專(zhuān)利名稱(chēng)：功率因子校正器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所公開(kāi)的實(shí)施例總體上涉及一種功率電路以及功率因子校正。
背景技術(shù)：
工程師們將一般的交流(AC)功率(power)(干線功率(mainspower))轉(zhuǎn)換成直流 (DC)功率，以供多個(gè)消費(fèi)設(shè)備使用。功率管理系統(tǒng)使用在功率消耗方面具有低損耗的組件 (例如，電感器、二極管、電容器、變壓器以及其他開(kāi)關(guān)(JFET、MOSFET等))，將來(lái)自主電源 (main source)的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率。工程師們可以通過(guò)集中于從主電源汲取的電流 的諧波以及干線電壓與從主電源汲取的電流之間的相位關(guān)系，來(lái)降低主電源的損耗；干線 供電(mains power supplying)的效率通過(guò)功率因子來(lái)度量。AC到DC功率系統(tǒng)的功率因 子可以定義為從主電源汲取的實(shí)際功率與均方根(rms)電壓Vms和電流Inns的乘積的比值。主要由橋式整流器、開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)和控制電路組成的功率因子校正器(PFC) 廣泛用于幫助使功率管理系統(tǒng)中的功率因子最大化，并且已經(jīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、適配器以 及照明設(shè)備中的功率管理。因此，功率因子是評(píng)價(jià)PFC的總體性能的關(guān)鍵參數(shù)。在低負(fù)載 條件下工作的PFC的功率因子近來(lái)已經(jīng)變得越來(lái)越重要，這是由于PFC目前可以在大多數(shù) 工作時(shí)間內(nèi)工作于低負(fù)載條件下。同樣，以多個(gè)干線電壓電平操作的PFC的功率因子始終 是重要的，這是由于不同國(guó)家之間干線電壓有著很大不同?，F(xiàn)有技術(shù)中的其他功率因子校 正器控制在SMPS中使用的控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間，其中，在PFC穩(wěn)定之后接通時(shí)間保持恒定 時(shí)間段。作為示例，PFC中的典型SMPS設(shè)計(jì)可以使用置于橋式整流器和濾波器之后的升壓 (boost)轉(zhuǎn)換器。由于橋式整流器之后是濾波器電流，所以在橋式整流器的輸出處的電流可 以不等于由升壓轉(zhuǎn)換器汲取的電流。在低負(fù)載或高干線電壓條件下，由于升壓轉(zhuǎn)換器所汲 取的電流較小，因此橋式整流器之后的濾波器電流可以變得更加顯著。因此電源AC電流在 較短時(shí)間段內(nèi)變得更加集中。相應(yīng)地較高的集中性可以增大源AC電流的rms值，并因此可 以降低功率因子，這是由于這兩個(gè)量成反比?？紤]到上述，長(zhǎng)期迫切需要AC/DC功率轉(zhuǎn)換器工業(yè)在低負(fù)載或高干線電壓條件下 更有效率地傳遞功率。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)施例提供了功率轉(zhuǎn)換控制的顯著進(jìn)步，在低負(fù)載下獲得高功率因子，本實(shí)施 例也其他特征和優(yōu)點(diǎn)。提供了不同示意示例實(shí)施例的簡(jiǎn)要概述。在以下概述中可以進(jìn)行一 些簡(jiǎn)化和省略，這意在突出和介紹不同示例實(shí)施例的一些方面，但并不意在限制本發(fā)明的 范圍。以下部分中將給出足以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出或使用本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選示例實(shí) 施例的詳細(xì)描述。不同實(shí)施例涉及通過(guò)功率因子校正器控制從主電源傳遞至負(fù)載的功率的方法，功 率因子校正器具有橋式整流器和SMPS，SMPS可以是具有通過(guò)二極管連接至電容器和電感
7器電流控制開(kāi)關(guān)的鐵芯電感器(core inductor)，電感器電流控制開(kāi)關(guān)在接通(ON)和關(guān)斷 (OFF)狀態(tài)之間可切換，并且僅在接通狀態(tài)期間導(dǎo)通，以控制通過(guò)鐵芯電感器的電流、控制 傳遞至負(fù)載的電流。功率因子校正器接收干線交流(AC)電壓作為輸入，其中，干線AC電壓 在循環(huán)周期上從零到零以循環(huán)方式變化的絕對(duì)電壓值。循環(huán)周期具有第一半循環(huán)周期和第 二半循環(huán)周期，在第一半循環(huán)周期期間絕對(duì)電壓值從零增大到最大值，在第二半循環(huán)周期 期間絕對(duì)電壓值從最大值減小到零。根據(jù)不同實(shí)施例，電流控制開(kāi)關(guān)相對(duì)于循環(huán)周期以時(shí)序方式產(chǎn)生一系列轉(zhuǎn)換循 環(huán)，每個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)包括持續(xù)時(shí)間τ。η和持續(xù)時(shí)間T。ff，在持續(xù)時(shí)間1^期間電流控制開(kāi)關(guān)接通， 在持續(xù)時(shí)間T。ff期間電流控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷。在PFC的穩(wěn)定狀態(tài)，在第二半循環(huán)周期期間電流 的傳遞較高，使得第二半循環(huán)周期期間鐵芯電感器的平均電流大于第一半循環(huán)周期期間鐵 芯電感器的平均電流。在不同實(shí)施例所提供的特征和優(yōu)點(diǎn)之中，到負(fù)載的電流傳遞的這種時(shí)域移位為 PFC提供了實(shí)質(zhì)上改進(jìn)的功率因子，尤其是在低負(fù)載值或高干線AC電壓下。根據(jù)一個(gè)方面，電流控制開(kāi)關(guān)的操作通過(guò)增大循環(huán)周期上的τ。η，使得在第二半循 環(huán)周期期間的平均Τ。η長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上比第一半循環(huán)周期期間的平均τ。η長(zhǎng)度長(zhǎng)，來(lái)將電流的傳 遞移位至第二半循環(huán)周期。從而將第二半循環(huán)周期內(nèi)鐵芯電感器的平均電流控制為實(shí)質(zhì)上 大于第一半循環(huán)周期內(nèi)該鐵芯電感器的平均電流。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的另一方面，電流控制開(kāi)關(guān)通過(guò)僅在移位的時(shí)間窗內(nèi) 產(chǎn)生一系列轉(zhuǎn)換循環(huán)，使第二半循環(huán)周期的延續(xù)時(shí)間實(shí)質(zhì)上比第一半循環(huán)周期的延續(xù)時(shí)間 長(zhǎng)，來(lái)將電流傳遞移位至第二半循環(huán)周期。根據(jù)一個(gè)方面，在一個(gè)或多個(gè)不同示例實(shí)施例中，電流控制開(kāi)關(guān)僅在移位時(shí)間窗 期間產(chǎn)生轉(zhuǎn)換循環(huán)，值1 可以對(duì)于轉(zhuǎn)換循環(huán)是恒定的，其中，通過(guò)在第二半循環(huán)周期期間 比在第一半循環(huán)周期期間實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上更多個(gè)的轉(zhuǎn)換循環(huán)，移位時(shí)間窗獨(dú)自在第二半循環(huán)周 期內(nèi)比在第一半循環(huán)周期內(nèi)提供實(shí)質(zhì)上更大的鐵芯電感器平均電流。根據(jù)另一方面，在一個(gè)或多個(gè)各種示例實(shí)施例中，電流控制開(kāi)關(guān)僅在移位時(shí)間窗 期間產(chǎn)生轉(zhuǎn)換循環(huán)，在時(shí)間窗上值Τ。η可以增大，從而通過(guò)以下操作的組合在第二半循環(huán)周 期內(nèi)比在第一半循環(huán)周期內(nèi)提供實(shí)質(zhì)上更大的的鐵芯電感器平均電流在第二半循環(huán)周期 期間比在第一半循環(huán)周期實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上更長(zhǎng)的用于功率轉(zhuǎn)換的時(shí)間，以及在第二半循環(huán)周期 內(nèi)比在第一半循環(huán)周期期間實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的用于轉(zhuǎn)換周期的平均τ。η。


為了便于更好地理解各種示例實(shí)施例，參考附圖，在附圖中圖1是示例功率因子校正器的示意圖；圖2是功率因子校正器中示例控制電路的框圖；圖3是穩(wěn)定狀態(tài)下示例功率因子校正器的時(shí)序圖；圖4是穩(wěn)定狀態(tài)下示例功率因子的另一時(shí)序圖；圖5是功率因子校正器中的另一示例控制電路的框圖；圖6Α是示例功率因子校正器的時(shí)序圖；圖6Β是示例功率因子校正器的另一時(shí)序圖7是示例時(shí)序控制電路的示意圖；圖8是示例時(shí)序控制電路的時(shí)序圖；圖9是示例時(shí)序控制電路的另一時(shí)序圖；圖10是示例零點(diǎn)檢測(cè)電路的示意圖；圖11是另一示例功率因子校正器的時(shí)序圖；圖12是功率因子校正器中的另一控制電路的框圖；圖13是另一示例定時(shí)器控制電路的示意圖；圖14是示例窗產(chǎn)生電路的示意圖；圖15是示例窗產(chǎn)生電路的時(shí)序圖；圖16是另一示例功率因子校正器的時(shí)序圖；圖17是功率因子校正器中的另一示例控制電路的框圖；以及圖18是另一示例定時(shí)器控制電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，在附圖中類(lèi)似的附圖標(biāo)記指代類(lèi)似的步驟組件，存在公開(kāi)的不同 示例實(shí)施例的廣義方面。圖1示出了示例AC/DC功率轉(zhuǎn)換器100作為根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的一個(gè)功率因子 校正器的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)方式。功率轉(zhuǎn)換器100可以連接至AC電源101，并且可以包括橋式 整流器103、濾波器105、電容器106和升壓轉(zhuǎn)換器107，該升壓轉(zhuǎn)換器107包括電感器109、 控制開(kāi)關(guān)111、振鈴(ringing)電容器112、以及二極管113。示例功率轉(zhuǎn)換器100還包括針 對(duì)控制開(kāi)關(guān)的控制電路115和附著至負(fù)載119的負(fù)載電容器117。在常規(guī)操作期間，橋式整 流器103可以將來(lái)自電源101的干線AC電壓轉(zhuǎn)換成已整流電壓，在將該電壓傳遞至升壓轉(zhuǎn) 換器107之前，可以通過(guò)濾波器105來(lái)減小該電壓中的噪聲。如在后續(xù)部分中更詳細(xì)描述 的，控制電路115以與干線AC電壓和負(fù)載119的周期循環(huán)有關(guān)的多種具體描述方式來(lái)控制 控制開(kāi)關(guān)111的接通和關(guān)斷。同樣如更詳細(xì)描述的，在開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)(即，開(kāi)關(guān)閉合) 時(shí)電感器109中的電流增大，在開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)(即，開(kāi)關(guān)斷開(kāi))時(shí)，僅將功率傳遞至負(fù) 載 119。AC電源101可以是通用交流電源。AC電源可以傳遞干線AC電壓，干線AC電壓可 以因國(guó)家的不同而不同，并且可以由特定電壓、頻率、插頭和插座來(lái)表示。在示例實(shí)施例中， AC電源101可以傳遞由Asin (wt)形式的正弦波表征的干線AC電壓，其中A是干線AC電壓 的幅度，w是波的頻率，t是時(shí)間。通過(guò)橋式整流器103，可以在一個(gè)正弦波的整個(gè)循環(huán)期間 傳遞干線AC電壓，這在下文中也被稱(chēng)作“干線循環(huán)”。參照?qǐng)D1，在所示示例100中，橋式整流器103可以包括并聯(lián)的兩組二極管(未分 別編號(hào))，這兩組二極管可以將來(lái)自AC電源101的干線AC電壓轉(zhuǎn)換成示例已整流電壓Vin。 由于Vin可以近似表征為干線AC電壓的絕對(duì)值，橋式整流器103的輸出可以近似表征為IA sin(wt) I。橋式整流器103的配置對(duì)于實(shí)施例而言不是特定的，并且不是用于將干線AC電 壓轉(zhuǎn)換成已整流電壓的唯一裝置?？紤]到本公開(kāi)，普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到將干線AC電壓轉(zhuǎn) 換成已整流電壓的等同組件。繼續(xù)參照?qǐng)D1，濾波器105可以連接至橋式整流器103的輸 出，以降低噪聲。在示意實(shí)施例中將濾波器105表征為電容器106。普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到用作濾波器的等同組件。繼續(xù)參照?qǐng)D1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的所示示例100中的升壓轉(zhuǎn)換器107可以包括電 感器109、由控制電路115控制的控制開(kāi)關(guān)111、振鈴電容器112、以及二極管113。升壓轉(zhuǎn) 換器還可以包括負(fù)載電容器117。在示意實(shí)施例中，控制開(kāi)關(guān)111可以是JFET。普通技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到作為JFET備選的其他開(kāi)關(guān)，并且基于本公開(kāi)會(huì)理解如何重新配置供其使用 的功率轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器107可以接收由濾波器105產(chǎn)生的電壓Vin，并且產(chǎn)生輸出電壓 V。ut，該輸出電壓V。ut可以被傳遞至負(fù)載119。升壓轉(zhuǎn)換器107可以被選擇或配置為符合標(biāo) 準(zhǔn)化的電壓轉(zhuǎn)換，例如，用于電信設(shè)備、計(jì)算機(jī)電源或標(biāo)準(zhǔn)照明源的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。升壓轉(zhuǎn)換器 107僅是示例實(shí)現(xiàn)方式；本領(lǐng)域技術(shù)人員知道產(chǎn)生相同效果的其他SMPS拓?fù)?，例如，回掃轉(zhuǎn) 換器(flyback converter)?？刂齐娐?15通過(guò)控制每個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)中控制開(kāi)關(guān)111的導(dǎo)通時(shí)間，來(lái)控制升壓轉(zhuǎn) 換器107的運(yùn)行。轉(zhuǎn)換循環(huán)可以包括接通時(shí)間T。n(控制開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間)以及關(guān)斷時(shí)間 T。ff (開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)間)。在T。n期間，電感器109的電流增大，并且二極管113不導(dǎo)通。在 T。ff期間，對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)操作，電感器109的電流減小，并且二極管113導(dǎo)通。對(duì) 于臨界導(dǎo)通模式(BCM)操作，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感器109的電流首先減小，并且二極管 113首先導(dǎo)通。然后，當(dāng)電感器109的電流達(dá)到零時(shí)，二極管113停止導(dǎo)通，并且電感器109 的電壓Vdrain和電流均由于電感器109和振鈴電容器112的組合而開(kāi)始振蕩。將理解，振 鈴電容器112可以是控制開(kāi)關(guān)111中的寄生電容，例如，如果控制開(kāi)關(guān)111是場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)，則振鈴電容器112是這種FET的柵極到漏極電容，或者可以是并入到升壓轉(zhuǎn)換器中 的分立電容器。為了描述示例時(shí)術(shù)語(yǔ)一致，與控制開(kāi)關(guān)111有關(guān)的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)”用于指代 一個(gè)接通時(shí)間τ。η與其隨后的關(guān)斷時(shí)間T。ff的和。假定傳遞給負(fù)載119的電壓保持相同，具 有較大T。n時(shí)間的轉(zhuǎn)換循環(huán)比具有較小Τ。η時(shí)間的轉(zhuǎn)換循環(huán)向低負(fù)載119傳遞更多功率，這 是由于Τ。η時(shí)間越長(zhǎng)，電感器109的電流可以越高。干線循環(huán)優(yōu)選地包括許多個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)。 例如，示例干線循環(huán)可以是20ms，而示例恒定轉(zhuǎn)換循環(huán)可以是10 μ s，使得單個(gè)干線循環(huán)可 以包括2000個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)。在單個(gè)干線循環(huán)期間，控制開(kāi)關(guān)111的轉(zhuǎn)換循環(huán)可以增大、減小 或保持不變。負(fù)載119可以是在低負(fù)載下操作的標(biāo)準(zhǔn)電子設(shè)備。這可以包括在不同模式下操作 的設(shè)備，其中，模式之一(例如，待機(jī)模式)具有低負(fù)載下的工作點(diǎn)。功率轉(zhuǎn)換器100可以 在低負(fù)載和較高負(fù)載下都能工作。功率轉(zhuǎn)換器100還能夠在較高負(fù)載下產(chǎn)生高功率因子。現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出了示例控制電路115的框圖。控制電路200可以包括功率分配 器(power dividor)202、誤差放大器204、定時(shí)器控制電路206、驅(qū)動(dòng)器208以及谷值檢測(cè)電 路210。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀本公開(kāi)所理解的，在常規(guī)操作期間，可以在電路分配 器202處首先將來(lái)自升壓轉(zhuǎn)換器107的V。ut除以因數(shù)K，其中，K > 1，以使得V。ut更容易被 誤差放大器處理。然后可以將所獲得的衰減電壓信號(hào)V。ut/K與參考電壓Vk相比較，并由誤 差放大器204來(lái)處理衰減電壓信號(hào)V。ut/K與參考電壓Vk的差，其中誤差放大器204的輸出 電壓(誤差電壓VJ可以用于調(diào)整接通時(shí)間T。n。繼續(xù)參照?qǐng)D2，在臨界導(dǎo)通模式操作中，谷值檢測(cè)電路210可以感測(cè)到Vdrain，當(dāng) Vdrain在包括電感器109和振鈴電容器112的LC電路所創(chuàng)建的振蕩時(shí)間期間達(dá)到其最小值(谷值)時(shí)，谷值檢測(cè)電路210可以向定時(shí)器控制電路206輸出脈沖。根據(jù)一個(gè)示例，谷值 檢測(cè)電路206檢測(cè)何時(shí)到達(dá)該最小值(谷值)，產(chǎn)生脈沖并且將該脈沖發(fā)送給定時(shí)器控制電 路206，定時(shí)器控制電路206響應(yīng)于此可以觸發(fā)控制開(kāi)關(guān)11再次接通。如上所述，誤差放大器204和谷值檢測(cè)電路210的輸出可以由定時(shí)器控制電路206 來(lái)接收。定時(shí)器控制電路可以具有或可以不具有足以驅(qū)動(dòng)控制開(kāi)關(guān)11的電流驅(qū)動(dòng)能力，并 且如不具有，則定時(shí)器控制電路206的輸出可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器208，驅(qū)動(dòng)器208繼而驅(qū)動(dòng)控制 開(kāi)關(guān)111。在示意實(shí)施例中，控制電路200可以接收來(lái)自升壓轉(zhuǎn)換器106的V。ut，以及接收 與控制開(kāi)關(guān)111的漏極電壓相對(duì)應(yīng)的Vdrain，從而調(diào)整傳遞給同一控制開(kāi)關(guān)111的柵極的信 號(hào)。傳遞給開(kāi)關(guān)的信號(hào)的波形例如可以是方波?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了穩(wěn)定狀態(tài)下功率因數(shù)校正器的時(shí)序圖。在忽略通過(guò)橋式整流 器103之后的濾波器105的電流的情況下，示出了在功率因子校正器100的穩(wěn)定狀態(tài)下的 干線AC電壓301、濾波器所傳遞電壓Vin、以及干線AC電流303的絕對(duì)值的時(shí)序圖。由于控 制開(kāi)關(guān)111的轉(zhuǎn)換周期中的恒定接通時(shí)間T。n，干線AC電流可以呈現(xiàn)與干線電壓類(lèi)似的波 形。干線AC電流303的絕對(duì)值因此可以示意用于功率因子校正器100的理想功率因子。然而，如果考慮橋式整流器103之后濾波器105的電流，則可以將與干線循環(huán)相對(duì) 應(yīng)的Vin的每個(gè)循環(huán)劃分成三個(gè)階段。現(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出了示例功率因子校正器的另一時(shí) 序圖。干線AC電壓401保持與干線AC電壓301相同?？梢詫⒏删€AC電壓的絕對(duì)值分成 上升時(shí)間和下降時(shí)間。對(duì)于濾波后的電壓Vin 402，可以有三個(gè)階段。在第一階段Teh期間， 電容器Cin 106可以由干線功率來(lái)充電。干線AC電流的絕對(duì)值因此可以是Cin 106的充電 電流與電感器109的電流之和，并且根據(jù)以下方程U =其中，Imain是干線AC電流，1。也是電感器109的電流，Vmain是干線AC電壓401。在 Teh的結(jié)束處，濾波后的電壓Vin 402可以達(dá)到其最大值，該最大值與干線AC電壓401的最 大絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)。在第二階段Td。h期間，電容器Cin 106可以通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)放電，其中， 干線AC電流的絕對(duì)值可以等于電感器109的電流與來(lái)自電容器Cin 106的放電電流之間的 差，根據(jù)以下方程\Lj = Icoil-Cin ^^在第二階段Tdeh的結(jié)束處，電感器109的電流可以等于來(lái)自電容器106的放電電 流，該放電電流等于Cin|dVmain/dt|。此后，在第三階段Tis。期間，電感器109的電流可以小于 所需放電電流CinIdVmainIdtI，以維持橋式整流器的導(dǎo)通，因此，橋式整流器103之后的濾波 器105可以通過(guò)橋式整流器103與AC電源101隔離。因此，可以不存在通過(guò)干線的電流， 并且濾波器105的放電電流可以等于電感器109的電流。因此，利用針對(duì)控制開(kāi)關(guān)111的 轉(zhuǎn)換循環(huán)的恒定接通時(shí)間T。n，濾波器105上的電壓Vin在階段Tis。期間例如以指數(shù)函數(shù)減 小。在一些實(shí)施例中，濾波器105上的電壓Vin可以在階段Tis。期間以接近線性函數(shù)的指數(shù) 函數(shù)減小。由于在功率因子校正器100中形成的控制回路，在穩(wěn)定狀態(tài)下來(lái)自電感器109的 線圈電流可以與負(fù)載電流成比例。因此，在高負(fù)載電流下，與電感器109的電流相比可以忽
11略濾波器105的電流。這意味著干線AC電流因此可以呈現(xiàn)與干線AC電壓近似相同的波形。 因此，在高負(fù)載電流下，濾波器105的電流對(duì)功率因子的影響是可忽略的。然而，在低負(fù)載 電流下，所獲得的電感器109低電流可以使濾波器105的電流不可忽略。在這種情況下，階 段T。h期間的干線AC電流可以遠(yuǎn)大于階段Td。h和Tis。期間的干線AC電流。在Vin的每個(gè)循 環(huán)期間，較低負(fù)載電流可以導(dǎo)致較短Td。h和階段T。h，以及較長(zhǎng)階段Tis。。在這樣的實(shí)施例中， 干線AC電流可以集中于干線AC電壓401的周期THse。與當(dāng)干線電流在半干線循環(huán)上更均 勻分布時(shí)相比，這可以導(dǎo)致干線AC電流的更高IMS。如果干線AC電壓的幅度較高，則電感器109的電流可以較低，這是由于從干線AC 電壓源101傳遞的功率可以等于傳遞給負(fù)載的功率。濾波器105的電流因此可以更加占優(yōu) 勢(shì)。這可以導(dǎo)致干線AC電流變得更集中。因此，當(dāng)干線AC電壓較高時(shí)，濾波器105的電流 本身可以更大(Cin|dVmain/dt|)。更高的濾波器電流還可以使干線AC電流更集中，與當(dāng)干線 電流在半干線循環(huán)上更均勻分布時(shí)相比，這可以導(dǎo)致干線AC電流的更高IMS。這遵照用于 功率因子校正器100中的功率因子的方程，該方程是
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器控制傳遞至負(fù)載的功率的方法，所述AC/DC功率轉(zhuǎn)換器 具有包括控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)式電源SMPS，所述控制開(kāi)關(guān)在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間可切換，并且 僅在所述接通狀態(tài)期間導(dǎo)通，以控制傳遞至負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電流，所述AC/DC功率轉(zhuǎn)換器接收 干線交流AC電壓作為輸入，干線AC電壓具有在循環(huán)周期上以循環(huán)方式變化的絕對(duì)電壓值 的干線電壓循環(huán)，所述循環(huán)周期具有從零增加到最大值的第一半循環(huán)周期以及隨后的從最 大值減小到零的第二半循環(huán)周期，所述方法包括接收干線AC電壓；對(duì)干線AC電壓進(jìn)行整流，以產(chǎn)生直流DC電壓；根據(jù)DC電壓產(chǎn)生輸出電壓；將輸出電壓和驅(qū)動(dòng)電流傳遞至負(fù)載，所述輸出電壓和驅(qū)動(dòng)電流由SMPS中控制開(kāi)關(guān)來(lái) 控制；通過(guò)在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列，相對(duì)于干線電壓循環(huán)來(lái)移位驅(qū)動(dòng)電流 的時(shí)序，其中，每個(gè)電流控制脈沖使控制開(kāi)關(guān)處于所述接通狀態(tài)，并且每個(gè)電流控制脈沖具 有相應(yīng)持續(xù)時(shí)間T。n，所述產(chǎn)生具有相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期的時(shí)序，所述時(shí)序提供第 二半循環(huán)周期內(nèi)所有電流控制脈沖的Τ。η之和，第二半循環(huán)周期內(nèi)所有電流控制脈沖的Τ。η 之和實(shí)質(zhì)上大于第一半循環(huán)周期內(nèi)所有電流控制脈沖的Τ。η之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，循環(huán)周期內(nèi)電流控制脈沖序列中的第η個(gè)電流控 制脈沖的1 具有比所述電流控制脈沖序列中的第(η-1)個(gè)電流控制脈沖的Τ。η長(zhǎng)的持續(xù)時(shí) 間，其中第η個(gè)電流控制脈沖是在第(η-1)個(gè)電流控制脈沖之后產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，第η個(gè)電流控制脈沖的Τ。η與第(η-1)個(gè)電流控 制脈沖的Τ。η之間的差在至少三C3)個(gè)連續(xù)電流控制脈沖的范圍上是恒定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述移位包括在每個(gè)循環(huán)周期中相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期產(chǎn)生具有起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的時(shí) 序窗，以及僅在所述時(shí)序窗內(nèi)產(chǎn)生所述電流控制脈沖序列；其中，時(shí)序窗起始時(shí)間和時(shí)序窗持續(xù) 時(shí)間使得在第二半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有Τ。η值之和實(shí)質(zhì)上大于在第一半循環(huán)周期期間 產(chǎn)生的所有1 值之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，第η個(gè)電流控制脈沖的Τ。η與第(η-1)個(gè)電流控 制脈沖的Τ。η之間的差在至少三(3)個(gè)連續(xù)電流控制脈沖的范圍上是零，并且時(shí)序窗的大部 分出現(xiàn)在第二半循環(huán)周期期間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述時(shí)序窗內(nèi)電流控制脈沖序列中的第η個(gè)電流 控制脈沖的1 具有比所述電流控制脈沖序列中的第(η-1)個(gè)電流控制脈沖的乜長(zhǎng)的持續(xù) 時(shí)間，其中，在第(η-1)個(gè)電流控制脈沖之后產(chǎn)生第η個(gè)電流控制脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，第η個(gè)電流控制脈沖的Τ。η與第(η-1)個(gè)電流控 制脈沖的Τ。η之間的差在至少三C3)個(gè)連續(xù)電流控制脈沖的范圍上是恒定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列 通過(guò)以下操作來(lái)控制Τ。η:檢測(cè)所輸入的干線電壓的零點(diǎn)，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生脈沖時(shí)序參考電壓，所述脈沖時(shí)序參 考電壓具有在不大于一個(gè)循環(huán)周期的脈沖時(shí)序參考電壓持續(xù)時(shí)間上相對(duì)于時(shí)間而增大的值；在與電流控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)的功率電容器的振蕩周期期間，檢測(cè)所述功率電容器上的最小 電壓，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生谷值檢測(cè)信號(hào)；響應(yīng)于所述谷值檢測(cè)信號(hào)，向脈沖時(shí)序電容器發(fā)送充電電流； 將脈沖時(shí)序電容器上的電壓與脈沖時(shí)序參考電壓相比較，并將T。n設(shè)置為等于開(kāi)始發(fā) 送充電電流與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間的時(shí)延。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括基于給定的參考電壓來(lái)控制所述輸出電壓，其 中，控制所述輸出電壓包括將與所述輸出電壓成比例的電壓與所述給定的參考電壓相比較，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生電 壓誤差信號(hào)；以及基于所述電壓誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)至所述脈沖時(shí)序電容器的所述充電電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述移位包括在每個(gè)循環(huán)周期中相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期產(chǎn)生具有起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的時(shí) 序窗，以及僅在所述時(shí)序窗內(nèi)產(chǎn)生所述電流控制脈沖序列；其中，時(shí)序窗起始時(shí)間和時(shí)序窗持續(xù) 時(shí)間使得在第二半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有Τ。η值之和實(shí)質(zhì)上大于在第一半循環(huán)周期期間 產(chǎn)生的所有Τ。η值之和；以及在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列通過(guò)以下操作來(lái)控制Τ。η 檢測(cè)所輸入的干線電壓的零點(diǎn)，并且響應(yīng)于此，產(chǎn)生脈沖時(shí)序參考電壓，所述脈沖時(shí)序 參考電壓具有在不大于一個(gè)循環(huán)周期的脈沖時(shí)序參考電壓持續(xù)時(shí)間上相對(duì)于時(shí)間而增大 的值，在與電流控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)的功率電容器的振蕩周期期間，檢測(cè)所述功率電容器上的最小 電壓，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生谷值檢測(cè)信號(hào)，響應(yīng)于所述谷值檢測(cè)信號(hào)，向脈沖時(shí)序電容器發(fā)送充電電流，以及 將脈沖時(shí)序電容器上的電壓與脈沖時(shí)序參考電壓相比較，并將τ。η設(shè)置為等于開(kāi)始發(fā) 送充電電流與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間的時(shí)延。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述時(shí)序窗內(nèi)電流控制脈沖序列中的第η個(gè)電 流控制脈沖的1 具有比所述電流控制脈沖序列中的第(η-1)個(gè)電流控制脈沖的Τ。η長(zhǎng)的持 續(xù)時(shí)間，其中，在第(η-1)個(gè)電流控制脈沖之后產(chǎn)生第η個(gè)電流控制脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中產(chǎn)生時(shí)序窗步驟還包括產(chǎn)生在后循環(huán)周期中遞增計(jì)數(shù)的第一計(jì)數(shù)信號(hào)，所述第一計(jì)數(shù)信號(hào)在后循環(huán)周期結(jié)束 處或之后切換至遞減計(jì)數(shù)；產(chǎn)生在后循環(huán)周期中遞減計(jì)數(shù)的第二計(jì)數(shù)信號(hào)，所述第二計(jì)數(shù)信號(hào)在后循環(huán)周期結(jié)束 處或之后切換至遞增計(jì)數(shù)；產(chǎn)生與第一和第二計(jì)數(shù)信號(hào)之間的差的絕對(duì)值相等的差信號(hào)； 根據(jù)差信號(hào)和設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生加窗信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，檢測(cè)零步驟還包括 接收干線AC電壓信號(hào)；產(chǎn)生幅度與AC干線電壓信號(hào)的幅度成比例的差分信號(hào)；以及 響應(yīng)于所述差分信號(hào)，產(chǎn)生零交叉信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中 所述移位包括在每個(gè)循環(huán)周期中相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期產(chǎn)生具有起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的時(shí) 序窗，以及僅在所述時(shí)序窗內(nèi)產(chǎn)生所述電流控制脈沖序列；其中，時(shí)序窗起始時(shí)間和時(shí)序窗持續(xù) 時(shí)間使得在第二半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有T。n值之和實(shí)質(zhì)上大于在第一半循環(huán)周期期間 產(chǎn)生的所有Τ。η值之和；以及在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列通過(guò)以下操作來(lái)控制Τ。η 檢測(cè)所輸入的干線電壓的零點(diǎn)，并且響應(yīng)于此，產(chǎn)生脈沖時(shí)序參考電壓，所述脈沖時(shí)序 參考電壓具有在不大于一個(gè)循環(huán)周期的脈沖時(shí)序參考電壓持續(xù)時(shí)間上相對(duì)于時(shí)間而增大 的值；在與電流控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)的功率電容器的振蕩周期期間，檢測(cè)所述功率電容器上的最小 電壓，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生谷值檢測(cè)信號(hào)；響應(yīng)于所述谷值檢測(cè)信號(hào)，向脈沖時(shí)序電容器發(fā)送充電電流；以及 將脈沖時(shí)序電容器上的電壓與脈沖時(shí)序參考電壓相比較，并且將Ton設(shè)置為等于開(kāi)始 發(fā)送充電電流與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間的時(shí)延。
15.一種通過(guò)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器控制傳遞至負(fù)載的功率的電路，所述AC/DC功率轉(zhuǎn)換器 接收干線交流AC電壓作為輸入，干線AC電壓具有在循環(huán)周期上以循環(huán)方式從零到零變化 的絕對(duì)電壓值的干線電壓循環(huán)，所述循環(huán)周期具有第一半循環(huán)周期和第二半循環(huán)周期，在 第一半循環(huán)周期期間絕對(duì)電壓值從零增大到最大值，在第二半循環(huán)周期期間絕對(duì)電壓值從 最大值減小到零，所述電路包括整流器，接收干線AC電壓，并且產(chǎn)生直流DC電壓；開(kāi)關(guān)式電源SMPS，接收DC電壓，產(chǎn)生輸出電壓，并且將輸出電壓和驅(qū)動(dòng)電流提供至負(fù) 載，所述SMPS包括控制開(kāi)關(guān)，所述控制開(kāi)關(guān)在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間可切換，并且僅在所述 接通狀態(tài)期間導(dǎo)通，以控制傳遞至負(fù)載的輸出電壓和驅(qū)動(dòng)電流；以及定時(shí)器控制電路，在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間驅(qū)動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，其中，控制電路通過(guò)在每個(gè) 循環(huán)周期內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列，相對(duì)于干線電壓循環(huán)來(lái)移位驅(qū)動(dòng)電流的時(shí)序，其中，每 個(gè)電流控制脈沖使控制開(kāi)關(guān)處于所述接通狀態(tài)，并且每個(gè)電流控制脈沖具有相應(yīng)持續(xù)時(shí)間 T。n，所述產(chǎn)生具有相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期的時(shí)序，所述時(shí)序提供第二半循環(huán)周期內(nèi) 所有電流控制脈沖的Τ。η之和，第二半循環(huán)周期內(nèi)所有電流控制脈沖的1 之和實(shí)質(zhì)上大于 第一半循環(huán)周期內(nèi)所有電流控制脈沖的Τ。η之和。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中，循環(huán)周期內(nèi)電流控制脈沖序列中的第η個(gè)電流 控制脈沖的1 具有比所述電流控制脈沖序列中的第(η-1)個(gè)電流控制脈沖的乜長(zhǎng)的持續(xù) 時(shí)間，其中在第(η-1)個(gè)電流控制脈沖之后產(chǎn)生第η個(gè)電流控制脈沖。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中，第η個(gè)電流控制脈沖的Τ。η與第(η-1)個(gè)電流 控制脈沖的Τ。η之間的差在至少三C3)個(gè)連續(xù)電流控制脈沖的范圍上是恒定的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中，定時(shí)器控制電路產(chǎn)生具有相對(duì)于第一和第二半循環(huán)周期的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的時(shí)序窗，其中定時(shí)器控制電路僅在所述時(shí)序窗內(nèi)產(chǎn)生電流控制脈沖序列，以及 時(shí)序窗起始時(shí)間和時(shí)序窗持續(xù)時(shí)間使得在第二半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有T。n值之和 實(shí)質(zhì)上大于在第一半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有1 值之和。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中，所述時(shí)序窗內(nèi)電流控制脈沖序列中的第η個(gè)電 流控制脈沖的1 具有比所述電流控制脈沖序列中的第(η-1)個(gè)電流控制脈沖的Τ。η長(zhǎng)的持 續(xù)時(shí)間，其中，在第(η-1)個(gè)電流控制脈沖之后產(chǎn)生第η個(gè)電流控制脈沖。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中，第η個(gè)電流控制脈沖的Τ。η與第(η-1)個(gè)電流 控制脈沖的Τ。η之間的差在至少三C3)個(gè)連續(xù)電流控制脈沖的范圍上是恒定的。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，還包括零點(diǎn)檢測(cè)電路，檢測(cè)所輸入的干線電壓的零點(diǎn)，并且響應(yīng)于此，產(chǎn)生脈沖時(shí)序參考電 壓，所述脈沖時(shí)序參考電壓具有在不大于一個(gè)循環(huán)周期的脈沖時(shí)序參考電壓持續(xù)時(shí)間上相 對(duì)于時(shí)間而增大的值；谷值檢測(cè)電路，在與電流控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)的功率電容器的振蕩周期期間，檢測(cè)所述功率 電容器上的最小電壓，并響應(yīng)于此，產(chǎn)生谷值檢測(cè)信號(hào)；其中，定時(shí)器控制電路響應(yīng)于所述谷值檢測(cè)信號(hào)向脈沖時(shí)序電容器發(fā)送充電電流，并 且將脈沖時(shí)序電容器上的電壓與脈沖時(shí)序電壓相比較，并且將1 設(shè)置為等于開(kāi)始發(fā)送充 電電流與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間的時(shí)延。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電路，定時(shí)器控制電路還包括比較器，將脈沖時(shí)序電容器上的電壓與脈沖時(shí)序參考電壓相比較，并且產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及觸發(fā)器電路，接收觸發(fā)信號(hào)和谷值檢測(cè)信號(hào)，并且將Τ。η設(shè)置為等于開(kāi)始發(fā)送充電電流 與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間的時(shí)延。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電路，其中，定時(shí)器控制電路基于給定的參考電壓通過(guò)以 下操作來(lái)控制所述輸出電壓將與所述輸出電壓成比例的電壓與所述給定的參考電壓相比較， 響應(yīng)于此，產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)；以及基于所述電壓誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)至所述脈沖時(shí)序電容器的所述充電電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電路，其中，定時(shí)器控制電路產(chǎn)生具有相對(duì)于第一和第二 半循環(huán)周期的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的時(shí)序窗，其中定時(shí)器控制電路僅在所述時(shí)序窗內(nèi)產(chǎn)生所述電流控制脈沖序列；以及 時(shí)序窗起始時(shí)間和時(shí)序窗持續(xù)時(shí)間使得在第二半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有Τ。η值之和 實(shí)質(zhì)上大于在第一半循環(huán)周期期間產(chǎn)生的所有1 值之和。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的電路，還包括 加窗電路，包括在后半循環(huán)周期中遞增計(jì)數(shù)的第一計(jì)數(shù)器，所述第一計(jì)數(shù)器在后循環(huán)周期結(jié)束處或之 后切換至遞減計(jì)數(shù)，在后半循環(huán)周期中遞減計(jì)數(shù)的第二計(jì)數(shù)器，所述第二計(jì)數(shù)器在后循環(huán)周期結(jié)束處或之 后切換至遞增計(jì)數(shù)，組合電路，接收第一和第二計(jì)數(shù)器的輸出，并且產(chǎn)生第一和第二計(jì)數(shù)器的輸出之間的 差的絕對(duì)值，以及比較器，接收組合電路的輸出和設(shè)置信號(hào)，并且產(chǎn)生加窗信號(hào)；以及 延遲電路，接收加窗信號(hào)，并產(chǎn)生起始和停止信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電路，其中，觸發(fā)器電路還接收起始信號(hào)、停止信號(hào)以及谷 值檢測(cè)信號(hào)，并且將1 設(shè)置為等于開(kāi)始發(fā)送充電電流與比較結(jié)果指示滿足比較準(zhǔn)則之間 的時(shí)延。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電路，零點(diǎn)檢測(cè)電路還包括放大器，接收與干線AC電壓成比例的差分電壓，并且產(chǎn)生差分放大干線信號(hào)，所述差 分電壓包括與主電源的正端子上的電壓成比例的第一單端電壓以及與主電源的負(fù)端子上 的電壓成比例的第二單端電壓；以及比較器，接收差分放大干線信號(hào)，并在所述差分放大干線信號(hào)等于零時(shí)產(chǎn)生零交叉信號(hào)。
全文摘要
不同示例實(shí)施例涉及用于低負(fù)載的功率因子校正器及相關(guān)方法。功率因子校正器通過(guò)在干線AC電壓的絕對(duì)值的下降時(shí)間期間比在可應(yīng)用上升時(shí)間期間使更大量的電流傳遞至負(fù)載，在低負(fù)載或高干線電壓下提升功率因子。不同實(shí)施例通過(guò)在下降時(shí)間期間增大控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使得干線周期期間接通時(shí)間的大部分出現(xiàn)在下降時(shí)間期間。這可以包括使用在每個(gè)半干線循環(huán)內(nèi)的周期上增大的時(shí)序電壓，來(lái)增大下降時(shí)間中轉(zhuǎn)換循環(huán)的接通時(shí)間。這還可以包括在每個(gè)半干線循環(huán)期間移位時(shí)域功率轉(zhuǎn)換，使得時(shí)間的大部分出現(xiàn)在下降時(shí)間期間。不同實(shí)施例可以采用上述兩種方法。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102111065SQ20101062310
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
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