据此脉波宽度调变讯号V_PWM转换交流电压V_AC为一输入电流I_AC，且将其输出至负载10，使负载10上产生一输出电压V_o，并取样输入电流I_AC，以作为一校正电流I_sen输出。功率级电路12连接一电流补偿电路14与一电压补偿电路16。电流补偿电路14接收校正电流I_sen与一参考电流讯号I_ref，并将此两者比较后，产生一补偿电流讯号I_EA。电压补偿电路16则接收输出电压V_o与一参考电压V_ref，并将此两者比较后，产生一补偿电压讯号V_EA。电流补偿电路14与电压补偿电路16皆连接一乘法增益器18与一脉波宽度调变转换器20。乘法增益器18接收补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以相乘后，产生参考电流讯号I_ref。脉波宽度调变转换器20，则接收补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以产生脉波宽度调变讯号V_PWM，使交流电压V_AC与输入电流I_AC的相位相同。

功率级电路12更包含一取样电阻22与一交直流转换器24，交直流转换器24包含一电感器241、一功率晶体管243及一功率二极管245。取样电阻22连接电流补偿电路14，交直流转换器24则连接负载10、取样电阻22、电流补偿电路14与电压补偿电路16。交直流转换器24接收交流电压V_AC与脉波宽度调变讯号V_PWM，并通过电感器241、一功率晶体管243及一功率二极管245，来依据脉波宽度调变讯号V_PWM转换交流电压V_AC为输入电流I_AC，且将其输出至负载，以产生输出电压V_o，又利用取样电阻22取样输入电流I_AC，以输出上述的校正电流I_sen。

电流补偿电路14更包含一电流误差放大器26与一电流补偿器28。电流误差放大器26连接功率级电路12的取样电阻22，并接收校正电流I_sen与一参考电流讯号I_ref，将此两者比较后，输出一比较电流。电流补偿器28则连接电流误差放大器26，并接收比较电流，以进行电流补偿后，产生补偿电流讯号I_EA。电压补偿电路16更包含一分压器30，连接功率级电路12的交直流转换器24，并接收输出电压V_o，以分压产生一反馈电压V_FB。分压器30连接一电压误差放大器32，接收反馈电压V_FB与参考电压V_ref，将此两者比较后，输出一比较电压。电压误差放大器32则连接一电压补偿器34，接收比较电压，以进行电压补偿后，产生补偿电压讯号V_EA。

乘法增益器18更包含一乘法器36与一电流增益调节器38。乘法器36连接电流补偿电路14的电流补偿器28与电压补偿电路16的电压补偿器34，并接收补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以相乘后，产生一补偿反馈电流。乘法器36更连接电流增益调节器38，接收补偿反馈电流，将其乘上一电流增益K_m后，产生参考电流讯号I_ref。

脉波宽度调变转换器20更包含一斜波产生器40，连接电压补偿电路16的电压误差放大器32，并接收补偿电压讯号V_EA，以据此产生一斜波讯号V_RAMP。斜波产生器40与电流补偿电路14的电流误差放大器26连接一转换比较器42，接收斜波讯号V_RAMP与补偿电流讯号I_EA，以进行比较后，输出脉波宽度调变讯号V_PWM至功率级电路12的交直流转换器24中。其中，当斜波讯号V_RAMP的电压值大于补偿电流讯号I_EA对应的电压值时，脉波宽度调变讯号V_PWM为高准位电压；当斜波讯号V_RAMP的电压值小于补偿电流讯号I_EA对应的电压值时，脉波宽度调变讯号V_RAMP为低准位电压。

为了使交流电压与输入电流的相位相同，以有效达到功率因素修正的目的，取样电阻、脉波宽度调变讯号V_PWM、输入电流I_AC、交流电压V_AC、输出电压V_o与斜波讯号V_RAMP必须符合下列条件：

R_S·i_in(θ)＝d_OFF(θ)·T_S.W.·S_V  (1)

d_OFF(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/V_o＝1-d(θ)  (2)

i_in(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/R_in(ac)  (3)

其中i_in(θ)即为输入电流I_AC，V_{in_pk}·sin(θ)为交流电压V_AC，S_V为斜波讯号V_RAMP的斜率，R_in(ac)为等效输入交流电阻_，T_S.W.与d(θ)为分别脉波宽度调变讯号V_PWM的周期与占空比(duty cycle)。由上述公式(1)、(2)、(3)可以得到公式(4)、(5)：

$i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{V_{\mathrm{in}\_\mathrm{pk}}}{R_{\mathrm{in}\left(\mathrm{ac}\right)}}\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)---\left(4\right)$

$R_{\mathrm{in}\left(\mathrm{ac}\right)}=\frac{R_S\·V_o}{T_{s.w}\·S_V}---\left(5\right)$

由公式(5)可知，R_in(ac)为一常数，因此可以使交流电压与输入电流相位相同，以达到功率因素校正的目的。

以下介绍输入功率P_in、补偿电流讯号I_EA、补偿电压讯号V_EA、斜波讯号V_RAMP的斜率S_V、斜波讯号V_RAMP的峰值电压V_pmax：

$I_{\mathrm{AC}}\≅\frac{{2P}_{\mathrm{in}}}{V_{\mathrm{AC}}}---\left(6\right)$

$V_{\mathrm{EA}}\≅\frac{{2P}_{\mathrm{in}}\·R_S\·V_o}{K_{\mathrm{multi}}\·V_{\mathrm{AC}}^2}---\left(7\right)$

$S_V\≅\frac{V_{\mathrm{EA}}\·g_{\mathrm{mv}}}{C_S}\·T_{S.W.}---\left(8\right)$

$I_{\mathrm{EA}}\≅\frac{2P_{\mathrm{in}}\·R_S\·g_{\mathrm{mv}}\·T_{S.W.}}{K_{\mathrm{multi}}\·V_{\mathrm{AC}}\·C_S}---\left(9\right)$

$V_{p\max }\≅I_{\mathrm{EA}\max }\frac{V_o}{V_{\mathrm{AC}\min }}---\left(10\right)$

在公式(6)至公式(10)中，K_multi为乘法器36的乘法增益，g_mv为电压误差放大器32的增益，C_S为斜波产生器40的内部电容器的电容值，I_EAmax为补偿电流讯号I_EA的最大电流值，V_ACmin为交流电压的最小值。

接着介绍将补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA相乘，得到参考电流讯号I_ref的计算过程：

$\begin{array}{c}\frac{1}{Z_{\mathrm{comp}}}\·{\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}(R_S\·i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)-K_m\·(d_{\mathrm{OFF}}\left(\mathrm{\θ}\right)\·T_{S.W.}\·S_V\·V_o\·K_v))\mathrm{d\θ}\\ =d_{\mathrm{OFF}}\left(\mathrm{\θ}\right)\·T_{S.W.}\·S_V\\ \⇒i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{T_{S.W.}\·S_V}{R_S}[K_m(d_{\mathrm{OFF}}\left(\mathrm{\θ}\right)\·V_o\·K_v)+Z_{\mathrm{comp}}\·\frac{d}{\mathrm{d\θ}}\·d_{\mathrm{OFF}}\left(\mathrm{\θ}\right)]\\ \⇒i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{T_{S.W.}\·S_V}{R_S}\·\frac{V_{\mathrm{in}\_\mathrm{pk}}}{V_o}(K_m\·V_o\·K_v\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)+Z_{\mathrm{comp}}\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))\\ \⇒K_m\·V_o\·K_v>>i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{T_{S.W.}\·S_V\·V_{\mathrm{in}\_\mathrm{pk}}\·K_m\·K_v}{R_S}\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \⇒i_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{V_{\mathrm{in}\_\mathrm{pk}}}{R_{\mathrm{in}\left(\mathrm{ac}\right)}}\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \⇒R_{\mathrm{in}\left(\mathrm{ac}\right)}=\frac{R_S}{T_{s.w}\·S_V\·K_m\·K_v}\end{array}$

在上述计算过程中，K_v为分压器30的分压比例，Z_comp为电流补偿器28的阻抗。从上述计算过程可知，本发明不需取样输入电压，且主要利用补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，得到参考电流讯号I_ref，进而达到功率因素修正，此法可同时避免利用到积分电容的技术，使内部电路在运作时的响应速度大幅提升，以增进功率修正效能。

以下介绍本发明的校正方法，请同时参阅图2与图3，其中Gv(s)为电压补偿器34的转移函数，Gi(s)为电流补偿器28的转移函数，Gid(s)为交直流转换器24的转移函数，K_PWM为脉波宽度调变转换器20的转移函数。

首先，如步骤S10所示，功率级电路12的交直流转换器24接收交流电压V_AC与脉波宽度调变讯号V_PWM，以依据此脉波宽度调变讯号V_PWM转换交流电压V_AC为输入电流I_AC。接着，如步骤S12所示，功率级电路12的交直流转换器24转换输入电流I_AC成输出电压V_o输出，并利用取样电阻22取样输入电流I_AC，以作为校正电流I_sen输出。然后，如步骤S14所示，电流补偿电路14与电压补偿电路16分别接收校正电流I_sen与输出电压V_o，电流补偿电路14将校正电流I_sen与参考电流讯号I_ref比较后，以产生补偿电流讯号I_EA，且电压补偿电路16将输出电压V_o与参考电压V_ref比较后，以产生补偿电压讯号V_EA，其中参考电流讯号I_ref是由乘法增益器18接收上述补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以将其相乘而得之。

最后，如步骤S16所示，脉波宽度调变转换器20接收补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以据此产生更新的脉波宽度调变讯号V_PWM，并将此传送至功率级电路12中，然后，回至步骤S10，再次依序进行步骤S10、S12、S14、S16，使交流电压与输入电流的相位相同。

在上述流程中，步骤S14中的电流补偿电路14接收校正电流I_sen，并将其与参考电流讯号I_ref比较后，以产生补偿电流讯号I_EA的步骤，更可以下列步骤实施之：首先，电流误差放大器26接收校正电流I_sen与参考电流讯号I_ref，将此两者比较后，输出比较电流。接着，电流补偿器28接收此比较电流，以进行电流补偿后，产生补偿电流讯号I_EA。另，电压补偿电路16接收输出电压V_o，并将其与参考电压V_ref比较后，以产生补偿电压讯号V_EA的步骤，更可以下列步骤实施之：首先，分压器30接收输出电压V_o，以分压产生一反馈电压。接着，电压误差放大器32接收反馈电压与参考电压V_ref，将此两者比较后，输出比较电压。最后，电压补偿器34接收比较电压，以进行电压补偿后，产生补偿电压讯号V_EA。此外，参考电流讯号I_ref是由乘法增益器18接收上述补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以将其相乘而得之的步骤，亦可以下列步骤实施之：首先乘法器36接收补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA，以相乘后，产生补偿反馈电流。接着，电流增益调节器38接收补偿反馈电流，将其乘上电流增益K_m后，产生参考电流讯号I_ref。

在步骤S16中，更可以下列步骤实施之：首先，斜波产生器40接收补偿电压讯号V_EA，以据此产生斜波讯号V_RAMP。接着，转换比较器42接收斜波讯号V_RAMP与补偿电流讯号I_EA，以进行比较后，输出更新的脉波宽度调变讯号V_PWM至功率级电路12。

在上述各主要讯号，如参考电流讯号I_ref、补偿电压讯号V_EA、反馈电压V_FB、交流电压V_AC、补偿电流讯号I_EA与斜波讯号V_RAMP的波形图如图4所示，其中，互相对应的参考电流讯号I_ref、补偿电流讯号I_EA与补偿电压讯号V_EA放大后，展示于图5中。

在转换比较器42的转换过程中，当斜波讯号V_RAMP的电压值大于补偿电流讯号I_EA对应的电压值时，脉波宽度调变讯号V_PWM为高准位电压；当斜波讯号V_RAMP的电压值小于补偿电流讯号I_EA对应的电压值时，脉波宽度调变讯号V_RAMP为低准位电压，如图6所示。

请参阅图7与图8，图7为本发明的220伏特的交流电压V_AC及其输入电流I_AC波形图；图8则为本发明的110伏特的交流电压V_AC及其输入电流I_AC波形图，此两图皆为本发明的校正装置所实验出来的波形图，由图可知，本发明的确可使交流电压V_AC及其输入电流同相位，达到功率因素校正的目的。

综上所述，本发明利用一乘法增益器接收电流补偿讯号与电压补偿讯号，来产生提供给电流补偿电路的参考电流讯号，进而修正输入讯号的功率因素。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种功率因素校正装置，其特征在于，连接一负载，所述功率因素校正装置包含：

一功率级电路，连接所述负载，并接收一交流电压与一脉波宽度调变讯号，以依据所述脉波宽度调变讯号转换所述交流电压为一输入电流，且将其输出至所述负载，使所述负载上产生一输出电压，并取样所述输入电流以作为一校正电流输出；

一电流补偿电路，连接所述功率级电路，以接收并比较所述校正电流与一参考电流讯号，以产生一补偿电流讯号；

一电压补偿电路，连接所述功率级电路，以接收并比较所述输出电压与一参考电压，以产生一补偿电压讯号；

一乘法增益器，连接所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以相乘后，再乘上一电流增益，产生所述参考电流讯号；以及

一脉波宽度调变转换器，连接所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以产生所述脉波宽度调变讯号，使所述交流电压与所述输入电流的相位相同。

2.如权利要求1所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述功率级电路更包含：

一取样电阻，连接所述电流补偿电路；以及

一交直流转换器，连接所述负载、所述取样电阻、所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述交流电压与所述脉波宽度调变讯号，以依据所述脉波宽度调变讯号转换所述交流电压为所述输入电流，且将其输出至所述负载，以产生所述输出电压，又利用所述取样电阻取样所述输入电流，以输出所述校正电流。

3.如权利要求1所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述电流补偿电路更包含：

一电流误差放大器，连接所述功率级电路，并接收所述校正电流与一参考电流讯号，将此两者比较后，输出一比较电流；以及

一电流补偿器，连接所述电流误差放大器，并接收所述比较电流，以进行电流补偿后，产生所述补偿电流讯号。

4.如权利要求1所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述电压补偿电路更包含：

一分压器，连接所述功率级电路，并接收所述输出电压，以分压产生一反馈电压；

一电压误差放大器，连接所述分压器，并接收所述反馈电压与所述参考电压，将此两者比较后，输出一比较电压；以及

一电压补偿器，连接所述电压误差放大器，并接收所述比较电压，以进行电压补偿后，产生所述补偿电压讯号。

5.如权利要求1所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述乘法增益器更包含：

一乘法器，连接所述电流补偿电路与所述电压补偿电路，并接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以相乘后，产生一补偿反馈电流；以及

一电流增益调节器，连接所述乘法器，并接收所述补偿反馈电流，将其乘上所述电流增益后，产生所述参考电流讯号。

6.如权利要求2所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述脉波宽度调变转换器更包含：

一斜波产生器，连接所述电压补偿电路，并接收所述补偿电压讯号，以据此产生一斜波讯号；以及

一转换比较器，连接所述斜波产生器与所述电流补偿电路，并接收所述斜波讯号与所述补偿电流讯号，以进行比较后，输出所述脉波宽度调变讯号至所述功率级电路中。

7.如权利要求6所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述斜波讯号的电压值大于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为高准位电压；以及所述斜波讯号的电压值小于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为低准位电压。

8.如权利要求7所述的功率因素校正装置，其特征在于，所述取样电阻、所述脉波宽度调变讯号、所述输入电流、所述交流电压、所述输出电压与所述斜波讯号符合下列条件：

R_S·i_in(θ)＝d_OFF(θ)·T_S.W.·S_V；

d_OFF(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/V_o＝1-d(θ)；以及

i_in(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/R_in(ac)，其中R_S为所述取样电阻的阻值，i_in(θ)为所述输入电流，V_{in_pk}·sin(θ)为所述交流电压，V_o为所述输出电压，S_V为所述斜波讯号的斜率，R_in(ac)为等效输入交流电阻，T_S.W.与d(θ)为分别所述脉波宽度调变讯号的周期与占空比。

9.一种功率因素校正方法，其特征在于，包含下列步骤：

接收一交流电压与一脉波宽度调变讯号，以依据所述脉波宽度调变讯号转换所述交流电压为一输入电流；

转换所述输入电流成一输出电压输出，并取样所述输入电流，以作为一校正电流输出：

接收所述校正电流与所述输出电压，将所述校正电流与一参考电流讯号比较后，以产生一补偿电流讯号，且将所述输出电压与一参考电压比较后，以产生一补偿电压讯号，其中所述参考电流讯号是由所述补偿电流讯号、一电流增益与所述补偿电压讯号相乘而得之；以及

接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以据此产生更新的所述脉波宽度调变讯号，使所述交流电压与所述输入电流的相位相同。

10.如权利要求9所述的功率因素校正方法，其特征在于，接收所述校正电流，并将其与所述参考电流讯号比较后，以产生所述补偿电流讯号的步骤，更包含下列步骤：

接收所述校正电流与所述参考电流讯号，将此两者比较后，输出一比较电流；以及

接收所述比较电流，以进行电流补偿后，产生所述补偿电流讯号。

11.如权利要求9所述的功率因素校正方法，其特征在于，接收所述输出电压，并将其与所述参考电压比较后，以产生所述补偿电压讯号的步骤，更包含下列步骤：

接收所述输出电压，以分压产生一反馈电压；

接收所述反馈电压与所述参考电压，将此两者比较后，输出一比较电压；以及

接收所述比较电压，以进行电压补偿后，产生所述补偿电压讯号。

12.如权利要求9所述的功率因素校正方法，其特征在于，所述参考电流讯号是由所述补偿电流讯号、所述电流增益与所述补偿电压讯号相乘而得之的步骤，更包含下列步骤：

接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以相乘后，产生一补偿反馈电流；以及

接收所述补偿反馈电流，将其乘上所述电流增益后，产生所述参考电流讯号。

13.如权利要求9所述的功率因素校正方法，其特征在于，接收所述补偿电流讯号与所述补偿电压讯号，以据此产生所述更新的所述脉波宽度调变讯号的步骤，更包含下列步骤：

接收所述补偿电压讯号，以据此产生一斜波讯号；以及

接收所述斜波讯号与所述补偿电流讯号，以进行比较后，输出所述更新的所述脉波宽度调变讯号。

14.如权利要求13所述的功率因素校正方法，其特征在于，所述斜波讯号的电压值大于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为高准位电压；以及所述斜波讯号的电压值小于所述补偿电流讯号对应的电压值时，所述脉波宽度调变讯号为低准位电压。

15.如权利要求13所述的功率因素校正方法，其特征在于，取样所述输入电流，以作为所述校正电流输出的步骤中，利用一取样电阻，取样所述输入电流，以作为所述校正电流输出。

16.如权利要求15所述的功率因素校正方法，其特征在于，所述取样电阻、所述脉波宽度调变讯号、所述输入电流、所述交流电压、所述输出电压与所述斜波讯号符合下列条件：

R_S·i_in(θ)＝d_OFF(θ)·T_S.W.·S_V；

d_OFF(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/V_o＝1-d(θ)；以及

i_in(θ)＝V_{in_pk}·sin(θ)/R_in(ac)，其中R_S为所述取样电阻的阻值，i_in(θ)为所述输入电流，V_{in_pk}·sin(θ)为所述交流电压，V_o为所述输出电压，S_V为所述斜波讯号的斜率，R_in(ac)为等效输入交流电阻，T_S.W.与d(θ)为分别所述脉波宽度调变讯号的周期与占空比。