功率因數(shù)修正器功率共享的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在功率傳輸系統(tǒng)中利用功率因數(shù)修正來減少傳輸損耗并且改進在負載處的電壓調(diào)節(jié)。某些負載接收來自冗余功率供應(yīng)的功率，所述冗余功率供應(yīng)具有冗余功率因數(shù)修正器和相應(yīng)的冗余輸出轉(zhuǎn)換器。冗余輸出轉(zhuǎn)換器消耗寶貴的空間，降低功率密度。
【附圖說明】
[0002]圖1是示例功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)的示意性圖示。
[0003]圖2是圖1的功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)的實現(xiàn)的示意性圖示。
[0004]圖3是可以由圖1的系統(tǒng)執(zhí)行的示例方法的流程圖。
[0005]圖4是圖1的功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)的示例實現(xiàn)的示意性圖示。
[0006]圖5是圖4的功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)的示例實現(xiàn)的圖。
[0007]圖6是可以由圖5的系統(tǒng)執(zhí)行的示例方法的流程圖。
[0008]圖7是針對圖5的系統(tǒng)的AC功率源的示例交變電流(AC)周期的圖。
[0009]圖8是針對圖5的系統(tǒng)的功率共享管理器的晶體管的示例控制的真值表。
[0010]圖9是針對圖5的系統(tǒng)的功率共享管理器的晶體管的示例控制的擴展的真值表。
【具體實施方式】
[0011]圖1示意性地圖示了示例功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)20。如此后將描述的那樣，系統(tǒng)20促進來自非隔離的功率因數(shù)修正器轉(zhuǎn)換器(功率因數(shù)修正器)的功率的共享。利用這樣的功率因數(shù)修正，電壓也被降低(st印down)ο系統(tǒng)20促進較小功率轉(zhuǎn)換部件的使用或者功率轉(zhuǎn)換部件的消除以保存寶貴的空間并且增加功率密度。系統(tǒng)20包括功率因數(shù)修正器22、功率因數(shù)修正器24和功率共享管理器26。
[0012]功率因數(shù)修正器22包括用于與交變電流(AC)功率源27 —起使用的有源功率因數(shù)修正器。功率因數(shù)修正器24包括用于與AC功率源28 —起使用的有源功率因數(shù)修正器，其中功率源27、28具有至少一個共同的線或中性點(neutral)。功率因數(shù)修正器22和24中的每個對正在被接收的交變電流進行整流并且提供功率因數(shù)修正。功率因數(shù)修正器22和24對電流進行成形(shape)并且維持輸出電壓。在一個實現(xiàn)中，功率因數(shù)修正器22、24中的每個包括升壓轉(zhuǎn)換器。在其他實現(xiàn)中，功率因數(shù)修正器22、24中的每個可以包括其他功率因數(shù)修正器，諸如降壓升壓(buck-boost)功率因數(shù)修正轉(zhuǎn)換器和降壓功率因數(shù)修正轉(zhuǎn)換器。功率因數(shù)修正器22和24中的每個并聯(lián)地電連接到功率共享管理器26。
[0013]功率共享管理器26以交替的方式向負載30傳輸來自功率因數(shù)修正器22和24的功率。如由圖2所示出的那樣，在一個實現(xiàn)中，負載30可以包括諸如企業(yè)級服務(wù)器之類的功率/能量消耗設(shè)備32，其通過電連接到功率共享管理器26的、有時被稱為開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器)的輸出轉(zhuǎn)換器34來接收功率。在這樣的實現(xiàn)中，輸出轉(zhuǎn)換器34提供電隔離并且產(chǎn)生期望的輸出電壓(收緊輸出電壓范圍)以滿足功率/能源消耗設(shè)備32的電壓范圍。在其他實現(xiàn)中，負載30可以省略輸出轉(zhuǎn)換器34。
[0014]除了向負載30交替地傳輸來自功率因數(shù)修正器22和24的功率之外，功率共享管理器26還降低來自功率因數(shù)修正器22和24的電壓并且抑制在功率因數(shù)修正器22和24之間的電流環(huán)流(circulat1n)。功率共享管理器26抑制從功率因數(shù)修正器22到功率因數(shù)修正器24的電流環(huán)流并且抑制從功率因數(shù)修正器24到功率因數(shù)修正器22的電流環(huán)流以促進從功率因數(shù)修正器22和24到單個負載30的功率的交替供應(yīng)而沒有交叉循環(huán)電流。因為功率共享管理器26利用單個輸出轉(zhuǎn)換器34或者在功率共享管理器26和負載30之間無輸出轉(zhuǎn)換器的情況下(而不是利用兩個輸出轉(zhuǎn)換器一一在負載和每個功率因數(shù)修正器之間的輸出轉(zhuǎn)換器)來降低電壓并且從兩個不同的功率因數(shù)修正器22、24向單個負載30共享功率，所以功率共享管理器26促進了至少一個輸出轉(zhuǎn)換器的消除。因此，功率共享系統(tǒng)20保存了寶貴的印刷電路板基板面(real estate)或空間并且促進了較低電壓、較少的昂貴功率傳輸部件的使用。功率共享系統(tǒng)20促進了智能管理以在維持高效率的同時提供共享和故障保護。
[0015]圖3是可以由功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)20執(zhí)行的示例方法100的流程圖。如由步驟102所指示的那樣，功率共享管理器26從功率因數(shù)修正器22和功率因數(shù)修正器24向負載30交替地傳輸功率。如步驟104所指示的那樣，功率共享管理器26抑制在功率因數(shù)修正器22和功率因數(shù)修正器24之間的電流環(huán)流。
[0016]圖4示意性地圖示了功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)120，即系統(tǒng)20的示例實現(xiàn)。系統(tǒng)120類似于系統(tǒng)20，除了系統(tǒng)120被具體地圖示為包括分別地代替功率因數(shù)修正器22、24和功率共享管理器26的功率因數(shù)修正器122、124和功率共享管理器126。功率因數(shù)修正器122和124每個包括升壓功率轉(zhuǎn)換器。功率因數(shù)修正器122包括用于與AC功率源27一起使用的升壓功率轉(zhuǎn)換器以接收來自AC功率源27的功率/能量。功率因數(shù)修正器124包括用于與AC功率源28 —起使用的升壓功率轉(zhuǎn)換器以接收來自AC功率源28的功率/能量。如上所述，AC功率源27、28具有至少一個彼此共同的線或中性點。
[0017]功率共享管理器126包括雙輸入(dual input)降壓轉(zhuǎn)換器134和控制器136。雙輸入降壓轉(zhuǎn)換器134降低被傳輸?shù)截撦d30的電壓。雙輸入降壓轉(zhuǎn)換器134包括晶體管138、140 (或者其他開關(guān)器件)的對，通過所述晶體管138、140 (或者其他開關(guān)器件)的對，來自升壓轉(zhuǎn)換器122、124的電流被選擇性地供應(yīng)到負載30。控制器136致動(actuate)雙輸入降壓134的晶體管138、140的對以抑制在功率因數(shù)修正器122和124之間的電流環(huán)流。
[0018]在一個實現(xiàn)中，控制器136包括一個或多個處理單元。出于本申請的目的，術(shù)語“處理單元”將意味著執(zhí)行被包含在存儲器中的指令的序列的目前開發(fā)或?qū)黹_發(fā)的處理單元。指令的序列的執(zhí)行使得處理單元執(zhí)行諸如生成控制信號之類的步驟?？梢詫⒅噶顝闹蛔x存儲器(R0M)、大容量存儲設(shè)備或者某些其他持久的記憶裝置加載在隨機訪問存儲器(RAM)中以便由處理單元執(zhí)行。在其他實現(xiàn)中，控制器136可以包括硬線(hard wired)電路，所述硬線電路可以代替軟件指令或者與軟件指令組合地使用以實現(xiàn)所描述的功能。例如，控制器36可以被實現(xiàn)為一個或多個專用集成電路(ASIC)的部分。除非另有明確的記錄，否則“控制器”不限于硬件電路和軟件的任何具體組合，也不限于針對由處理單元執(zhí)行的指令的任何特定的源。
[0019]正如功率共享管理器26 —樣，功率共享管理器126抑制從功率因數(shù)修正器122到功率因數(shù)修正器124的電流環(huán)流并且抑制從功率因數(shù)修正器124到功率因數(shù)修正器122的電流環(huán)流以促進從功率因數(shù)修正器122和124到單個負載30的功率的交替供應(yīng)而沒有交叉循環(huán)電流。因為功率共享管理器126利用單個輸出轉(zhuǎn)換器或者在無輸出轉(zhuǎn)換器的情況下(而不是利用兩個輸出轉(zhuǎn)換器一一在負載和兩個功率因數(shù)修正器中的每個之間的輸出轉(zhuǎn)換器)來降低電壓并且從兩個不同的功率因數(shù)修正器122、124向單個負載30共享功率，所以功率共享管理器126促進了至少一個輸出轉(zhuǎn)換器的消除。因此，功率共享系統(tǒng)120保存了寶貴的印刷電路板基板面或其他空間(允許諸如硬盤驅(qū)動器、存儲器等等的附加部件)并且促進了較低電壓、較少的昂貴功率傳輸部件的使用。功率共享系統(tǒng)120促進了智能管理以在維持高效率的同時提供共享和故障保護。
[0020]圖5是圖示了功率因數(shù)修正功率共享系統(tǒng)220，即系統(tǒng)20或系統(tǒng)120的示例實現(xiàn)的圖。系統(tǒng)220包括功率因數(shù)修正器222、功率因數(shù)修正器224和功率共享管理器226。功率因數(shù)修正器222包括用于與交變電流(AC)功率源27 —起使用的有源功率因數(shù)修正器。功率因數(shù)修正器224包括用于與AC功率源28 —起使用的有源功率因數(shù)修正器，其中功率源27、28具有至少一個共同的線或中性點。功率因數(shù)修正器222和224中的每個并行地電連接到功率共享管理器226。功率因數(shù)修正器222和224對AC輸入進行整流并且提供功率因數(shù)修正。功率因數(shù)修正器222和224分別包括整流器250、254和升壓轉(zhuǎn)換器256、258。
[0021]整流器250、254分別對從AC功率源26和28接收的AC電流進行整流。整流器250,254中的每個包括全橋整流器，每個橋式整流器包括四個二極管264。盡管功率因數(shù)修正器222、224中的每個被圖示包括全橋整流器，但是在其他實現(xiàn)中，功率因數(shù)修正器222、224可以包括無橋(bridgeless)功率因數(shù)升壓轉(zhuǎn)換器或者可以使用諸如有源整流器之類的其他整流器技術(shù)。
[0022]升壓轉(zhuǎn)換器256、258包括具有大于輸入電壓的輸出電壓的DC到DC功率轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器256、258提供功率因數(shù)修正，由此提供較高的功率因數(shù)。特別地，升壓轉(zhuǎn)換器256,258包括有源功率因數(shù)修正器，所述有源功率因數(shù)修正器改變從AC源26和28汲取的電流的波形，使得輸入電流更緊密地匹配純電阻負載。
[0023]升壓轉(zhuǎn)換器256、258位于橋式整流器250、254和功率共享管理器226之間。在圖示的示例中，升壓轉(zhuǎn)換器256、258分別包括電感器268 (LI)、270 (L2)，升壓晶體管272(Ql)、274 (Q2)，二