防止飽和的功率因數提高方法和設備的製作方法

2023-07-14 04:37:21 1

專利名稱：防止飽和的功率因數提高方法和設備的製作方法
技術領域：
與本發明 一致的設備和方法涉及校正輸入電源的功率因數，更具體地講， 涉及在開關電源(SMPS)中校正輸入電源的功率因數。
背景技術：
因為現有技術中的電源單元具有有限的容量以及相當大的尺寸和重量， 所以現有技術中的電源單元不適合具有小的尺寸和重量以及大容量的家用設 備和工業設備。因此，提出了SMPS。
SMPS廣泛用於AC/DC轉換器、DC/DC轉換器、筆記本電腦的電源單 元和行動電話的電源單元。SMPS採用功率因數提高電路以增加功率效率。 當AC電源被應用為輸入電源時，功率因數提高電路去除輸入電流的諧波， 並使輸入電源的電流和電壓的相位彼此相應，以-提高功率效率。
功率因數提高電路使用具有關於容許電流和電壓的額定容量的存儲部件 (例如，電容器或電感器)。當將超過額定容量的電流或電壓施加到電容器或 電感器時，電容器或電感器失去磁性，或者其電解質被破壞，因此，電容器 或電感器失去其操作功能。
圖1是現有技術的功率因數提高設備的框圖。參照圖1,所述現有技術 的功率因數提高設備包括輸入單元110、整流器120、電源單元130、功率 因數校正單元140和轉換器150。
輸入單元110接收AC電源。整流器120對輸入到輸入單元110的AC 電源進行全波整流。通過使用四個二極體以橋式電路的形式來配置整流器 120。
電源單元130接收AC電源，並輸出用於運行功率因數校正單元140的 DC電壓。從電源單元130輸出的電壓可以是備用電壓。功率因數校正單元140提高輸入到輸入單元110的AC電源的功率因數， 並且功率因數校正單元140包括信號產生器142、開關144、電感器146、 二極體147和電容器148。
將電源單元130的DC輸出電壓141施加到功率因數校正單元140的信 號產生器142,以運行信號產生器142。當將高於預定閾值的DC輸出電壓141 施加到信號產生器142時，信號產生器142輸出用於提高輸入到輸入單元110 的AC電源的功率因數的控制信號143。控制信號143是脈衝信號，並且控制 信號143的脈沖寬度被調整以控制開關144的運行。參照各種信號(所述各 種信號包括輸入電源和來自電容器148的電壓的反^t責信號149)來控制控制 信號143的脈衝寬度，以使電容器148穩定地保持目標DC電壓。
從信號產生器142輸出的控制信號143運行開關144。可以以場效應晶 體管(FET)的形式來配置開關144。將控制信號143施加到FET的柵極。 當控制信號143處於ON狀態時，FET運行，因此開關144閉合。從而，通 過輸入單元110、電感器146和FET 144形成電流通路。當控制信號143處 於OFF狀態時，FET不運行，因此開關144打開。從而，通過輸入單元110、 電感器146、 二極體147和電容器148形成電流通路。
當控制信號143處於ON狀態從而開關144閉合時，用輸入AC電源的 電能對電感器146充電。當控制信號143處於OFF狀態從而開關144打開時， 使用在電感器146中所充的電能將電容器148充以某一電壓。轉換器150將 在電容器148中所充的電壓轉換成期望的目標電壓，並將該目標電壓傳送到 負載。
圖2示出現有技術的功率因數提高設備的操作。圖2的(a)是輸入AC 電壓的波形圖。參照圖2的(a),在時間t0至tl將輸入AC電壓施加到功率 因數提高設備，然後，在時間t2切斷輸入AC電壓的供應。隨後，在時間t3 至t4再次施加輸入AC電壓。通過電源或用戶的強制操作能夠引起輸入AC 電壓的這種頻繁ON/OFF轉換。
圖2的(b)表示電源單元130的輸出。參照圖2的(b),當將輸入AC 電壓施加到電源單元130時，電源單元130將輸入AC電壓轉換成DC電壓， 並輸出電壓Vcc141,以運行功率因數校正單元140。
當施加輸入AC電壓時，電壓Vcc逐漸增加，然後保持。因為電源單元 130中包括的存儲部件(例如，電容器或電感器)，所以電壓Vcc 141逐漸變化。當切斷輸入AC電壓的供應時，電壓Vcc 141逐漸減小至0V。當電壓Vcc 141變得低於預定閾值時，功率因數校正單元140的運行停止。
在時間段tO至tl期間，將輸入AC電壓施加到電源單元130,從而電源 單元130輸出DC電壓Vcc。將DC電壓Vcc輸入到功率因數校正單元140 以運行功率因數校正單元140。
在時間4爻t2期間，切斷輸入AC電壓的供應。然而，因為電源單元130 中包括的存儲部件中存儲的電能隨時間逐漸減小，所以即使當沒有施加輸入 AC電壓時，從電源單元130輸出的DC電壓Vcc也可能在預定時間高於閾值 電壓。因此，即使當在時間段t2沒有施加AC輸入電壓時，功率因數校正單 元140也能在從電源單元130輸出的DC電壓Vcc高於閾值電壓的時間期間 連續運行。
在再次施加輸入AC電壓的時間段t3至t4，從電源單元130輸出的DC 電壓Vcc逐漸增加到預定電平。
圖2的(c)示出由信號產生器142產生的控制信號143。控制信號143 是控制開關144的ON/OFF操作的脈沖信號。信號產生器142接收電源單元 130的輸出電壓Vcc,產生控制信號143,並且只有當電源單元130的輸出電 壓Vcc高於所述預定閾值時才將控制信號143傳送至開關144。當電源單元 130的輸出電壓Vcc低於所述預定閾值時，信號產生器142不運行。
信號產生器142基於輸入AC電壓和電容器148的輸出電壓149來控制 控制信號143的脈衝寬度，以使電容器148的輸出電壓149達到目標電壓。
在時間段t0期間，由信號產生器142產生的控制信號143的脈衝寬度逐 漸增加。當控制信號143處於ON狀態時，開關144閉合從而對電感器146 充電；而當控制信號143處於OFF狀態時，開關144打開，乂人而在電感器146 中所充的電能被傳送至電容器148。
如果信號產生器142的控制信號143長時間保持ON狀態，則開關144 長時間閉合，從而大電流流向電感器146。控制信號143基於電容器148的 輸出電壓149和AC輸入電壓來控制電容器148的輸出電壓149保持在特定 電平。
由於當功率因數校正單元140最初運行時，在電容器148的輸出電壓149 和目標電壓之間存在較大的差別，所以信號產生器142產生具有大的脈衝寬 度的控制信號143,以使控制信號143長時間保持ON狀態。因此，大電流流向電感器146,從而電感器146飽和。因此，開關144被損壞，功率因數校 正單元140無法正常運行。
為了解決該問題，當功率因數校正單元140最初運行時，信號產生器142 可執行逐漸增加開關144閉合的時間的軟啟動(soft-start)操作，或者可執行 在電容器148的輸出電壓149增加到特定電平之後開啟開關144的啟動操作。 在圖1中示出的功率因數提高設備的情況下，當功率因數校正單元140最初 運行時，信號產生器142選擇軟啟動操作，以產生具有在時間段tO逐漸增加 的脈衝寬度的控制信號143。
在時間段tl期間，施加輸入AC電壓，並且電源單元130將輸入AC電 壓轉換成DC電壓Vcc，然後將DC電壓Vcc傳送至信號產生器142,從而功 率因數校正單元140運行。在時間段tl期間，電容器148的輸出信號149穩 定地保持特定值。
在時間4更t2期間，切斷輸入AC電壓的供應，從而電源單元130的輸出 DC電壓Vcc減小。這裡，由於在電源單元130中包括的存儲部件(例如， 如上所述的電容器或電感器)導致輸出DC電壓Vcc逐漸減小。電源單元130 的輸出DC電壓Vcc仍高於所述預定閾值，因此信號產生器142連續運行。 然而，因為沒有施加輸入AC電壓，所以即使當信號產生器142的控制信號 143處於ON狀態時，電容器148的輸出電壓149也連續減小。信號產生器 142接收電容器148的輸出電壓149，並確定在電容器148的輸出電壓149和 目標電壓之間存在大的差別。從而，信號產生器142產生具有大的脈沖寬度 的控制信號143，以對電容器148充以目標電壓。
在時間段t3，再次施加輸入AC電壓。當輸入AC電壓被切斷並隨後被 再次施加的時間較短時，電源單元130的輸出DC電壓Vcc不會變得低於所 述預定閾值，並再次逐漸增加。
信號產生器142通過反饋接收電容器148的輸出電壓149,並確定在電 容器148的輸出電壓149和目標電壓之間存在大的差別，從而信號產生器142 產生具有大的脈沖寬度的控制信號143,以對電容器148充以目標電壓。當 信號產生器142產生具有大的脈衝寬度的控制信號143時，流過電感器146 的電流增加。當超過電感器的額定容量的電流流過電感器146時，電感器146 失去磁性，並且飽和。同時，大電流流向開關144，並損壞開關144。
在時間段t4之後，開關144被損壞，因此，功率因數校正單元140失去其功能，並且電容器148的輸出電壓149減小。
圖2的(d)示出電容器148的輸出電壓149。在時間段t0期間，電容器 148的輸出電壓149逐漸增加。如上參照圖1所述，當由信號產生器142產 生的控制信號143處於OFF狀態並且開關144打開時，通過使用在電感器146 所充的電能來對電容器148充電。
在時間段tl期間，施加輸入AC電壓，並且電容器148的輸出電壓149 被穩定地保持。
在切斷輸入AC電壓的供應的時間段t2期間，即使當信號產生器142運 行時，因為沒有施加輸入AC電壓，所以電容器148的輸出電壓149逐漸減
在時間段t3,再次施加輸入AC電壓，並且因為信號產生器142產生長 時間保持ON狀態的控制信號143,所以大電流流向電容器148。因此，電容 器148的輸出電壓149急劇增加。然而，當流過電感器146的電流量超過電 感器146的額定容量時，電感器146失去^t性，大電流流向開關144,並損 壞開關144。
在時間段t4之後，開關144不運行，因此功率因數4交正單元140不運行， 電容器148的輸出電壓149逐漸減小。
為了解決該問題，現有技術的功率因數提高電路使用具有高容量的電感 器或用昂貴的材料(例如，難以飽和的粉末類型的磁性物質)製成的電感器。 這增加了採用這種功率因數提高電路的電源單元的大小和成本。

發明內容
本發明的示例性實施例克服了以上缺點以及上面沒有描述的其他缺點。 另外，本發明不需要克服上述缺點，本發明的示例性實施例可以不克服上述 任何問題。
本發明提供了 一種以低成本提高輸入到電源單元的電源的功率因數的方 法和設備，所述方法和設備在包括功率因數提高電路的電源單元中防止諸如 電感器或開關的部件飽和，以提高功率因數提高電路的穩定性。
根據本發明的一方面，提供了一種功率因數提高設備，功率因數提高設 備包括輸入單元，接收輸入電源；功率因數校正單元，校正施加到輸入單 元的輸入電源的功率因數；飽和防止單元，控制功率因數校正單元，以使功率因數校正單元不超過設置界限。例如，飽和防止單元控制功率因數校正單 元，以使超過額定容量的電流(或電壓)不流過功率因數校正單元中包括的部件。
輸入電源可以是AC電壓。
功率因數提高設備還可包括電源單元，向功率因數校正單元提供工作電源。
功率因數提高設備還可包括整流器，對輸入電源進行整流。 功率因數校正單元可包括第一存儲單元，連接到輸入單元的輸出端； 第二存儲單元，連接到第一存儲單元的輸出端；開關，響應於從外部裝置輸 入的開關控制信號來執行用於在第 一存儲單元和第二存儲單元中存儲電能的 開關操作。
當開關控制信號是第一開關控制信號時，開關可使得施加到輸入單元的 輸入電源的電能被存儲在第一存儲單元中；當開關控制信號是第二開關控制 信號時，開關通過使用在第 一存儲單元中所充的電能使得施加到輸入單元的 輸入電源的電能被存儲在第二存儲單元中。
第一存儲單元可以是電感器，第二存儲單元可以是電容器。 當傳送到第 一存儲單元和第二存儲單元的電流的幅度高於第 一存儲單元 和第二存儲單元的額定容量時，飽和防止單元可阻止該電流被傳送到第 一存
儲單元和第二存儲單元。
飽和防止單元可包括輸入檢測器，檢測輸入電源當前是否被施加到輸 入單元；和控制器，根據輸入檢測器對輸入電源的檢測來控制功率因數校正 單元有選擇地運行。
當輸入檢測器檢測到當前施加了輸入電源時，控制器可控制功率因數校 正單元運行。
功率因數提高設備還可包括電源轉換器，連接到功率因數校正單元的 輸出端，並將功率因數校正單元的DC輸出電壓轉換成預定電壓。
根據本發明的另一方面，提供了一種功率因數提高方法，所述方法包括 接收輸入電源；校正輸入電源的功率因數；控制功率因數的校正，以使校正 的功率不超過設置界限。


通過參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例，本發明的以上和其他特
徵將變得更清楚，其中
圖l是現有技術的功率因數提高設備的框圖2示出用於解釋現有技術的功率因數提高設備的操作的信號波形；
圖3是根據本發明示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提高設備的
框圖4是根據本發明示例性實施例的功率因數提高設備的功率因數校正單 元的框圖5示出根據本發明示例性實施例的功率因數提高設備的功率因數校正
單元；
圖6是根據本發明示例性實施例的功率因數提高設備的飽和防止單元的
框圖7是示出根據本發明另 一示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提 高設備的框圖8示出解釋才艮據本發明示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提高 設備的操作的信號波形；和
圖9是根據本發明示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提高方法的
流程圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出本發明的示例性實 施例。然而，可以以許多不同的形式來實現本發明，而不應該將本發明理解 為限於在此闡述的示例性實施例；而是，提供了這些示例性實施例以使本公 開是徹底的和完整的，並且這些示例性實施例將本發明的構思全面傳達給本 領域的技術人員。貫穿附圖，相同的標號表示相同的部件。
圖3是根據本發明示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提高設備的 框圖。參照圖3，所述功率因數提高設備包括輸入單元310、功率因數校正 單元320、飽和防止單元330和電源單元(未示出)。
—輸入單元310接收輸入電源301。儘管在當前示例性實施例中輸入電源 301是AC電源，但並不限於此。可通過整流器(未示出)對AC電源進行整 流，並將AC電源輸入到輸入單元310。功率因數校正單元320對施加到輸入單元310的輸入電源301的功率因 數進行校正。功率因數校正單元320使輸入電源的電壓和電流之間的相位差 最小，以抑制功率損失，並輸出特定的DC電壓。稍後將參照圖4詳細解釋 功率因數校正單元320。
飽和防止單元330控制傳送到功率因數校正單元330的輸入電源，以使 所述輸入電源不超過功率因數校正單元320中包括的部件的額定容量。在當 前示例性實施例中，儘管飽和防止單元330以飽和防止單元330阻止(block) 供應給功率因數校正單元320的電源的方式控制輸入電源，但是飽和防止單 元330可直接控制功率因數校正單元320的操作，以控制傳送到功率因數校 正單元320的輸入電源。稍後將參照圖6詳細解釋飽和防止單元330。
電源單元(未示出)被連接到功率因數校正單元320，並向功率因數校 正單元320提供工作電源。當施加到輸入單元310的輸入電源是AC電壓時， 可以以這樣的方式設計電源單元(未示出)，即該電源單元將AC電壓轉換為 DC電壓，並將DC電壓傳送到功率因數校正單元320，以運行功率因數校正 單元320。
圖4是根據本發明示例性實施例的圖3中示出的功率因數提高設備的功 率因數校正單元的框圖。參照圖3和圖4，所述功率因數校正單元包括開 關410、第一存儲單元420和第二存儲單元430。開關410從外部裝置接收控 制信號411,並控制功率因數校正單元320的運行。控制信號411可以是脈衝 信號。在這種情況下，脈沖信號411可按如下方式來控制開關410:當脈衝 信號411處於ON狀態時，開關410閉合；當脈沖信號411處於OFF狀態時， 開關410打開。
當開關410閉合時，第一存儲單元420通過使用施加到輸入單元310的 輸入電源來存儲電能。第二存儲單元430從第一存儲單元420接收電能，並 存儲電能。當開關410打開時，第二存儲單元430接收並存儲存儲在第一存 儲單元420中的電能。存儲在第二存儲單元430中的電能可以是DC電壓， 該DC電壓可作為輸出信號431被輸出。
圖5示出根據本發明示例性實施例的圖3中示出的功率因數提高設備的 功率因數校正單元。參照圖5，所述功率因數校正單元包括信號產生器510、 場效應電晶體(FET) 520、電感器530和電容器540。信號產生器510從電 源單元(未示出)接收電壓Vcc511,並產生控制信號512。控制信號512可以是脈沖信號。信號產生器510基於輸入電源531和電容器540的輸出信號 541產生控制信號512。當電容器540的輸出信號541和目標電壓之間存在大 的差別時，信號產生器510產生具有大的脈衝寬度的控制信號512。
FET 520通過其柵極接收控制信號512，並根據控制信號512來確定是否 運行。當控制信號512處於ON狀態513時，將足以運行FET 520的電壓施 加到FET 520的柵極，因此FET 520短路。當控制信號512處於OFF狀態514 時，沒有將足以運行FET 520的電壓施加到FET 520的柵極，因此FET 520 打開。
根據FET 520是否運行用來自輸入電源531的電能對電感器530充電。 當FET520短路時，通過電感器530、 FET 520和輸入單元310 (如圖3所示) 形成電流通路，並且流過電感器530的電流根據輸入電源531而增加。在這 種情況下，在電感器530中所充的電能與電流的平方成正比。
根據FET 520是否運行用來自電感器530的電能對電容器540充電。當 FET 520打開時，通過電感器530、電容器540和輸入單元310 (如圖3所示) 形成電流通路。以電流的形式將電感器530中存儲的電能傳送到電容器540, 並且電容器540存儲該電能。電容器540中存儲的電能與電容器540中所充 的電壓的平方成正比。電容器540可將所充的電壓作為輸出信號541輸出。
圖6是根據本發明示例性實施例的圖3中示出的功率因數提高設備的飽 和防止單元的框圖。參照圖6,所述飽和防止單元包括輸入檢測器610和 控制器620。
輸入才企測器610確定輸入電源611是否淨皮施加到輸入單元310 (圖3中 示出)。可以以多種方式來構造輸入檢測器610。例如，當輸入電源611是AC 電壓時，可通過使用AC-DC轉換器和比較器來構造輸入檢測器610。 AC-DC 轉換器將輸入AC電壓轉換為DC電壓。比較器將所述DC電壓與預定閾值電 壓進行比較，並且當高於閾值電壓的DC電壓施加到輸入4全測器610的時間 比預定時間長時，比較器確定施加了輸入電源。
控制器620根據輸入檢測器610的確定結果來控制圖3中示出的功率因 數校正單元320的運行。即，控制器620根據輸入檢測器610是否檢測到輸 入電源611來控制功率因數校正單元320,以使功率因數校正單元320有選 擇地運行。
可以按NPN雙極型電晶體(BJT) 624的形式來配置控制器620。根據輸入檢測器610的確定結果將BJT工作電壓施加到BJT 624的基極。即，當輸 入^^全測器610確定施加了輸入電源611時，輸入4企測器610輸出高於BJT工 作電壓的電壓；當確定沒有施加輸入電源611時，輸入4企測器610輸出低於 BJT工作電壓的電壓，或不輸出電壓。
BJT624的集電極接收電源單元(未示出)的輸出DC電壓622。電源單 元(未示出)接收輸入電源611，將輸入電源611轉換成DC電壓，並輸出 DC電壓622。如上所述，電源單元(未示出)包括電容器或電感器，因此， 即使輸入電源611被切斷時，電源單元的DC電壓622的輸出並不立即停止。
當施加輸入電源611時，將電源單元(未示出)的輸出DC電壓622輸 入到BJT 624的集電極。在這種情況下，高於BJT工作電壓的電壓被施加到 BJT的基極，因此輸出DC電壓622通過BJT 624的發射極，並被傳送到如圖 3所示的功率因數校正單元320。因此，功率因數校正單元320運行。
當沒有施加輸入電源611時，即使當電源單元(未示出)的輸出DC電 壓622被輸入到BJT 624的集電極時，因為沒有將高於BJT工作電壓的電壓 施加到BJT 624的基極，所以BJT 624不運行。因此，電源單元(未示出) 的輸出DC電壓沒有被傳送到功率因數校正單元320。
可以按PNP BJT的形式來配置控制器620。在這種情況下，將電源單元 (未示出)的輸出DC電壓622施加到PNP BJT的發射極，並且控制器620 的輸出端與PNP BJT的集電極相應。當將輸入電源611施加到輸入檢測器610 時，邏輯低信號被傳送到PNPBJT的基極，從而電源單元(未示出)的輸出 DC電壓通過BJT的發射極，並被傳送到功率因數校正單元320。當輸入電源 611被切斷時，邏輯高信號被施加到BJT的基極，因此，BJT不運行。因此， 電源單元(未示出)的輸出DC電壓622不通過BJT的發射極。
根據本發明的當前示例性實施例，即使當輸入電源611被切斷然後再次 供應時，如上所述，軟啟動操作或啟動操作被執行，以防止功率因數校正單 元320將輸入電源的再次供應識別為功率因數提高設備的初始化操作，並防 止將過電流提供給功率因數校正單元320,以使功率因數校正單元320中包 括的部件不超過額定容量。
圖7是示出根據本發明另一示例性實施例的用於防止飽和的功率因數提 高設備的框圖。參照圖7，用於防止飽和的功率因數提高設備包括輸入單 元710、飽和防止單元720、電源單元730、功率因數校正單元740和轉換器750。
輸入單元710從外部電源接收輸入電源711。儘管在當前示例性實施例 中輸入電源711被指示為AC電源，但這僅是示例性的，在本發明中輸入電 源並不限於AC電源。通過輸入單元710中包括的整流器712來對AC電源 711進行整流。整流器712可使用橋式電路。
飽和防止單元720控制功率因數校正單元740，以使功率因數校正單元 740中包括的部件不超過額定容量。在當前示例性實施例中，因為功率因數 校正單元740無法4企測到施加輸入電源的時間和切斷輸入電源的時間，所以 飽和防止單元720 4企測是否施加了輸入電源，並防止功率因數4交正單元740 中包括的部件超過額定容量。然而，還可通過控制施加到功率因數校正單元 740的電流和電壓來防止飽和，以使電流和電壓不超過功率因數校正單元740 中包括的部件的額定容量。
飽和防止單元720包括輸入檢測器722和BJT 724。輸入檢測器722 檢測輸入電源711的輸入，並有選擇地將輸出信號傳送到BJT724。所述輸出 信號具有比用於運行BJT 724的電壓高的電壓。
當輸入檢測器722的輸出信號被輸入到BJT 724時，BJT 724將施加到其 集電極的信號輸出到其發射極；當輸入檢測器722的輸出信號沒有被輸入到 BJT 724時，BJT 724阻止施加到其集電極的信號。
電源單元730提供功率因數校正單元740的工作電壓。所述工作電壓是 DC電壓，因此，當輸入電源是AC電壓時，通過使用AC-DC轉換器來將AC 電壓轉換成DC電壓。從電源單元730輸出的工作電壓被施加到BJT 724的 集電極。如上所述，即使當輸入電源被切斷時，由於電源單元730中包括的 部件(例如，電容器)而導致電源單元730的輸出電壓逐漸減小。在當前示 例性實施例中使用BJT 724，還可使用其他開關(例如，FET )。
功率因數校正單元740接收電源單元730的輸出電壓。功率因數校正單 元740包括信號產生器742、開關744、電感器746、 二極體747和電容器 748。
信號產生器742接收輸入信號和通過反饋的電容器748的輸出電壓749, 並產生用於控制電容器748的輸出電壓達到目標電壓的控制信號743。
控制信號743可以是脈衝信號，並被發送到開關744。開關744根據信 號產生器742產生的控制信號743對電感器746或電容器748充電。當控制信號743是處於ON狀態的脈沖信號時，開關744閉合，並通過使用輸入到 輸入單元710的輸入電源711來對電感器746充電。當控制信號743是處於 OFF狀態的脈沖信號時，開關744打開，並通過使用在電感器746中所充的 電能來對電容器748充電。在這種情況下，二極體747防止在電容器748中 所充的電能反方向》丈電。
轉換器750接收電容器748的電壓，並通過使用DC-DC轉換器將該電壓 轉換成期望的電壓。
圖8示出解釋根據本發明示例性實施例的圖7中示出的用於防止飽和的 功率因數提高設備的操作的信號波形。圖8的(a)示出輸入AC電源。參照 圖8的(a)，在時間段tO至tl將AC輸入電源施加到功率因數提高設備，並 在時間段t2切斷AC輸入電源的供應。然後，在時間,爻t3至t4再次施加輸 入電源。根據電源或用戶的強制操作可實現AC輸入電源的ON/OFF變化。
圖8的(b)示出圖7中示出的輸入檢測器722的輸出信號。參照圖7和 圖8的(b ),當輸入檢測器722檢測到輸入電源時，輸入檢測器722輸出DC 電壓；當輸入檢測器722沒有檢測到輸入電源時，輸入檢測器722不輸出DC 電壓。因此，在時間段tO至tl輸出DC電壓，在時間段t2不輸出DC電壓。 在再次施加輸入電源的時間段t3至t4期間，輸出DC電壓。
圖8的(c)示出施加到圖7中示出的功率因數校正單元740的DC電壓 Vcc。施加到功率因數校正單元740的DC電壓從電源單元730輸出，該DC 電壓通過飽和防止單元720,並被傳送到功率因數校正單元740。
電源單元730和飽和防止單元720在時間段t0至tl輸出DC電壓，電源 單元730的DC輸出電壓被施加到功率因數校正單元740以運行功率因數校 正單元740。在時間段t2期間，儘管沒有施加輸入電源，電源單元730的輸 出DC電壓逐漸減小，因此，電源單元730的輸出DC電壓也可高於闊值電 壓。然而，因為沒有施加輸入電源，所以飽和防止單元720的輸出電壓變得 低於BJT 724的工作電壓，從而電源單元730的輸出DC電壓沒有被傳送到 功率因數校正單元740。
在時間l爻t3至t4期間，再次施加輸入電源，飽和防止單元720 4企測該輸 入電源，因此，BJT 724運行，電源單元730的輸出DC電壓被傳送到功率因 數校正單元740。
圖8的(d)示出由功率因數校正單元740中包括的信號產生器742產生的信號。在當前示例性實施例中，由信號產生器742產生的信號是脈沖信號。 信號產生器742基於輸入電源和電容器748的輸出電壓來控制該脈衝信號的 脈衝寬度，以使電容器748的輸出電壓達到目標電壓。然而，由於在功率因 數校正單元740運行的最初階段，電容器748的輸出電壓和目標電壓之間存 在大的差別，所以當脈沖信號具有大的脈沖寬度時，大電流流向電感器746， 並損壞電感器746。
因此，當信號產生器742識別出功率因數校正單元740的最初運行時， 信號產生器742執行不管電容器748的輸出電壓逐漸加寬脈沖寬度的軟啟動 操作，或者執行在電容器748的輸出電壓達到預定電平之後開始產生脈沖信 號的啟動操作。
在時間段t0期間，信號產生器742識別出功率因數校正單元740的最初 運行，並執行軟啟動操作。因此，即使當電容器748的輸出電壓和目標電壓 之間存在大的差別時，信號產生器742也逐漸增加脈沖信號的脈衝寬度。
在時間段tl期間，信號產生器742響應於電容器748的輸出電壓控制脈 沖信號的脈衝寬度，以使電容器748的輸出電壓達到目標電壓。當電容器748 的輸出電壓達到預定電平時，脈衝寬度被逐漸增加，並被保持。
在時間4爻t2期間，因為電源單元730的輸出DC電壓^皮飽和防止單元720 切斷，所以功率因數校正單元740不運行。因此，信號產生器742不產生脈 衝信號。
在時間段t3期間，信號產生器742再次識別出功率因數校正單元740的 最初運行，並執行軟啟動操作。在現有技術的功率因數提高設備中，信號產 生器不識別功率因數校正單元的最初運行，並產生具有最大脈沖寬度的脈沖 信號，因此，過電流流向電感器，從而損壞功率因數校正單元。然而，本發 明的示例性實施例解決了該問題。
在時間段t4期間，響應於電容器748的輸出電壓來控制脈衝信號的脈沖 寬度，以使電容器748的輸出電壓達到目標電壓。當電容器748的輸出電壓 達到預定電平時，脈衝信號的脈衝寬度逐漸增加，並被保持。
圖9是根據本發明示例性實施例的防止飽和的功率因數提高方法的流程 圖。參照圖9，在操作910接收輸入電源。當輸入電源是AC電壓時，可對輸 入電源進4亍整流。
在操作920,校正輸入電源的功率因數。當輸入電源的電壓和電流不具有相同的相位時，無功功率分量增加，並產生功率損耗。因此，控制輸入電 源的電壓和電流的相位，以校正輸入電源的功率因數。
控制用於校正輸入電源的功率因數的操作920，以使在操作930操作920 不超過設置界限。如果確定功率因數校正超過界限，則停止功率因數校正。
本發明的示例性實施例可被編寫為電腦程式，並可在使用計算機可讀 記錄介質來執行程序的通用數字計算機中被實現。所述計算機可讀記錄介質 的示例包括磁存儲介質(例如，ROM、軟盤、硬碟等)、光學記錄介質(例 如，CD-ROM或DVD )和存儲介質。
本發明的各方面可提供一種預測和限制在相同負載條件下流過功率因數 提高電路中包括的電感器的最大電流的方法和設備。因此，可提高功率因數 提高電路的可靠性和質量。此外，因為可通過使用便宜的鐵氧體材料芯來制 造功率因數提高電路中包括的電感器，所以本發明的示例性實施例可製造便
宜的功率因數提高電路。
域的普通技術人員應該理解，在不脫離權利要求限定的本發明的精神和範圍 的情況下，可在形式和細節上進行各種改變。
權利要求
1、一種功率因數提高設備，包括輸入單元，接收輸入電源；功率因數校正單元，校正由輸入單元接收的輸入電源的功率因數；飽和防止單元，控制功率因數校正單元，以使功率因數校正單元不超過界限。
2、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，其中，飽和防止單元包括 輸入檢測器，在檢測期間檢測輸入單元是否接收到輸入電源；控制器，根據輸入檢測器對輸入電源的檢測來控制功率因數校正單元有 選擇地運行。
3、 如權利要求2所述的功率因數提高設備，其中，如果輸入檢測器檢測 到輸入電源被接收，則控制器控制功率因數校正單元運行。
4、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，其中，輸入電源是AC電壓。
5、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，還包括電源單元，向功率 因數校正單元提供工作電源。
6、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，還包括整流器，對輸入電 源進行整流。
7、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，其中，功率因數校正單元包括第一存儲單元，連接到輸入單元的輸出端； 第二存儲單元，連接到第一存儲單元的輸出端；開關，響應於從外部裝置輸入的開關控制信號來執行用於在第一存儲單 元和第二存儲單元中存儲電能的開關操作。
8、 如權利要求7所述的功率因數提高設備，其中，如果開關控制信號是 第一開關控制信號，則開關執行開關操作，以使由輸入單元接收的輸入電源 的第一電能被存儲在第一存儲單元中；如果開關控制信號是第二開關控制信 號，則開關執行第二開關操作，以通過使用存儲在第一存儲單元中的電能使 得由輸入單元接收的輸入電源的電能存儲在第二存儲單元中。
9、 如權利要求7所述的功率因數提高設備，其中，第一存儲單元是電感 器，第二存儲單元是電容器。
10、 如權利要求7所述的功率因數提高設備，其中，如果傳送到第一存儲單元和第二存儲單元的電流的幅度高於第一存儲單元和第二存儲單元的容 量，則飽和防止單元阻止該電流被傳送到第 一存儲單元和第二存儲單元。
11、 如權利要求1所述的功率因數提高設備，還包括電源轉換器，連 接到功率因數校正單元的輸出端，並將功率因數校正單元的DC輸出電壓轉 換成預定電壓。
12、 一種功率因數提高方法，包括 4妻收l命入電源；校正輸入電源的功率因數；控制功率因數的校正，以使校正的功率因數不超過界限。
13、 如權利要求12所述的功率因數提高方法，其中，控制功率因數的校 正的步驟包括確定是否接收到輸入電源；如果基於上述確定步驟接收到輸入電源，則控制輸入電源的功率因數有 選擇地被校正。
14、 如權利要求13所述的功率因數提高方法，其中，如果輸入電源大於 預定閾值，則確定接收到輸入電源。
15、 如權利要求12所述的功率因數提高方法，其中，輸入電源是AC電壓。
16、 如權利要求15所述的功率因數提高方法，還包括對輸入電源進行整流。
17、 如權利要求12所述的功率因數提高方法，其中，校正功率因數的步 驟包括響應於從第一外部裝置輸入的第一開關控制信號，將輸入電源的第 一電能存儲在第 一存儲單元中。
18、 如權利要求17所述的功率因數提高方法，其中，校正功率因數的步 驟包括響應於從第二外部裝置輸入的第二開關控制信號，通過使用第一存 儲單元中存儲的第 一電能來將第二電能存儲在第二存儲單元中。
19、 如權利要求17所述的功率因數提高方法，其中，第一存儲單元是電 感器。
20、 如權利要求17所述的功率因數提高方法，其中，控制功率因數的校 正的步驟包括控制被傳送到第一存儲單元的電流，以使該電流的幅度不超過第一存儲單元的容量。
21、 一種存儲有用於執行下述方法的程序的計算機可讀記錄介質，所述 方法包括接收輸入電源；校正輸入電源的功率因數；控制功率因數的校正，以使校正的功率不超過界限。
全文摘要
提供了一種防止飽和的功率因數提高方法和設備。提供了一種用於提高輸入電源的功率因數的方法和設備。所述設備包括輸入單元，接收輸入電源；功率因數校正單元，校正施加到輸入單元的輸入電源的功率因數；飽和防止單元，控制功率因數校正單元，以使校正的功率因數不超過設置功率因數界限。
文檔編號G06F1/26GK101295923SQ200810003980
公開日2008年10月29日 申請日期2008年1月23日 優先權日2007年4月26日
發明者李敬根, 李秦衡, 禹元命 申請人:三星電子株式會社