專利名稱：具有電源開關(guān)和升壓變流器的單周期控制連續(xù)傳導(dǎo)模式的pfc升壓變流器集成電路的制作方法
背景技術(shù)：
控制轉(zhuǎn)換電路的單周期控制(OCC)技術(shù)目前已為公知。在美國(guó)專利No.5278490中描述了該常規(guī)技術(shù)。在美國(guó)專利No.5886586中該技術(shù)應(yīng)用于PFC(功率因數(shù)校正)升壓變流器電路。在OCC技術(shù)中，就應(yīng)用于PFC升壓變流器電路而言，變流器的輸出電壓被檢測(cè)，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并且被提供給積分器級(jí)，該電壓如同由系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)定那樣在每一個(gè)周期被重置。然后在比較器中將積分器的輸出與變流器中的被檢測(cè)的輸入電流進(jìn)行比較，并且將比較器的輸出用于控制脈寬調(diào)制器，脈寬調(diào)制器的輸出控制升壓變流器開關(guān)。該開關(guān)控制提供給負(fù)載的電流使得輸入ac線電流與輸入ac線電壓同相，即，配有連接負(fù)載的變流器的功率因數(shù)基本上為1，因此表現(xiàn)出完全電阻性，由此產(chǎn)生最佳的功率效率和減少的諧波。
在OCC技術(shù)之前，乘法器技術(shù)因被用于升壓變流器電路中的PFC而知名。圖1描述了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)框圖，其表示典型的現(xiàn)有技術(shù)的在一個(gè)固定頻率下、連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)升壓變流器技術(shù)的有源功率因數(shù)校正系統(tǒng)操作。該系統(tǒng)包括基于乘法器方法的連續(xù)傳導(dǎo)模式控制集成電路1，系統(tǒng)具有分立的門驅(qū)動(dòng)電路3和分立的電力開關(guān)5。這種基于電流模式的控制方法利用乘法器電路，輸入電流檢測(cè)，輸入電壓檢測(cè)和輸出電壓檢測(cè)。模擬的乘法器通過(guò)用電壓誤差放大器的輸出倍增校正的線電壓產(chǎn)生電流程序化信號(hào)，使得電流程序化信號(hào)具有輸入電壓的形狀和平均振幅，平均振幅最終控制升壓變流器的輸出電壓。電流回路由校正的線電壓編程，使得變流器的輸入呈現(xiàn)電阻性。通過(guò)改變電流程序化信號(hào)的平均幅度控制輸出電壓。其結(jié)果是產(chǎn)生受調(diào)整的輸出電壓和同相的并且與輸入電壓成比例的正弦輸入電流。
上述利用乘法器的方法的先有技術(shù)的缺點(diǎn)是高分立的元件數(shù)目和復(fù)雜的設(shè)計(jì)以及需要研制工作以實(shí)現(xiàn)高性能的連續(xù)傳導(dǎo)模式功率因數(shù)校正變流器。另外，因?yàn)楦叩脑?shù)目和有限的管腳，因此實(shí)現(xiàn)在其中開關(guān)被封裝在控制電路中的“單個(gè)封裝”的設(shè)計(jì)更加困難。
現(xiàn)有技術(shù)的采用乘法器技術(shù)的PFC升壓變流器的一個(gè)例子在美國(guó)專利No.6,445,600中披露。人們希望為PFC，CCM升壓變流器提供一種集成電路，其具有集成的開關(guān)和OCC控制器，并且其減少了利用乘法器技術(shù)的PFC升壓變流器中固有的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
與傳統(tǒng)的基于“乘法器”的CCM PFC控制器例如先有技術(shù)Unitrode/TI UC3854相比，OCC技術(shù)顯著地簡(jiǎn)化了連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)PFCC控制功能。由于OCC技術(shù)不需要線電壓檢測(cè)，并且不需要復(fù)雜的帶有相關(guān)的外部部件的乘法器電路，所以封裝的管腳數(shù)目顯著減少。這個(gè)控制方法簡(jiǎn)單，因此為了將CCM升壓PFC控制器連同電源開關(guān)元件整體集成在一個(gè)封裝件中，允許使用實(shí)際已有的電源封裝方法的同時(shí)允許高水平的集成?？梢圆捎玫姆庋b方法的一個(gè)例子在2001年5月31日公布的國(guó)際公開文本W(wǎng)O01/39266中披露了。
本發(fā)明因此涉及一種在連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)中的單相有源功率因數(shù)校正升壓變流器操作。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施于連續(xù)傳導(dǎo)模式，因?yàn)檫@是最復(fù)雜的PFC電路，其通常需要用于控制器的許多外部部件和封裝管腳。本發(fā)明包括IC，該IC包括基于OCC技術(shù)的有源功率因數(shù)校正控制器，集成的門驅(qū)動(dòng)電路和集成的電源開關(guān)裝置，電源開關(guān)裝置優(yōu)選的是封裝在多管腳電源TO-220和TO-247封裝中。IC優(yōu)選的采用上述的WO01/39266中的方法封裝MOSFET或IGBT。
按照本發(fā)明，提供一種連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)功率因數(shù)校正的升壓變流器電路，其包括整流器，可以與ac輸入連接并且具有通過(guò)dc總線提供的整流的dc輸出；電感，具有被連接到dc總線的一個(gè)引線上的第一和第二端，電感的第一端連接到所述整流器的輸出；集成電路，其包括控制電路和被該控制電路控制的開關(guān)，該集成電路包括封入控制電路和開關(guān)的外殼，該集成電路包括供電端，接地端，連接到變流器電路的輸出的第一控制輸入端，和連接到用于感測(cè)dc總線的電流的傳感器的第二控制輸入端，集成電路還具有連接于開關(guān)上和連接電感的第二端的輸出端；升壓二極管，其具有連接到所述輸出端的第一端并且具有第二端；和連接到二極管的第二端的存儲(chǔ)電容器，其中，控制電路包括具有積分器的單周期控制電路，積分器通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期進(jìn)行重置，積分器接收第一控制輸入端提供的信號(hào)作為輸入。
本發(fā)明還涉及一種用于CCM PFC升壓變流器的集成電路控制器。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的描述變得明顯。


圖1是先有技術(shù)的CCM PFC升壓變流器電路的框圖；圖2是按照本發(fā)明采用OCC技術(shù)的CCM PFC升壓變流器電路的框圖，其中開關(guān)和控制器封裝在一個(gè)模塊中；圖3表示本發(fā)明的集成電路的一個(gè)實(shí)施方式；圖4是表示本發(fā)明的集成電路的框圖；和圖4A表示集成電路的功率和基準(zhǔn)電壓是怎樣產(chǎn)生的。
具體實(shí)施例方式
圖2描述了本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)級(jí)框圖，其表示在一個(gè)固定頻率下、連續(xù)傳導(dǎo)模式的升壓變流器技術(shù)的基于OCC的有源的功率因數(shù)校正技術(shù)操作。
在CCM中，電感中的電流決不允許變?yōu)榱恪０凑毡景l(fā)明，電力開關(guān)10和基于PFC控制電路20的OCC與電力開關(guān)驅(qū)動(dòng)器30被集成在能夠從裝置向散熱器散出適當(dāng)熱量的單個(gè)封裝40中。因?yàn)樾枰脕?lái)實(shí)現(xiàn)完整的CCM PFC升壓變流器的管腳的數(shù)目由于使用了OCC技術(shù)而被減少了，所以使用這種技術(shù)可以采用各種電源封裝。
控制電路20是根據(jù)OCC的方法，其中不需要先有技術(shù)中提到的乘法器和輸入電壓檢測(cè)。這使IC 40的封閉的管腳和外部部件減少。OCC的概念可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的包括積分重置控制的線性電路實(shí)現(xiàn)，其中開關(guān)10的工作周期被實(shí)時(shí)控制，使得在每個(gè)周期轉(zhuǎn)換變量的平均值等于控制基準(zhǔn)或與控制基準(zhǔn)成比例。特別是，通過(guò)一個(gè)誤差放大器將變流器的輸出電壓與控制基準(zhǔn)相比較。誤差信號(hào)被積分。誤差的幅度控制積分器輸出的斜率，積分器的輸出與檢測(cè)的輸入電流相比較以控制開關(guān)的工作周期。這個(gè)控制方法促使變流器顯現(xiàn)出電阻性，因此使正弦輸入電流同相并且與輸入電壓成比例，并且提供一個(gè)調(diào)整的DC輸出電壓。與傳統(tǒng)的分立的基于CCM的乘法器控制器相比，將控制器與電力開關(guān)集成在一個(gè)封裝中簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)連續(xù)傳導(dǎo)模式PFC電路的復(fù)雜的工作。
再次參照?qǐng)D2，整流部分R提供整流的dc電壓給dc總線。輸入電容Cin過(guò)濾高頻分量。當(dāng)開關(guān)10閉合時(shí)，電磁能量被存儲(chǔ)在電感L中。當(dāng)開關(guān)10關(guān)閉時(shí)，電感L中存儲(chǔ)的能量通過(guò)高頻二極管D傳送到為負(fù)載提供動(dòng)力的存儲(chǔ)電容器Cout中。當(dāng)開關(guān)10被再次閉合時(shí)，二極管D被反向偏置并且存儲(chǔ)電容器Cout為負(fù)載提供動(dòng)力。開關(guān)10的工作周期由OCC電路20控制，使得ac輸入電流與ac線電壓同相。變流器和負(fù)載因此具有接近1的功率因數(shù)并且呈現(xiàn)出純電阻性，因此產(chǎn)生最大的功率效率。檢測(cè)電阻RS用于檢測(cè)輸入電流。
圖3顯示出應(yīng)用于PFC CCM升壓變流器的集成電路40的一個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，圖4表示IC 40的框圖。IC40優(yōu)選的是由電源PS提供的電力，電源PS從DC總線接收電力。在IC40的內(nèi)部，包括電阻Rx和齊納二極管DZ1的電壓調(diào)節(jié)電路能構(gòu)用于提供內(nèi)部電力(VCC 5V)。見圖4A，如圖4A所示，通過(guò)包括電阻RY和齊納二極管DZ2的簡(jiǎn)單的電路也能構(gòu)提供用于誤差放大器的基準(zhǔn)電壓Vref。
還參照?qǐng)D4，通過(guò)電阻R1和R2檢測(cè)輸出電壓并且輸出電壓提供給IC 40的輸入VFB，輸入VFB為誤差放大器50的一個(gè)輸入。誤差放大器50的另一個(gè)輸入是基準(zhǔn)電壓Vref。誤差放大器50產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)Ve。被放大的誤差信號(hào)Ve提供給積分器級(jí)70的輸入。積分器的輸出被提供給比較器75的一個(gè)輸入，在其中它與檢測(cè)的輸入電流相比較，該檢測(cè)電流由電流緩沖器78的輸出提供，電流緩沖器78由電流檢測(cè)放大器79提供供給。輸入電流通過(guò)Rs轉(zhuǎn)換成電壓并且提供給輸入ISNS。峰值電流限制器81用于將被檢測(cè)的電流限制到預(yù)定的峰值電流。峰值電流限制器81的輸出被提供給比較器75的輸出。比較器75的輸出提供給驅(qū)動(dòng)級(jí)，例如，時(shí)鐘控制SR觸發(fā)器80，時(shí)鐘控制SR觸發(fā)器80的輸出用于控制開關(guān)10的導(dǎo)通時(shí)間。系統(tǒng)時(shí)鐘85控制該系統(tǒng)的頻率。因此觸發(fā)器80的輸出是脈寬調(diào)制信號(hào)，其脈沖寬度決定了開關(guān)10的閉合時(shí)間。通過(guò)比較器75將積分器70的輸出與輸入電流的波形(由Rs兩端的電壓降決定的)進(jìn)行比較，以當(dāng)積分器的輸出超過(guò)檢測(cè)的輸入電流時(shí)對(duì)觸發(fā)器80重置，其中積分器70的輸出響應(yīng)期望的基準(zhǔn)Vref的輸出電壓的變化的平均值。這樣調(diào)節(jié)了開關(guān)10的閉合時(shí)間，使輸入電流與輸入電壓同相位并且調(diào)整輸出電壓以使誤差信號(hào)Ve最小化。時(shí)鐘設(shè)定系統(tǒng)頻率，保證在每個(gè)時(shí)鐘周期，積分器被重置。積分器的重置是通過(guò)在觸發(fā)器80的輸出被重置時(shí)重置控制器72實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(a)低元件數(shù)；(b)由于較低的元件數(shù)導(dǎo)致更高的可靠性；(c)更簡(jiǎn)化的PCB實(shí)施；(d)由于控制和電力開關(guān)部件的關(guān)鍵部件的緊湊的封裝而使設(shè)計(jì)版面最小化；和(e)與基于PFC控制器的更為復(fù)雜的乘法器的方法相反，基于更簡(jiǎn)單的OCC的方法簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和研制工作。
另外，IC40包括其它標(biāo)準(zhǔn)化功能，例如欠電壓/低壓(UVLO)檢測(cè)電路101，軟啟動(dòng)電路102，必要的偏壓和基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，熱保護(hù)104，具有自動(dòng)重啟的電路保護(hù)邏輯105(如用于過(guò)電流保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)107的作用)。另外，還包括集成驅(qū)動(dòng)控制30，電平轉(zhuǎn)換電路35和峰值電流限制門驅(qū)動(dòng)電路37。
盡管相對(duì)于其具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是許多其它變化和修改以及其它用途對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此本發(fā)明不局限于這里具體披露的內(nèi)容，而只限于所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)功率因數(shù)校正的升壓變流器電路，包括整流器，其可以與ac輸入連接并且具有通過(guò)dc總線提供的整流dc輸出；電感，其具有被連接到dc總線的一個(gè)引線上的第一和第二端，電感的第一端連接到所述整流器的輸出；集成電路，其包括控制電路和由該控制電路控制的開關(guān)，該集成電路包括封入控制電路和開關(guān)的外殼，該集成電路包括電源端，接地端，連接到變流器電路的輸出的第一控制輸入端，和連接到用于感測(cè)dc總線電流的傳感器的第二控制輸入端，該集成電路進(jìn)一步具有連接于所述開關(guān)和連接所述電感的第二端的輸出端；升壓二極管，其具有連接到集成電路的輸出端的第一端并且具有第二端；和存儲(chǔ)電容器，其連接到二極管的第二端；其中，控制電路包括具有積分器的單周期控制電路，積分器由時(shí)鐘信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期進(jìn)行重置，積分器接收在所述第一控制輸入端提供的信號(hào)作為輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的變流器電路，其中集成電路包括門驅(qū)動(dòng)器，該門驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)接收來(lái)自控制電路的輸出的開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的變流器電路，其中開關(guān)包括MOSFET或IGBT。
4.如權(quán)利要求1所述的變流器電路，進(jìn)一步包括一個(gè)跨接在變流器的輸出的電壓分壓器電路，電壓分壓器電路用于提供輸出電壓感測(cè)信號(hào)給所述第一控制輸入端。
5.如權(quán)利要求1所述的變流器電路，進(jìn)一步包括在所述dc總線的一個(gè)引線上的感測(cè)電阻，所述感測(cè)電阻的一端被連接到所述第二輸入端。
6.如權(quán)利要求1所述的變流器電路，其中外殼包括有TO-220或TO-247封裝。
7.一種用于連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)功率因數(shù)校正的升壓變流器電路的集成電路，該升壓變流器電路包括整流器，其可以與ac輸入連接并且具有通過(guò)dc總線提供的整流dc輸出；電感，具有被連接到dc總線的一個(gè)引線上的第一和第二端，電感的第一端連接到所述整流器的輸出；升壓)整流二極管，具有連接到電感的第二端的一第一端并且具有一第二端；和存儲(chǔ)電容器，連接到二極管的第二端；該集成電路包括控制電路和由該控制電路控制的開關(guān)，該集成電路包括封入控制電路和開關(guān)的外殼，該集成電路具有電源端，接地端，用于連接變流器電路的輸出的第一控制輸入端，和用于連接到用于感測(cè)dc總線電流的傳感器的第二控制輸入端，并且所述控制電路進(jìn)一步具有用于連接電感的第二端而連接于開關(guān)上的輸出端；其中，控制電路包括具有積分器的單周期控制電路，積分器由時(shí)鐘信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期進(jìn)行重置，積分器接收第一控制輸入端提供的信號(hào)作為輸入。
8.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其中集成電路包括門驅(qū)動(dòng)器，該門驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)接收來(lái)自控制電路的輸出的開關(guān)。
9.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其中開關(guān)包括MOSFET或IGRT。
10.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其中升壓變流器電路進(jìn)一步包括跨接在變流器的輸出的電壓分壓器電路，電壓分壓器電路用于向所述第一控制輸入端提供輸出電壓感測(cè)信號(hào)。
11.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其中升壓變流器電路進(jìn)一步包括在所述dc總線的一個(gè)引線上的感測(cè)電阻，所述感測(cè)電阻的一端連接到所述第二輸入端。
12.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其中外殼包括有TO-220或TO-47封裝。
全文摘要
一種用于連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)功率因數(shù)校正的升壓變流器電路的集成電路，該升壓變流器電路包括整流器，可以與ac輸入連接并且具有跨接在dc總線上的整流的dc輸出；電感，具有被連接到dc總線的一個(gè)引線上的第一和第二端，電感的第一端連接到所述整流器的輸出；升壓(boost)整流二極管，具有連接到電感的第二端的第一端并且具有第二端；和存儲(chǔ)電容器，連接到二極管的第二端；該集成電路包括控制電路和被該控制電路控制的開關(guān)，該集成電路包括封入控制電路和開關(guān)的外殼，該集成電路具有供電端，接地端，連接到變流器電路的輸出的第一控制輸入端，和用于連接到用于感測(cè)dc總線的電流的傳感器的第二控制輸入端，進(jìn)一步具有為了連接電感的第二端而連接于開關(guān)上的輸出端；其中，控制電路包括具有積分器的單周期控制電路，積分器通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期進(jìn)行重置，積分器接收作為輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)是第一控制輸入端提供的。
文檔編號(hào)G05F1/40GK1742246SQ200380109048
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者F·阿瑟里, R·布朗, J·亞當(dāng)斯 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司