TW201722045A - 功率因數修正轉換裝置及其控制方法 - Google Patents

功率因數修正轉換裝置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201722045A
TW201722045A TW104142023A TW104142023A TW201722045A TW 201722045 A TW201722045 A TW 201722045A TW 104142023 A TW104142023 A TW 104142023A TW 104142023 A TW104142023 A TW 104142023A TW 201722045 A TW201722045 A TW 201722045A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
power factor
factor correction
circuit
chopping
Prior art date
Application number
TW104142023A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI551018B (zh
Inventor
Chi-Sheng Wu
Gwo-Huei You
Hsuang-Chang Chiang
Tsang-Li Tai
Original Assignee
Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech filed Critical Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech
Priority to TW104142023A priority Critical patent/TWI551018B/zh
Priority to US14/969,102 priority patent/US9735670B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI551018B publication Critical patent/TWI551018B/zh
Priority to JP2016223048A priority patent/JP6276368B2/ja
Publication of TW201722045A publication Critical patent/TW201722045A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/143Arrangements for reducing ripples from dc input or output using compensating arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1566Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with means for compensating against rapid load changes, e.g. with auxiliary current source, with dual mode control or with inductance variation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本發明揭露一種功率因數修正轉換裝置及其控制方法,係對一功率因數修正轉換裝置輸入一交流訊號,並將該交流訊號轉換為一直流訊號,再對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載之功率因數,該控制方法包含:一整流步驟、一迴授步驟、一漣波計算步驟、一漣波抵銷步驟、一邏輯運算步驟、一脈寬調變步驟及一功率因素修正步驟。藉此消除迴授訊號中之二次漣波成份,以增進功率因數修正轉換裝置之響應速度及降低電流之失真率,進而提升輸入至後端負載之功率因數。

Description

功率因數修正轉換裝置及其控制方法
本發明係關於一種電源轉換裝置及其控制方法,特別是關於一種功率因數修正轉換裝置及其控制方法。
負載對於電源供應器而言,可能表現為電阻性阻抗、電感性阻抗、電容性阻抗或者其組合。當輸入至負載的電流與加到負載的電壓同相時,功率因數接近1。當功率因數小於1時,所傳輸的功率可能因電流和電壓之間的相位不匹配或雜訊的引入而有所損耗。傳統上若要將公共電力系統的交流電源轉換成直流電壓時,係透過並聯大容量電容之方式,以降低直流鏈(DC Bus)電壓的二次漣波成份,以提供後級電壓轉換器較穩定的直流鏈電壓。但此電路之電流失真程度相當大且含有大量諧波成分,造成功率因數降低。為了降低雜訊並提高效率,電源供應器中通常配置有主動式功率因數修正(PFC)電路。主動式功率因數修正電路係利用功率開關之高頻切換,使交流輸入電流追隨交流輸入電壓,以得到一個接近正弦波形且同相位的輸入電流,進而提高功率因數,降低電流諧波。
一般升壓式PFC電路是以雙迴路來控制,利用電 流控制迴路使轉換器的輸入阻抗呈現電阻性,而電壓控制迴路,主要是來調節輸出電壓。由於功率因數會受到輸出電壓上120Hz漣波的影響,故電壓迴路的補償除了必需考量輸出電壓的穩定,亦需減小輸出電壓漣波所導致的諧波失真。因此為了避免輸入電流失真,傳統方法是將電壓迴路的頻寬設計在20Hz左右,甚至更低,但此方法將造成系統對負載變動的暫態響應變慢。如果為了加快負載變動的暫態響應,則必須增加電壓迴路的頻寬,但這樣會使得輸入電流的波形嚴重失真。所以兩者無法兼顧。
本發明之一目的在於增進PFC電壓迴路之響應速度,同時保有輸入電流之低失真率,進而提升輸入至後端負載之功率因數。
本發明之另一目的在於降低PFC電路輸出之直流鏈電容,以降低成本。
為達上述目的及其他目的,本發明提出一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,係對一功率因數修正轉換裝置輸入一交流訊號,並將該交流訊號轉換為一直流訊號,再對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載之功率因數,其中該功率因數修正轉換裝置包含:一整流電路、一功率因數修正電路、一控制電路、一漣波計算電路與一脈寬調變電路,該控制方法包含:一整流步驟,係藉由該 整流電路對該交流輸入訊號進行整流,以產生一直流訊號;一迴授步驟,係藉由耦接於該後端負載之該控制電路,以產生一迴授輸出訊號,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號與一迴授電感電流訊號,且該迴授輸出訊號具有二次漣波訊號;一漣波計算步驟,係透過該漣波計算電路將該交流輸入訊號轉換為一直流輸入訊號,以計算出該直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值;一漣波抵銷步驟,該控制電路係根據該計算出之二次漣波訊號的數值將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號;一邏輯運算步驟,係將該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號進行邏輯運算後,以產生一控制訊號;一脈寬調變步驟,係將該控制訊號輸入至該脈寬調變電路,以產生一脈寬調變訊號;及一功率因數修正步驟,係根據該脈寬調變訊號使功率因數修正電路對該整流步驟中所產生之該直流訊號進行功率因數修正。
於本發明之一實施例中,該漣波計算電路係包含一鎖相迴路模組、一積分器、一乘法器與一放大器,於該漣波計算步驟中,該交流輸入訊號係依序經由該鎖相迴路模組、該積分器、該乘法器與該放大器進行邏輯運算,以計算該二次漣波訊號的數值。
於本發明之一實施例中,該控制電路係包含一比較器、一電壓誤差放大器、一乘法器、一除法器與一電流誤 差放大器,該邏輯運算步驟更包含一第一邏輯運算步驟與一第二邏輯運算步驟,於該第一邏輯運算步驟中,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號係與一參考電壓訊號依序經由該比較器、該電壓誤差放大器、該乘法器與該除法器進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號,於該第二邏輯運算步驟中,該電流命令訊號係與該迴授電感電流訊號依序經由該電流誤差放大器與該脈寬調變電路進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
於本發明之一實施例中,於進行該整流步驟之前更包含一濾波步驟,係透過一電磁干擾濾波器,以抑制該交流輸入訊號的電磁雜訊。
於本發明之一實施例中,該整流電路係為一橋式整流器,該功率因數修正電路係為一升壓型電路架構。
為達上述目的及其他目的,本發明復提出一種功率因數修正轉換裝置,係包含:一整流電路,用以接收一交流輸入訊號,並對該交流輸入訊號進行整流,以產生一直流訊號;及一功率因數修正模組,係耦接該整流電路,並對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載之功率因數,其中,該功率因數修正模組包含:一功率因數修正電路,係至少包含一電感與一開關元件;一控制電路,係耦接該後端負載,以產生一迴授輸出訊號,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號與一迴授電感電流訊號,且該迴授 輸出訊號具有二次漣波訊號;一漣波計算電路,係耦接該控制電路與該後端負載,該漣波計算電路係用以根據所接收之該交流輸入訊號而將該交流輸入訊號轉換為一直流輸入訊號,以計算出該直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值,其中該控制電路係藉由該計算出之二次漣波訊號的數值,將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,以產生一控制訊號;及一脈寬調變電路,係耦接該控制電路與該功率因數修正電路,該脈寬調變電路係接收該控制訊號,以產生一脈寬調變訊號,藉此控制該功率因數修正電路中之該開關元件的切換。
於本發明之一實施例中,該控制電路係包含一比較器、一電壓誤差放大器、一乘法器、一除法器與一電流誤差放大器。
於本發明之一實施例中,該控制電路係藉由該計算出之二次漣波訊號的數值,將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號係與一參考電壓訊號依序經由該比較器、該電壓誤差放大器、該乘法器與該除法器進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號,該電流命令訊號係與該迴授電感電流訊號依序經由該電流誤差放大器與該脈寬調變電路進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
於本發明之一實施例中,該漣波計算電路係包含 一鎖相迴路模組、一積分器、一乘法器與一放大器,該交流輸入訊號係依序經由該鎖相迴路模組、該積分器、該乘法器與該放大器進行邏輯運算,以計算該二次漣波訊號的數值。
於本發明之一實施例中,更包含一電磁干擾濾波器,用以接收該交流輸入訊號並耦接該整流電路,以抑制該交流輸入訊號的電磁雜訊。
於本發明之一實施例中,該整流電路係為一橋式整流器,該功率因數修正電路係為一升壓型電路架構。
藉此,本發明可藉由除去迴授訊號中之二次漣波成份,以增進功率因數修正轉換裝置之響應速度及降低電流之失真率,進而達成提升輸入至後端負載之功率因數的功效。此外,本發明可透過降低PFC電路輸出之直流鏈電容,以達成降低成本之功效。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖,皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點,將在後續的說明及圖示中加以闡述。
1‧‧‧交流訊號
2‧‧‧整流電路
3‧‧‧功率因數修正電路
4‧‧‧負載
5‧‧‧脈寬調變電路
6‧‧‧控制電路
7‧‧‧漣波計算電路
8‧‧‧功率因數修正模組
31‧‧‧電感
32‧‧‧開關元件
61‧‧‧比較器
62‧‧‧電壓誤差放大器
63‧‧‧乘法器
64‧‧‧除法器
65‧‧‧電流誤差放大器
71‧‧‧鎖相迴路模組
72‧‧‧積分器
73‧‧‧乘法器
74‧‧‧放大器
100‧‧‧功率因數修正轉換裝置
Kv‧‧‧增益
Ks‧‧‧增益
S1‧‧‧整流步驟
S2‧‧‧迴授步驟
S3‧‧‧漣波計算步驟
S4‧‧‧漣波抵銷步驟
S5‧‧‧邏輯運算步驟
S6‧‧‧脈寬調變步驟
S7‧‧‧功率因素修正步驟
S51‧‧‧第一邏輯運算步驟
S52‧‧‧第二邏輯運算步驟
圖1係為傳統功率因數修正轉換裝置之電路示意圖。
圖2係為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之控制方法的流程示意圖。
圖3係為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之方塊圖。
圖4係為本發明另一實施例中功率因數修正轉換裝置之控制方法的流程示意圖。
圖5係為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之電路示意圖。
圖6係根據圖1之電路示意圖而得到之輸入與輸出訊號的模擬結果。
圖7係根據圖5之電路示意圖而得到之輸入與輸出訊號的模擬結果。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式,熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
圖1為係為傳統功率因數修正(PFC)轉換裝置之電路示意圖,圖5為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之電路示意圖。請參閱圖1與圖5,本實施例中,主要是藉由在傳統功率因數修正轉換裝置中加入一漣波計算電路7,以消除迴授直流鏈電壓之二次漣波成分。
於一實施例中,本發明提供一種功率因數修正轉換裝置100,請參閱圖3與圖5,該功率因數修正轉換裝置包含:一整流電路2及一功率因數修正模組8,其中該整流電路2係用以接收一交流輸入訊號1,並對該交流輸入訊號1進行整 流,以產生一直流訊號,而該功率因數修正模組8係耦接該整流電路2,並對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載4之功率因數。
於上述實施例中,該功率因數修正模組8包含:一功率因數修正電路3、一控制電路6、一漣波計算電路7及一脈寬調變電路5。其中,該功率因數修正電路3係至少包含一電感31與一開關元件32。該控制電路,係耦接該後端負載4,以產生一迴授輸出訊號,其中,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號v d 與一迴授電感電流訊號I s ,且該迴授輸出訊號具有二次漣波訊號。該漣波計算電路7,係耦接該控制電路6與該後端負載4,該漣波計算電路7係用以根據所接收之該交流輸入訊號1而將該交流輸入訊號1轉換為一直流輸入訊號,以計算出該直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值,其中該控制電路6係藉由該計算出之二次漣波訊號的數值,將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號v dfb ,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號v dfb 係再經由後續之邏輯運算後,而產生一控制訊號V con 。該脈寬調變電路5,係耦接該控制電路6與該功率因數修正電路3,該脈寬調變電路係接收該控制訊號V con ,以產生一脈寬調變訊號,藉此控制該功率因數修正電路3中之該開關元件32的切換。
於一實施例中,該控制電路6係包含一比較器 61、一電壓誤差放大器62、一乘法器63、一除法器64與一電流誤差放大器65,其中該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號v dfb 係與一參考電壓訊號V d *依序經由該比較器61、該電壓誤差放大器62、該乘法器63與該除法器64進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號I s *,該電流命令訊號I s *係與該迴授電感電流訊號I s 依序經由該電流誤差放大器65與該脈寬調變電路5進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
於一實施例中,該漣波計算電路7係包含一鎖相迴路模組71、一積分器72、一乘法器73與一放大器74,該交流輸入訊號1係依序經由該鎖相迴路模組71、該積分器72、該乘法器73與該放大器74進行邏輯運算,以計算該漣波訊號的數值。
於一實施例中,更包含一電磁干擾濾波器(圖中未示),用以接收該交流輸入訊號1並耦接該整流電路2,以抑制該交流輸入訊號1的電磁雜訊。
於一實施例中,該整流電2路係為一橋式整流器,該功率因數修正電路3係為一升壓型電路架構。
圖2為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之控制方法的流程示意圖,圖3為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之方塊圖。請參閱圖2與圖3,本實施例中提供一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,係對一功率因數修正轉換裝置100輸入一交流訊號1,並將該交流訊號1轉換為一 直流訊號,再對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載4之功率因數,其中該功率因數修正轉換裝置100包含:一整流電路2、一功率因數修正電路3、一控制電路6、一漣波計算電路7與一脈寬調變電路5,該控制方法包含:一整流步驟S1,係藉由該整流電路2對該交流輸入訊號1進行整流,以產生一直流訊號;一迴授步驟S2,係藉由耦接於該後端負載4之該控制電路6,以產生一迴授輸出訊號,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號與一迴授電感電流訊號,且該迴授輸出訊號具有二次漣波訊號;一漣波計算步驟S3,係透過該漣波計算電路7將該交流輸入訊號1轉換為一直流輸入訊號,以計算出該直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值;一漣波抵銷步驟S4,該控制電路6係根據該計算出之二次漣波訊號的數值將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號;一邏輯運算步驟S5,係將該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號進行邏輯運算後,產生一控制訊號;一脈寬調變步驟S6,係將該控制訊號輸入至該脈寬調變電路5,以產生一脈寬調變訊號;及一功率因數修正步驟S7,係根據該脈寬調變訊號使功率因數修正電路3對該整流步驟S1中所產生之該直流訊號進行功率因數修正。
圖5為本發明一實施例中功率因數修正轉換裝置之電路示意圖。於一實施例中,如圖5所示,該漣波計算電路 7係包含一鎖相迴路模組71、一積分器72、一乘法器73與一放大器74,於該漣波計算步驟S3中,該交流輸入訊號1係經過該鎖相迴路模組71得到一cos2ωt訊號(假設輸入電壓相位為sinωt),再利用此cos2ωt訊號經過該積分器72及該放大器74進行調整後,得到直流電壓之二次漣波訊號v dff 。再藉由將實際迴授之直流鏈電壓v d 與該二次漣波訊號v dff 相減後,以使進入電壓誤差放大器62之迴授訊號v dfb 不具有二次漣波訊號,由於積分器72之時間常數可以設為遠高於二次漣波頻率,因此本發明所提出之方法在設計電壓迴路時,不會受限於該二次漣波。
圖4為本發明另一實施例中功率因數修正轉換裝置之控制方法的流程示意圖。請參閱圖3、圖4與圖5,於一實施例中,該控制電路6係包含一比較器61、一電壓誤差放大器62、一乘法器63、一除法器64與一電流誤差放大器65,該邏輯運算步驟更包含一第一邏輯運算步驟S51與一第二邏輯運算步驟S52,於該第一邏輯運算步驟S51中,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號v dfb 係與一參考電壓訊號V d *依序經由該比較器61、該電壓誤差放大器62、該乘法器63與該除法器64進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號I s *,於該第二邏輯運算步驟S52中,該電流命令訊號I s *係與該迴授電感電流訊號I s 依序經由該電流誤差放大器65與該脈寬調變電路5進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
於一實施例中,在進行該整流步驟S1之前還可以先進行一濾波步驟(圖中未示),藉由將該交流輸入訊號輸入一電磁干擾濾波器,來抑制該交流輸入訊號1的電磁雜訊。
於上述實施例中,舉例而言,該整流電路2可以是一橋式整流器,該功率因數修正電路3可採用一升壓型電路架構。
圖6係根據圖1之電路示意圖而得到之輸入與輸出訊號的模擬結果,該模擬結果係於輸出電容Co為1000μF之狀態下,負載由500W變化至1kW的模擬結果。圖7係根據圖5之電路示意圖而得到之輸入與輸出訊號的模擬結果,該模擬結果係於輸出電容Co為500μF之狀態下,負載由500W變化至1kW的模擬結果。
在其餘模擬參數均相同的條件下,僅需在圖1之電路示意圖中加入一漣波計算電路7以形成圖5之電路示意圖,並藉由本發明所提出之控制方法,即可將二次漣波成分降至相當低。請參閱圖6與圖7,圖6顯示出利用傳統功率因數修正轉換裝置之控制方法,即使並聯較大的輸出電容(1000μF),輸出電壓之響應速度仍相當慢,回復時間大約為40ms,而圖7顯示出利用本發明功率因數修正轉換裝置之控制方法,即使並聯較小的輸出電容(500μF),亦可將迴授電壓(v dfb )之二次漣波成分降至相當低,且輸出電壓之響應速度較快,回復時間大約為10ms。此外,經由模擬軟體之分析,可得知 圖6中電流之失真率(THD)在1kW時為8.2%,而圖7中電流之失真率(THD)在1kW時僅為2.2%。
與習知技術相較,本發明之功率因數修正(PFC)轉換裝置及其控制方法主要是藉由在傳統PFC轉換裝置中加入一個漣波計算電路,透過該漣波計算電路所計算之二次漣波數值以消除迴授直流鏈電壓之二次漣波成分,以改善傳統PFC控制迴路中,二次漣波限制頻寬之缺點,進而增進PFC電路之響應速度及降低電流之失真率。此外,本發明可透過降低PFC電路輸出之直流鏈電容,以達成降低成本之功效。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效,而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下,對上述實施例進行修飾與變化。因此,本發明之權利保護範圍,應如後述之申請專利範圍所列。
S1‧‧‧整流步驟
S2‧‧‧迴授步驟
S3‧‧‧漣波計算步驟
S4‧‧‧漣波抵銷步驟
S5‧‧‧邏輯運算步驟
S6‧‧‧脈寬調變步驟
S7‧‧‧功率因數修正步驟

Claims (11)

  1. 一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,係對一功率因數修正轉換裝置輸入一交流訊號,並將該交流訊號轉換為一直流訊號,再對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載之功率因數,其中該功率因數修正轉換裝置包含:一整流電路、一功率因數修正電路、一控制電路、一漣波計算電路與一脈寬調變電路,該控制方法包含:一整流步驟,係藉由該整流電路對該交流輸入訊號進行整流,以產生一直流訊號;一迴授步驟,係藉由耦接於該後端負載之該控制電路,以產生一迴授輸出訊號,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號與一迴授電感電流訊號,且該迴授輸出訊號具有二次漣波訊號;一漣波計算步驟,係透過該漣波計算電路將該交流輸入訊號轉換為一直流輸入訊號,以計算出該直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值;一漣波抵銷步驟,該控制電路係根據該計算出之二次漣波訊號的數值將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號;一邏輯運算步驟,係將該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號進行邏輯運算後,以產生一控制訊號; 一脈寬調變步驟,係將該控制訊號輸入至該脈寬調變電路,以產生一脈寬調變訊號;及一功率因數修正步驟,係根據該脈寬調變訊號使功率因數修正電路對該整流步驟中所產生之該直流訊號進行功率因數修正。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,其中該漣波計算電路係包含一鎖相迴路模組、一積分器、一乘法器與一放大器,於該漣波計算步驟中,該交流輸入訊號係依序經由該鎖相迴路模組、該積分器、該乘法器與該放大器進行邏輯運算,以計算該二次漣波訊號的數值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,其中控制電路係包含一比較器、一電壓誤差放大器、一乘法器、一除法器與一電流誤差放大器,該邏輯運算步驟更包含一第一邏輯運算步驟與一第二邏輯運算步驟,於該第一邏輯運算步驟中,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號係與一參考電壓訊號依序經由該比較器、該電壓誤差放大器、該乘法器與該除法器進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號;於該第二邏輯運算步驟中,該電流命令訊號係與該迴授電感電流訊號依序經由該電流誤差放大器與該脈寬調變電路進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,其中於進行該整流步驟之前更包含一濾波步驟,係透過一電磁干擾濾波器,以抑制該交流輸入訊號的電磁雜訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之一種功率因數修正轉換裝置之控制方法,其中該整流電路係為一橋式整流器,該功率因數修正電路係為一升壓型電路架構
  6. 一種功率因數修正轉換裝置,係包含:一整流電路,用以接收一交流輸入訊號,並對該交流輸入訊號進行整流,以產生一直流訊號;及一功率因數修正模組,係耦接該整流電路,並對該直流訊號進行功率因數修正,以改變輸入至一後端負載之功率因數,其中,該功率因數修正模組包含:一功率因數修正電路,係至少包含一電感與一開關元件;一控制電路,係耦接該後端負載,以產生一迴授輸出訊號,其中該迴授輸出訊號係包含一迴授電壓訊號與一迴授電感電流訊號,且該迴授輸出訊號具有二次漣波訊號;一漣波計算電路,係耦接該控制電路與該後端負載,該漣波計算電路係用以根據所接收之該交流輸入訊號而將該交流輸入訊號轉換為一直流輸入訊號,以計算出該 直流輸入訊號中所具有之二次漣波訊號的數值,其中該控制電路係藉由該計算出之二次漣波訊號的數值,將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,以產生一控制訊號;及一脈寬調變電路,係耦接該控制電路與該功率因數修正電路,該脈寬調變電路係接收該控制訊號,以產生一脈寬調變訊號,藉此控制該功率因數修正電路中之該開關元件的切換。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之一種功率因數修正轉換裝置,其中該控制電路係包含一比較器、一電壓誤差放大器、一乘法器、一除法器與一電流誤差放大器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之一種功率因數修正轉換裝置,其中該控制電路係藉由該計算出之二次漣波訊號的數值,將該迴授輸出訊號中之二次漣波訊號予以扣除,並產生一不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號,該不具有二次漣波訊號之迴授電壓訊號係與一參考電壓訊號依序經由該比較器、該電壓誤差放大器、該乘法器與該除法器進行邏輯運算,以產生一電流命令訊號,該電流命令訊號係與該迴授電感電流訊號依序經由該電流誤差放大器與該脈寬調變電路進行邏輯運算,以產生該脈寬調變訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之一種功率因數修正轉換裝置,其中該漣波計算電路係包含一鎖相迴路模組、一積分器、 一乘法器與一放大器,該交流輸入訊號係依序經由該鎖相迴路模組、該積分器、該乘法器與該放大器進行邏輯運算,以計算該二次漣波訊號的數值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之一種功率因數修正轉換裝置,更包含一電磁干擾濾波器,用以接收該交流輸入訊號並耦接該整流電路,以抑制該交流輸入訊號的電磁雜訊。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之一種功率因數修正轉換裝置,其中該整流電路係為一橋式整流器,該功率因數修正電路係為一升壓型電路架構。
TW104142023A 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof TWI551018B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104142023A TWI551018B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof
US14/969,102 US9735670B2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof
JP2016223048A JP6276368B2 (ja) 2015-12-15 2016-11-16 力率改善コンバータ及びその制御方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104142023A TWI551018B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof
US14/969,102 US9735670B2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI551018B TWI551018B (zh) 2016-09-21
TW201722045A true TW201722045A (zh) 2017-06-16

Family

ID=91190960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104142023A TWI551018B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 Power factor correction conversion device and control method thereof

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9735670B2 (zh)
JP (1) JP6276368B2 (zh)
TW (1) TWI551018B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI796762B (zh) * 2020-12-04 2023-03-21 香港商雅達電子國際有限公司 電源供應器模組及其製造方法
TWI835136B (zh) * 2021-05-15 2024-03-11 新加坡商艾意斯全球控股私人有限公司 減低的電流共享漣波

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10177646B2 (en) * 2014-06-13 2019-01-08 City University Of Hong Kong Power factor correction circuit for a power electronic system
GB2549994B (en) * 2016-05-07 2019-07-31 Icergi Ltd A method of controlling a current shaping circuit
US10116161B2 (en) * 2017-01-13 2018-10-30 Dialog Semiconductor Inc. Line ripple compensation for switching power converters
GB2567129A (en) * 2017-07-25 2019-04-10 Quepal Ltd A power factor correction system
KR102470998B1 (ko) * 2017-09-21 2022-11-25 현대자동차주식회사 차량용 충전 장치 및 그의 전류 안정화 방법
CN108923638B (zh) * 2018-09-11 2023-10-27 西南交通大学 一种连续模式boost功率因数校正变换器的控制方法和装置
JP7196603B2 (ja) 2018-12-28 2022-12-27 富士電機株式会社 駆動信号生成回路、電源回路
CN111313680B (zh) * 2020-03-20 2022-06-03 苏州浪潮智能科技有限公司 一种功率因数校正的控制方法、装置、设备及存储介质
CN111509984B (zh) * 2020-04-27 2021-02-26 成都国佳电气工程有限公司 一种单相pet后级dc-dc变换器二次纹波抑制方法
WO2022165795A1 (zh) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳欣锐科技股份有限公司 一种抑制电流纹波的方法、装置、设备以及可读存储介质
US11695327B2 (en) * 2021-02-25 2023-07-04 Nxp B.V. Power converter control using current reconstruction of power factor correction inductor current
CN113625052A (zh) * 2021-08-30 2021-11-09 青岛海尔空调器有限总公司 一种空调器压缩机母线电压纹波的相位检测方法和***

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5003454A (en) * 1990-01-09 1991-03-26 North American Philips Corporation Power supply with improved power factor correction
US5391976A (en) * 1993-07-28 1995-02-21 At&T Corp. Power factor control arrangement for an OLS based on quarter cycle averaged power flow
US6140777A (en) * 1998-07-29 2000-10-31 Philips Electronics North America Corporation Preconditioner having a digital power factor controller
JP4250892B2 (ja) * 2001-12-18 2009-04-08 富士ゼロックス株式会社 スイッチング電源装置
US6791306B2 (en) * 2002-01-29 2004-09-14 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator
US7019503B1 (en) * 2005-02-07 2006-03-28 Raytheon Company Active power filter with input voltage feedforward, output load feedforward, and output voltage feedforward
US7538535B2 (en) * 2006-01-13 2009-05-26 Dell Products L.P. Error voltage ripple compensation to extend bandwidth of a feedback loop in a DC-to-DC converter
US7881079B2 (en) * 2008-03-24 2011-02-01 American Power Conversion Corporation UPS frequency converter and line conditioner
JP5273158B2 (ja) * 2008-11-25 2013-08-28 株式会社村田製作所 Pfcコンバータ
TWI384346B (zh) * 2009-03-30 2013-02-01 Power factor correction converter with fast load regulation capability
TWI395395B (zh) * 2009-04-15 2013-05-01 System General Corp 功率因數校正轉換器的切換控制器
CN101552564B (zh) * 2009-05-06 2012-06-27 崇贸科技股份有限公司 功率因数校正转换器的切换控制器
TWI411206B (zh) * 2010-09-27 2013-10-01 Sitronix Technology Corp Power factor correction circuit of power converter
JP5810298B2 (ja) * 2011-01-25 2015-11-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 スイッチング電源装置
US8698469B1 (en) * 2011-09-12 2014-04-15 Maxim Integreated Products, Inc. System and method for predicting output voltage ripple and controlling a switched-mode power supply
KR101856681B1 (ko) * 2011-12-29 2018-05-11 삼성전자주식회사 디지털 벅-부스트 변환 회로 및 이의 동작 방법
TWI493848B (zh) * 2013-05-20 2015-07-21 Richtek Technology Corp Power converter and power factor correction device
EP2908416B1 (en) * 2013-12-24 2020-12-02 LG Electronics Inc. Motor driving device and air conditioner including the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI796762B (zh) * 2020-12-04 2023-03-21 香港商雅達電子國際有限公司 電源供應器模組及其製造方法
US11728728B2 (en) 2020-12-04 2023-08-15 Astec International Limited Voltage sense circuit
TWI835136B (zh) * 2021-05-15 2024-03-11 新加坡商艾意斯全球控股私人有限公司 減低的電流共享漣波

Also Published As

Publication number Publication date
TWI551018B (zh) 2016-09-21
US20170170745A1 (en) 2017-06-15
US9735670B2 (en) 2017-08-15
JP6276368B2 (ja) 2018-02-07
JP2017112822A (ja) 2017-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI551018B (zh) Power factor correction conversion device and control method thereof
CN104917358B (zh) 占空比控制器
US5631550A (en) Digital control for active power factor correction
US7323851B2 (en) Digital power factor correction controller and AC-to-DC power supply including same
TWI442681B (zh) Power factor correction circuit for estimating input current and its control method
EP2991211B1 (en) Power factor correction in power converter
US10819224B2 (en) Power factor correction circuit, control method and controller
US10177646B2 (en) Power factor correction circuit for a power electronic system
CN108809072B (zh) 适用于功率因数校正电路的相位补偿方法
Franco de Souza et al. Experimental evaluation of active power factor correction techniques in a single‐phase AC‐DC boost converter
US20080211463A1 (en) Method and apparatus for active power factor correction without sensing the line voltage
TWI525977B (zh) Power supply and its output voltage low frequency ripple compensation method
CN107710588B (zh) 转换设备以及对其进行控制的方法
CN111464026A (zh) 控制电路以及应用其的开关变换器
TWI641205B (zh) 漣波補償控制方法與應用此漣波補償控制之電能轉換裝置
JP5518980B2 (ja) 並列に接続された複数の制御電流源を備える電力変換器
JP6179951B2 (ja) 高調波抑制電源およびその制御回路
US7884582B2 (en) Method and device in frequency converter
Fantino et al. Current controller for a bidirectional boost input stage equipped with an LCL (inductance–capacitance–inductance) filter
Kanaan et al. Modeling and multi-loop feedback control design of a SEPIC power factor corrector in single-phase rectifiers
TWI635380B (zh) 適用於功率因數校正電路之相位補償方法
de Souza et al. Comparison of control techniques used in power factor correction rectifiers
Lamo et al. Performance analysis of 1ϕ T/4 PLLs with secondary control path in current sensorless bridgeless PFCs
JPH05292741A (ja) 電源高調波特性を改善するフォワードコンバータ
Sundaram et al. Active Power Factor Correction for Welding Power Source