TWI465877B - Improvement of power conversion device and method - Google Patents

Description

電源轉換之功因改善裝置與方法

本發明主要是有關於電源轉換技術，尤其是有關於功因改善裝置與方法，其藉由控制負載之電流與輸入電壓同頻率與同相位，進而達到功因改善之目的之技術領域。

如第1圖所示，為習知電源轉換系統方塊圖，其有一市電10、全波整流器20、功因修正器50、電源轉換器30、負載40所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於功因修正器50的輸入端，功因修正器50的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40。其中，功因修正器50是用來使市電10的電壓電流同相並提供一穩定的直流電源給電源轉換器30；電源轉換器30主要用來提供負載所需的電流。如第1圖所示之電路架構雖可達到高功因，但其多串接一功因修正器50，不僅成本增加，也造成整體電路轉換效率降低。

另如第2(a)圖與第2(b)圖所示，為習知電源轉換系統方塊圖，其更包含一輸出電流控制功能，其由一市電10、全波整流器20、功因修正器50、電源轉換器30、負載40所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於功因修正器50的輸入端，功因修正器50的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40。其中，功因修正器50是用來使市電10的電壓電流同相並提供一穩定的直流電源給電源轉換器30；電源轉換器30主要用來提供負載所需的電流。如第2(a)圖所示，電源轉換器30更具有一電流控制端301，如第2(b)圖所示，電源轉換器30更具有2個電流控制端301、302，用以控制輸出電流之大小。如第2(a)圖與第2(b)圖所示之電路架構雖可達到高功因，但其多串接一功因修正器50，不僅成本增加，也造成整體電路轉換效率降低。

一種電源轉換之功因改善裝置，至少包含一全波整流器、電源轉換器與一控制電路；其中，市電的輸出端電性連接於全波整流器的輸入端，全波整流器的輸出端電性連接於電源轉換器的輸入端與控制電路的輸入端，電源轉換器的輸出端電性連接於一負載，控制電路的輸出端電性連接於電源轉換器的電流控制端；其中，電源轉換器主要用來提供負載所需的電流，其更具有至少一電流控制端受控制器之控制用，用以輸出所預期之電流大小；控制電路可偵測全波整流器輸出電壓波形，同時控制電源轉換器的輸出電流和全波整流器輸出電壓波形同頻率且同相位。如所述之電源轉換裝置，其中電源轉換器是接收類比電壓來控制其輸出電流大小；控制電路至少包括一分壓電路，其將市電輸出電壓波形作分壓，再送入電源轉換器之電流控制端。如所述之電源轉換裝置，其中電源轉換器是接收PWM訊號來控制其輸出電流大小；控制電路至少包括一分壓電路與一PWM產生器，其將全波整流器輸出電壓波形作分壓再送入PWM產生器用以產生正比於全波整流器輸出電壓波形之PWM訊號，再送入電源轉換器之電流控制端。如所述之電源轉換裝置，其中電源轉換器至少包括一PWM控制積體電路、一功率開關、一二極體、一電感與一電阻所構成。如所述之電源轉換裝置，其中PWM控制積體電路至少有2個輸入端與1個輸出端；1個輸出端為一功率開關驅動端，2個輸入端為一電流感測端與一電流控制端；功率開關驅動端用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，電流感測端用以量測功率開關之電流，電流控制端用以接收訊號來控制電源轉換器之輸出電流大小。如所述之電源轉換裝置，其中PWM控制積體電路至少有3個輸入端與1個輸出端；1個輸出端為一功率開關驅動端，3個輸入端為一電流感測端與第一電流控制端與第二電流控制端；功率開關驅動端用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，電流感測端用以量測功率開關之電流，第一電流控制端用以接收控制器訊號，進而控制電源轉換器之輸出電流大小，第二電流控制端用以接收外部訊號，進而控制電源轉換器之輸出電流大小。

一種電源轉換之功因改善方法，其可偵測市電輸出電壓波形並控制輸出至負載之電流和該市電輸出電壓同步，進而改善其功因。

一種電源轉換之功因改善方法，其可偵測市電輸出電壓波形，並控制輸出至負載之電流和市電輸出電壓同步，也就是電壓與電流的頻率與相位均相同；更可由外部訊號控制輸出至負載之電流大小。

上述之電源轉換之功因改善裝置及方法，其中負載可為LED燈。

如第3圖所示，為本專利所揭示之電源轉換之功因改善裝置之方塊圖，其由一市電10、全波整流器20、電源轉換器30、負載40與一控制電路60所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端與控制電路60的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40，控制電路60的輸出端電性連接於電源轉換器30的電流控制端301。其中，電源轉換器30主要用來提供負載所需的電流，其更具有一電流控制端301受控制器60之控制用以輸出所預期之電流大小；控制電路60可偵測全波整流器20輸出電壓波形並控制電源轉換器30輸出和其同頻率且同相位的電流給負載40。依據能量守恆，市電10的電流波形就會和其電壓波形同步，故可達到功因改善之目的。如上所述之負載40可為一LED燈。

如第4圖所示，為本專利所揭示之電源轉換之功因改善裝置之第一較佳實施例之方塊圖，其由一市電10、全波整流器20、電源轉換器30、負載40與一控制電路60所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端與控制電路60的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40，控制電路60的輸出端電性連接於電源轉換器30的電流控制端301。其中，電源轉換器30主要由一脈波寬度調變(PWM)控制積體電路310、一功率開關Q1、一二極體D5、一電感L1、一電容C2與一電阻R3所構成之降壓型轉換電路(Buck Circuit)。PWM控制積體電路310至少有3端：一功率開關驅動端GD、一電流感測端CS與一電流控制端CC。PWM控制積體電路310之功率開關驅動端GD用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，PWM控制積體電路310之電流感測端CS用以量測功率開關之電流，PWM控制積體電路310之電流控制端CC用以接收類比電壓來控制電源轉換器30之輸出電流大小。在本第一較佳實施例中，控制電路60僅由電阻R1、R2構成一分壓電路，其將全波整流器20輸出電壓波形作分壓再送入PWM控制積體電路310之電流控制端CC，故電源轉換器30的輸出電流會和全波整流器20輸出電壓同頻率且同相位。依據能量守恆，市電10的電流波形就會和其電壓波形同步，故可達到功因改善之目的。

如第5圖所示，為本專利所揭示之電源轉換之功因改善裝置之第二較佳實施例之方塊圖，其由一市電10、全波整流器20、電源轉換器30、負載40與一控制電路60所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端與控制電路60的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40，控制電路60的輸出端電性連接於電源轉換器30的電流控制端301。其中，電源轉換器30主要由一PWM控制積體電路310、一功率開關Q1、一二極體D5、一電感L1、一電容C2與一電阻R3所構成之降壓型轉換電路。PWM控制積體電路310至少有3端：一功率開關驅動端GD、一電流感測端CS與一電流控制端CC。PWM控制積體電路310之功率開關驅動端GD用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，PWM控制積體電路310之電流感測端CS用以量測功率開關之電流，PWM控制積體電路310之電流控制端CC用以接收PWM波形來控制電源轉換器30之輸出電流大小。在本第二較佳實施例中，控制電路60是由電阻R1、R2與一PWM產生器610所構成，其將全波整流器20輸出電壓波形作分壓再送入PWM產生器610，用以產生正比於全波整流器20輸出電壓波形之PWM訊號，該PWM訊號再送至PWM控制積體電路310之電流控制端CC，故電源轉換器30的輸出電流會和全波整流器20輸出電壓同頻率且同相位。依據能量守恆，市電10的電流波形就會和其電壓波形同步，故可達到功因改善之目的。

如第6圖所示，為本專利所揭示之另一電源轉換之功因改善裝置之方塊圖，其由一市電10、全波整流器20、電源轉換器30、負載40與一控制電路60所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端與控制電路60的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40，控制電路60的輸出端電性連接於電源轉換器30的電流控制端301。其中，電源轉換器30主要用來提供負載所需的電流，其更具有2個電流控制端301、302；其中一電流控制端301受控制器60之控制，另一電流控制端302可用作接收外部訊號用以控制所要輸出電流大小。控制電路60可偵測全波整流器20輸出電壓波形並控制電源轉換器30輸出和全波整流器20輸出電壓波形同頻率且同相位的電流給負載40。依據能量守恆，市電10的電流波形就會和其電壓波形同步，故可達到功因改善之目的。

如第7圖所示，為本專利所揭示之電源轉換之功因改善裝置之第三較佳實施例之方塊圖，其由一市電10、全波整流器20、電源轉換器30、負載40與一控制電路60所組成。市電10的輸出端電性連接於全波整流器20的輸入端，全波整流器20的輸出端電性連接於電源轉換器30的輸入端與控制電路60的輸入端，電源轉換器30的輸出端電性連接於負載40，控制電路60的輸出端電性連接於電源轉換器30的電流控制端301。其中，電源轉換器30主要由一PWM控制積體電路310、一功率開關Q1、一二極體D5、一電感L1、一電容C2與一電阻R3所構成之降壓型轉換電路(Buck Circuit)。PWM控制積體電路310至少有4端：一功率開關驅動端GD、一電流感測端CS與兩電流控制端CC1、CC2。PWM控制積體電路310之功率開關驅動端GD用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，PWM控制積體電路310之電流感測端CS用以量測功率開關之電流，PWM控制積體電路310之電流控制端CC1、CC2用以接收類比電壓或PWM訊號來控制電源轉換器30之輸出電流大小。在本第三較佳實施例中，控制電路60可由電阻R1、R2所構成，其將全波整流器20輸出電壓波形作分壓再送入PWM控制積體電路310之一電流控制端CC1；或控制電路60是由電阻R1、R2與一PWM產生器610所構成，其將全波整流器20輸出電壓波形作分壓再送入PWM產生器610用以產生正比於全波整流器20輸出電壓波形之PWM訊號，該PWM訊號再送至PWM控制積體電路310之一電流控制端CC1。故電源轉換器30的輸出電流會和全波整流器20輸出電壓同頻率且同相位。依據能量守恆，市電10的電流波形就會和其電壓波形同步，故可達到功因改善之目的。而另一電流控制端CC2可作為外部電流控制之用，另負載40若為LED燈，則該電流控制端CC2可作為調光使用；如此，該電源轉換裝置可省略一串接之功因修正器，確可同時兼具功因修正與調光控制之功能。

10．．．市電

20．．．全波整流器

30．．．電源轉換器

301．．．電流控制端

310．．．PWM控制積體電路

40．．．負載

50．．．功因修正器

60．．．控制電路

610．．．PWM產生器

C1、C2．．．電容

CC、CC1、CC2．．．電流控制端

CS．．．電流感測端

D1、D2、D3、D4、D5．．．二極體

GD．．．功率開關驅動端

L1．．．電感

Q1．．．功率開關

R1、R2、R3．．．電阻

第1圖：習知技術之方塊圖一

第2(a)圖：習知技術之方塊圖二

第2(b)圖：習知技術之方塊圖三

第3圖：本發明所揭示之電源轉換裝置之方塊圖一

第4圖：第一較佳實施例

第5圖：第二較佳實施例

第6圖：本發明所揭示之電源轉換裝置之方塊圖二

第7圖：第三較佳實施例

10．．．市電

20．．．全波整流器

30．．．電源轉換器

301．．．電流控制端

40．．．負載

60．．．控制電路

Claims (7)

1. 一種電源轉換之功因改善裝置，至少包含一全波整流器、電源轉換器與一控制電路；其中，市電的輸出端電性連接於全波整流器的輸入端，全波整流器的輸出端電性連接於電源轉換器的輸入端與控制電路的輸入端，電源轉換器的輸出端電性連接於一負載，控制電路的輸出端電性連接於電源轉換器的電流控制端；其中，電源轉換器主要用來提供負載所需的電流，其更具有至少一電流控制端受控制器之控制用，用以輸出所預期之電流大小；控制電路可偵測全波整流器輸出電壓波形，同時控制電源轉換器的輸出電流和全波整流器輸出電壓波形同頻率且同相位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換之功因改善裝置，其中電源轉換器是接收類比電壓來控制其輸出電流大小；控制電路至少包括一分壓電路，其將市電輸出電壓波形作分壓，再送入電源轉換器之電流控制端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換之功因改善裝置，其中電源轉換器是接收PWM訊號來控制其輸出電流大小；控制電路至少包括一分壓電路與一PWM產生器，其將全波整流器輸出電壓波形作分壓再送入PWM產生器用以產生正比於全波整流器輸出電壓波形之PWM訊號，再送入電源轉換器之電流控制端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換之功因改善裝置，其中電源轉換器至少包括一PWM控制積體電路、一功率開關、一二極體、一電感與一電阻所構成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換之功因改善裝置及方法，其中負 載可為LED燈。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換之功因改善裝置，其中PWM控制積體電路至少有2個輸入端與1個輸出端；1個輸出端為一功率開關驅動端，2個輸入端為一電流感測端與一電流控制端；功率開關驅動端用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，電流感測端用以量測功率開關之電流，電流控制端用以接收訊號來控制電源轉換器之輸出電流大小。
7. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換之功因改善裝置，其中PWM控制積體電路至少有3個輸入端與1個輸出端；1個輸出端為一功率開關驅動端，3個輸入端為一電流感測端與第一電流控制端與第二電流控制端；功率開關驅動端用以輸出PWM訊號來控制功率開關之動作，電流感測端用以量測功率開關之電流，第一電流控制端用以接收控制器訊號，進而控制電源轉換器之輸出電流大小，第二電流控制端用以接收外部訊號，進而控制電源轉換器之輸出電流大小。