适用于任意负载之模件化并联式功率因数校正方法及装置制造方法及图纸

适用于任意负载之模件化并联式功因校正方法及装置，以主控制板之控制装置产生与电源电压同相之参考正弦波，参考正弦波在不必探测负载电流的情况下，透过电压反馈控制回路控制其振幅大小适与负载成比例。各个副功率板之输入电流检测器随时探测电源电流波形，使电源电流透过电流反馈控制回路随时以负反馈方式与参考正弦波作比较。比较的差值信号用作脉宽调制之根据，随时机动地控制副功率板之储能槽的储能、放能及时间，藉以产生功因调整电流修正电源电流的波形。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

Modular parallel power factor correction method and device suitable for any load

For any load modular parallel power factor correction method and device to control the main control panel of the device and reference sine wave power supply voltage phase, the reference sine wave without detecting load current, through the voltage feedback control loop to control the amplitude and load small proportion. The input current detector of each sub power board can detect the current waveform of the power supply at any time, so that the power supply current is transmitted through the current feedback control circuit at any time to compare with the reference sine wave in the negative feedback mode. The difference signal is used as the basis of pulse width modulation to control the energy storage, energy dissipation and time of the energy storage slot of the secondary power board at any time, so as to generate the power factor, adjust the current and correct the waveform of the supply current.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新的功率因数校正方法及装置，而尤指一种适用于任意负载之模件化泛用并联式功率因数校正方法及装置。其最显著之特色系在于能无视于负载特性及负载大小的影响，而对任意负载进行功因之改善。一般的电力负载不论是家庭用的、办公室用的或是工业用的，其功率因素(POWERFACTOR)通常都远低于1。造成电力公司在发电、输电和配电上浪费了不少设备。尤其近代电气用品、仪器设备，其输入端多为整流器，所汲取的电流皆是峰值系数(CRESTFACTOR)很高，谐波成分很大的脉波。这类负载，不但浪费了电力设备，更污染了电源(噪音倒灌的关系)，降低了电力的品质。因此，全世界的科学家、工程师、电力公司和政府，逐渐达成了一个共识如何将每一种负载的功率因素提升，以便提高电力系统(发电、输电和配电)的设备利用率，及能节约能源、提升电力品质与减少噪音污染。通常称这种“提高负载之功率因素，(使尽量接近于一)”的作法为“功率因素校正法(POWERFACTORCORRECTION)”，简称“功因校正(PFC)”。而目前常见的PFC技术，概有无源式(PASSIVE)和有源式(ACTIVE)两大类。其中，无源式PFC，通常用于线性负载。负载如为感性，则因其电流落后于电压，乃用具有使电流趋前的功能的容性电路作功因校正。反之，负载如为容性，则用感性电路作功因校正。有源式PFC，为比较新的技术，通常用于整流性负载。利用类似于有源滤波器同样的技巧，强迫整流性负载汲取和电源电压同样波形的电流，而不是原来的脉波电流，因而改进了功率因素。这类功因校正器，通常是针对输入端为“开关式电源”(SWITCHINGPOWERSUPPLY)之仪器、设备而设计的，市面上已有专用集成电路出现，如UNITRODE公司之UC3854，MICROLINEAR公司之ML4812，SIEMENS公司之TDA4814，以及TOSHIBA公司之TA8310……等等。而至目前为止，常用的PFC技术，不论其采用的是无源式或有源式，都有以下的共同缺点-只适用于专属的负载，亦即容性PFC电路只能用于感性负载，感性PFC电路只能用于容性负载，而有源式PFCIC则只能用于整流性负载。因此，常用的PFC技术，在作“功因校正”的时候，必须先完全且充分的了解负载的特性(感性、容性或是整流性？功率因素是多少？峰值系数是多少？)以及功率大小(多少VA？)，才能着手设计。因此，1.设计工作须视负载之特性和大小而定，困难且繁复。2.技术不能泛用。3.PFC集成电路IC之噪音免疫力极低。4.PFC集成电路IC无法适用于大容量的场合。5.产品设计时即须将PFC设计进去，对现存既有的产品，则无能为力。6.对某一用户而言，必须其所用的负载全数-做好PFC，才能符合电力公司或政府对PFC的要求。据上所述，显知，若欲完全解决上述1-6项关于目前PFC技术所面对的困难及缺点，则必需设计一种完全可以适用于任意负载(即无视于负载特性、大小)之新功率因素校正方法，始能积极而有效地改善各种用电场合的功率因素。鉴于“专利技术背景”之所述，本专利技术人乃针对此而进行研究、设计，并在多次的测试、更正之后，本专利技术的目的是提供一种适用于任意负载之模件化泛用并联式功率因素校正方法及实施这种方法的装置。为使审查员易于了解本专利技术方法，兹配合附图来加以说明。附图说明图1系为本专利技术之简图。图2系为本专利技术之电路系统图。图3系为本专利技术之自控回路图。图4系为本专利技术在并联组态下之实施例图。图5系为本专利技术对-RL负载作功因调整之波形比较图。图6系为本专利技术对-RC负载作功因调整之波形比较图。图7系为本专利技术对一整流性负载作功因调整之波形比较图。附图中，标号10表示主控制板，20表示直流电源产生装置，30表示控制装置，31表示直流参考电压产生器，32表示误差放大器，33表示D/A转换器，34表示相位检测器，35表示变压器，36表示处理控制器(CPU)37表示存储器，38表示低通滤波器，39表示电压反馈控制器，40表示三角波产生器，Q1-Q4表示开关晶体管，C1表示滤波电容，C2表示储能电容，CT表示电流互感器，50表示继电器激励器，60电源电流检测器，61表示低通滤波器，62表示误差放大器，63表示电流反馈控制器，70表示储能槽控制装置，71表示比较器，72表示静寂时间产生器，73表示栅极驱动器，80表示储能槽，81、82表示继电器开关，83表示扼流圈，D表示整流器，90表示副功率板。请参阅图1，其中，方块A系指交流电源、方块B系指任意负载(任意特性、任意大小之负载)、方块C则指本专利技术装置(其详细内容系如图2所示，而主要包括一个主控制板10及若干个副功率板90，其中，副功率板90上设计一个直接与负载并联的储能槽)。为使原本受负载影响而与负载电流Iload相等之电源电流Ii变成与电源电压Vi同相、且振幅能随负载大小而变化之正弦波电流，以改进系统的功率因素，本专利技术乃提供了一个功因调整电流Ipfc(请参考图1)，来修正电源电流Ii的波形，藉以强迫电源电流Ii与电源电压Vi同相、且振幅大小正好与负载大小相称。而功因调整电流Ipfc是如何产生？其又如何具有修正电源电流Ii之能力？首先，本专利技术系先以一种相位检测器而自输入端点a、b上取得一个与电源电压Vi同步之信号，并使一中央处理器(CPU)能根据此一同步信号来执行正弦波制造程序，以产生一个与电源电压Vi同相之单位正弦波(lsinwt)。而这个单位正弦波的振幅则将由一个电压反馈控制回路以负反馈的方式来控制其大小(其详细工作情形容后说明)，以使这个单位正弦波能变成一个相位与电源电压Vi相同、振幅大小可随负载大小变化之参考正弦波。这个参考正弦波即作为电源电流Ii的调整目标。在另一方面、本专利技术又藉着一种电流检测器(如电流互感器CT)，而随时监视、探测电源电流Ii的波形及大小，并将所探测到的Ii信号透过一个电流反馈控制回路，而以负反馈方式随时将Ii送至一个电流反馈控制器，以随时与前述之参考正弦波作比较。此一比较的差值信号将不断地被作为脉宽调制(PWM)的根据，以得到一个控制脉波来控制一个由电感、电容及切换开关所构成之储能槽(类似升压(BOOST)电路)的储能、释能操作。这个储能槽本身并不消耗能量，而只是使能量适时地往返于负载及电容、电感之间，简单地说，它是一个能量吞吐的装置。而在储能槽储能及释能的切换操作下，本专利技术即因而产生一个功因调整电流Ipfc，藉以随时修正电源电流Ii的波形。同时并因为Ii是以负反馈的方式而经由电流反馈控制回路不断地接受功因调整电流Ipfc的修正，因此，到最后它一定会相等于前述之参考正弦波。换句话说，对前面所提及电流反馈控制回路而言，电源电流是受控变量，而参考正弦波则是参考变量。反馈控制的目的就是要电源电流追踪(TRACK)参考正弦波。而电源电流一直追踪参考正弦波的结果，将令电源电流的波形一定与电源电压Vi同相、且振幅大小正好与负载需求相当，因此，即达到本专利技术对任意负载作功因校正之目的。值得注意的是、本专利技术只针对电源电流Ii做修正调整而已，至于负载电流Iload则仍是维持原状(落后、超前或其它……等等)。换句话说，本专利技术只是以能量吞吐的方式来调整电源电流Ii，而负载电流Iload对它而言则只是一种噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于任意负载之模件化并联式功率因素校正方法，其特征在于包含下列步骤：（ａ）取得与电源电压同步之信号，作为中央处理器（ＣＰＵ）执行正弦波制造程序之依据，以产生一个与电源电压同相之单位正弦波；（ｂ）取得一个可随负载大小变化之波幅控制电位（直流电位），使之与（ａ）中之单位正弦波相乘，而产生一个与电源电压同相，且振幅可随负载大小而变化之参考正弦波，以做为修正电源电流波形之目标；（ｃ）随时探测电源电流的波形变化及大小，使之与（ｂ）中之参考正弦波做比较，以取得一差值信号；（ｄ）对（ｃ）中之差值信号进行脉宽调制，以取得一控制脉波；（ｅ）依据（ｄ）中之控制脉波来控制直接与负载并联之储能槽的切换开关，促使此储能槽做适当的储能或放能的操作，产生一个功因调整电流来随时修正电源电流的波形，而强迫电源电流变成与前述参考正弦波完全相等的电流波形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明彦，汪安国，黄意隆，江伟石，卢为明，陈民钦，
申请(专利权)人：永大机电工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]