TWI364155B - Three-phase buck-boost power factor correction circuit and controlling method thereof - Google Patents

Description

1364155 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明揭露一種三相升降壓功率因數校正電路 (buck-boost PFC circuit)及其控制方法，尤其是指一種利用 三個獨立的單相三電位（single-phase three-level)升降壓功 率因數校正電路，可用於改善三相升降壓功率因數校正電 路之總譜波失真(total harmonic distortion: THD)與提高其 效率。 【先前技術】 •近二十年來電力電子技術得到了飛速的發展，已廣;乏 應用到電力、化工、通訊等領域。電力電子裝置多數通過 整流器與電力網介面，典型的整流器是由二極體或閘流體 組成的一個非線形電路，在電力網中產生大量電流諧波和 虛功率（reactive power) ’污染了電力網，成為電力公害。 ® 電力電子裝置已成為電力網最主要的諧波源之一。抑制電 • 力電子裝置產生諧波的一種主要方法就是主動式方法，即 設計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、譜 波含量低、功率因數高等特點，即具有功率因數校正功能。 近年來功率因數校正電路得到了很大的發展，成為電力電 子學研究的重要方向之一。 單相功率因數校正技術目前在電路拓撲和控制方面已 曰趨成熟’常用的單相功率因數校正電路是升壓電路(b〇〇st 丄允4155 :♦它有㈣0單，要求的電針擾(EM⑽波器小等 ，點’但是這種架構只㈣應於輸出電壓大於輸入電 二的場合，而對應於寬範圍輸入電壓而言，有時候 f會南於輸出電壓’即需要把輸人電壓降低且保證輸 ^能报好跟蹤輸入電壓從而得到較低的THD。而此時匕的μ 電路無法完成這種功能，所以降壓（buck)架構被用於 = 合，第-圖所示者，即為f知的可應用於較寬範圍輸入^ 壓的單相升降壓(buck-boost)拓撲，其具有二極體Bl-B4與 D1_D2、開關S1-S2、電感L1、輸入電源Vin與輸出電容α 並且輸出一電壓Vo。 此種變換電路工作模式如下： a. v〇 > ^yin 其中v〇為輸出電壓，vin為出入電壓。在這種運行條件 下，輸入電壓Vin與輸出電壓Vo的波形圖如第二圖所示，輸 出電壓始終高於輸入電壓，故變換器必須運行在b〇〇st模式 下，開關S1開通，二極體!^關斷，此種情況下變換器就是 傳統的Boost PFC電路。 b. vo <4ivin 從第三圖很容易發現’當輸出電壓V〇小於輸入電壓 Vin峰值時，變換器運行在b〇〇st工作模式。在區間 到π +«之間，輸出電壓大於輸入電壓，S1常通，⑴常 關，變換器工作在b00St模式，在區間《到冗〜之間，輸出電 壓小於輸入電壓，S2常關，D2常通，變換器工作在⑹仏模 式0 8 1364155 這種線路只合適于單相輸入情況，在某些場合我們需 要用到三相輸入電壓，因此這種單相線路滿足不了系統要 求。而在三相輸入電壓應用場合，已經有很多其他的一些 • 傳統方法用於減小輸入電流的總諧波失真（THD)。比較常用 . 的一種方法如第四圖所示。其包含二極體D1-D14，電容 CO，C1-C3，開關 S1-S4，電感 L1-L5 與交流電源 Vil-Vi3。 而第四圖的拓撲可以分成2部分：前面部分是輸入 ‘ BUCK部分（降壓輸入級），後面是輸出BOOST部分（升壓輸 • 出級）。這種PFC電路可對三相三線制進行整流，結構簡 單，元器件較少。但是也有其缺點：由於三相三線制系統 的中點是由三相交流輸出電源通過三個電容連接構造而 成，並非絕對零電位點，而在三相三線制情況下三相輸入 互相耦合，所以三相輸入電流控制較難且THD較高。由於 電流流過的元器件數量比較多從而導致這種拓撲的效率較 低。特別是由於三相輸入是電耦合的，這種系統沒有用變 壓器隔離的話難以並聯，如果並聯會造成其中一相的電流 • 倒流到另一相的情況，進而造成各相線路電流不均情況， 很難做成高可靠的冗餘系統。 職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良 發明之意念，終能發明出本案之「三相升降壓功率因數校 正電路及其控制方法」。 【發明内容】 本案之主要目的在於提供一種三相升降壓功率因數校 1364155 2電路及其控制方法，其係期三_ 降塵功率㈣校正電路來組成，由於 ^ ―電位升 塑=與該第三早相升降壓功率因數校正電路互不影 i校的運作；可用於改善三相升㈣功率因 數校正電路之總諧波失真與提高其效 ，三相升降㈣率隨校正電路相對地具有 、θ = t:!件數量、提高元器件利用率，同時也提高了；統： 制，易於膏…具有每相電流單獨控 易於實現並聯糸統’以及與PFC^ dc/dc的集成，且 特別適用於不斷電系統（UPS)等優點。 心本案之又一主要目的在於提供一種三相升降壓功率因 %c正電路’包含—第―單相升降壓功率因數校正電路， ;收一三相電壓之-第-相電壓，且具-第-輸出端、一 :點：：第二輸出端，用以輸出一第一與一第二輸出電 ’-第一早相升降壓功率因數校正電路，接收該三相電 =之-第二相電壓’且輕合於該第一輸出端、該中點與該 第ΐ輸出端’一第三單相升降壓功率因數校正電路，接收 =二相電壓之一第三相電壓，且轉合於該第一輸出端、該 2與該第二輸出端’一第—輸出電容，輕合於該第一輸 端與4中點’-第二輸出電容’輕合於該中點與該第二 輸出端，以及一中線，耦合於該中點。 根據上述之構想，該第一相電壓、該第二相電壓與該 第三相電壓，分別為一 A相電壓、一 B相電壓|一 c相雷 壓’且該第-與該第二輸出電壓分別具有—正電壓值與一 1364155 負電壓值。 根據上述之構想’該第一至該第三單相升降壓功率因 數校正電路之每一均為一單相三電位升降壓功率因數校正 電路，且該單相三電位升降壓功率因數校正電路更包括一 第一至一第六二極體，每一該二極體具有一陽極與一陰 極，其中該第一與該第二二極體用於整流，該第一二極體 之該陽極耦合於該第二二極體之該陰極，且該第四二極體 之該陰極耦合於該第三二極體之該陽極，一第一至一第四 開關，每一該開關具有一第一端與一第二端，其中該第一 開關之該第-端搞合於該第三二極體之該陰極，該第一開 關，該第二端麵合於該第一二極體之該陰極，該第二開關 ▲ /第於4第二二極體之該陽極，該第二開關之 於該第四二極體之該陽極，該第三開關之該 s於該第四二極體之該陰極 :糕人二於第五二極體之該陽極，該第四開關之該第一 耦合：兮：第六—極體之該陰極，該第四開關之該第二端 V Γ第二開關之該第一端，該第五二極體之該陰極耦 :::第且=端’該第六二極體之該陽極耦合於該第二 第-至—第ϋ㉘合於該第三開關之該第—端，以及-ί中;第電電二感具有一第一與-第二端， 極，該第-電i之^合於該第三二極體之該陰 極，且該第：電感 _之騎 弟一知耦合於該第四開關之該第一 ^05 蠕。 很像上述之構想 體(thyristor)與一第一與一第二電池，其中每一該間流體且^ -陽極與一陰極，每一該電池具一正極與一負極，該中線 ’、第★端與一第二端，該中線之該第二端耦合於該中 點該第一至該第三閘流體之該陽極均耦合於該第一電池 =正極，該第—至該第三閘流體之該陰極分職合於該 f 一至該第三單相升降㈣率因數校正電路之該第一二極 f之該陰極，該第二電池之該正極輕合於該第—電池之該 =極’該第四至該第六閘流體之該陰極㈣合於該第二電 二該第四至該第六間流體之該陽極分勒合於 μ第二至料_單相升_功㈣數校正電路之該二 Ϊ體:該陽極，且該第二電池之該正端麵合於該中線之ί 數;雷牧下纟要目的在於提供一種三相升降壓功率因 中點盘一二山4一相電壓，且具-第-輸出端、- 〒二輸出端，一第—至—第四閘流 %極與-陰極，其中該第一 ；體具 體之該陰極、該第三開、之騎極、該第二閘流 陰極均用以接收該第二:電以與;;第四間流體之該 °亥第一閘流體之該陰極與 數校正電路:接= 第二輸出端，一第於f第一輸出端、該中點與該

12 1^04155 2第-開流體之該陽極_合於該第—單相升降塵功率因數 =電路’且該第三閘流體之該陰極與該第四閘流體之該 除極亦輕合於該第二單相升降麗功率因數校正電路，一第 =出電容，搞合於該第一輸出端與該中點，一第二輸出 二二輕合於該中點與該第二輸出端，以及一中線，合 於该中點。 根據上述之構想’該第一與該第二單相升降麼功率因 雷=正電路ΐ每Γ均為一單相三電位升降壓功率因數校正 裳―’且該單相三電位升降壓功率因數校正電路更包括一 第六二極體，每一該二極體具有-陽極與-陰 之^中該第—與該第二二極體用於整流，該第-二極體 體之該陰極’且該第四二極體 門=\ °於4第二二極體之該陽極，-第—至-第四 =之：:：：關具有一第一端與-第二端，其中該第-關之該：二《^耦合於該第三二極體之該陰極，該第-開 之該第；二第一二極體之該陰極’該第二開關 該第二端輕合二=二=體之該陽極，該第二開關之 四:r之該陰極’該第三開關之該 二端輕合於該第陰極，該第四開關之該第 _合於該第一一端，該第五二極體之該陰 第二輸出端，二=:第六二極體之該陽_合於該 〆中點耦合於該第三開關之該第一端，以

13 1364155 及-第-至-第二電感，每一該電感具有一第一 感之該第—仙合於該第三二極體之ί 端，該第二電感之該第-端輕合於該第四第, ::且該第二電感之該第二端福合於該第四開關之該r

很艨上述之構想，『电峪更包括1_主 電容’其中每一該輸入電容與該中線均具一第一端：二 線之該第二端輕合於該令點，該第-輸入電容 以第一端接收該第一相電壓，該第—輸入電容之嗲 端輕合於該中線之該第—端，該第二輸人電容之該第 第二相電壓，該第二輸入電容之該第二端耦合於該 钱第二端，該第三輪入電容之該第-端接 二相電壓’且該第三輸人電容之該第二端輕合於該 第二輸入電容之該第二端。 籲根據上述之構想，該電路更包括-第五至-第八閘流 ，及第:與-第二電池，其中每一該閉流體具一陽極與 _ 陰極母5亥電池具一正極與一負極，該中線具一第一 •端與=第二端，該中線之該第二端耦合於該中點，該第五 至該第六閘流體之該陽極均搞合於該第一電池之該正極， 該第五與該第六閘流體之該陰極分別輕合於該第一與該第 二單相，降壓功率因數校正電路之該第一二極體之該陰 極，該第二電池之該正極耦合於該第一電池之該負極，該 第七與該第八閘流體之該陰極均耦合於該第二電池之該負 \ 3 > 14 1364155 極，該第七與該第八閘流妒 該第-單相升降壓功率因數校合於=二與 陽極本=二電池之該正端輕合於該中線之:第： == 控制方法，其中該電路包括-第-單 電屢，具一第一榦㈣ Λ接收一二相·之一第一相 該中線糕人”:、一第二輸出端與-中線， 二中線輕合於該中點，用以輸出—第—與

垄，且該方法包含下列之步驟·舍詨 'J 週之一幅值小於該第/ ^、堅的正半 相升降壓功率因數校正電==值=使該第-單 :輸出電壓的該幅值；當該第—相電壓的―正^^該工 =於該第—輸出電壓之_幅值時，使該第—單相升降廢田 壓正:路進行一降麈’俾據以輸出該第一輸出電 第二’备該第一相電壓的一負半週之一幅值小於該 校心路’使該第一單相升降壓功率因數 值；以及當該第—壓的職 電路= 使該第一單相升降壓功率因數校正 電路進仃-降壓’俾據以輸出該第二輸出電壓的該幅值。 包括3上述之構想’該三相升降壓功率因數校正電路更 壓之一早相升降壓功率因數校正電路，接收該三相電 :一相電壓，且耦合於該第一輸出端、該中點、該 勒出&與該中線’用以輸出該第一與該第二輸出電

15 且該方法更包含下敎步驟：當 半週之一幅值小於該第— Μ 相電壓的一正 單相升降•功率因數校51 1之一幅值時’使該第二 第-輸出電屢的該中^·i進行一升愿，俾據以輸出該 幅值大於該第:輪出 電壓的一正半週之- 壓功率因數校正電路進行一降^值I虛使該第二單相升降 電壓的該幅值;當該第二相電壓=該第-輸出 該第二輸出電壓之一幅值：負亡週：-幅值小於 =電路進行一升壓，俾據相== 正電路進行-降壓，㈣、:第―早相升降麗功率因數校 本宰之次u q出該第二輸出電㈣該幅值。 電路包的= 容，呈—第-雷心山〃第一電壓輸出端’-第二電 連接中、點二: 且串聯電連接該第-電容於- 分別接受—三相交接於該連接中點，m變換器， 的-直、、*雷# :雨入屢，並輪出具有一設定電塵值 一缘值電壓值小於該三相交流輸入電壓的 器包括一整气严爾流輸出端，其中每-pfc變換 通過該第楚流該三相交流輸入電愿，並分別 第二整、4 /第一整流輸出端輸出一第-整流電壓和- ，一第一升降壓電路，輕合於該第一整流輸 ==:=第:整流電壓，並輸出_ 電谷的該第一電壓輸出端，以及一第二- 16 V Λ 1364155 降壓電路，耦合於該第二整流輸出端和該中線，用於調節 該第二整流電壓，並輸出該設定電壓值到該第二電容的第 二電壓輸出端。 根據上述之構想，該三相升降壓功率因數校正電路更 包括一電池裝置，其中每一整流橋包括一可控開關，而該 電池裝置透過相應的可控開關連接到每一整流橋，且在該 三相交流輸入電壓不正常時提供一電能。 本案之下一主要目的在於提供一種三相功率因數校正 電路，包含一第一電容，具一第一電壓輸出端，一第二電 容，具一第二電壓輸出端，且串聯電連接該第一電容於一 連接中點，一中線，電連接於該連接中點，一第一和一第 二PFC變換器，分別連接到一第一相和一第二相交流輸入 電壓，並分別輸出一設定電壓到該第一與該第二電容，一 第一和一第二整流輸出端，其中每一 PFC變換器包括一整 流橋，分別用於整流該第一與該第二交流輸入電壓，並分 別通過該第一和該第二整流輸出端輸出一第一整流電壓和 一第二整流電壓，一第一升降壓電路，耦合於該第一整流 輸出端和該中線，用於調節該第一整流電壓並輸出該設定 電壓值到該第一電容的該第一電壓輸出端，以及一第二升 降壓電路，耦合於該第二整流輸出端和該中線，調節該第 二整流電壓，並輸出該設定電壓值到該第二電容的該第二 電壓輸出端，其中該第一和該第二PFC變換器的每一整流 橋包括至少一可控整流開關，一第三相交流輸入電壓通過 相應的可控整流開關連接到該第一和該第二PFC變換器。 17 1364155 為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明 如下： 【實施方式】 - 為了克服傳統二相二線制Buck+Boost PFC的缺點， 本發明提出了一種利用三個獨立的單相 三電位 Buck-Boost PFC電路結合起來控制三相輸入電流的三相四線制（輸入 • 電源包括一個天然的中點)Buck+Boost PFC電路，如第五圖 所示，其具有二極體 Bal-Ba2，Bbl-Bb2，Bcl-Bc2， Dal-Da2，Dbl-Db2，Dcl-Dc2，Da3-Da4，Db3-Db4， Dc3-Dc4，開關 Sal-Sa4，Sbl-Sb4，Scl-Sc4，電感 Lal-La2， Lbl-Lb2，Lcl-Lc2與電容C1-C2以及一中線N，使電源的 中點連接於PFC电路的中點（neutral point)，該PFC電路的 中點為該電容C1-C2之連接節點。且該三相四線制 Buck+Boost PFC電路接收一三相輸入電壓，其具有一第一 籲相電壓Va、一第二相電壓Vb與一第三相電壓Vc，並產生 一第一輸出電壓+ Vo與一第二輸出電壓- Vo。 這種電路由於中線的存在使得三個單相buck-boost PFC電路互不影響，相互獨立的，即A，B,C三相電壓可通 過三個模組獨立運行。因此控制方法比較簡單，電路的THD 可以做到滿意的效果，效率也能做的相對較高。由於介面 匯流排（bus)電容中間點電位固定，因此也易於做到幾個模 組的並聯控制。其具體工作原理見如下分析： 18 1364155 第六圖所示為一習知之三相輸入電壓的波形，這裏假 定輸出電壓Vo之幅值正好是輸入電壓Vin之峰值的一半。 我們把上圖分為12個區間：- 2π 5π *3 ό" 1\π 5π η π Ίπ Ίπ 4π ~6 Τ 6 6 3π -_ -〜-- 2 :、π η η 2π ~ ---- --- 1 3 2 2 3 3π 5π 5π 11π _ I — 、 _ 6~ 6 2π。下面先對第一個區間的工作原理進行詳細地分析 (1) 0〜冬工作區

在第一工作區的工作模式見第七圖。Α相電麗在第一 φ 區間大於零且幅值小於輸出電壓，所以Bal導通，A相電 壓進入boost模式’ Sal開通，Dal關斷，Sa3對a相電壓 進行截波，Lai用於A相電壓的充放電。當Sa3開通時，A 相電流通過Va-> Bal->Sal->Lal->Sa3->N支路對Lai進行 充電。當Sa3斷開時’ A相電流通過 Va->Bal_>Sal->Lal->Da3->Cl->N 支路對電容 ci 進行充 電。C相電壓在第一區間大於零且幅值大於輸出電壓，所 以BC1導通，C相電壓進入buck模式，Sc3關斷，Dc3開 鲁通’ Scl對C相電壓進行截波’ Lcl用於c相電壓的充放 電。當 Scl 開通時，C 相電流通過 - Vc->Bcl->Scl->Lcl->Dc3->Cl->N 支路對 Lcl 進行充電。 , 當Scl斷開時，C相電流流過Dcl->Lcl->Dc3->Cl->N支 路，Lcl釋放能量。而在區間1内B相電壓小於零，且幅 值大於輸出電壓；所以可知B相電流是BUCK模式，Bb2 導通；當 Sb2 開通時 B 相電流通過 N->C2->Db4_>Lb2->Sb2->Bb2->Vb 對 Lb2 進行充電，當 Sb2 關斷時B相電流通過C2->Db4->Lb2->Db2支路，Lb2釋放 1364155 能量。 其餘各個區間的工作原理同區間一，故在此不再詳細 說明。 通過上面分析可知：本發明可以對三相輪入電壓進行 整流，且整個電路在buck模式時或者boost模式時只有一 個開關作開關切換，相對現有技術大幅減小了開關損耗。 而且由於輸出電壓比傳統輸出電壓較低所以開關上的電壓 應力要求較低，可以選用較低規格的電子器件，同時電壓 應力要求低的開關導通導通電阻較小最終能獲得整體運行 的效率的極大提高’和較低的輸入電流THD。這種電路由 於中線的存在使得三個單相Buck-Boost PFC電路互不影 響，相互獨立，故其控制方法相對較簡單。 (2)本發明的一種改進 但是上述第五圖所提出之電路也難免有其缺點：亦即 元器件的利用率低。以A相為例，當A相電壓為正時Sa2， Da2，Sa4與Da4沒有利用到，而當A相電壓為負時Sal， Dal，Sa3與Da3沒有利用到。而且這種電路由三個單相 Buck-Boost PFC電路組成，所以使用的元器件數量比較 多，系統成本較高，系統功率密度較低。 為提高元件的利用率以及降低系統的元器件數量和成 本，本發明進一步提出了 一種新的三相Buck-Boost PFC電 路，如第八圖所示： 從第八圖中我們可以看出三相輸入電壓由二個單相 Buck_Boost PFC 模組來轉換。D1A、D2A、D1C、D2C 為 20 1364155 二極體，其中D1A、D2A用於A相電流整流，D1C、D2C 用於C相電流整流。DIB、D2B、D3B、D4B為閘流體， 用於 B 相電流的整流。Sll、S12、S13、S14、S21、S22、 S23、S24為功率開關，根據所需的責任比（duty rati〇)進行 截波，使系統輸出所需的電壓。在這種集成的電路中，閘 流體做到整流功能也達到開關的功能。具體工作原理見下 面分析： (1) 〇〜三工作區 6 在第一工作區的工作模式1，見第九圖所示。A相電 壓在第一區間大於零且幅值小於輸出電壓，所以D1A導 通’ A相電壓進入boost模式，S11開通，D11關斷，S13 對A相電壓進行截波，L11用於A相電壓的沖放電。當S13 開通時’ A相電流通過Va->D1A->S11->L11->S13->N支路 對L11進行充電。當S13斷開時，A相電流通過

Va->D1A->L11->D13->C1->N 支路對電容 C1 進行充電。C 相電壓在第一區間大於零且幅值大於輸出電壓，所以D1C 導通’ C相電壓進入buck模式，S23關斷，D23開通，S21 對C相電壓進行截波’L21用於C相電壓的充放電。當S21 開通時 ’ C 相電流通過 Vc->D1C->S21->L21->D23->C1->N 支路對L21進行充電。當S21斷開時，C相電流流過 D21->L21-〉D23->C1->N支路與L21釋放能量。而在區間1 内B相電壓小於零且幅值大於輸出電壓，所以可知b相電 流是BUCK模式，且通過上面分析可知S12和S22對A相 和C相電壓不起作用，所以我們可以用S12和S22對B相 21 1364155 電流進行BUCK模式控制，此時S14與S24關斷，D23與 D24導通。L12和L22用於B相電壓的充放電。特別需要 說明的是在這個區間内，我們可以只用S12對B相電屋進 . 行截波，此時D2B導通，D4B關斷，當S12開通時B相電 . 流通過 N->C2->D14->L12->S12->D2B->Vb 對 L12 進行充 電，當S12關斷時B相電流通過C2->D14->L12->D12支 路，L12釋放能量。也可以只用S22對B相電壓進行截波。 此時D4B導通，D2B關斷。當S22開通時，B相電流通過 • N->C2_>D24->L22->S22->D4B->Vb 對 L22 進行沖能。當 S4關斷時，B相電流通過C2->D24->L22->D22支路與L12 釋放能量。也可以用S12和S22共同作用對B相電流進行 截波，此時閘流體D2B和D4B都導通，B相電流分二個支 路流。 其餘各個區間的工作原理同區間一，這裏不做詳細說 明’每個區間變換器的工作模式簡化拓撲見下面所示： 工作區 同理，在第二工作區的工作模式2見第十圖所示。 (3) f〜|工作區 處於第三工作區的工作模式3，則如第十一圖所示。 (4) f〜苧工作區 而在第四工作區的工作模式4，則如第十二圖所示。 (5) 字〜字作區 在第五工作區的工作模式5,顯示於第十三圖。 ⑹— π工作區 22 1364155 同樣地’在第六工作區的工作指 (7)π〜与工作區 、式6見第十四圖所示 而後，在第七工作區的工作模式7 (8)字〜与X作區 如第十五圖所 不 六圖所示 抑=的工作模式8，是如第十 位的工作模式9 ’係為第 (10) 十七圖所示 其第十工作區的工作模式10, (11)字〜工作區 正如第十八圖所 不 2;r 作區 一；^區的工作模式U，其為第十九圖所示 有關第十二工作區的工作模式12，則如第二十圖所示。 根據以上分析可以看出本發明具有以下特點： 1.具有三相BUCk_B〇0stPFC功能，低THD，高效率。 • 2.改進後❸BuCk_B〇〇St PFC t路只利用二個單相

Buck-Boost PFC電路，可對三相輸入電麗整流，從而大大 ’減少了系統元器件的數量，提高了元器件的利用率，同時 '也提高了系統的功率密度，降低了系統的成本。 3. 母相電流單獨控制，易於實現並聯系統。 4. 易於實現PFC和DC/DC的集成，特別適用於不斷電 系統(UPS)的場合，詳見下列所述之實施例。 本發明之第三至第六較佳實施例敘述如後： (1 )則面對該電路的分析均以第八圖所示的電路為 23 1364155 例’而第八圖中三相交流電壓源為三相四線式。而在實際 應用中假如三相交流電_為三相三線’則可以在輸入端 用三個Y型接法的電容C3_C5來構造浮動中點，從而把三 ίΐ、!！成三相四線，如第二十一圖所示，這裏的n就是 構以來的中點，這屬於本專利之第三較佳實施例的範圍。

(2)在輸人㈣斷電時’我們需要用電池繼續給系統 供電保證钱正常運行’第二十二圖即為兩組電池Bii與 Bl2通過六個閘流體跡D6I和—條中線n連接到三個單 相三電位升降壓功率因數校正電路的模組，而由兩組電池 B^Bl2分別給三相四線模組的正負半周供電這屬於本 專利之第四較佳實施例的範圍。 (3 )第二十 圖即為兩組電池通過四個閘流體 D1I-D2I與D4I-D5I和-條巾線N連接到兩個單相三電位 降壓功率因數校正電路的模組，由兩組電池抓與Μ分別 給二相四線模組的正負半周供電，這屬於本專利 佳實施例的範圍。 三圖所示之幾種拓撲 因此，以上第二十一圖至第二十 亦屬於本專利較佳實施例的範圍。 际上㈣，本發明揭露了一種三相升降壓功率_ 正電路及其㈣方法，錢_三_立的單相三電約 降壓功率因數校正電路來組成，由於具有—中線，故 -、該第二與該第三單相升降心力率因數校正電路互 響1此相互獨立的運作；可用於改善三相升降壓^ 數校正電路之總敎失真與提高其效率，故本發明所提你 24 1364155 之三相升降壓功率因數校正電路相對地具有效率較高、減 少元器件數量、提高元器件利用率，同時也提高了系統的 功率密度，且降低了系統的成本；另具有每相電流單獨控 . 制，易於實現並聯系統，以及與PFC和DC/DC的集成，且 . 特別適用於不斷電系統（UPS)等優點；因而確實有其進步性 與新穎性。 是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由 ' 熟悉本技藝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。 【圖式簡單說明】 第一圖：其係顯示一習知之單相升降壓功率因數校正電路 的電路圖； 第二圖：其係顯示在升壓運行模式下一習知之輸入與輸出 電壓之波形圖； 第三圖：其係顯示在升壓與降壓運行模式下一習知之输入 • 與輸出電壓之波形圖；； 第四圖：其係顯示一習知之三相三線升降壓功率因數校正 電路的電路圖； ' 第五圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例的 三相四線升降壓功率因數校正電路的電路圖； 第六圖：其係顯示一習知之三相輸入電壓的波形圖； 第七圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例的 三相四線升降壓功率因數校正電路的工作模式1的電路 25

Claims (1)

1364155 十、申請專利範圍·· 1.-:三相升降壓功率因數校正電路，包含. 一第一單相升㈣功率因數校正電路· 第-相電塵’且具一第一輸出端二相電塵 出端，用以輸出一第一與一第二輪出電壓中點與-第二輸 Φ 之一-第第二相單電相H力率因數校正電路，接收該三相錢 二輸出:電一合於該第-輸出端、該中點與該第 之;第第广相單電相力率因數校咖 二輸t峨，且衫於該第—輸出端、該中點與該第 n 出電容，輕合於該第-輪出端與該中點； 合於該中點與該第二輸出端;以及 肀線’耦合於該中點。 申？專利範圍第1項所述之電路，其中該第-相電壓、 相1；：相電壓與該第三相電壓，分別為-A相電M、一 B 電C相電壓，且該第一與該第二 有一正電壓值與一負電壓值。 刀別八 專利範圍第1項所述之電路，其中該第-至該第 :早相升降麼功率因數校正電路之每一均為一單相三電位 :降=因數校正電路，且該單相三電位 數杈正電路更包括： 干口 極體具有一陽極與 用於整流，該第 一二 第至一第六二極體，每一該二 一陰極，其中該第一與該第二二極 27 二 3之該陽極柄合於該第二二極體之該陰極 極體=該陰_合於該第三二極體之該陽極； :第-至-第四開關，每一該開關具有 第二端，其中該第—„μ^挪興 ，該陰極’該第-開關之該第二端耗合於該第 =極’該第二開關之該第-端耦合於該第二二極體之該 極，ΐΪ第二開關之該第二輪合於該第四二極體之該陽 極在第二開關之該第一端耦人 極H #二極體之該陰 Ί開關之該第二端輕合於該第五二極體之 二=四開關之該第一端耦合於該該第六二極體之該陰 端，關之該第二端輕合於該第三開關之該第— -X第五—極體之該陰極耗合於該第—輸出端，該第六 該陽極輕合於該第二輸出端，且該中._合於該 弟二開關之該第一端；以及 一山第一至一第二電感，每一該電感具有一第一與一第 端-中4第-電感之該第—端輕合於該第三二極體之 電感之該第二職合於該第三開關之該第 一知’該第二電感之該第-端麵合於該第四二 極’且該第二電感之該第二端輕合於該第四開關之該第2 端0 4.如申請專利範圍第3項所述之電路更包括一第一至 六閘流體(thyristor)與一第一與一第二電池，其中每一 流體具-陽極與-陰極，每—該電池具—I ^ 該中線具一第一端與一第二端，該中線之該第I端5於 28 1364155 该中點’該第-至該第三間流體之該陽極軸合於該第一 電池，該正極，該第—至該第三㈣體之該陰極分別輕合 於該第-至該第三單相升降壓功率因數校正電路之該第一 二極體之該陰極’該第二電池之該正_合於該第一電池 之:亥負極’ 4第四至該第六㈣體之該陰；^均#合於兮第 :電池之該負極，該第四至該第六間流體之該陽極分二 a於该第三至該第—單相升M功率因數校正電路之該第 ==叙歸極，且鮮二電池线正㈣合於該切 之該第一端。

5.一種三相升降壓功率因數校正電路，包含： 一-第-單相升降壓功率因數校正電路，接收—三相電愿 Li第且具一第一輸出端、一中點與-第二輸 而用以輸出一第一與一第二輸出電壓； 一第二單相升降壓功率因數校正電路， -第三相錢，絲合於該第—輸出端 二輸出端； 接收該三相電塵 、該中點與該第 至一第四閘流體(thyristor)，每一該閘流體具一陽 炻祕田、該第三閘流體之該陽極與該第四閘流體之該险 勺用以接收該第二相電壓，該第一閘流體之魏；St;:;陽=於該第-單相升降“ m人第該陰極與該第四閘流體之該陽 亦輕3於該第二單相升降壓功率因數校正電路 ^ 一第 極盎一险朽甘太 .....…咏⑺流體具一 之該陰極一 之騎極、该第二間流 體 輸出電容，耦合於該第一輸出端與該中 點

29 丄364155 一第二輸出電容，耦合於該中點與該第二輪出端；以及 —中線，輕合於該中點。 6一t申請專利範㈣5項所述之電路，其中該第-與該苐 一單相升㈣功率因數校正電路之每-均為-單相三電位 f降壓功率因數校正電路’且該單相三電位升降壓：率因 數校正電路更包括： 一险一第一至一第六二極體’每-該二極體具有-陽極與 *極，其中該第一與該第二二極體用於整流，該第一二 極體之該陽極輕合於該第二二極體之該陰極，且該x第四: 極體之該陰軸合於該第三二極體之該陽極； 第至一第四開關，每一該開關具有一第一端盥一 其中該第—開狀該第—職合於該第三二極體 节H，ιί第—開關之該第二仙合於該第—二極體之 :〃第一開關之該第一端耦合於該第二二極體之該 極第二開關之該第二端輕合於該第四二極體之該陽 極，該第—端轉合於該該第四二極體之該陰 二:_關之該第—料合於該該第六二極體之該陰 端，;=二之該第二端輕合於該第三開關之該第-二極體之5亥陰極轉合於該第一輸出端，該第六 第三開關之該第一端；以及 /中點耦口於该 ，一至一第二電感’每一該電感 二端’其中該第-電感之該第一 _合於該第:二極J

30 1364155 該=極，該第一電感之該第二端輕合於該第三開關之該第 -端’該第二電感之該第—端搞合於該第四二極體之 極，且該第二電感之該第二端輕合於該第四開關之該。第一 端。 7. 如申請專利範圍帛5項所述之電路更包括—第一至一第 三輸入電容，其中每-該輸入電容與該中線均且一第 與-第二端，該中線之該第二端耗合於該中點，該第 ^電容之該第-端接收該第—相電壓，該第—輸入電容^ 該第二端柄合於該中線之該第一端，該第二輸入電容之該 電壓，該第二輪入電容之該第二端輕 〇於_-輸人電谷之該第二端，該第三輸人電容之 二端接收該第三相電壓，且該第三輸人電容之該第二端、 &於該第二輸入電容之該第二端。 8. 如申請專利範圍帛5項所述之電路更包括—第五至 八閘流體(thydstor)及-第—與—第二電池，其巾每― 流體具一陽極與-陰極，每-該電池具-正極與一負：： tt線具一第一端與一第二端’該中線之該第二端耦入於 =中點，該第五至該第六閘流體之該陽^ 電池之該正極，該第五歸ρ Η⑲ n亥第— 於該第一盥兮楚_…4^ /、f机體之該陰極分別耦合 二靜η — 降壓功率因數校正電路之該第- Γ兮，該第二電池之該正_合於該第-電、也 二電池之該負極，該第二合陶 合於該第二盘該第一單柏體之她分m 〃 /第早相升降壓功率因數校正電路之該第 31 j〇4155 —一極體之該陽極，且該第—雷％ + ^ 之該第一端。 第-電池之該正端相合於該t線 9.-種用於—三相升降屢功率 其中該電路包括-第一單相井諸λ玄電路的控制方法， 收-三相電壓之一 祕功率因數校正電路，接 电至之第一相電壓，具一第一輪Ψ硿丄钱 -第二輸出端與一中線，該中線 由 中點、 第該方法包含下列之步驟： 電昼：':Γ 正半週之一幅值小於該第—輸出 ::=:使:第一單相升，力率因數校正^ 皁據以輸“第—輸出電壓的該幅值； 電壓Γί:蝴的一正半週之—幅值大於該第-輸出 進行使該第一單相升降壓功率因數校正電路 降，俾據以輸出該第一輸出電壓的該幅值. 電-相電屢的一負半週之—幅值小於該第二輸出 進，一弁Γ田值時’使該第一單相升降壓功率因數校正電路 丁二升益，俾據以輸出該第二輸出電壓的該幅值；以及 電塵㈣一負半週之—幅值大於該第二輪出 進時’使該第一單相升降壓功率因數校正電路 仃降堅’俾據以輸出該第二輸出電壓的該幅值。 功ί申料利範圍第9項所述之方法，其中該三相升降壓 2因數校，電路更包括一第二單相升降廢功率因數校正 於Ψ山接收相電壓之—第二相電壓，且麵合於該第一 二端a中點、該第二輸出端與該中線，用以輸出該第 '該第二輸出電壓，a該方法更包含下列之步驟： 32 (S > 當該第二相電壓的〜 電壓之-幅值時，使㈣+週之一幅值小於該第-輸出 進行-升屢，俾據時:c功率因數校正電路 當該第二相電a丰:輸出電壓的該幅值; 電屋之—幅值時，使ί週之一幅值大於該第一輸出 進行-降I，俾攄以么—早相升降屋功率因數校正電路 巧至㈣以輸出該第 當該第二相電壓的一 、μ田， 電®之-幅值時’你料負ί之一幅值小於該第二輸出 進行一升壓值媸第二單相升降壓功率因數校正電路 4;，該第二輸出電細幅值;以及 田5亥第二相電壓的一备 電壓之一柄伯吐貝千週之一幅值大於該第二輸出 進行I _料二單相升降壓功率因數校正電路 俾據以輸出該第二輸出電壓的該幅值。 種二相功率因數校正電路，包含： 一第一電容，具-第-電壓輪出端； 二第二電容，具-第二電壓輸 容於-連接中點； 中線，電連接於該連接中點； 二PFC變換器，分別接受一二丄 出具有一机定雷心“ —相父流輸入電壓，並輸 有°又疋電壓值的一直流電壓，誃芎宗雷颅# , 二相交流輸入電壓的一峰值； ^ ^ ’、於邊 其中每-PFC變換器包括一整流橋，用於 ΓΓ=雷Γ別通過一第—和—第二整流輪心 出—第一整流電壓和一第二整流電壓； ，珣 一第-升降壓電路’搞合於該第—整流輪出端和該中 33 1364155 線，用於調節該第一整流電壓，並輸出該設定電壓值到該 第一電容的該第一電壓輸出端；以及 一第二升降壓電路，耦合於該第二整流輸出端和該中 • 線，用於調節該第二整流電壓，並輸出該設定電壓值到該 . 第二電容的第二電壓輸出端。 12. 如申請專利範圍第11項所述之電路更包括一電池裝 置，其中每一整流橋包括一可控開關，而該電池裝置透過 相應的可控開關連接到每一整流橋，且在該三相交流輸入 • 電壓不正常時提供一電能。 13. —種三相功率因數校正電路，包含： 一第一電容，具一第一電壓輸出端； 一第二電容，具一第二電壓輸出端，且串聯電連接該 第一電容於一連接中點； 一中線，電連接於該連接中點； 一第一和一第二PFC變換器，分別連接到一第一相和 一第二相交流輸入電壓，並分別輸出一設定電壓到該第一 ♦與該第二電容； 其中每一 PFC變換器包括一整流橋，分別用於整流該 第一與該第二交流輸入電壓，並分別通過該整流橋的第一 " 和第二整流輸出端輸出一第一整流電壓和一第二整流電 壓； 一第一升降壓電路，耦合於該第一整流輸出端和該中 線，用於調節該第一整流電壓並輸出該設定電壓值到該第 一電容的該第一電壓輸出端；以及 34 1364155 一第二升降壓電路，耦合於該第二整流輸出端和該中 線，調節該第二整流電壓，並輸出該設定電壓值到該第二 電容的該第二電壓輸出端， 其中該第一和該第二PFC變換器的每一整流橋包括至 少一可控整流開關，一第三相交流輸入電壓通過相應的可 控整流開關連接到該第一和該第二PFC變換器。

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