具能量回收的零电流切换功率因数校正器制造技术

本发明专利技术涉及一种具能量回收的零电流切换功因校正器，主要是于一桥式整流器与一电源输出端间分设有一滤波电容、一储能电感及一能量转换电路；又有一功因校正控制器的输出端通过一金氧半场效晶体管连接于储能电感与能量转换电路之间；其中，能量转换电路由一饱和电抗、储能电容、电感配合数个二极管在不同工作时间分别构成不同的电流回路，以便回收转态时产生的逆向能量，再经储能、放电等步骤予以再利用，藉以提升功因校正器的工作效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具能量回收的零电流切换功因校正器，尤指一种可回收转态时所产生逆向能量，经储能、放电等步骤予以再利用的零电流切换功因校正器。
技术介绍
目前既有的交换式电源转换器大致包括有一功因校正器、一受前述功因校正器的升压转换电路、一连接受控于功因校正器的顺向式输出电路及一具备独立波宽调变功能的辅助电源电路。其中该功因校正控制器用以控制前述的升压转换电路及顺向式输出电路，配合输出电路以稳定电源输出。传统的功因校正器通过其开关的切换来将能量由输入端转换至输出端，而在理想上的开关切换瞬间其跨于开关两侧的电压为零(ZVS)或流经开关两侧的电流为零(零电流切换)，以达到无切换损并降低电磁干扰问题。传统的零电流切换转换器虽能将开关切换损降至最低，但还是存在能量损耗的问题。如同一申请获准的台湾公告第二七九五一四号“功率调整器的零电流切换电路”新型专利案，其创作背景对于传统功率调整器(功因校正器)提出检讨，所揭示的一种交换式电源供应器，其优点在于使用元件数量少，生产成本较低，然而其改善效率约只在85％左右，且因二极管(73)的恢复电流相当大，将提高切换损失，所造成的电磁干扰(EMI)亦十分可观，又因其切换时有尖锐的逆向恢复电流通过动态元件，容易破坏元件，故其元件的可靠性最差。其还提供另种交换式电源供应器，其以若干串接的萧基二极管(74)(Shockley Diode)及电阻、电容取代前述的二极管(73)，此一构造仍具有前一电路利用元件较少的优点，除此之外，因萧基二极管(74)的逆向恢复电流较小，故其可能引起的电磁干扰亦小，但其效率依然较低，仅约87％，又因多个二极管串接使顺向压降提高，造成切换损失大，其耐压不容易平衡，而易造成损坏，故其元件可靠性差，制造成本高。至于其零电压切换式电源供应器，效率可达92％，且因其逆向恢复电流经由零电压切换电路回收，故电磁干扰较小，然其零电压切换电路将产生较大于输入电流的尖锐切换动作，故无法将电磁干扰减至最低，除此，此种零电压切换式电源供应器所使用的零件数最多，且因控制复杂，亦有尖锐电流经过主动元件，故元件的可靠性较差。由上述可知，有关交换式电源供应器在效率改善方面，已有不少研究在讨论此问题，而前述专利案进一步提出的解决方案，是利用耗能方式消除逆向恢复电流以改善电力功率因素及提高用电效率，具体作法是于切换电路上设一由电容、电感、饱和电感及电阻等组成的耗能回路，用以吸收消耗触发时产生的逆向恢复电流，进而避免电磁干扰及尖锐电流通过动态元件。前述专利案尽管大幅提升了功因校正器的工作效率，并解决了逆向恢复电流所造成的电磁干扰及其对于动态元件造成的损害，但所谓的逆向恢复电流事实上亦是一种能量，如能回收予以再利用，将有助于功因校正器工作效率的进一步提升。
技术实现思路
因此本专利技术的主要目的在于提供一种可进一步将欲消耗的能量回收予以再利用的零电流切换功因校正器，使其具有能源回收功能，以进一步改善其效率及减少能量损耗。为达成前述目的，本专利技术采取的主要技术手段是令前述功因校正器于一桥式整流器与一电源输出端间分设有一滤波电容、一储能电感及一能量转换电路；又有一功因校正控制器的输出端通过一金氧半场效晶体管连接于储能电感与能量转换电路之间；其中该能量转换电路以一饱和电抗、一功率二极管串接于前述储能电感与电源输出端间，又以一电感、一储能电容及数个二极管与前述饱和电抗、功率二极管及金氧半场效晶体管连接，以构成数个电流回路，而在不同时间工作以便回收触发时产生的逆向恢复电流，再经储能、放电等步骤使其送至电源输出端予以再利用，由此以有效提升功因校正器的工作效率。前述能量转换电路包括有一饱和电抗，与一功率二极管串接于前述储能电感与电源输出端间；一能量回收电容，通过一电感、一二极管在饱和电抗与功率二极管之间构成回路；该二极管并通过又一二极管连接至电源输出端；一消耗电阻，其一端连接前述电感，并通过一电容与前述饱和电抗、电感构成回路；该电容又经由一二极管连接至电源输出端；一终端储能电容，连接于电源输出端与接地之间。前述功因校正控制器由一脉波宽度调变电路构成。附图说明图1为本专利技术的电路图；图2为本专利技术在不同时序下的工作波形图；图3为本专利技术在不同时序下的电路特性示意图；图4为本专利技术饱和电抗在不同时序下的理论磁滞曲线图；图5为本专利技术功率二极管在不同时序下的电流波形图；图6为本专利技术输入电压电流波形图；图7为本专利技术金氧半场效晶体管的零电压切换波形图；图8为本专利技术饱和电抗的电压电流波形图； 图9为本专利技术金氧半场效晶体管Vds对电感L3、电容C3的电流波形图；图10为本专利技术金氧半场效晶体管Vds对功率二极管D1、二极管D4的电流波形图；图11为本专利技术金氧半场效晶体管Vds对功率二极管D1、电容C2的电流波形图；图12为本专利技术的整体效率曲线比较图；图13为本专利技术一可行实施例的交换式电源供应器电路图。附件一本专利技术的主要电路元件规格表；附件二传统切换方式与零电流切换方式与使用萧特基二极管切换方式的实测整体效率比较表。图中符号说明10桥式整流器20能量转换电路30功因校正控制器具体实施方式有关本专利技术一较佳实施例的具体电路构造，请参阅图1所示，其令一功因校正器于一桥式整流器10与一电源输出端Vout间分设有一滤波电容C1、一储能电感L1及一能量转换电路20；又以一功因校正控制器30的输出端通过一金氧半场效晶体管Q1连接于储能电感L1与能量转换电路20之间；其中该功因校正控制器30由一脉波宽度调变电路构成。又，能量转换电路20包括一饱和电抗L2，与一功率二极管D1串接于前述储能电感L1与电源输出端Vout间；一能量回收电容C2，通过一电感L3、一二极管D2在饱和电抗L2与功率二极管D1之间构成回路；该二极管D2并通过又一二极管D3连接至电源输出端Vout；一消耗电阻R1，其一端连接前述电感L3，并通过一电容C3与前述饱和电抗L2、电感L3构成回路；该电容C3又经由一二极管D4连接至电源输出端Vout；一终端储能电容C4，连接于电源输出端Vout与接地之间。又如图2所示，为本专利技术工作电压电流在不同时序下的波形。其具体电路工作原理将配合图3加以说明，在图3中将全部时序由T0～T6分成七段来逐一说明。图4为饱和电抗L2在不同时序下的理论磁滞曲线，通过饱和电抗L2在不同时序的特性来达到零电流切换(ZCS)及能源回收的目的。首先，请参阅图3所示各时序下的电路特性T0T0是接续T6而来，由于此动作已处于稳定状态，所以此时电容C3维持原来的放电状态，且饱和感抗L2进入饱和状态呈现短路的特性，金氧半场效晶体管Q1尚未开启，所以输入能量通过桥式整流器10的电流I1经由储能电感L1、饱和感抗L2、二极管D1对输出提供所需的能量。而在T6时，流经电容C3的电流I9将因为饱和感抗L2的饱和而消失。电容C3消耗电流I2经由饱和感抗L2、电感L3持续将能量消耗在电阻R1上，为下一次充电做准备。T1在此状态下，金氧半场效晶体管Q1正准备要开启，在此瞬间因为电流I2仍维持原方向流动，且饱和感抗L2处于放电状态，所以电流I2、I4与电流I3的电流方向相抵消，金氧半场效晶体管Q1达到零电流切换工作的目的，用以减少切换损。在此时饱和感抗L2产生电流I4经二极管D1流至输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具能量回收的零电流切换功因校正器，其特征在于，主要是于一桥式整流器与一电源输出端间分设有一滤波电容、一储能电感及一能量转换电路；又以一功因校正控制器的输出端通过一金氧半场效晶体管连接于储能电感与能量转换电路之间；其中：该能量转换 电路以一饱和电抗、一功率二极管串接于前述储能电感与电源输出端间，又以一电感、一储能电容及数个二极管与前述饱和电抗、功率二极管及金属半场效晶体管连接，以构成数个电流回路；由此，前述电路可在不同时间工作回收触发时产生的逆向恢复电流，再经 储能、放电等步骤使其送至电源输出端予以再利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林国藩，李鸿钦，
申请(专利权)人：康舒科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]