指導老師:陳信助 學生:張忠浩、蘇信豪、范綱全 日期:2010/12/20

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1 指導老師:陳信助 學生:張忠浩、蘇信豪、范綱全 日期:2010/12/20
高功因升壓型AC-DC轉換器之研製 指導老師:陳信助 學生:張忠浩、蘇信豪、范綱全 日期:2010/12/20

2 大綱 研究動機與目的 功因修正器架構 一般常用功因修正控制法 控制IC 實作電氣規格 實作成果與實驗結果
-為什麼要使用功因修正器、使用功因修正器的好處 功因修正器架構 -主動式、被動式 一般常用功因修正控制法 -平均電流控制法、臨界導通控制法 控制IC -IC動作原理、IC腳位、IC功能 實作電氣規格 -實作電路圖 實作成果與實驗結果 -實體電路、示波器量測波形

3 研究動機與目的 研究動機：追求高品質的電力，並符合國際電流諧波規範 解決方法：在用電端前加入功因修正器。 (IEC6100-3-2)。
研究動機：追求高品質的電力，並符合國際電流諧波規範　　　　 　　　　　　 (IEC )。 解決方法：在用電端前加入功因修正器。 有功因修正與無功因修正比較

4 為何要使用功因修正器 未使用功因修正 未使用功因修正器PF≒0.5~0.6，這樣假設供給1000VA實際上用電端只使用到500MW，電力傳輸損失較大。 使用功因修正 使用功因修正器可將功率修正至0.99左右，一樣假設供給1000VA而用電端實際上可消耗990MW。

5 使用功因修正器的優點 1.修正功因達到0.99，減少傳輸上的功率損失。 2.環保省電。 3.延長元件使用壽命。
一般沒有功因修正的電路功因約為0.5~0.6，而PF=P/S表示為了要達 到負載端的需求供給端要提供更多能量。 2.環保省電。 功率損失減少不必多增設電廠來供應能量。 3.延長元件使用壽命。 非線性成分變小，則諧波失真也相對減少。

6 國際電流諧波規範(IEC61000-3-2) Class A：Class B、C和D以外，其餘皆屬於Class A
Class D Harmonics order mA/W 2 - 3 3.4 4 5 1.9 6 7 1.0 8 9 0.5 Class A：Class B、C和D以外，其餘皆屬於Class A Class B：手持式工具 Class C：照明設備 Class D：75 W~600 W(切換式電源)

7 功因修正器架構 交流電源輸入端：高功因特性 直流輸出端：達到穩壓的目的 CCM模式 DCM模式 1.被動式:LC、π型、填谷式
優點:方便設計。 缺點:體積大、重量重、功因改善不佳。 2.主動式:乘法器控制法、電壓隨偶法 優點:可改善功因達到90%以上。 缺點:電路較複雜。 連結

8 被動式功因修正器 LC濾波器 π型濾波器 優點:方便設計。 缺點:體積大、重量重、功因改善不佳。 填谷式濾波器

9 主動功因修正器架構 以升壓式轉換器為例 功因 輸出電壓 線電壓 輸出穩壓 內迴路:功因校正 外迴路:穩壓

10 一般常用功因控制修正法 平均電流控制法 臨界導通控制法 優點：適合中大功率的系統、輸入電流 優點：電感有較小的體積 。 波形失真小。
缺點：需設計電流補償器控制電路複雜。 控制IC ：UC3854、LT1248 優點：電感有較小的體積 。 缺點：變頻控制，濾波器設計複雜。 控制IC ：FAN7529、L6561

11 主動式功因修正器 Boost Converter 選擇的原因：1.輸入電流為連續的(傳導性干擾較小)。 2.開關容易驅動。

12 控制IC IC L6561 IC UC3854 特色： 1.臨界導通控制法 2.使用於低功率輸出電路 3.低啟動電流
4.內部啟動及零電流偵測的功能 5.兩極過電壓保護 IC UC3854 特色： 1.平均電流控制法 2.使用於高功率輸出電路 3.可抑制線電流的諧波失真 4.修正PF≒0.99 5.低啟動電流

13 L6561 IC功能 較低的靜態電流3mA，使在輕載時具有高效率 除能(Disable) 功能，可將系統關閉，降低損耗 兩極過電壓保護
內部啟動及零電流偵測的功能 具乘法器，對於寬範圍輸入電壓，有較佳的THD值 為提高雜訊免除能力，在電流偵測入端，具備內 部RC濾波器 高容量的圖騰級輸入，可以直接驅動MOS 具磁滯的欠電壓鎖住功能 低啟動電流，可減少切換損失 逐一脈衝電流的限制，電路萬一發生短路現象也可以 保證安全操作

14 L6561 IC腳位 1 2 3 4 5 6 7 8 INV 輸出電壓取樣腳位，內有固定2.5V的回授比較準位 COMP
輸出電壓補償腳位，用於改善輸出電壓訊號，可連接補償元件 3 MULT 輸入整流電壓取樣接腳 4 CS 偵測開關元件電流轉換電壓腳位，電壓準位上升超過參考指令時， 強迫關閉控制訊號 5 ZCD 偵測電感電流腳位 6 GND 接地端 7 GD 驅動開關元件控制訊號的輸出腳位 8 VCC 電源端(工作電壓>13V)

15 L6561 IC內部電路

16 UC3854 IC動作原理 動作原理 主動式功因修正器必須同時控制輸入電流與輸出電壓。 控制IC UC3854是利用平均電流法做功因修正。
功因校正 穩壓 平均電流法 為定頻控制。在每一個週期開始時先使功率開關導通，再判斷此時輸入電流是太大或太小，經由每個週期反覆的動作，輸入電感電流便可追上命令電流

17 UC3854 IC功能 IC功能

18 UC3854 IC腳位

19 實作電氣規格 IC L6561 IC UC3854 輸入電壓 80V ~130V 輸出電壓 400V 輸出功率 250W 切換頻率
100kHz 輸入電壓 110V 輸出電壓 400V 輸出功率 70W 實作電路圖 實作電路圖 元件設計

20 以L6561為基礎之升壓型高功因AC-DC整流器
實作電路圖

21 以UC3854為基礎之升壓型高功因AC-DC整流器
實作電路圖

22 元件設計 電感的選擇 電流檢測電阻Rs的選擇 MOSFET、二極體

23 實作成果 IC L6561 IC UC3854

24 實作內容 1.電路實體圖 2.波形量測 (1)輸入電流波形追隨輸入電壓波形 (2)輸出直流電壓 (3)功率因數

25 電路實體圖 實體電路 PCB Layout

26 量測波形 輸入電壓與輸入電流波形 輸出直流電壓(400V) 功率因數

27 實作內容 一.檢查機制 二.電路實體圖 三.高功因性能 四.穩壓性能 五.不同輸入電壓的功因曲線 六.不同負載時的功因曲線 七.效率曲線圖
-不同輸入電壓之輸出電壓響應 六.不同負載時的功因曲線 -負載變動之輸出電壓響應 七.效率曲線圖

28 檢查機制 功因: 穩壓: 1.IC第6腳波形應為麥當勞波形。 2.IC第7腳訊號應為直流。 (經電壓控制器) 3.IC第8腳訊號應為直流。
(經Low pass) 穩壓: IC第9腳的參考電壓應為7.5V。

29 電路實體圖 功率級 訊號級 實體電路 PCB Layout

30 高功因性能 在此實際量測實作電路在輕載、中載、重載的諧波電流。 下列圖片由左→右分別為：
1.輸入電流波形追隨輸入電壓波形 2.實際諧波電流量測 3.與國際電流諧波規範比較 輕載：88W 輸入電流波形追隨輸入電壓波形 實際諧波電流量測 與國際電流諧波規範比較

31 高功因性能 中載：168W 輸入電流波形追隨輸入電壓波形 實際諧波電流量測 與國際電流諧波規範比較 重載：250W

32 穩壓性能 輸入電壓變動(110Vrms-130Vrms) 負載變動(88W → 168W → 88W)

33 不同輸入電壓之的功因量測 PF Vo 80V 0.981 400V 90V 0.985 110V 120V 130V 0.984
Vin(rms) PF Vo 80V 0.981 400V 90V 0.985 110V 120V 130V 0.984 結論：分別不同輸入電壓下，皆為高 功因且輸出電壓皆為400V。

34 不同輸入電壓之輸出電壓響應 Vin=80V Vin=110V Vin=130V
結論：1.在分別輸入80V、110V、130V下輸出電壓皆為400V。 2.電流波形追隨電壓波形。

35 不同負載之的功因量測 Load PF Vo 88W 0.988 400V 168W 0.989 250W 0.974
結論：不同負載時皆為高功因且 輸出電壓維持在400V。

36 負載變動之輸出電壓響應 Po：88W Po：88W→168W Po：88W→250W 結論：在閉迴路控制下輸出電壓皆為400V。

37 效率曲線圖 Po Pin η 88W 90.5W 0.972 168W 177.9W 0.944 250W 269W 0.929 結論：在不同負載，效率皆有90%以 上。

38 結論 1.利用高功因AC-DC轉換器，使輸入電壓波形與輸入電流波形同相位成比例，達到高功因及輸出穩壓。 2.實驗證實，高功因AC-DC轉換器符合IEC 國際電流諧波規範。 3.應用IC UC3854採平均電流控制法之高功因穩壓電路(高功率)。 4.應用IC L6561採臨界導通控制法之高功因穩壓電路(低功率)。 5.以不同負載時，實作電路確實達到高功因且輸出穩壓。 6.以不同電壓輸入時，實作電路確實達到高功因且輸出穩壓。 7.在不同負載功率(88W~250W)時，電路效率皆維持在90%以上。

39 報告結束 敬請指教