功率因數(shù)校正電路中的感測電流的預(yù)失真的制作方法
【專利摘要】一個示例控制器包括功率因數(shù)增強(qiáng)器、接通時間控制器和切換信號發(fā)生器。該功率因數(shù)增強(qiáng)器被耦合以在PFC轉(zhuǎn)換器的交流輸入電壓的每個半線路周期生成一個預(yù)失真信號。該接通時間控制器響應(yīng)于PFC轉(zhuǎn)換器的感測PFC開關(guān)電流乘以該預(yù)失真信號而結(jié)束該P(yáng)FC開關(guān)的接通時間。該切換信號發(fā)生器通過響應(yīng)于該接通時間控制器而生成一個切換信號來控制PFC開關(guān)的切換，從而控制該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電流波形大體上跟隨輸入電壓波形的形狀。該功率因數(shù)增強(qiáng)器調(diào)整預(yù)失真信號以使所感測的PFC開關(guān)電流預(yù)失真，從而補(bǔ)償該輸入電流波形中的失真。
【專利說明】功率因數(shù)校正電路中的感測電流的預(yù)失真

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容總體涉及電源，具體而言但不排他地，涉及用于具有功率因數(shù)校正 (PFC)的開關(guān)模式電源的控制器。

【背景技術(shù)】
[0002] 電子設(shè)備使用電力運(yùn)行。由于開關(guān)模式電源的高效率、小尺寸和低重量，它們通常 被用來為當(dāng)今的許多電子設(shè)備供電。常規(guī)的壁式插座提供低頻交流電。在離線開關(guān)電源中， 交流（ac)輸入被轉(zhuǎn)換以通過能量傳遞元件提供經(jīng)良好調(diào)節(jié)的直流電（dc)輸出。開關(guān)模式 電源控制器通常通過在閉合回路中感測該輸出并且控制它來提供輸出調(diào)節(jié)。一些離線開關(guān) 電源包括功率因數(shù)校正（PFC)特征，其中所述控制器還提供一個內(nèi)部電流回路，以控制線 路電流的電流整形。開關(guān)模式電源的運(yùn)行包括高頻切換，以通過改變開關(guān)的接通時間、斷開 時間或切換頻率來提供想要的輸出。典型地，在脈沖寬度調(diào)制PWM中，占空比是受控的，其 中該占空比是接通時間與總切換周期的比率。
[0003] 在設(shè)計(jì)開關(guān)模式電源時，常常考慮一些要求，諸如效率、尺寸、重量和成本。控制該 開關(guān)模式電源的切換的控制器可被設(shè)計(jì)成符合某些管理機(jī)構(gòu)對功率因數(shù)和效率的要求。例 如，常規(guī)控制器可以被設(shè)計(jì)成控制該開關(guān)模式電源的切換，以提供比在不同的負(fù)載水平和 在不同的操作條件（例如低線路電壓或高線路電壓）下的預(yù)定義值更高的功率因數(shù)（PF) 和效率。更高的PF提供與輸入電壓同相的正弦輸入電流，并且包含可接受的低頻諧波水平 (例如，總諧波失真THD的低水平）。高效率還被要求在高負(fù)載時減少功率損耗和加熱，同 時在較低負(fù)載和空載時提供有效運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 參照下面的附圖描述本發(fā)明的非限制性和非窮舉性實(shí)施方案，其中除非另有說 明，在各個視圖中相同的參考數(shù)字指代相同的部分。
[0005] 圖1是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的示例功率因數(shù)校正（PFC)轉(zhuǎn)換器的功能 框圖。
[0006] 圖2A是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的供PFC轉(zhuǎn)換器中使用的示例控制器的 功能框圖。
[0007] 圖2B是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的功率因數(shù)（PF)增強(qiáng)器的一種示例實(shí)施 方式的功能框圖。
[0008] 圖2C是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的PF增強(qiáng)器的另一種示例實(shí)施方式的功 能框圖。
[0009] 圖3是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的示例控制器的功能框圖。
[0010] 圖4A和4B示出沒有輸入電流預(yù)失真的輸入線路電壓和電流波形。
[0011] 圖4C和4D示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的具有輸入電流預(yù)失真的輸入線路電 壓和電流波形。
[0012] 圖5A-5C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的在輸入線路電壓的每個半線路周期 期間變化的可變乘法因數(shù)。
[0013] 圖6A和6B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的在輸入線路電壓上的瞬時事件以及 在可變乘法因數(shù)中的相關(guān)變化。
[0014] 圖7是例示功率因數(shù)增強(qiáng)器的數(shù)字實(shí)施方式的邏輯塊的一個實(shí)施例。
[0015] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的可被用于在每個半線路周期期間確定可 變乘法因數(shù)的三個可選的斜坡函數(shù)。
[0016] 在下面的描述中闡明了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對實(shí)施方案的透徹理解。然而，相 關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在沒有一個或多個具體細(xì)節(jié)的情況下、或者用其它方法、組 件、材料等來實(shí)踐本文所描述的技術(shù)。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)示出或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料 或操作，以避免模糊某些方面。
[0017] 在整個說明書中提及的"一個實(shí)施方案"或"一實(shí)施方案"意味著關(guān)于該實(shí)施方案 所描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案中。因此，在整個說 明書中的多個地方出現(xiàn)的短語"在一個實(shí)施方案中"或"在一實(shí)施方案中"不一定都指同一 實(shí)施方案。此外，具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性可按任何合適的方式結(jié)合在一個或多個實(shí)施方案 中。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 由于常規(guī)開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器可能會向交流源呈現(xiàn)非線性負(fù)載，電源從交流源汲取的 電流的波形可以是非正弦的和/或與交流輸入電壓波形異相的。這導(dǎo)致交流干線分配系 統(tǒng)中增加的損耗，并且在世界許多地方，現(xiàn)在這是電源制造商保證電源所汲取的電流是正 弦并且與交流電壓波形同相的立法要求或自愿要求的主題。因此，本文中所公開的實(shí)施方 案可以提供對輸入電流波形的校正。這樣的校正可以稱為功率因數(shù)校正（PFC)。一般而 言，如果輸入交流電流波形和電壓波形為正弦的且完美地同相，則電源的功率因數(shù)為1(或 100%)。換言之，經(jīng)功率因數(shù)校正的輸入將向交流源呈現(xiàn)一個負(fù)載，該負(fù)載相當(dāng)于將一個固 定電阻耦合在交流源兩端。隨著輸入電流相對于交流源電壓的諧波失真和/或相位偏移的 增加，功率因數(shù)降至1以下。功率因數(shù)要求通常要求功率因數(shù)大于0.9并且可能具有對輸 入電流波形的諧波含量的要求。
[0019] 如上文所討論的，在AC/DC(離線）功率轉(zhuǎn)換器中，除效率要求外，監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)為 市場上的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器（例如，金、銀或銅）的性能評定建立了PF(功率因數(shù)）和 THD(總諧波失真）的最低要求。具有功率因數(shù)校正的轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)限制應(yīng)既在高負(fù)載 下又在低負(fù)載下時被滿足。通常在高負(fù)載時更容易提供良好的功率因數(shù)而且市面上存在這 樣做的PFC轉(zhuǎn)換器。然而，對于低負(fù)載（通常為20-25%或以下），由于導(dǎo)致電流相移的輸 入電容性濾波效應(yīng)的更顯著影響和由于導(dǎo)致線路電流的較高THD的寄生或噪聲影響，更難 以實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。
[0020] 因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施方案提供一種功率因數(shù)（PF)增強(qiáng)器，該功率因數(shù)（PF)增 強(qiáng)器被添加至PFC轉(zhuǎn)換器（例如，升壓PFC轉(zhuǎn)換器）的控制器，該功率因數(shù)（PF)增強(qiáng)器可 在預(yù)定的負(fù)載和輸入電壓（例如，在20%的負(fù)載和230V的輸入電壓）時增強(qiáng)線路電流的功 率因數(shù)，該功率因數(shù)符合PF監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)會是有利的。
[0021] 從在低負(fù)載和/或高線路電壓時對PFC轉(zhuǎn)換器的線路電流失真的研究和分析中， 已觀察到在半線路周期的第一半（四分之一線路周期，例如，〇〈ωt〈π/4)，正弦輸入電流 波形的上升斜率通過被拉升而失真。在半線路周期的第二半（四分之一線路周期，例如， π/4〈ωt〈π/2)，輸入電流波形的下降斜率通過被下推而失真。因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施方 案提供以相反方向在感測電流上應(yīng)用受控的預(yù)失真（其被PFC引擎用來處理參考電流）來 補(bǔ)償和改善線路電流波形的功率因數(shù)PF和總諧波失真THD。感測電流上的這樣的預(yù)失真的 模式/算法是這樣的，使得感測電流將在半線路周期的第一半（四分之一線路周期，例如， 0〈c〇t〈π/4)的上升斜率期間被拉升，并且在半線路周期的第二半（四分之一線路周期，例 如，π/4〈〇η〈π/2)的下降斜率期間被下推。電流波形上的失真是負(fù)載水平的函數(shù)（取決 于負(fù)載水平；例如，40%的負(fù)載中的電流波形失真不同于20%的負(fù)載）。因此，本公開內(nèi)容 的實(shí)施方案可提供被調(diào)整以補(bǔ)償一個預(yù)定義的特定負(fù)載水平的預(yù)失真。
[0022] 在PFC控制器的一個實(shí)施例中，通過線路電壓的已檢測到的峰并且響應(yīng)于該峰電 壓的值（與峰值的平方成比例）修改電流參考，其中該峰電壓通常是在整個線路周期內(nèi)是 恒定的。示例的預(yù)失真通過使該線路電壓的已檢測到的峰乘以一個可變乘法因數(shù)來操縱 該線路電壓的已檢測到的峰，該可變乘法因數(shù)在整個線路周期內(nèi)不是恒定的并且是線路半 周期相角的斜坡下降函數(shù)。這使參考電流預(yù)失真，以針對某一范圍的負(fù)載電流和線路電壓 (例如大約20%的負(fù)載和230V的線路電壓）補(bǔ)償電流波形失真。
[0023] 圖1是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的示例PFC轉(zhuǎn)換器100的功能框圖。例示 的示例PFC轉(zhuǎn)換器100是離線PFC升壓開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，其接收線路周期為I；的交流正弦 輸入電壓Vac 102并且從線路汲取輸入電流Iac 104。PFC轉(zhuǎn)換器100包括輸入EMI濾波器 塊105、橋式整流器106,該橋式整流器106在端子108處給升壓級提供全波整流電壓Vkect 107。
[0024] 輸入電容器110被耦合在橋式整流器106兩端，以旁路和過濾掉來自開關(guān)器件140 的高頻電流。對于沒有功率因數(shù)校正（PFC)的應(yīng)用，輸入電容器110要足夠大，使得直流電 壓將被施加到電感器115。然而，對于具有PFC的功率轉(zhuǎn)換器，使用具有小電容值的輸入電 容器110來保存線路正弦波形，并允許施加至電感器115的電壓大體上跟隨經(jīng)整流的正弦 電壓VKECT，特別是對于較大的負(fù)載。
[0025] 在圖1的示例轉(zhuǎn)換器100中，升壓級包括升壓電感器115、輸出整流器118和開關(guān) 電路130,該開關(guān)電路130包括開關(guān)器件140和控制器150。開關(guān)器件140和控制器150可 以被包含在一個集成電路中。圖1中的輸出整流器118被耦合到電感器115并且被示例為 單個二極管（升壓二極管）。然而，在一些實(shí)施方案中，整流器118可以是被用作同步整流 器的晶體管。
[0026]PFC轉(zhuǎn)換器100從一個未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓向負(fù)載125提供輸出功率，該未經(jīng)調(diào)節(jié) 的輸入電壓可以是交流線路電壓（諸如，從常規(guī)的壁式插座所提供的），且在一個實(shí)施方案 中，開關(guān)器件140可以是晶體管，諸如金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET)。
[0027] 圖1中的輸出電容器120和負(fù)載125都被耦合到整流器118。提供給負(fù)載125的 輸出可以是經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓％ 122、經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流Itj 124或兩者的組合。
[0028] 輸出電容器120在具有輸出/負(fù)載電流I。124的負(fù)載125上施加經(jīng)濾波的直流 輸出電壓％ 122,以提供負(fù)載功率。對于圖1的非隔離升壓轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出 處的參考接地101是共同的。
[0029]PFC轉(zhuǎn)換器100還包括具有電路塊的控制器150,以調(diào)節(jié)輸出并在輸入處提供PFC。 在圖1的例示的簡化實(shí)施例中的控制器150可以包括多個內(nèi)部塊。電流感測塊148接收開 關(guān)感測電流144以處理電流感測信號146從而控制開關(guān)器件140的切換以實(shí)現(xiàn)電流整形和 過電流保護(hù)。
[0030] 反饋電路（未示出）可被耦合到PFC轉(zhuǎn)換器100的輸出，以傳遞輸出感測信號 121 (例如，通過電阻分壓器）并在FB端子136產(chǎn)生反饋信號。在一個實(shí)施方案中，代表輸 出電壓122的輸出感測信號可生成電流信號或電壓信號。調(diào)節(jié)塊156通過FB端子接收反 饋信號并且基于控制器150接收的輸入/輸出信息，通過驅(qū)動器塊145和驅(qū)動器輸出信號 142控制開關(guān)器件140的切換，以從一個未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓。 輸入電壓檢測器158在控制器的Vin端子處從輸入感測信號111接收輸入電壓信號138,并 且可檢測輸入線路峰值和零交叉，以向PFC和PF增強(qiáng)器155提供所要求的參考。
[0031] 在一個實(shí)施方案中，控制器150生成切換信號142以控制開關(guān)器件140的切換來 調(diào)節(jié)開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器100的輸出，以及響應(yīng)于交流輸入電壓信號和電流感測提供功率因數(shù) 校正。
[0032] 控制器端子S132 (代表MOSFET開關(guān)器件140的實(shí)例中的源極）和端子G131 (代 表控制器的參考接地）被耦合到轉(zhuǎn)換器的功率接地參考101。已認(rèn)識到電壓信號和電流信 號每個都可既含有電壓分量也含有電流分量。然而，如本文中所使用的術(shù)語"電壓信號"意 味著該信號的電壓分量代表相關(guān)信息。類似地，如本文中所使用的術(shù)語"電流信號"意味著 該信號的電流分量代表相關(guān)信息。通過舉例的方式，到FB端子136的反饋信號可以是具有 電壓分量和電流分量的電流信號，其中電流分量代表輸出感測121。
[0033] 在一個實(shí)施例中，控制器150和開關(guān)器件140可被實(shí)施和制造為單塊集成電路或 混合集成電路IC以實(shí)現(xiàn)緊湊和高效運(yùn)行，或者可以用分立的電氣部件、或分立部件和集成 部件的組合來實(shí)現(xiàn)，且可以包括開關(guān)器件140的高電勢側(cè)端子D134 (代表MOSFET開關(guān)器件 的實(shí)例中的漏極）。
[0034] 圖2A是例示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的示例PFC轉(zhuǎn)換器200A的功能框圖。PF 增強(qiáng)器塊210A在輸入206處接收（例如，經(jīng)整流的或交流輸入線路電壓的按比例縮小的信 號），并通過零交叉檢測器211檢測輸入線路零交叉，零交叉檢測器211生成零交叉信號，該 零交叉信號被預(yù)失真發(fā)生器219使用以在每個半線路周期生成預(yù)失真信號221。在每個半 線路周期時，預(yù)失真信號221將通過乘法器223被調(diào)制在所感測和經(jīng)縮放的電流信號222 上。PFC轉(zhuǎn)換器中的所感測的電流284可以是在輸入返回線路處感測的升壓電感器電流，或 者如圖2A的實(shí)施例示出的，可以是通過內(nèi)部感測FET感測的升壓功率開關(guān)電流或者是在與 該升壓功率開關(guān)串聯(lián)的外部感測電阻器上感測的升壓功率開關(guān)電流。所感測的電流284被 輸入到縮放塊260中，該縮放塊260為輸入線路電流生成電流整形參考以跟隨輸入線路電 壓的正弦波形。在每個負(fù)載和線路條件下（具體地，當(dāng)輸入線路處于高電平時，例如：通常 為230Vrms或在160Vrms以上，并且負(fù)載在低水平時，例如：低于25% )，調(diào)制在所感測和經(jīng) 縮放的電流信號222上的預(yù)失真信號221應(yīng)被強(qiáng)加，使得它將以相反的方向補(bǔ)償失真，否則 該失真原本可能在那個特定的負(fù)載和線路條件時發(fā)生。在具有PFC控制器的升壓轉(zhuǎn)換器的 一個實(shí)施例中，在高輸入線路電壓（例如，230V交流）和輕負(fù)載（例如，〈25 %負(fù)載）時在 線路輸入電流上可能發(fā)生典型的高的總諧波失真（高THD因數(shù)）。
[0035] 圖2B是例示PF增強(qiáng)器210B的一個示例實(shí)施方式的功能框圖，該P(yáng)F增強(qiáng)器210B 利用輸入線路電壓的峰值來進(jìn)行開關(guān)接通時間控制。在圖2B的實(shí)施方案中，該P(yáng)F增強(qiáng)器 的預(yù)失真信號可以被調(diào)制在輸入線路峰值信號上，以補(bǔ)償在某些負(fù)載和線路條件下發(fā)生的 高的總諧波失真（高THD因數(shù)）和線路電流的低功率因數(shù)。
[0036] 在圖2B中，PF增強(qiáng)器210接收經(jīng)整流的/AC線路周期信號206。輸入信號206被 耦合到零交叉檢測器211以及被耦合到峰檢測器212。輸入線路信號206被零交叉檢測器 211使用以檢測線路周期的零交叉，其中零交叉信號213將被峰檢測器212使用以生成峰值 信號214。為了保持PFC控制器中的回路增益恒定，線路前饋函數(shù)218可以被施加在峰值信 號214上。在一個實(shí)施例中，所要求的線路前饋函數(shù)218可以是平方函數(shù)或者是模擬二階 拋物線函數(shù)的階梯式線性函數(shù)。
[0037] 零交叉信號213還將被用在峰調(diào)制器塊215中，以在每個半線路周期（兩個連續(xù) 的零交叉信號之間）生成峰調(diào)制器函數(shù)217。在一個實(shí)施例中，在每個半線路周期，峰調(diào)制 器函數(shù)217可以是傾斜向下的線性或非線性函數(shù)，該線性或非線性函數(shù)被定制以補(bǔ)償線路 電流波形所要求的整形，從而實(shí)現(xiàn)具有減少的總諧波失真和較高的功率因數(shù)的改進(jìn)的正弦 電流波形。在每個半線路周期，峰調(diào)制器函數(shù)217則將通過乘法器216調(diào)制在信號219上。 信號219是由塊212從經(jīng)整流的/AC線路周期信號206檢測的峰信號214上暗含的線路前 饋函數(shù)，其中乘法器216的輸出形成在每個半線路周期重復(fù)地（周期地）生成的預(yù)失真信 號 221。
[0038] 在高線路（例如，230V交流）和低/輕負(fù)載（額定的?20% )運(yùn)行條件下可能發(fā) 生的輸入線路電流的典型失真中，與輸入電壓的正弦波形相比較，線路電流在半線路周期 的第一半（四分之一線路周期）趨向于向上傾斜，而在半線路周期的第二半趨向于向下傾 斜，這導(dǎo)致電流波形中的高THD以及差的功率因數(shù)。預(yù)失真函數(shù)221是這樣的，使得當(dāng)通過 乘法器223被與電流信號222 (即，通過塊260被縮放的感測電流284)相乘時，將導(dǎo)致形成 在原始失真的相反方向上進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕?jīng)整形的電流波形224 ;S卩，它將起到在半線路周期 的第一半（四分之一線路周期）拉升線路電流波形并且在半線路周期的第二半（四分之一 線路周期）將線路電流波形向下推的作用。當(dāng)PF增強(qiáng)器210未被使能時（例如，在低線路 和/或高負(fù)載運(yùn)行時，使得電流失真和THD是低的且PF不需要提高），信號221只是信號 219,該信號219是通過線路前饋函數(shù)218被強(qiáng)加的峰值信號214。PFC控制器的開關(guān)控制 塊270中的接通時間控制器250接收經(jīng)修改的電流信號224,并與其它的控制信號276組合 并且通過PFC控制器中其它控制塊的功能（將在圖3中解釋），將切換信號279輸出至驅(qū)動 器282以接通或斷開PFC功率開關(guān)285,從而控制能量到功率轉(zhuǎn)換器輸出的傳遞。
[0039] 圖2C是例示PF增強(qiáng)器210C的另一個示例實(shí)施方式的功能框圖，其中在零交叉 檢測器211中且通過峰檢測器212 (如圖2A和2B中所描述的）處理經(jīng)整流的或交流的線 路信號206 (在一個實(shí)施例中，縮放的經(jīng)整流的/AC感測輸入電壓）。通過接收零交叉信號 213,峰檢測塊212生成Vpk信號214并且峰調(diào)制器塊215生成峰調(diào)制器函數(shù)217,與圖2B 中的實(shí)施方式選項(xiàng)比較，該峰調(diào)制器函數(shù)217首先通過乘法器316相乘，然后結(jié)果218被呈 現(xiàn)給線路前饋函數(shù)219,以在每個半線路周期時在PF增強(qiáng)器210C的輸出221處生成預(yù)失真 信號221。然后在每個半線路周期，預(yù)失真信號221被強(qiáng)加到經(jīng)縮放的感測電流信號222， 經(jīng)縮放的感測電流信號222是由縮放感測電流塊260 -接收到感測電流284 (在一個實(shí)施 例中可能是通過感測FET或感測電阻）時就生成的。預(yù)失真電流信號224可被接通時間控 制器250使用，以控制開關(guān)接通時間并且在高線路和/或低負(fù)載運(yùn)行條件時補(bǔ)償電流失真 和提高功率因數(shù)。如果PF增強(qiáng)器特征沒有通過使能信號"En225"被使能（例如，在低線 路和/或高負(fù)載運(yùn)行條件時，PF自然是高），則接通時間斜坡塊250接收的信號224只是通 過線路前饋函數(shù)219被強(qiáng)加的（調(diào)制的）、并且被乘以經(jīng)縮放/所感測的電流信號222的 峰檢測信號214。開關(guān)控制單元（塊）270是PFC控制器IC的一部分，在一個實(shí)施例中，開 關(guān)控制單元（塊）270可以包括多個所要求的塊并且接收一些控制信號276以生成切換信 號279,該切換信號279通過驅(qū)動器282接通和斷開PFC功率開關(guān)285,以控制能量到功率 轉(zhuǎn)換器輸出的傳遞。
[0040] 圖3示出利用PF增強(qiáng)器310的一個示例PFC控制器的功能內(nèi)部框圖。經(jīng)整流的 或AC線路信號（在一個實(shí)施例中是縮放的經(jīng)整流的/AC感測輸入電壓）在控制器引腳306 處被接收，并且如圖2A-C中所描述的通過零交叉檢測器311和峰檢測器312被處理。通過 接收零交叉信號313,峰檢測器312生成Vpk信號314并且峰調(diào)制器塊315生成類似于圖 2C的示例實(shí)施方式的峰調(diào)制器函數(shù)317。乘法器316生成結(jié)果318,該結(jié)果318隨后被呈現(xiàn) 給線路前饋函數(shù)319以在每個半線路周期時在PF增強(qiáng)器的輸出處生成預(yù)失真信號321。在 每個半線路周期時，預(yù)失真信號321被強(qiáng)加在經(jīng)縮放的所感測的電流信號322上，該經(jīng)縮放 的所感測的電流信號322是由縮放感測電流塊360通過接收所感測的電流384而生成的， 在此實(shí)施例中，該所感測的電流384是通過一個與功率開關(guān)385結(jié)合的感測FET386接收 的。預(yù)失真電流信號324然后被接通時間控制器350使用，以在高線路和/或低負(fù)載運(yùn)行 條件時補(bǔ)償電流失真和提高功率因數(shù)。在一個實(shí)施例中，使能信號"En325"被耦合到峰調(diào) 制器塊315以在高線路和/或低負(fù)載時激活PF增強(qiáng)器函數(shù)來提高功率因數(shù)。如果PF增強(qiáng) 器特征沒有通過使能信號"En325"被激活（例如，在低線路和/或高負(fù)載運(yùn)行條件），則接 通時間控制器350接收的信號324只是通過線路前饋函數(shù)319強(qiáng)加的、并且乘以經(jīng)縮放的 /所感測的電流信號322的峰檢測信號314。
[0041] 在一個實(shí)施方案中，PFC轉(zhuǎn)換器的輸出調(diào)節(jié)是通過從轉(zhuǎn)換器在FB引腳308上的輸 出接收反饋信號332來實(shí)現(xiàn)的，該反饋信號通過反饋和補(bǔ)償電路塊330生成電壓誤差信號 Ve338,該電壓誤差信號Ve338被控制器用來控制能量的傳遞并且調(diào)節(jié)輸出。接通時間控 制器350通過接收來自乘法器323的信號324和電壓誤差信號Ve338可以生成接通信號 371。斷開時間控制器340通過接收來自引腳Vin306的信號Vin342 (經(jīng)整流的/AC線 路周期）、來自引腳FB308的反饋信號FB332和電壓誤差信號Ve338可以生成斷開時間 信號372。開關(guān)通斷控制監(jiān)視塊370被耦合到分別向開關(guān)通斷控制監(jiān)視塊370提供接通時 間信號371和斷開時間信號372的接通時間控制器350和斷開時間控制器340。切換信號 379是由開關(guān)通斷控制監(jiān)視塊370通過接通時間信號371、斷開時間信號372并且考慮保護(hù) 信號376而生成的。
[0042] 切換信號379的上升沿和下降沿還分別為接通時間控制器350和斷開時間控制器 340提供復(fù)位信號。
[0043] 切換信號379通過驅(qū)動器382命令功率開關(guān)385在分別耦合到IC的外部引腳D 303和S302的漏極D381和源極383端子之間的通斷控制，其中源極引腳302被耦合到接 地引腳G301。應(yīng)理解，在一個實(shí)施例中，功率開關(guān)385和驅(qū)動器382(開關(guān)和驅(qū)動器單元 380)可以被集成為控制器IC中的單塊或混合結(jié)構(gòu)。
[0044] 為控制器300的不同塊供電的電源是通過內(nèi)部電源塊305提供的，內(nèi)部電源塊305 通過控制器引腳Vcc304被耦合到外部電源，并且該電源設(shè)置具有所要求的欠/過電壓保 護(hù)向控制器300中多個內(nèi)部塊提供電源鏈路307。
[0045] 圖4A示出當(dāng)PF增強(qiáng)器未被使能（S卩，禁用）并且EMI/切換噪聲未被過濾掉時在 高線路電壓和/或低負(fù)載情況下所捕獲的線路電壓和線路輸入電流（在一個實(shí)施例中可以 是230伏的輸入電壓和20-25%的輸出負(fù)載）的一個實(shí)施例。如所示，甚至在PFC運(yùn)行時， 當(dāng)在低電流水平時，由于橋式電容器和EMI濾波器的影響，即使感測到的電流將是正弦曲 線，輸入電流波形仍失真。對于升壓轉(zhuǎn)換器在高線路電壓和大約20%的額定電流時的一個 實(shí)施例，縱軸412示出輸入線路電壓和輸入電流的瞬時值，而水平時間軸401呈現(xiàn)輸入線路 正弦電壓420和輸入線路電流415的2個線路周期（4個線路半周期405)。如所示，由于在 低電流水平時電流參考值失真和由于輸入濾波器的電容效應(yīng)，該輸入電流波形失真。
[0046] 圖4B類似于圖4A，其中PF增強(qiáng)器未被使能，但是假定該切換噪聲被一個理想的 EMI濾波器完全過濾掉（為了給出對高的總諧波失真和低功率因數(shù)的更好例示）。在縱軸 432上，輸入線路電流波形435的失真與輸入線路電壓430的理想的正弦波形相比較。水 平時間軸401分別呈現(xiàn)線路頻率為50或60Hz且時間周期為20或16ms的2個線路周期 (半線路周期405)。線路電流失真示出，在半線路周期的第一半（四分之一線路周期，例如， 0〈ωt〈π/4)的上升斜率期間，被預(yù)期為跟隨線路電壓的電流通過被拉升而失真，而在半線 路周期的第二半的下降斜率（四分之一線路周期，例如，n/4〈《t〈π/2)，電流波形沒有跟 隨線路電壓，而是通過被推下而失真。
[0047] 圖4C類似于圖4Α，除了PF增強(qiáng)器被使能且EMI/切換噪聲未被過濾掉?？v軸452 示出輸入線路電壓和電流的瞬時值，而水平時間軸401呈現(xiàn)輸入線路正弦電壓460和輸入 線路電流455的2個線路周期（半線路周期405)，盡管存在高頻切換/EMI噪聲（未被過濾 掉），該圖示出通過使能PF增強(qiáng)器特征，減小了低頻諧波失真并且提高了功率因數(shù)。
[0048] 圖4D類似于圖4C，其中PF增強(qiáng)器被使能且高頻率EMI/切換噪聲被過濾掉?？v軸 472示出輸入線路電壓和電流的瞬時值，而水平時間軸401呈現(xiàn)通過高頻切換/EMI噪聲被 過濾掉，輸入線路正弦電壓480和輸入線路電流475的2個線路周期。如圖4D中示出的， 與圖3相比，被使能的PF增強(qiáng)器通過（借助）下推半線路周期的第一半（在四分之一線路 周期期間的上升斜率，例如，〇〈《t〈π/4)和通過拉升半線路周期的第二半的下降斜率（四 分之一線路周期，例如，η/4〈ωt〈π/2)，而通過將線路電流的失真波形向前傾斜來使失真 的效果反向從而減小低頻諧波失真并且提高PF/THD。
[0049] 圖5A-5C示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方案的全波整流正弦輸入線路電壓波 形，其中使用斜坡函數(shù)實(shí)施的基本構(gòu)思來生成可變乘法因數(shù)（例如，峰調(diào)制器215的輸出） 和作為結(jié)果的預(yù)失真信號。在每個開關(guān)周期內(nèi)，在最后的半線路周期內(nèi)檢測到的峰值被用 來生成供在接通時間控制器350 (圖3)中使用的參考。在圖5Α中，峰調(diào)制器輸出520是一 個階梯式斜坡下降函數(shù)530,在半線路周期510期間，該階梯式斜坡下降函數(shù)530在該半線 路周期的零交叉= 0(角度）時從Κ>1(在一個實(shí)施例中，1.25,125% )開始，且在cot =π/2時下降到K= 1，524,且在該線路半周期結(jié)束（ωt=π)時，它降至K〈1 (在一個 實(shí)施例中，0. 7,70%)。盡管，圖5A例示了一個階梯式傾斜下降斜坡（遞減）函數(shù)，但其他 實(shí)施方案可以包括一個模擬線性減小函數(shù)，以生成乘法因數(shù)。在可變乘法因數(shù)的數(shù)字實(shí)施 方式中，每個線路周期可以存在N個下降階梯（數(shù)字時鐘周期）（或每個線路半周期510有 N/2個時鐘周期535)，其中，每個階梯的時間間隔為（1/Ν)?γ532。
[0050] 在一實(shí)施例中，可以通過Kl-(2/ji) (Kl-1).cot在每個半線路周期0>c〇t>π引入 斜坡下降峰修改器函數(shù)530的數(shù)學(xué)模擬方程；其中，在cot= 0時的最大值為K1，在cot= η/2時它變?yōu)?，并在ω?=π時下降到（2-K1)。在一個實(shí)施方案中Kl= 1.25。
[0051] 圖5Β示出具有峰值Vpk 544的線路全波整流輸入線路電壓540。水平時間軸與圖 5Α相同，具有類似的標(biāo)簽。圖5C例示了在每個半線路周期575期間的線路全波整流半周 期的預(yù)失真信號570,其中該預(yù)失真信號在相位角ωt= 0時具有的值為Kl*Vpk，使得所檢 測的線路電壓峰值被乘以1.25(如1.25*Vpk)。然后該預(yù)失真信號在cot=π/2時降至Vpk 564,且然后在線路半周期結(jié)束=π)時降至〇.7*VPk。
[0052] 因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施方案通過用于限定可變乘法因數(shù)的一個函數(shù)來操縱所檢 測的線路電壓峰值，并在每個半線路周期時使用該函數(shù)使輸入電流波形預(yù)失真，從而提高 PF和THD。
[0053] 圖6A和6B例示輸入線路電壓上的瞬時條件和預(yù)失真信號上的相應(yīng)快速響應(yīng)。圖 6A示出若干個半周期的經(jīng)整流的輸入線路電壓620 (縱軸）相對于具有半線路周期時間間 隔610的時間601 (水平軸），其中IY是線路正弦電壓的時間周期。在608的 峰附近的快速線路瞬態(tài)事件以快速瞬態(tài)的方式使正弦電壓的峰從VPK1622增加到VPK2624。如 在圖6B上觀察到的，在tpweos時檢測的新峰值將在下一個（接下來）的半線路周期中以 快速響應(yīng)導(dǎo)致預(yù)失真信號640上的成比例偏移。
[0054] 在此實(shí)施例中，圖6B示出預(yù)失真信號640的數(shù)字/采樣模擬實(shí)施方式（階梯式 函數(shù)）?？v軸是預(yù)失真信號640的幅度，該預(yù)失真信號640在每個零交叉602復(fù)位并從 K1*Vpk1642(K1>1，在一個實(shí)施例中，Kl= 1. 25)的最大值開始，并且以每線路周期1^線性減 小N= 32個階梯（或每半線路周期Tjl/2線性減小N= 16個階梯）。在線路相角為ωt= n/2時，該預(yù)失真信號下降到1(例如，值644)，并最終在線路半周期結(jié)束時（cot=π)下 降到K2*VPK1 (K2〈l，在一個實(shí)施例中Κ2 = 0. 7)。在t_608時，線路電壓峰值已經(jīng)從VPK1622 變化到VPK2624,且因此在接下來的半線路周期內(nèi)，更新輸入電壓信號的值。因此，預(yù)失真信 號640的值將從最大值K1*VPK2(例如，Kl= 1. 25)開始上移（由于峰值變化，上移一個偏 移），然后線性地下降（以每半線路周期Τι/2線性下降相同的N= 16個階梯），使得在線 路電壓ωt=π/2時，該預(yù)失真信號的值下降到Vpk2 (標(biāo)記為654)，且最后在線路半周期結(jié) 束時（cot=π)下降到K2*VPK2(例如，K2〈l，在一個實(shí)施例中，Κ2 =?0.7)。
[0055] 階梯的選擇和階梯數(shù)量取決于實(shí)施的資源，諸如可用的半導(dǎo)體面積。
[0056] 根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方案，圖7示出例示一個實(shí)施例的功率因數(shù)增強(qiáng)器 700的功能框圖。功率因數(shù)增強(qiáng)器700是圖1的PF增強(qiáng)器155的一個可行的實(shí)施方式。在 此實(shí)施例中，其中通過線路輸入電壓的峰值施加預(yù)失真，輸入電壓信號被耦合到端子710， 以提供從最后周期檢測的峰值。該峰值被提供給增益為Κ1>1(Kl=l+β)的緩沖器720的 輸入722。在一個實(shí)施例中，Kl= 1. 25(β= 1/4)，這意味著最后周期緩沖的峰的125%出 現(xiàn)在加法器722的輸出處并且耦合到選擇器開關(guān)730的端子732。在線路周期的每個零交 叉，控制器中的零交叉檢測器（例如，參見圖2A，211)生成一個零交叉脈沖ZCP712,該零交 叉脈沖ZCP712在通過時鐘脈沖同步塊715與時鐘脈沖714同步（在一個實(shí)施例中，在時 鐘脈沖714的上升沿）之后，生成經(jīng)調(diào)整的零交叉脈沖ZCP' 716。該經(jīng)調(diào)整的零交叉脈沖 ZCP' 716被耦合到選擇器開關(guān)控制端子736以將端子732耦合到輸出端子738。增益為Kl =(1+β) >1的經(jīng)緩沖的峰值被施加到采樣和保持η位鎖存器單元740的輸入端子742,且 在通過端子746接收的時鐘信號714的上升沿被采樣，待被保持直到下一個時鐘周期（時 鐘的下一個標(biāo)記）。
[0057] 在一個實(shí)施例中，時鐘信號714在線路周期的每個60Hz的時間周期內(nèi)可以包含32 個標(biāo)記，這給出32x60 = 1920Hz的時鐘頻率。在采樣和保持單元740的輸出744處的采樣 值隨后被提供作為預(yù)失真信號750的第一值。在采樣和保持單元740的輸出744處的第一 個值然后被施加到具有（1-1/N)的增益K2'的第二緩沖器760的輸入，并在閉合回路中從 第二緩沖器760的輸出被反饋到選擇器開關(guān)730的端子734。在每個半線路周期開始時的 零交叉脈沖之后，選擇器開關(guān)730將耦合端子734的位置切換到輸出端子738直到下一個 零交叉脈沖。
[0058] 在輸入電壓的零交叉處生成預(yù)失真信號的第一個值之后，線路半周期中的所有連 續(xù)階梯都是在一個閉合回路中生成的，該閉合回路被耦合在選擇器開關(guān)730、采樣和保持單 元740兩端并通過第二緩沖器760。在數(shù)字/采樣模擬實(shí)施方式中，如圖5A和5C中例示的 峰減小的每個遞減階梯是通過緩沖器763生成的，該緩沖器763在緩沖器763的輸入762 處接收最后的階梯值信號744且乘以1/N，其中N為在每個線路周期響應(yīng)于時鐘714生成 的階梯的數(shù)量（在一個實(shí)施例中N= 32 ;32x60 = 1920赫茲）。在緩沖器763的輸出764 處，最后峰階梯值的1/N轉(zhuǎn)到加法器765的負(fù)輸入端，并且在加法器765的端子766處被從 最后峰階梯中扣除，并且在767處的結(jié)果被反饋到734,該結(jié)果通過選擇器開關(guān)730將被用 在峰值計(jì)算的下一個步驟。應(yīng)理解，在此應(yīng)用中使用的示例遞減步驟不限制實(shí)施方式中的 其他可適用的因素。
[0059] 圖8示出三個可選的斜坡函數(shù)，它們可被用于確定在每個半線路周期期間的可變 乘法因數(shù)。假設(shè)在零交叉的初始點(diǎn)處，通過將來自最后線路周期的感測峰乘以固定因數(shù) KDl(在一個實(shí)施例中Kl= 1. 25 ; 125% )來提升該感測峰。
[0060] 圖8中例示三個可選的向下傾斜（遞減）斜坡函數(shù)。它們都從相同的點(diǎn)（Κ1*νρκ) 開始。具有指數(shù)性質(zhì)的斜坡1830在每個線路半周期860的零交叉801處從Kl*VPk 822(1. 25Vpk;125 %Vpk)的最大值開始，該最大值是從被感測的最后線路周期的峰值提 取的，并在閉合回路中的采樣和保持塊的每個時鐘周期步驟將它的最后步驟值乘以因數(shù) (N-l)/N，其中N是每個線路周期中的時鐘周期的數(shù)量，使得在"η"個周期之后，我們有 ((Ν-1)/Ν)η的總乘法運(yùn)算。此斜坡1，830在開始時示出更陡的下降斜率（更深的曲線）， 但該斜率向著線路半周期860的結(jié)束減小，并且在線路半周期805結(jié)束時（ωt=π)總下 降小于其它具有線性斜率的斜坡。
[0061] 具有線性下降斜率的較低斜率的斜坡2,840在每個線路半周期860的零交叉801 處從Kl*VPk 822 (例如，I. 25Vpk ;125%Vpk)的最大值開始，該最大值是從被感測的最后線路 周期的峰值提取的，并在閉合回路中的采樣和保持塊的每個時鐘周期步驟被恒定地向下階 梯下降初始值的1/N(其中N是每個線路周期中的時鐘周期的數(shù)量）。
[0062]具有線性下降斜率的較高斜率的斜坡3,850在每個線路半周期860的零交叉801 處從Kl*VPk 822 (例如，I. 25Vpk ;125%Vpk)的最大值開始，該最大值是從被感測的最后線路 周期的峰值提取的。然而，主要的區(qū)別在于，它以"峰電壓跟隨器模式"運(yùn)行，這意味著如果 峰檢測器輸出一個在線路周期期間變化的信號，則PF增強(qiáng)器將跟隨該變化。換言之，與斜 坡1和斜坡2截然不同，斜坡1和斜坡2僅在線路周期開始時對峰的采樣初始值進(jìn)行操作， 而"峰電壓跟隨器模式"向峰檢測器輸出添加一個函數(shù)，該函數(shù)在每個時鐘周期基于"經(jīng)調(diào) 制的（瞬時）峰值"運(yùn)行，并且在線路周期期間跟隨該經(jīng)調(diào)制的（瞬時）峰值。
[0063]在一個實(shí)施例中，斜坡3的斜率通過將初始峰值在一個實(shí)施例中乘以0.25被定 義，并且將該初始峰值減小一個固定數(shù)量（例如，初始峰的1/32分?jǐn)?shù)），但將該新的斜率下 降函數(shù)添加到"經(jīng)調(diào)制的（瞬時）峰值"。
[0064]本發(fā)明的例示實(shí)施方案的上述描述（包括在摘要中所描述的）并不旨在窮舉或?qū)?本發(fā)明限制于所公開的確切形式。雖然出于例示目的在本文中描述了本發(fā)明的具體的實(shí)施 方案和實(shí)施例，但如相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，多種改型在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可行的。 [0065]鑒于上文的詳細(xì)描述可以對本發(fā)明作出這些修改。在下面的權(quán)利要求中使用的術(shù) 語不應(yīng)被解釋成將本發(fā)明限制于本說明書中公開的具體實(shí)施方案。相反，本發(fā)明的范圍將 完全由下面的權(quán)利要求來確定，這些權(quán)利要求待要根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定原則被解釋。
【權(quán)利要求】
1. 一種控制器，用于功率因數(shù)校正（PFC)轉(zhuǎn)換器中，該控制器包括： 功率因數(shù)增強(qiáng)器，被耦合以在該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的每個半線路周期生成一個預(yù) 失真f目號； 接通時間控制器，被配置為生成第一信號來結(jié)束該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的接通時間，其 中該第一信號是響應(yīng)于該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的所感測的輸入電流乘以該預(yù)失真信號而生成的；以 及 切換信號發(fā)生器，被耦合到該接通時間控制器，并且被配置為通過響應(yīng)于該第一信號 而生成一個切換信號來控制該開關(guān)的切換，從而控制該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電流波形以大體 上跟隨該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓波形的形狀，其中，該功率因數(shù)增強(qiáng)器調(diào)整該預(yù)失真信號 以使所感測的輸入電流預(yù)失真，來補(bǔ)償該輸入電流波形中的失真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，還包括輸入電壓檢測器，其被耦合到該功率因數(shù)增 強(qiáng)器以生成輸入電壓信號，該輸入電壓信號代表該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的值，其中該預(yù) 失真信號代表該輸入電壓的值乘以一個可變乘法因數(shù)，并且其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器調(diào)整該 乘法因數(shù)，以使所感測的輸入電流預(yù)失真。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器將該可變乘法因數(shù)調(diào)整為對 于輸入電壓的半線路周期的第一部分大于1并且對于半線路周期的第二部分小于1，以使 所感測的輸入電流預(yù)失真。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器將該可變乘法因數(shù)調(diào)整為對 于半線路周期的第一半大于1并且對于半線路周期的第二半小于1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該可變 乘法因數(shù)從大于1的值線性地減小到小于1的值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該可變 乘法因數(shù)從大于1的值非線性地減小到小于1的值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該可變 乘法因數(shù)從大于1的值以指數(shù)方式減小到小于1的值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該可變 乘法因數(shù)根據(jù)一個階梯式函數(shù)從大于1的值減小到小于1的值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中該輸入電壓的值是該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的 峰值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器包括： 第一緩沖器，被耦合以將大于1的第一增益施加到該輸入電壓信號，以生成經(jīng)放大的 輸入電壓信號； 采樣和保持電路，被耦合到該第一緩沖器，以響應(yīng)于該輸入電壓的零交叉來采樣該經(jīng) 放大的輸入電壓信號，從而生成該預(yù)失真信號的第一值；和 第二緩沖器，被耦合以將小于1的第二增益施加到該預(yù)失真信號的該第一值，其中，該 采樣和保持電路還被耦合以采樣該第二緩沖器的輸出，從而生成該預(yù)失真信號的第二值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中該接通時間控制器包括第一比較器，該第一比 較器被耦合以響應(yīng)于將一個誤差電壓信號與一個第一參考電壓進(jìn)行比較而生成所述第一 信號，該誤差電壓信號代表該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸出處的負(fù)載，該第一參考電壓是響應(yīng)于所感 測的輸入電流乘以該預(yù)失真信號而生成的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，還包括： 電流源，被耦合以生成第一電流，該第一電流與乘以該預(yù)失真信號的所感測的輸入電 流成比例；以及 第一電容器，被耦合以當(dāng)所述開關(guān)接通時通過該第一電流被充電，其中該電容器兩端 的電壓為該第一參考電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，還包括：斷開時間控制器，該斷開時間控制器被配 置為生成第二信號以結(jié)束該開關(guān)的斷開時間，其中該斷開時間控制器包括第二比較器，該 第二比較器被耦合以響應(yīng)于將經(jīng)調(diào)整的誤差電壓信號與第二電壓參考進(jìn)行比較而生成該 第二信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中該切換信號發(fā)生器被配置為生成所述切換信 號以調(diào)節(jié)PFC轉(zhuǎn)換器的輸出。
15. -種功率因數(shù)校正（PFC)轉(zhuǎn)換器，包括： 能量傳遞元件，待被耦合以接收輸入電壓； 開關(guān)，被耦合到該能量傳遞元件，以控制能量通過該能量傳遞元件的傳遞；以及 控制器，被耦合以控制該開關(guān)的切換，該控制器包括： 功率因數(shù)增強(qiáng)器，被耦合以在該輸入電壓的每個半線路周期生成一個預(yù)失真信號； 接通時間控制器，被配置為生成第一信號以結(jié)束該開關(guān)的接通時間，其中該第一信號 是響應(yīng)于該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的所感測的輸入電流乘以該預(yù)失真信號而生成的；以及 切換信號發(fā)生器，被耦合到該接通時間控制器，并且被配置為通過響應(yīng)于該第一信號 而生成一個切換信號來控制該開關(guān)的切換，從而控制該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電流波形以大體 上跟隨該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓波形的形狀，其中，該功率因數(shù)增強(qiáng)器調(diào)整該預(yù)失真信號 以使所感測的輸入電流預(yù)失真，來補(bǔ)償該輸入電流波形中的失真。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該控制器還包括輸入電壓檢測器，該輸入 電壓檢測器被耦合到該功率因數(shù)增強(qiáng)器，以生成一個輸入電壓信號，該輸入電壓信號代表 該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的值，其中該預(yù)失真信號代表該輸入電壓的值乘以一個可變乘法 因數(shù)，并且其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器調(diào)整該乘法因數(shù)以使所感測的輸入電流預(yù)失真。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器將該可變乘法因數(shù)調(diào) 整為對于輸入電壓的半線路周期的第一部分大于1，并且對于該半線路周期的第二部分小 于1，以使所感測的輸入電流預(yù)失真。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器將該可變乘法因數(shù)調(diào) 整為對于半線路周期的第一半大于1，并且對于半線路周期的第二半小于1。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該 可變乘法因數(shù)從大于1的值線性地減小到小于1的值。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該 可變乘法因數(shù)從大于1的值非線性地減小到小于1的值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該 可變乘法因數(shù)從大于1的值以指數(shù)方式減小到小于1的值。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中在該輸入電壓的每個半線路周期期間，該 可變乘法因數(shù)根據(jù)一個階梯式函數(shù)從大于1的值減小到小于1的值。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該輸入電壓的值是該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸入 電壓的峰值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器包括： 第一緩沖器，被耦合以將大于1的第一增益應(yīng)用到該輸入電壓信號，從而生成經(jīng)放大 的輸入電壓信號； 采樣和保持電路，被耦合到該第一緩沖器，以響應(yīng)于輸入電壓的零交叉來采樣該經(jīng)放 大的輸入電壓信號，從而生成預(yù)失真信號的第一值；和 第二緩沖器，被耦合以將小于1的第二增益施加到該預(yù)失真信號的第一值，其中，該采 樣和保持電路還被耦合以采樣第二緩沖器的輸出，從而生成預(yù)失真信號的第二值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中該接通時間控制器包括第一比較器，該第 一比較器被稱合以響應(yīng)于將誤差電壓信號與第一參考電壓進(jìn)行比較而生成所述第一信號， 該誤差電壓信號代表該P(yáng)FC轉(zhuǎn)換器的輸出處的負(fù)載，該第一參考電壓是響應(yīng)于所感測的輸 入電流乘以該預(yù)失真信號而生成的。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器還包括： 電流源，被耦合以生成第一電流，該第一電流與乘以該預(yù)失真信號的所感測的輸入電 流成比例；以及 第一電容器，被耦合以當(dāng)開關(guān)接通時通過該第一電流被充電，其中該電容器兩端的電 壓為所述第一參考電壓。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器還包括斷開時間控制器，該斷 開時間控制器被配置為生成第二信號以結(jié)束該開關(guān)的斷開時間，其中該斷開時間控制器包 括第二比較器，該第二比較器被耦合以響應(yīng)于將經(jīng)調(diào)整的誤差電壓信號與第二電壓參考進(jìn) 行比較而生成該第二信號。
28. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中所述切換信號發(fā)生器被配置為生成所述 切換信號以調(diào)節(jié)PFC轉(zhuǎn)換器的輸出。
29. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的PFC轉(zhuǎn)換器，其中所述開關(guān)和所述控制器被一起包括在集 成電路中。
30. -種控制器（150)，用于經(jīng)功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換器，該控制器包括： 功率因數(shù)增強(qiáng)器電路系統(tǒng)，以對于該功率轉(zhuǎn)換器的未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓的每個半線路 周期生成一個預(yù)失真信號（221); 調(diào)制電路系統(tǒng)，以基于該預(yù)失真信號調(diào)制代表通過該功率轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)的電流 (284)的信號，該調(diào)制在未經(jīng)調(diào)制的輸入電壓的半線路周期的上升的一半內(nèi)增加通過該功 率開關(guān)的電流的表觀水平，并且在該半線路周期的下降的一半內(nèi)減小通過該功率開關(guān)的電 流（284)的表觀水平；以及 功率因數(shù)校正電路系統(tǒng)，以接收經(jīng)調(diào)制的信號，并且響應(yīng)于該經(jīng)調(diào)制的信號，輸出一個 切換信號到功率開關(guān)驅(qū)動器并且控制能量到該功率轉(zhuǎn)換器的輸出的傳遞。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器電路系統(tǒng)包括： 零交叉檢測器，以確定該未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓的每個半線路周期的相位；以及 預(yù)失真信號發(fā)生器，以基于每個半線路周期的已確定的相位為每個半線路周期生成該 預(yù)失真號。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中： 該控制器還包括一個縮放塊，以生成一個經(jīng)縮放的感測電流信號（222)來充當(dāng)電流整 形參考；以及 該調(diào)制電路系統(tǒng)調(diào)制該經(jīng)縮放的感測電流信號（222)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該調(diào)制電路系統(tǒng)將代表電流的縮放信號乘以 該預(yù)失真號。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該預(yù)失真信號是關(guān)于該未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓 的峰電壓的函數(shù)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該預(yù)失真信號是斜坡下降函數(shù)，該斜坡下降 函數(shù)在半線路周期開始時增加通過該功率開關(guān)的電流的表觀水平，并且在該半線路周期的 下降的一半的結(jié)束時減小通過該功率開關(guān)的電流（284)的表觀水平。
36. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器電路系統(tǒng)被使能以只響應(yīng) 于該功率轉(zhuǎn)換器的未經(jīng)調(diào)節(jié)的高輸入電壓或低負(fù)載運(yùn)行條件而生成所述預(yù)失真信號。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的控制器，其中該未經(jīng)調(diào)節(jié)的高輸入電壓是230V的輸入電 壓。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的控制器，其中該低負(fù)載運(yùn)行條件在輸出負(fù)載的20-25%之 間或以下。
39. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制器，其中該功率因數(shù)增強(qiáng)器電路系統(tǒng)調(diào)整該預(yù)失真信 號（221)，以補(bǔ)償該功率轉(zhuǎn)換器的負(fù)載水平。
【文檔編號】H02M1/42GK104426352SQ201410448486
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】R·考爾貝克 申請人:電力集成公司