前言: 隨著資訊與科技的快速成長，人們對於電力的需求也愈來愈高，相對地使得人們開始重視電力供需的品質。電力系統供電時隨著負載側阻抗特性之不同，可能導致輸入側之電流產生相位移或畸變，因此必須加入功率因數修正器(Power Factor Corrector，PFC)，使得電源輸入電流維持正弦波形並與電源電壓同相位，進而提高有效功率的利用、降低輸入突波電流與抑制輸入電流諧波成份。 在交流/直流轉換器中功率因數(Power Factor，PF)是一項最主要的考量，因為功率因數與電源性能有著密不可分的關係，良好的功率因數具有可充份利用電源的設備容量、降低峰值電流、抑制諧波成份及延長直流側濾波電容壽命等優點。 早期功率因數修正電路是以加入電感、電容或兩者混合，稱為被動式功率因數修正電路。然而為了抑制低頻諧波量，電感、電容等被動元件的體積和重量讓產品難以小型化，而且造成系統整體效率嚴重下降，無法符合現今對於輕、薄、短、小、高效率及高功率因數等要求。因此，利用高頻電力轉換器實現主動式功率因數修正電路已是必然之趨勢。 脈波寬度調變(PWM)升壓型轉換器現已廣泛地應用在AC/DC功率因數修正器架構，其中連續電流模式為最普遍的控制技術。但此類轉換器有以下幾種限制，使得其功率密度無法大幅提升： 一、功率開關之切換損失、功率二極體逆向恢復時間的問題，使得其切換頻率不能高於100 k Hz，導致儲能電感的體積較大。二、升壓二極體電流為不連續，亦即輸出電容的電流為不連續，為了降低輸出電壓漣波，必須使用較大的電容。當功率因數修正器的輸出功率越大，上述的問題越嚴重。為了嘗試解決上述的問題與提高電路效率，採用交錯式(Interleaved)技術，功率級電路架構由兩組升壓型轉換器所組成，將可有效解決上述問題。 不同於單相升壓式轉換器之開關並聯操作方式，多相轉換器的並聯操作，是由各相轉換器平均提供負載電流。多相轉換器之並聯操作特性，乃是使每一相轉換器的開關元件以同一切換頻率、依一定之相位差在不同的時間導通與截止，使得每一相轉換器在不同時間對負載提供負載電流。如此所需之輸出電Io可由每一相轉換器之功率級電路平均供給，而每一相轉換器之輸出平均電流為Io ∕ M，其中M即為相數。 在分析多相式升壓型轉換器之前，首先提出下列假設： A：輸出功率Pout由各相轉換器之功率級電路平均供給。 (3-1) 其中M為相數、Pinterleaved為一相之功率。 B：每一相轉換器之功率元件皆相同。 C：每一相轉換器之責任週期、切換頻率皆相同。 D：每一相功率開關驅動訊號的相位差為360º/M。 在雙相交錯式升壓型轉換器由於開關驅動訊號的相位差為180º，下圖所示為雙相交錯式升壓型轉換器電路架構: 雖然交錯式功率因數修正器控制訊號較為複雜，且功率元件數為單相功率因數修正器的兩倍，但其功率元件規格皆可減半，使得成本差異不大，卻可使熱均勻分布，而因於功率元件電流減半，功率元件所消耗之功率為原單級功率元件之消耗功率一半，輸出之功率二極體由於電路操作於邊界模式，具有零電流切換，可避免輸出功率二極體出現逆向恢復(Reverse Recovery)的問題。交錯式架構可改善開關元件在單級升壓型轉換器高耐壓/高耐流、儲能電感體積、輸出電容過大等問題，並可大為降低輸出/輸入電流之漣波。 |
