TWI222779B - L-D snubber for different type PFC circuit - Google Patents

Description

1222779 β9 ο . 修正

案號 921140ίΜ_ 五、發明説明（1) 發明所屬之技術領域 尤指適用 本發明係為一種L_D緩衝電路（Snubber 於各種PFC電路之L-D緩衝電路。 先前技術 在不斷電供電系統（UPS)和通信電源系統中，功 數巧正（PFC)電路輸出電壓一般都較高，需要用到 的續流二極體。尤其是不斷電供電系統中，功率因 的輪出常常以正負母線（Bus+、Bus )的形式出現（ 一圖所示的三電位PFC電路，其中％代表輸入電壓， 輸入電感，D丨〜A代表二極體，c + 〜c代表電容，⑽代表餘^ 開關），續流二極體Di〜d2承受的是正負母線電壓之和广J 要=到10 0+0V甚至是12〇〇v電壓額定的二極體。實際運作$ $ :壓的續流二極體反向恢復現象比較嚴重，理論分析和 實驗結果都顯示由二極體反向恢復現象引起的反向恢復損 耗和重$損耗成為整個系統損耗的一個重要來源。要提高 電源系統的效率，一個有效辦法就是抑制續流二極體的反 向恢復現象。 夕抑制PFC電路中續流二極體反向恢復現象的方法很 夕’如採用各種主動式缓衝電路和無損吸收電路來限制續 流二極體的反向恢復現象。一般來說，主動式緩衝電路由 於結構複雜’並不適用於三電位（three〜levei) PFC電

第6頁 ?3 日 案號 92114094 Ί了發明說明（2) 路。

清參閱弟二圖’第二圓係為一且 壓型（Boost) PFC電路架構，通‘過限制^無損吸收電路的升 流和開關電源電壓的變化率，使^ 〜極體反向恢復電 噪音得到了有效抑制。其中，L ^ [電路的開關損耗和EM I 衝電路，而h和匕組成了載止緩s衝電b路1^和^組成了開通緩 開關元件能在零電壓條件下導通， 。這種電路中，主 件下截止。續流二極體也能在零電^且幾乎能在零電流條 採用該無損吸收電路後，系統」，件下換流。 是該電路結構複雜，所需增加的元$率t有明顯改善。但 本要求較高的場合。考慮到只需較多，不適用於對成 象，可以將截止緩衝電路去掉而伸卩二一極體的反向恢復現 就比較困難。因此緩衝電感佶σ t足樣緩衝電感LS的復位 吸收電路的效果。 〜，、此取得很小，影響了無損 職是之故，本發明鑒於習知 發明之意念，發明出本案之『=，75思及改良 衝電路』。 、用於各種PFC電路之L-D緩 發明概述 路，ίΐίΐ提供，種適用於各種PFC電路之L-D緩衝電 電感可以限制PFC電路中螬、士 一搞# 的變化率，你而沾丨c电T、.貝，爪一極體反向恢復電流 衝二極ίρ二： 恢復引起的各種開關損耗，其緩 一和體則為緩衝電感的復位提供能量流通路徑。本案之 第7頁

L-D緩衝電路具有結構簡單的特點，適用於各種pFC電 本發明之第一目的在於提供一種應用於一功率因數校中 路之電感-二極體緩衝電路，包含：一電感；以及一二電 體係與該電感並聯連接組成該電感_二極體緩衝電路了， 中該電感-二極體緩衝電路係與該功率因數校正電路" 主開關元件串聯。〈〜 根據上述之構想，其中該功率因數校正電路係一 壓型（boost )功率因數校正電路。 〜一升 根據上述之構想，其中該功率因數校正電路係__ 電位（three-level )功率因數校正電路。 、·、、、〜三 根據上述之構想，其中該功率因數校正電路 壓型（buck)功率因數校正電路。 ' …〜降 根據上述之構想，其中該功率因數校正電路 升壓型（dua卜boost )功率因數校正電路。 ’、·、、、一雙 本發明之第二目的在於提供一種應用於一功 正電路之電感-二極體緩衝電路，包含：一電感·、因數校 二極體係與該電感並聯連接組成該電感-二極體综以及〜 路，其中該電感-二極體緩衝電路係與該功率=電 路之一續流二極體串聯。 默仅正電 根據上述之構想，其中該功率因數校正電路 壓型（boost)功率因數校正電路。 糸為一升 根據上述之構想，其中該功率因數校正電略 電位（three-level)功率因數校正電路。 糸為—三 根據上述之構想，其中該功率因數校正

双仪兒路係A

1222779 93 q t _U·切 素號 92114094 9¾ ^ 〇 |<? "二—-—--3 月 lg 曰 你 五、發明說明（4) ------ 壓型（buck )功率因數校正電路。 校正電路係為一雙 路。 ’俾得一更深入之 根據上述之構想，其中該功率因數 升壓型（dual-boost)功率因數校正電 本案得！^以下列圖示 瞭解。 實施方式 本發明提出的電感〜二柄姊n、 和一二極體組成，它是由傳統、s緩衝電路由一電感 來。電感可以限制PFC電路中W 〉緩衝電路演變而 變化率，&而減小反向恢復引W/綠體反向恢復電流的 设引起的各種開關損耗。緩衝二 極體則為緩衝電感的復位提供能量流通路徑q_D緩衝一 路省去了傳統RLD緩衝電路中的電阻，具有結構簡單的特 點，非常適用於各種PFC電路中’實驗證明具有較好的效 果，能有效提高PFC電路的效率。 第三圖係為一具有L-D緩衝電路的升壓型pFC電路架 構。在該架構中，L-D緩衝電路與主開關元件9串聯，豆中 L:代表緩衝電路之電感，Ds代表緩衝電路之二極體。L_D緩 衝用於PFC電路時還有一種架構，即將L_D緩衝電路與續流 二極體D串聯，如第四圖所示。傳統升壓型pFC電路只有 個主開關兀件Q和-個續流二極體D，因此不論是跟主開 關元件還是跟續流二極體串聯，效果都一樣，都只需一套 D緩衝電路。纟中’L和C分別代表升壓塑爪電路之電

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LI a 一·— -號 92114094 β 年 3 月 日 修正 了7^¥可說明（5) 感及電容。而對於三電位PFC電路，由於有兩個續流二極 體，若採用後一種連接方式則需兩套L-D緩衝電路。顯然 從節省成本和結構的簡單化方面考慮，L-D緩衝電路應與 主開關元件串聯。 第五圖係為主開關元件串聯L-D緩衝電路時的開關時 序圖。圖中，vQ為主開關元件的驅動脈衝信號，込、iQ、iD 分別為流經P F C抗流圈（c h o k e )、主開關元件和續流二極 體的電流，而iu和iDs分別為流經緩衝電感和緩衝二極體的 電流。下面簡要介紹工作原理： tQ時刻，主開關元件Q開始導通，續流二極體D承受反 壓發生反向恢復現象。PFC choke中的電流和續流二極體D 中的反向恢復電流同時流過主開關元件和緩衝電感，緩衝 電感Ls的存在限制了主開關元件Q和續流二極體D的電流變 化率，因此在一定程度上達到了抑制反向恢復的目的。在 這期間緩衝電感感應上正下負的電壓，緩衝二極體Ds承受 反壓而處於戴止狀態。至t時刻二極體的反向恢復電流達 到最大值。 L時刻以後續流二極體D反向恢復電流開始減小，使得 緩衝電感Ls中的電流有減小的趨勢從而感應出下正上負的 電壓，緩衝二極體Ds承受正壓導通，緩衝電感中儲存的反 向恢復能量通過1^_比回路釋放。在這期間，iu=iDs + iQ，電 流基本呈線性下降趨勢，下降斜率為VDs / Ls，VDs為緩衝 二極體的飽和導通壓降。至t2時刻iu=iQ，緩衝二極體Ds零 電流裁止。

第10頁 1222^79 iM 號 92114094 ?2)年S)月jg曰 修正 五、發明說明（6) t2時刻以後電流通過電#vin、L、Ls和主開關元件Q流 通，電源提供的大部分能量都儲存在PFC choke中，除此 之外還有很小一部分能量儲存到緩衝電感LS中。在這期 間，iL=i〇=iu。 %時刻主開關元件Q載止’ P F C c h 〇 k e中的電流通過二 極體D續流；同時緩衝電感Ls中電流有下降的趨勢，感應出 下正上負的電壓，緩衝二極體Ds承受正電壓而導通續流， 為緩衝電感的復位提供電流流通路徑。在這期間，丨=i ; iu = iDS，其電流基本呈線性下降趨勢，下降斜率為。 至t4時刻，緩衝電感中儲存的能量全部釋放完畢，緩 衝二極體零電流載止，i u = i Ds = 〇 〇 ' t；5時刻，進入另一個開關週期，從此周而復妒。 以上分析的是L-D緩衝電路的理想工作狀/ 況中緩衝電感Ls能夠完全復位。如果 ^ 不是很理想’如緩衝電感過大…衝二電極路的參數= :，則在主開關元㈣載止期㈣不能復 飽和壓：過 元件重新導通時，、緩衝二極體將承受反=至，】來，主開關 復，導致額外的開關損耗。雖然Ds中 泣而產生反向恢 已足以對系統效率產生影響，從 ;？是很大，但 實際效果。 利TL〜D緩衝電路的 實際採用該L-D緩衝電路來抑制續流二 復時，缓衝電感的數值不宜選得過大.一極體的反向恢 選擇通態壓降較高的器件，以加快衝^緩衝二極體宜 巧电感的復位速度。

第11頁 1222779

_案號92114094_?^年3月丨g g 五、發明說明（7) 本發明具有結構簡單，實際效果好的特點·处七你仏& 叮·姑，能方便地應用 在各種PFC電路中。列舉各種不同較佳實施例如下： )第三圖所示的Boost PFC主電路架構是本發明 一個實施例。L-D緩衝電路與主開關元件串聯。 (2)第四圖所示的Boost PFC主電路架構是本 另一個較佳實施例。L-D緩衝電路與續流二極體串聯。07 (3 )第六圖所示的三電位PFC主電路架構是本發明 另一個較佳實施例。L-D緩衝電路可與主開關元件串聯/ 亦可與續流二極體串聯（第六圖（b) ) ^用於該場合 L-D緩衝電路最好與主開關元件串聯（第六圖（a ))，、二 樣只需一個L-D緩衝單元。 ^ (4) 適用於Dual Boost PFC電路中。l — d缓衝電路既 可與主開關元件串聯，亦可與續流二極體串聯。用於該尸 合時建議L-D緩衝電路與輸出單元串聯，如第七圖所示每 這樣只需一個L-D緩衝單元。 (5) 適用於Buck PFC電路中。L-D緩衝電路既可與主 開關元件串聯，亦可與續流二極體串聯。 … 該L-D緩衝電路還適用於各種“〇^、Buck型直流_直流 換器中。L-D緩衝電路既可與主開關元件串聯，亦可蛊择 流二極體牟聯。 、β 綜合上述，本發明可提供一種適用於各種PFC電路之 L-D緩衝電路，其電感可以限制pFC電路中續流二極體 恢復電流的變化率，從而減小反向恢復引起的各種開^ 耗。其緩衝一極體則為緩衝電感的復位提供能量流通路、

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第12頁 1222779 修正 案號 92114094 五、發明說明（8) 徑。本案之L-D緩衝電路具有結構簡單的特點，非常適用 於各種PFC電路中，實驗證明具有較好的效果，能有效提 高PFC電路的效率。故本發明確實具有工業上實用進步之 價值’本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修 飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

第13頁 rn 12227雾: 兔切表j案號92114094 ?3年3月曰 _____________— 修正 •mTi：明 圖示簡單說明 第一圖係典型三電位PFC電路示意圖。 第二圖係習知具有無損吸收電路的升壓型（Boost) PFC電 路示意圖。 第三圖係為本案較佳實施例L-D緩衝電路與主開關元件串 聯之Boost PFC電路示意圖。 第四圖為本案較佳實施例之L-D緩衝電路與續流二極體串 聯之Boost PFC電路示意圖。 第五圖係為本案較佳實施例之主開關元件串聯L-D緩衝電 路時的開關時序示意圖。 第六圖（a)、（b)係為本案較佳實施例之具有L-D緩衝電路 之三電位PFC電路示意圖。 第七圖係為本案較佳實施例之具有L-D緩衝電路之Dual Boost PFC電路示意圖。 圖式符號說明 電容 C、 C +〜C_、Cb、Cs Di〜:二極體 D、 Ds :二極體 L :輸入電感 Ls :緩衝電感 Q :主開關元件

第14頁 122271α π b號92114094_年5)月lg曰 修正 圖式簡單說明 νίη :輸入電壓 SW :雙向韌關 第15頁

Claims (1)

1. 4 /y

   數校正電路之電感-二極體緩衝電 案號 92U40Q4 六、申請專利範圍 1 · 一種應用於一功率因 路，包含： 一電感；以及 衝電：該電感並聯連接組成該電感-二極體緩 正感~二極體緩衝電路係與該功率因數校 正電路之一主開關元件串聯。 2 ·如申請專利範圍第]馆&、+、+ + β φ ^ , φ m Α 弟1項所述之電感—二極體緩衝電路，其 校正電路。 冤路係為一升壓型（boost)功率因數

   3=申請專利範圍以項所述之電m緩衝電路，姜 率因數校正電路係為一三電位（three ievel)功 率因數校正電路。 4士如申叫專利範圍第1項所述之電感-二極體緩衝電路，其 I該功率因數校正電路係為一雙升壓型（dual_boost)功 率因數校正電路。 5· —種應用於一功率因數校正電路之電感—二極體緩衝電 路，包含： 一電感；以及 _ 一二極體係與該電感並聯連接組成該電感—二極體緩 衝電路’其中該電感—二極體緩衝電路係與該功率因數校 正電路之一續流二極體串聯。 6·如申請專利範圍第5項所述之電感—二極體緩衝電路，其 中該功率因數校正電路係為一升壓型（boost )功率因數 校正電路。

   第16頁 1222779

   修正 7·如申請專利範圍第5項所述之電感-二極體緩衝電路，其 中該功率因數校正電路係為〆三電位（three-level)功 率因數校正電路。 ' 降壓型（buck )功率因數校 係 8·如申叫專利範圍第5項所述之電感-二極體緩衝電路，其 中該功率因數校正電 正電路。 項所述之電感-二極體緩衝電路 路係為一雙升壓型（dual-boost 9 ·如申清專利範圍第$ 其中該功率因數校正電 功率因數校正電路。

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