專利名稱：頻率受控的功率因數(shù)校正電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及集成電路，并且，更具體地說，涉及集成的功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
集成的功率因數(shù)校正(PFC)電路是這樣一種轉(zhuǎn)換電路，它保證用同相的、基本上是正弦的電流來加載于交流(AC)線路。如果沒有PFC校正，許多電氣系統(tǒng)只能從接近交流線路的峰值電壓水平的交流線路電壓中抽取電流。在電壓峰值處用大電流以及其他時(shí)間用零電流來加載交流線路的聚集效應(yīng)會(huì)使交流線路電壓產(chǎn)生畸變。此外，沒有PFC的系統(tǒng)可能在三相配電網(wǎng)中導(dǎo)致大的中性線電流流動(dòng)。為了避免這些問題，以便使電氣設(shè)備良好地進(jìn)行工作，區(qū)域的供電公司的配電網(wǎng)必須有裕度，這就需要大的資金投入。一些政府指令在某些或全部電氣設(shè)備所使用的電源中，必須納入PFC。
PFC電路典型地通過一個(gè)電感器或線圈，以大大高于交流線路頻率的頻率來切換來自交流線路的電流，以便使線圈磁化或充電。例如，當(dāng)交流線路頻率為50Hz時(shí)，系統(tǒng)可能使用至少100kHz的轉(zhuǎn)換頻率。被存儲(chǔ)在線圈中的能量被釋放到一個(gè)電容器之中，以便產(chǎn)生一個(gè)中間的PFC直流(DC)電壓，來向電氣設(shè)備或系統(tǒng)供電。為了得到基本上為正弦的交流電流，令通過線圈而被切換的電流在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期的平均值跟交流線路的當(dāng)前電壓成正比。其結(jié)果是為交流線路提供高的有效的功率因數(shù)。
大多數(shù)先前的PFC電路工作于自激方式，其中，一旦在前一個(gè)周期中被存儲(chǔ)的線圈電流已經(jīng)被釋放到電容器那里，就有一個(gè)電流被切換，以便對(duì)線圈進(jìn)行充電。其結(jié)果是，先前的各種PFC電路的切換頻率隨著當(dāng)前的交流線路電壓以及該系統(tǒng)的負(fù)載電流而改變。這樣可變的轉(zhuǎn)換頻率難以濾除，以抑制或去除由切換線圈電流而產(chǎn)生的電磁干擾。這樣的濾波需要各種復(fù)雜的濾波器，它們不僅損耗功率，而且實(shí)質(zhì)上使一個(gè)系統(tǒng)的制造成本增加。
因此，需要有一種運(yùn)行于固定頻率或接近固定頻率的、用于校正功率因數(shù)的PFC電路和方法，以便降低系統(tǒng)的電磁干擾，同時(shí)保持PFC電路的低的制造成本。


圖1是功率因數(shù)校正(PFC)電路的一份示意圖；圖2是一份時(shí)序圖，表示PFC電路的各種波形；圖3是PFC電路的工作循環(huán)傳感器的一份示意圖；圖4是PFC電路的電流調(diào)制器的一份示意圖；以及圖5是在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中的電流調(diào)制器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在諸附圖中，具有相同參考號(hào)碼的部件具有相似的功能。
圖1是由PFC控制電路10進(jìn)行控制的功率因數(shù)校正(PFC)電路100的一份示意圖，該P(yáng)FC電路包括二極管橋路20，電阻器22-24，電感器或線圈25，二極管26，輸出電容器27，定時(shí)電容器28，以及開關(guān)晶體管29。PFC電路100從交流(AC)線路接收一個(gè)正弦電壓VAC，并在一個(gè)節(jié)點(diǎn)或輸出端30產(chǎn)生一個(gè)直流(DC)PFC輸出信號(hào)VOUT。在一個(gè)實(shí)施例中，PFC電路100起到一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器的作用，它接收數(shù)值約為220V均方根值(RMS)和頻率約為50Hz的VAC，并產(chǎn)生數(shù)值約為直流400V的PFC輸出電壓VOUT。在某些地區(qū)，VAC具有約為110V(RMS)以及60Hz的頻率。VAC具有大約±20％的典型的變化范圍。
二極管橋路20是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的全波橋式整流器，它對(duì)線路電壓VAC進(jìn)行整流，并在節(jié)點(diǎn)32輸出一個(gè)整流后的正弦波電壓VIN，其頻率為VAC的頻率的兩倍即大約100Hz，其峰值約為310V。可以在二極管橋路20上跨接一個(gè)電容器(未示出)，以降低VAC噪聲峰值。
線圈25具有典型值為L(zhǎng)＝100.0μH的電感，以及低的等效串聯(lián)電阻，以便實(shí)現(xiàn)高效率的運(yùn)行。
晶體管29是一個(gè)大電流n溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它接通和斷開通過線圈25的線圈電流ICOIL。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管29是一個(gè)功率晶體管，它能切換大于2A的線圈電流ICOIL的峰值。這些電流在接近VAC的零交叉點(diǎn)時(shí)較小，而在接近VAC電壓峰值時(shí)較大。晶體管29典型地具有大于500pF的較大的柵極電容。
線圈電流ICOIL有一個(gè)充電電流分量ICH以及一個(gè)放電電流分量IDSCH。當(dāng)晶體管29導(dǎo)通時(shí)，充電電流ICH流過線圈25，將磁能存儲(chǔ)在線圈25之中。當(dāng)晶體管29截止時(shí)，隨著放電電流IDSCH從線圈25通過二極管26流向電容器27而使所存儲(chǔ)的磁能釋放，在節(jié)點(diǎn)30上產(chǎn)生PFC電壓VOUT。
線圈電流ICOIL有一條通過電阻器22到達(dá)二極管橋路20的返回路徑，它在節(jié)點(diǎn)31上產(chǎn)生一個(gè)電流傳感電壓VIS，以監(jiān)測(cè)ICOIL何時(shí)流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，電阻器22具有大約0.2Ω的阻值，因此，當(dāng)ICOIL的大小為1A時(shí)，VIS的數(shù)值約為-0.2V?？晒┻x擇地，使用電壓傳感技術(shù)，而不是圖1所示的電流傳感技術(shù)，也能測(cè)量ICOIL的導(dǎo)通時(shí)間。例如，線圈25可以構(gòu)成一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組，該變壓器的次級(jí)繞組有一個(gè)端子在節(jié)點(diǎn)31典型地通過一個(gè)電阻器耦合到工作循環(huán)傳感器12的輸入端，次級(jí)繞組的另一端接地。當(dāng)ICOIL進(jìn)行充電時(shí)，次級(jí)繞組產(chǎn)生的電流傳感電壓VIS為正電壓，當(dāng)ICOIL進(jìn)行放電時(shí)，VIS為負(fù)電壓，并且當(dāng)ICOIL為0時(shí)，VIS基本上為0V。
ICOIL的大小是PFC輸出電壓VOUT的一個(gè)函數(shù)，并且通過由電阻器23和24構(gòu)成的分壓器反饋VOUT，來控制ICOIL的大小。這個(gè)分壓器對(duì)VOUT進(jìn)行采樣，并且在節(jié)點(diǎn)36提供一個(gè)傳感電壓VSENSE。電阻器23和24分別具有阻值R23和R24。
PFC控制電路10包括一個(gè)工作循環(huán)傳感器12，一個(gè)電流調(diào)制器14，一個(gè)觸發(fā)器或鎖存器16，以及一個(gè)輸出緩沖器18。電流調(diào)制器14產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)電流ITIMING，它對(duì)外部電容器28進(jìn)行充電，以建立一個(gè)定時(shí)電壓VTIMING，用以控制充電電流ICH的周期，并由此控制其峰值幅度，這將在下面加以說明。在一個(gè)實(shí)施例中，在一塊半導(dǎo)體基底上形成PFC控制電路10，作為集成電路。
輸出緩沖器18是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非反相放大器，它能驅(qū)動(dòng)由晶體管29提供的大的電容性負(fù)載。
鎖存器16是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的R-S觸發(fā)器，它有一個(gè)Q輸出端，提供數(shù)字切換信號(hào)VSW，VSW在一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLOCK的跳變沿處被置位，并且在一個(gè)數(shù)字終止信號(hào)TERM的跳變沿處被復(fù)位。為了獲得高的功率因數(shù)，CLOCK最好是工作在一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于VIN頻率的頻率上。在一個(gè)實(shí)施例中，VIN具有大約100Hz的頻率，或者大約10ms的周期，按照大約100kHz的受控的或基本上恒定的頻率，或者大約10μs的周期，來產(chǎn)生CLOCK脈沖。當(dāng)VSW被置位時(shí)，通過輸出緩沖器18令晶體管29導(dǎo)通，從而啟動(dòng)線圈電流ICOIL的充電分量ICH，使線圈25磁化或存儲(chǔ)能量。當(dāng)VSW被復(fù)位時(shí)，通過輸出緩沖器18令晶體管29截止，從而終止充電分量ICH，同時(shí)啟動(dòng)ICOIL的放電分量IDSCH，它流過二極管26，將能量從線圈25轉(zhuǎn)移到電容器27。
工作循環(huán)傳感器12對(duì)線圈電流ICOIL進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在輸出端34處產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字線圈電流傳感信號(hào)COILON，當(dāng)ICOIL基本上為非零值時(shí)，它處于邏輯高電平，并且當(dāng)ICOIL的為0時(shí)，它處于邏輯低電平。一個(gè)比較器將電流傳感信號(hào)VIS跟參考信號(hào)VREF2進(jìn)行比較，以產(chǎn)生COILON。在一個(gè)實(shí)施例中，工作循環(huán)傳感器12包括一個(gè)前置放大器，它增加VIS的幅度，以提高抗干擾度。由于在每一個(gè)CLOCK脈沖到來時(shí)VSW被置位，表示一個(gè)新周期的開始，所以在一個(gè)CLOCK周期中，COILON處于邏輯高電平的部分就表示ICOIL的占空度。
電流調(diào)制器14在節(jié)點(diǎn)36處有一個(gè)輸入端，它通過傳感信號(hào)VSENSE來監(jiān)測(cè)PFC信號(hào)VOUT，以便為線圈電流ICOIL的充電部分ICH建立一個(gè)時(shí)間TCH。在節(jié)點(diǎn)34處，一個(gè)輸入端檢測(cè)ICOIL何時(shí)流過，以提供數(shù)字信號(hào)COILON，從而建立ICOIL在一個(gè)CLOCK周期上的占空度。電流調(diào)制器14包括一個(gè)誤差放大器，它對(duì)介于VSENSE與參考電壓VREF1之間的差值進(jìn)行放大，以便產(chǎn)生校正信號(hào)VERR，用以設(shè)定ICOIL的大小以及時(shí)間TCH。已放大的差值與COILON在CLOCK的一個(gè)周期上進(jìn)行積分，以便在節(jié)點(diǎn)38的一個(gè)輸出端上產(chǎn)生終止信號(hào)TERM，以終止充電電流ICH，并啟動(dòng)放電電流IDSCH。因而，TERM作為TCH以及占空度的一個(gè)函數(shù)被產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，TERM被這樣產(chǎn)生，使得TCH和ICOIL的占空度的乘積保持一個(gè)常數(shù)。
PFC控制電路10的轉(zhuǎn)換周期被時(shí)鐘信號(hào)CLOCK啟動(dòng)，上述時(shí)鐘信號(hào)最好是工作在一個(gè)恒定的或接近恒定的頻率上。由于CLOCK的周期遠(yuǎn)小于VIN的周期，所以當(dāng)晶體管29導(dǎo)通時(shí)，在線圈25兩端就出現(xiàn)一個(gè)基本上恒定的電壓VIN。線圈電流ICOIL按照一個(gè)大約等于VIN/L的斜率線性地增加，因此，它的峰值為IPEAK＝TCH*VIN/L，式中，TCH為充電電流ICH的持續(xù)時(shí)間。類似地，放電電流IDSCH的斜率近似等于(VOUT-VIN)/L，并且其持續(xù)時(shí)間TDSCH＝L*IPEAK/(VOUT-VIN)。因此，ICOIL為非零值的整個(gè)周期由方程式1給出，TCOIL=TCH+TDSCH=L·IPEAK·VOUTVIN·(VOUT-VIN).---1)]]>可以看出，在一個(gè)時(shí)鐘周期TCLOCK上的平均線圈電流ICOIL_CLOCK由方程式2給出，ICOIL_CLOCK=VIN·TCH2·L·(TCH+TDSCH)TCLOCK=VIN2·L(TCH·DCYCLE)---2)]]>
式中，DCYCLE＝(TCH+TDSCH)/TCLOCK。當(dāng)平均線圈電流ICOIL_CLOCK跟隨VIN的整流后的正弦波形時(shí)(若TCH*DCYCLE保持恒定就會(huì)出現(xiàn)這種情況)，就能獲得高的功率因數(shù)。
參照?qǐng)D2，可以看到PFC控制電路10的工作情況，這是一份時(shí)序圖，表示PFC控制電路10的被選定的一些波形。開始，在時(shí)間T0，假定時(shí)鐘信號(hào)CLOCK，轉(zhuǎn)換信號(hào)VSW，終止信號(hào)TERM以及線圈電流傳感信號(hào)COILON都處于低電平。進(jìn)一步地假定線圈電流ICOIL，電流傳感電壓VIS，定時(shí)電流ITIMING以及定時(shí)電壓VTIMING各等于零。
在時(shí)間T1，CLOCK信號(hào)的從低到高的跳變沿令鎖存器16促使VSW的從低到高的跳變，通過緩沖器18使晶體管29導(dǎo)通，以啟動(dòng)線圈電流ICOIL。要注意的是，在時(shí)間T1開始流動(dòng)的ICOIL的分量是充電電流ICH。由于CLOCK的周期遠(yuǎn)小于VIN的周期，以及在晶體管29之上的電壓降典型地是很小的，所以一個(gè)基本上恒定的電壓VIN被施加到線圈25的兩端，使得ICOIL線性地增加或按照?qǐng)D中所示以VIN/L的斜率形成鋸齒波。ICOIL流過電阻器22，產(chǎn)生電流傳感電壓VIS，它也線性地增加，但是沿著負(fù)電壓的方向，如圖所示。VSW從低到高的跳變將COILON置為高電平，以啟動(dòng)定時(shí)電流ITIMING，后者對(duì)電容器28進(jìn)行充電，以便按照線性鋸齒波的方式來建立定時(shí)電壓VTIMING。
在時(shí)間T2，VTIMING到達(dá)一個(gè)閾值電壓，使終止信號(hào)TERM產(chǎn)生從低到高的跳變，后者使鎖存器16復(fù)位。這個(gè)閾值電壓可以是一個(gè)預(yù)定電壓或者是一個(gè)可變電壓，這將在下面詳細(xì)敘述。VSW的從高到低的跳變終止ICOIL的充電電流ICH并啟動(dòng)放電電流IDSCH，以便將能量從線圈25轉(zhuǎn)移到電容器27。VSW還使一個(gè)開關(guān)閉合，令電容器28放電，并將ITIMING分流到地，以便將VTIMING降低到0，如圖所示。IDSCH按照斜率(VOUT-VIN)/L以線性方式減小，直到存儲(chǔ)在線圈25之中的磁能被完全釋放為止。
在時(shí)間T3，ICOIL減小到0。電流傳感信號(hào)VIS也線性地增加到0，它使線圈電流傳感信號(hào)COILON產(chǎn)生一個(gè)從高到低的跳變。在時(shí)間T4(這時(shí)開始下一個(gè)周期)以前的時(shí)鐘周期的剩余部分，ICOIL基本上保持零值。
圖3表示被連接到電阻器42的工作循環(huán)傳感器12的一份示意圖，包括放大器44，比較器45，鎖存器46以及電阻器42-43。工作循環(huán)傳感器12在節(jié)點(diǎn)31通過電阻器42接收傳感信號(hào)VIS，以監(jiān)測(cè)線圈電流ICOIL的流動(dòng)。一個(gè)輸出端被連接到節(jié)點(diǎn)34，以產(chǎn)生線圈電流傳感信號(hào)COILON，當(dāng)ICOIL的值基本上為0時(shí)，COILON的值為邏輯低電平，當(dāng)ICOIL為非0時(shí)，COILON的值為邏輯高電平。
在時(shí)間T1，時(shí)鐘信號(hào)CLOCK從邏輯低電平到高電平的跳變將轉(zhuǎn)換信號(hào)VSW設(shè)置為邏輯高電平數(shù)值，以啟動(dòng)線圈電流ICOIL。鎖存器46被這樣設(shè)置，使得COILON在節(jié)點(diǎn)34處產(chǎn)生從低到高的邏輯電平跳變，以表示ICOIL正在流動(dòng)，即，具有一個(gè)非0值。同時(shí)，傳感信號(hào)VIS從0線性降低到一個(gè)負(fù)的數(shù)值。
放大器44以及電阻器42-43起到增益級(jí)的作用，它對(duì)VIS進(jìn)行放大，以增加系統(tǒng)的抗干擾度。在一個(gè)實(shí)施例中，電阻器43具有大約10kΩ的數(shù)值，電阻器42具有大約1kΩ的數(shù)值，這使得在節(jié)點(diǎn)41處，被放大的信號(hào)的數(shù)值約為(-10*VIS)。因此，在時(shí)間T2以前，節(jié)點(diǎn)41的電位從0線性地增加到一個(gè)正電位，在時(shí)間T2，隨著線圈25放電，其數(shù)值開始朝著0V而下降。當(dāng)節(jié)點(diǎn)41的電位降低到一個(gè)低于VREF2的數(shù)值時(shí)，比較器45令復(fù)位信號(hào)VR產(chǎn)生一個(gè)從邏輯低電平到高電平的跳變，它使鎖存器46復(fù)位，以令COILON產(chǎn)生從高到低的跳變，它表示ICOIL已經(jīng)基本上放電到0。實(shí)際上，可以將VREF2設(shè)置為一個(gè)小的正的非零數(shù)值，以避免在比較器45中出現(xiàn)振蕩狀態(tài)，后者會(huì)有效地將噪聲引入到VR之中。在一個(gè)實(shí)施例中，VREF2被設(shè)置為0.1V，它對(duì)應(yīng)于ICOIL＝0.05A的數(shù)值。
圖4是更詳細(xì)地表示電流調(diào)制器14的一份示意圖，包括放大器47-48，比較器49，開關(guān)50-51，電阻器52-53，電容器54-55以及電流源56。電阻器52和53分別具有阻值R52和R53，電容器54和55分別具有電容量C54和C55。
放大器47起到誤差放大器的作用，它將傳感信號(hào)VSENSE與參考電壓VREF1進(jìn)行比較，并對(duì)它們的差值進(jìn)行放大，從而在節(jié)點(diǎn)72處產(chǎn)生校正信號(hào)VERR。事實(shí)上，放大器47對(duì)介于期望值VOUT＝VREF1*(1+R23/R24)與VOUT的實(shí)際當(dāng)前數(shù)值之間的差值進(jìn)行放大。PFC控制電路10通過令VSENSE保持基本上等于VREF1，來有效地調(diào)節(jié)VOUT。電容器54以及電阻器23-24起到積分器或低通濾波器的作用，它濾除可能出現(xiàn)在PFC信號(hào)VOUT之中的、在VSENSE中的100Hz或120Hz的紋波，紋波的頻率取決于本地的或區(qū)域的VAC的頻率。電容器54以及電阻器23-24產(chǎn)生一個(gè)積分時(shí)間常數(shù)R23*R24*C54/(R23+R24)，它能衰減具有較短的持續(xù)時(shí)間的VSENSE的波動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該時(shí)間常數(shù)至少是VIN周期的5倍，例如，當(dāng)VIN的周期為10ms時(shí)，該時(shí)間常數(shù)被設(shè)置為至少50ms。因此，在一個(gè)VIN周期內(nèi)，VERR被認(rèn)為是基本上恒定不變的。
在增益級(jí)70中，校正信號(hào)VERR被有效地除以ICOIL的占空度，該增益級(jí)70含有放大器48，電阻器52-53，電容器55和開關(guān)50。增益級(jí)70起到積分器的作用，其時(shí)間常數(shù)由電阻器52-53和電容器55設(shè)定，用以濾除當(dāng)開關(guān)50按照時(shí)鐘信號(hào)CLOCK的頻率接通和關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換瞬變信號(hào)。上述時(shí)間常數(shù)的數(shù)值最好是等于或大于CLOCK的周期的5倍。例如，若CLOCK的周期為10μs，則電阻器52-53和電容器55的時(shí)間常數(shù)最好至少應(yīng)為50μs。在節(jié)點(diǎn)74處提供了一個(gè)控制或閾值信號(hào)VTON。
增益級(jí)70的運(yùn)作如下。當(dāng)COILON處于高電平時(shí)，例如從時(shí)間T1到時(shí)間T3(ICOIL為非零值)，開關(guān)50處于開路狀態(tài)。VERR起到參考電壓的作用，它被連接到放大器48的非反相輸入端。而VTON則通過電阻器52和53被連接到反相輸入端，兩者的差值(VERR-VTON)用時(shí)間常數(shù)TSW0＝C55*(R52+R53)進(jìn)行積分。當(dāng)COILON處于低電平時(shí)，例如從時(shí)間T3到時(shí)間T4(ICOIL為零值)，開關(guān)50處于閉合狀態(tài)，并且跨在開關(guān)50兩端的電壓近似為0。此時(shí)基本上為0V的電壓通過電阻器52被施加到放大器48的反相輸入端。VERR作為參考電壓仍然作用于放大器48的非反相輸入端，差值(VERR-0.0V)用積分時(shí)間常數(shù)TSW1＝C55*R52進(jìn)行積分。由于所選擇的電阻器53比電阻器52小得多，所以不管開關(guān)50處于何種位置，都能產(chǎn)生基本上相等的時(shí)間常數(shù)，可以近似地認(rèn)為TSW0＝TSW1。時(shí)間常數(shù)TSW0和TSW1最好被選擇為比CLOCK的周期大一些，以便在放大器48的反相輸入端出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間加權(quán)的平均電壓VTON*(T3-T1)/(T4-T1)＝VTON*DCYCLE，這里DCYCLE＝(T3-T1)/(T4-T1)，是ICOIL在一個(gè)CLOCK周期內(nèi)的占空度。PFC電路100對(duì)VOUT的調(diào)節(jié)保證了在放大器48的各個(gè)輸入端VERR＝VTON*DCYCLE或者VTON＝VERR/DCYCLE。由于VERR在一個(gè)CLOCK周期內(nèi)基本上是恒定不變的，所以乘積VTON*DCYCLE也是恒定不變的，從而使ICOIL具有正弦曲線的波形，同時(shí)使PFC電路100具有高的功率因數(shù)。
VTIMING是通過用恒定電流ITIMING對(duì)電容器C28進(jìn)行充電而產(chǎn)生的，因此它具有鋸齒狀的波形，也就是ITIMING的一個(gè)線性函數(shù)。VTON被連接到比較器49的輸入端，用以控制跳變點(diǎn)，在該點(diǎn)上，定時(shí)電壓VTIMING將終止信號(hào)TERM設(shè)置為邏輯高電平，以終止充電電流ICH。
應(yīng)該注意的是，在由COILON對(duì)校正電壓VERR進(jìn)行調(diào)整以產(chǎn)生閾值電壓VTON的同時(shí)，ITIMING基本上保持恒定，從而使乘積TCH*DCYCLE基本上保持恒定。如上所述，當(dāng)乘積TCH*DCYCLE保持恒定時(shí)，ICOIL的平均值為正弦函數(shù)，并且與交流線路電壓VAC同相，從而得到高的功率因數(shù)。當(dāng)用時(shí)鐘信號(hào)CLOCK按照恒定的頻率去切換線圈電流ICOIL時(shí)，就能獲得高的功率因數(shù)，以便降低電磁干擾的水平或者有助于通過濾波來使其衰減。
圖5是一份示意圖，表示在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中的電流調(diào)制器14。在這個(gè)實(shí)施例中，校正電壓VERR被直接地連接到比較器49的反相輸入端，以控制VTIMING的轉(zhuǎn)換閾值，同時(shí)通過ICOIL的占空度DC對(duì)ITIMING進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使乘積TCH*DCYCLE保持恒定。
放大器60起到積分器的作用，其積分時(shí)間常數(shù)TSW＝C61*R68，這里，C61是電容器61的電容量，R68是電阻器68的電阻值。最好是這樣來選擇電容器61和電阻器68，使得TSW的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CLOCK的周期。
從T1到T3，當(dāng)ICOIL為非零值時(shí)，COILON處于高電平，開關(guān)50處于開路狀態(tài)，參考電流IREF1流過電阻器66，從而在節(jié)點(diǎn)77處形成電壓V66＝IREF1*R66，這里，R66是電阻器66的電阻值。從T3到T4，當(dāng)ICOIL為零值時(shí)，COILON處于低電平，開關(guān)50處于閉合狀態(tài)，在節(jié)點(diǎn)77上的電壓V66＝0.0V。當(dāng)在CLOCK周期內(nèi)進(jìn)行積分時(shí)，電壓V66的時(shí)間加權(quán)平均值為IREF1*R66*DCYCLE＝V66*DCYCLE。
放大器60的輸出控制著與電阻器69相連接的晶體管65的基極電流。這樣的配置產(chǎn)生集電極電流I65，從參考電流IREF2中減去集電極電流I65，以產(chǎn)生電流IOUT，它在電阻器R67上產(chǎn)生電壓V67。集電極電流I65提供了一條反饋路徑，它使V66和V67保持相同的有效平均電位，因此，IOUT＝IREF1*DCYCLE*R66/R67。通過電流反射鏡63來建立定時(shí)電流ITIMING的鏡像IOUT，并且乘以因子K，使得ITIMING＝K*IOUT＝K*IREF1*DCYCLE*R66/R67。因此，ITIMING與占空度DCYCLE成正比。
如上所述，ITIMING對(duì)電容器28進(jìn)行充電，以產(chǎn)生鋸齒狀的定時(shí)電壓VTIMING，在比較器49中，將該鋸齒電壓跟VERR進(jìn)行比較，以產(chǎn)生控制信號(hào)TERM。由于在VIN的一個(gè)周期內(nèi)，ITIMING基本上保持恒定，并且VTIMING＝ITIMING*TCH＝K*IREF1*DCYCLE*TCH*R66/R67，所以乘積TCH*DCYCLE也基本上保持恒定。因此，ICOIL有一個(gè)正弦曲線形狀的平均電流，同時(shí)PFC電路100有一個(gè)高的功率因數(shù)。
總的來說，本發(fā)明提供了一種PFC電路，該電路能夠在恒定或接近恒定的頻率下運(yùn)行，由此，有助于通過濾波來降低電磁干擾。鎖存器有一個(gè)輸出端，響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)跳變沿，啟動(dòng)線圈電流，以產(chǎn)生PFC信號(hào)。電流調(diào)制電路檢測(cè)PFC信號(hào)，以建立線圈電流的充電時(shí)間，并檢測(cè)線圈電流，以便建立線圈電流在時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)周期上的占空度。電流調(diào)制電路的輸出被施加到鎖存器的輸入端，以提供一個(gè)控制信號(hào)，后者是充電時(shí)間和占空度的一個(gè)函數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種功率因數(shù)校正(PFC)電路，包括第一鎖存器，它有一個(gè)輸出端，用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)跳變沿啟動(dòng)線圈電流以產(chǎn)生PFC信號(hào)，以及一個(gè)輸入端，用于接收控制信號(hào)；以及電流調(diào)制電路，它具有一個(gè)第一輸入端，用于接收PFC信號(hào)，以建立線圈電流的充電時(shí)間；一個(gè)第二輸入端，它被連接用于檢測(cè)線圈電流，以便建立線圈電流在時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)周期上的占空度；以及一個(gè)輸出端，用于提供作為充電時(shí)間和占空度的一個(gè)函數(shù)的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC電路，其中，電流調(diào)制電路還包括一個(gè)第一開關(guān)，它響應(yīng)于被施加到電流調(diào)制電路的第二輸入端的傳感信號(hào)，用于將第二放大器的第二輸入端從第二放大器的輸出端切換到一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，以建立占空度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC電路，還包括一個(gè)電流傳感器，它有一個(gè)輸入端，被連接用于檢測(cè)線圈電流，以及一個(gè)輸出端，用于提供傳感信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PFC電路，其中，電流傳感器包括第一放大器，它有一個(gè)第一輸入端，被連接到電流傳感器的輸入端，以及一個(gè)第二輸入端，用于建立線圈電流的閾值電平；以及第二鎖存器，它有一個(gè)第一輸入端，被連接到第一鎖存器的輸出端；一個(gè)第二輸入端，被連接到第一放大器的一個(gè)輸出端；以及一個(gè)輸出端(34)，被連接到電流調(diào)制電路的第二輸入端，用于產(chǎn)生傳感信號(hào)，對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)的跳變沿為第一邏輯狀態(tài)，當(dāng)線圈電流降低到閾值電平以下時(shí)為第二邏輯狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PFC電路，其中，電流調(diào)制電路包括一個(gè)比較器，它有一個(gè)第一輸入端，被連接用于接收一個(gè)鋸齒信號(hào)，以及一個(gè)輸出端，用于提供控制信號(hào)；一個(gè)第二放大器，它有一個(gè)第一輸入端，用于接收PFC信號(hào)，一個(gè)第二輸入端，用于接收參考信號(hào)，以及一個(gè)輸出端，被連接到比較器的第二輸入端；以及一個(gè)平均電路，它有一個(gè)輸入端，被連接到第二鎖存器的輸出端，用以在時(shí)鐘信號(hào)的周期內(nèi)，對(duì)第一參考電流求平均值，以產(chǎn)生一個(gè)表示占空度的平均電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PFC電路，其中，平均電路包括一個(gè)開關(guān)，用于在第一參考信號(hào)與傳感信號(hào)之間進(jìn)行切換，以產(chǎn)生一個(gè)占空度信號(hào)；以及一個(gè)積分器，它有一個(gè)第一輸入端，用于接收第二參考信號(hào)，一個(gè)第二輸入端，用于接收占空度信號(hào)，以及一個(gè)輸出端，用于提供平均電流。
7.一種用于校正功率因數(shù)的方法，包括下列各步驟在一個(gè)時(shí)鐘周期的開始，啟動(dòng)線圈電流，以產(chǎn)生一個(gè)功率因數(shù)校正(PFC)信號(hào)；檢測(cè)線圈電流，以確定線圈電流在該時(shí)鐘周期上的占空度；以及用一個(gè)控制信號(hào)來終止線圈電流的充電部分，所述控制信號(hào)是PFC信號(hào)以及占空度的一個(gè)函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其中，終止步驟包括下列各步驟對(duì)PFC信號(hào)與第一參考信號(hào)之間的差值進(jìn)行放大，以產(chǎn)生一個(gè)校正信號(hào)；以及將校正信號(hào)除以占空度，以產(chǎn)生控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述方法，其中，乘法步驟包括下列各步驟將校正信號(hào)送往一個(gè)放大器的第一輸入端；當(dāng)線圈電流流動(dòng)時(shí)，將放大器的第二輸入端切換到該放大器的一個(gè)輸出端；以及當(dāng)線圈電流終止時(shí)，將放大器的第二輸入端切換到一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。
10.一種集成的功率因數(shù)校正(PFC)電路，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，它有一個(gè)第一輸入端，用于接收時(shí)鐘脈沖，以便啟動(dòng)線圈電流，一個(gè)第二輸入端，用于接收控制信號(hào)以終止線圈電流的充電部分，以及一個(gè)輸出端，用于以線圈電流來產(chǎn)生一個(gè)PFC信號(hào)；以及一個(gè)調(diào)制電路，它有一個(gè)第一輸入端，被連接用于檢測(cè)PFC信號(hào)以設(shè)定線圈電流的幅度，一個(gè)第二輸入端，用于監(jiān)測(cè)在時(shí)鐘脈沖的一個(gè)周期內(nèi)的線圈電流以產(chǎn)生一個(gè)占空度信號(hào)，以及一個(gè)輸出端，用于提供控制信號(hào)，它是所述幅度以及占空度信號(hào)的一個(gè)函數(shù)。
全文摘要
一種功率因數(shù)校正(PFC)電路(10)，包括一個(gè)鎖存器(16)，它有一個(gè)輸出端，響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)(CLOCK)的一個(gè)跳變沿啟動(dòng)線圈電流(I
文檔編號(hào)H02M1/14GK1553557SQ03142400
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者喬爾·特奇, 喬爾 特奇 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司