[发明专利]具有逻辑控制的无桥式功率因数修正器

说明书

技术领域

本发明有关一种无桥式功率因数修正器，特别是一种具有逻辑控制的无桥式功率因数修正器，其中升压电感器通过升压晶体管组件的通道释放其储能以降低本体二极管导通损失并提升效率。

背景技术

一般而言，电阻器消耗实功率(real power)因为线电流与线电压同相(in phasewith)；电感器或电容器储存虚功率(imaginary power)因为线电流与线电压的相位差九十度(in quadrature with)。电阻性负载仅消耗实功率而非电阻性负载不仅消耗实功率而且储存虚功率。虚功率增加非必要的线电流和线损。因此，电力公司要求大规模用电设备的功率因数(Power Factor，PF)被修正至一可接受的值。修正功率因数的普遍方法为促进线电流与线电压同相。在切换式电源供应器中的功率因数修正器(Power Factor Corrector，PFC)将线电流波形塑造成线电压波形以修正功率因数。

现有的PFC拓扑结构，如图1所示，利用一桥式整流器10将跨于第一输入电压端V_i1和第二输入电压端V_i2的交流弦波输入电压整流成跨于滤波电容器C₁₁的直流弦波输出电压；和一升压转换器11将线电流波形塑造成线电压波形并且将跨于滤波电容器C₁₁的较低的直流弦波输入电压转换成跨于滤波电容器C₁₂的较高的直流恒定输出电压。

为便于说明升压电感器的储能与释能，假设水平轴为电感器电流且垂直轴为电感器电压。升压电感器L₁₁永远操作在第一与第四象限。当高频开关控制器12开启升压晶体管Q₁₁，升压电感器L₁₁通过滤波电容器C₁₁和升压晶体管Q₁₁在第一象限储能。当高频开关控制器12关闭升压晶体管Q₁₁，升压电感器L₁₁通过滤波电容器C₁₁、升压二极管D₁₁和滤波电容器C₁₂在第四象限释能。高频开关控制器12与升压转换器11将通过第一输入电压端V_i1和第二输入电压端V_i2的交流输入电流波形塑造成跨于第一输入电压端V_i1和第二输入电压端V_i2的交流输入电压波形并且将跨于滤波电容器C₁₂的直流输出电压稳压在一恒定准位。

仔细审视桥式整流器10。为便于说明下文，假设正半周(positive half period)意指V_i1的电位高于V_i2的电位且负半周(negative half period)意指V_i1的电位低于Vi2的电位。在每半周期间，两个对角的(diagonal)整流二极管开启。在正半周期间，左上整流二极管和右下整流二极管开启。在负半周期间，右上整流二极管和左下整流二极管开启。因此，现有的PFC拓扑结构遭受整流二极管导通损失(rectification diode conduction loss)。无桥式PFC拓扑结构可消除此整流二极管导通损失藉由将桥式整流器从PFC拓扑结构移除。

现有的无桥式PFC拓扑结构示于图2，其中第一输入电压端V_i1和第二输入电压端V_i2连接至交流输入电压源；升压电感器L₂₁可被集总(lumped)/分布(distributed)在V_i1与第一连接端V₁间，或/及V_i2与第二连接端V₂间；滤波电容器C₂₁连接至输出电压端V_o和参考电压端V_ref；升压二极管D₂₁、D₂₂和升压N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)Q₂₁、Q₂₂被连接成一桥式配置(bridge configuration)且被放置在升压电感器L₂₁和滤波电容器C₂₁之间；高频开关控制器22同时开启或关闭升压晶体管Q₂₁和Q₂₂。