專利名稱：具有節(jié)能調(diào)制器的不連續(xù)模式pfc控制器和其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正(power factor correction，PFC)控制器及其操作方法，特別是涉及一種用于具有節(jié)能調(diào)制器的不連續(xù)模式PFC控制器和其操作方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)皆整合并且利用升壓拓?fù)?boost topology)，其可在固定或可變切換頻率下以連續(xù)和不連續(xù)電感器電流模式來操作。由于施加和操作低峰值電流，因此以固定切換頻率操作的連續(xù)電感器電流模式用于較高功率應(yīng)用。對于250瓦特以下的應(yīng)用，使用可變切換頻率操作的不連續(xù)電感器電流模式提供了幾個優(yōu)點，包含小型電感器、低成本、簡單的電路和零電流切換(zero current switching，ZCS)。功率因數(shù)校正(PFC)控制器的脈沖寬度由電壓誤差放大器所控制，其與由控制器產(chǎn)生的鋸齒波形相比較。脈沖寬度隨著線輸入和負(fù)載條件而變化，但應(yīng)維持恒定于半個線輸入周期(line cycle)內(nèi)。因此，電壓誤差放大器有必要具有低于線輸入頻率的較低頻率帶寬。
ZCS在應(yīng)用中包含幾個優(yōu)點。一個優(yōu)點在于在下一切換周期開始前，電感器電流必須釋放到零，此產(chǎn)生高切換效率。由于電感器電流的變化等于峰值電感器電流，且電流在每個周期中都開始并返回到零，所以電流波形具有三角形，其平均值等于峰值電流乘以其時間的乘積的一半。因此峰值電流將限制恰為平均電流的兩倍。由于ZCS就在連續(xù)和不連續(xù)的電流模式的邊緣上切換，所以將在可變的切換頻率操作。由線輸入和輸出負(fù)載決定，切換信號的脈沖寬度被調(diào)制，切換頻率對于重負(fù)載條件會變低且響應(yīng)輕負(fù)載條件而變高。低帶寬脈沖寬度調(diào)制(脈波width modulation，PWM)結(jié)合ZCS以提供輸入電流自然的功率因數(shù)校正。
在近期的現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)針對功率因數(shù)校正控制研發(fā)了各種ZCS的不連續(xù)電流PFC控制器。其中，PFC控制器包含法國ST-Microelectronics公司的ST6561；美國科羅拉多州ON-Semiconductor公司的MC34262；以及德國Siemens公司的TDA4862。所有這些控制器都設(shè)計成在輕負(fù)載條件和/或無負(fù)載條件下以高頻率操作。功率轉(zhuǎn)換器和PFC升壓器的切換損耗與切換頻率成比例，其中切換晶體管的切換損耗、緩沖器(snubber)的功率消耗以及電感器損耗隨著較高的切換頻率而增加。前面的控制器的缺點在于在輕負(fù)載條件下的高頻率操作下，功率轉(zhuǎn)換器難以滿足節(jié)能要求，因此，尤其對于輕負(fù)載和無負(fù)載條件，希望提供一種PFC控制器，其在輕負(fù)載下維持PFC功能且提供低功率消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種零電流切換(ZCS)不連續(xù)模式PFC控制器，以提供高效率PFC，且在輕負(fù)載條件下減少PFC控制器的功率消耗。
本發(fā)明的另一目的在于免除啟動電阻器，以節(jié)約了功率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于限制PFC控制器的最大輸出功率以提供低壓保護(hù)的方法。
本發(fā)明涉及ZCS不連續(xù)模式PFC控制器。當(dāng)將線輸入電壓施加到PFC轉(zhuǎn)換器時，控制器的反饋電阻器和寄生二極管啟動所述控制器。一旦控制器啟用，晶體管就會切換反饋電阻器，使其變成電壓反饋回路的分壓器。
對于PFC而言，外部電阻器用于決定切換信號的最大接通時間，因此限制了最大輸出功率。當(dāng)關(guān)斷切換信號時，在下一切換周期開始前，電感器電流將釋放到零，這實現(xiàn)了ZCS。
為了減少輕負(fù)載條件的切換頻率，在每個切換周期開始前插入關(guān)閉時間延遲。從電壓反饋回路取得的反饋電壓，和電源電壓被視為變量。關(guān)閉時間延遲被調(diào)制為反饋電壓和電源電壓的函數(shù)。閾值電壓為恒定，其定義輕負(fù)載的電平。
限制電壓定義電源電壓的低電平。一旦反饋電壓減少且低于閾值電壓，關(guān)閉時間延遲就會相應(yīng)地增加。當(dāng)電源電壓低于限制電壓時，關(guān)閉時間延遲減少以抑制切換頻率的減少，因此，從而防止低電源電壓。切換頻率根據(jù)負(fù)載的減少而減少。
因此，這減少了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。


本發(fā)明包含附圖以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且附圖并入本說明書中并構(gòu)成其一部分。圖式說明本發(fā)明的實施例，且連同描述內(nèi)容一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的不連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖2顯示圖1中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換器的波形。
圖3、4和5是圖1中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換器的控制電路的示意圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的不連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換器的示意圖。PFC轉(zhuǎn)換器包含電橋10、電感器20、整流器30和電容器40。對于反饋操作，PFC轉(zhuǎn)換器更包含控制器100；電容器41和43；電阻器50、51和53；包含電阻器55和電阻器56的分壓器；晶體管60和62以及二極管75。經(jīng)由PFC轉(zhuǎn)換器，交流(AC)線輸入轉(zhuǎn)換為直流(DC)輸出VO，其中切換電流91切換經(jīng)由輸入電感器20、整流器30和電容器40的AC來控制能量。PFC轉(zhuǎn)換器的目的是將AC線輸入的電流IAC波形控制為正弦波形，且維持IAC的相位與AC線輸入電壓VAC相同。經(jīng)由電橋10的整流，VIN相對于PFC轉(zhuǎn)換器的接地一直為正。
VIN(t)＝VPsin(ωt)其中VP＝?！罺IN(在均方根“RMS”值中)輸入電流可類似地表示為IIN(t)＝IPsin(ωt)；其中IP＝?！罥IN(RMS)接著PFC轉(zhuǎn)換器的輸入功率可給定為PIN＝VP×IP/2將效率(η)引入所述等式，輸出功率給定為PO＝PIN×ηPO＝VP×IP×η/2 ----------------------------------------------------(1)等式1可表示為與輸入電流相關(guān)IP＝(2×PO)/(VP×η) ------------------------------------------------(2)在邊界傳導(dǎo)模式時，電感器20的峰值切換電流(IL-P)正好是平均電感器電流的兩倍。
IL-P＝2×IPIL-P＝(4×PO)/(VP×η) ----------------------------------------------(3)切換電流91可以其時變形式來展示。
IL(t)＝(4×PO)sin(ωt)/(VP×η) --------------------------------------(4)切換電流91還可解得將電感器L充電到峰值電流所需的接通時間，例如I＝L(di/dt)。
TON＝IL-P×L/VPTON＝(4×PO×L)/(VP2×η) ------------------------------------------(5)TOFF＝(IL-P×L)/(VO-VP)TOFF＝(4×PO×L)/[(η×VP)×(VO-VP)] ------------------------(6)T＝TON+TOFF等式5可表示為與輸出功率相關(guān)。
PO＝[VP2×η/(4×L)]×TON--------------------------------------(7)根據(jù)前面的等式7，應(yīng)注意，輸出功率由接通時間TON控制。通過限制最大接通時間，最大輸出功率將受到限制，尤其對于低壓保護(hù)，例如電壓過低(brownout)的情況。
當(dāng)將AC功率施加到PFC轉(zhuǎn)換器時，輸出電壓VO上的DC電壓經(jīng)由電橋10、電感器20、整流器30和電容器40而產(chǎn)生。通過反饋電阻器55和控制器100的寄生二極管32，輸出電壓VO對電容器41進(jìn)行充電?？刂破?00的供電端子VCC(下文表示為“VCC”)中的電壓VCC為電容器41的電壓電平。一旦電容器41中的電壓VCC高于控制器100的啟動閾值電壓，控制器100就會被啟動。在控制器100啟動的瞬間，在控制器100的參考端子RT(下文表示為“RT”)處建立的例如2伏的電壓會接通晶體管62。同時，電阻器56接地。電阻器55和56形成反饋回路的分壓器。因此，電阻55和56的組合電阻連接到控制器100的回授端子FB(下文表示為“FB”)。
FB和補償端子COM(下文表示為“COM”)充當(dāng)誤差放大器205的輸入端子和輸出端子，如圖3中所示且如將在下文中詳細(xì)描述。連接在FB與COM之間的電容器43用以作為線輸入頻率以下的低頻帶寬之頻率補償?？刂破?00的OUT輸出端子(下文表示為“OUT”)輸出切換信號以驅(qū)動晶體管60。在控制器100啟動后，電感器20的輔助繞組經(jīng)由設(shè)置在供電端子VCC與偵測端子DET之間的二極管75對電容器41進(jìn)行充電，且為控制器100供電。電容器41中的電壓保持在高于停止閾值電壓以維持操作并防止電壓VCC在控制器100內(nèi)處于低電平。
當(dāng)晶體管60由來自控制器100的OUT的信號驅(qū)動接通時，電感器20經(jīng)由晶體管60被充電。電阻器53感測切換電流91且連接到控制器100的輸入端子VS(下文表示為“VS”)。只要VS處的電壓電平高于限制電壓VR3，來自O(shè)UT的信號就會切斷，這實現(xiàn)了用于切換的逐周期(cycle-by-cycle)電流限制。當(dāng)晶體管60由來自O(shè)UT的信號斷開時，存儲在電感器20中的能量由放電電流92經(jīng)由整流器30釋放到輸出電壓VO。圖2中繪示波形。放電電流92一旦下降到零，就會在電感器20的輔助繞組中檢測到零電壓。控制器100的偵測端子DET(下文表示為“DET”)經(jīng)由電阻器51連接到輔助繞組，用于檢測零電流狀態(tài)。一旦檢測到零電流狀態(tài)，關(guān)閉時間延遲td就開始。在關(guān)閉時間延遲td后，控制器100便能夠開始下一切換周期。從控制器100的參考端子RT連接到地(GND)的電阻器50決定切換信號(例如來自輸出端子的信號)的最大接通時間。
參看圖3、4和5，其為用于圖1中所示的本發(fā)明的不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換器的控制電路100的優(yōu)選實施例的示意圖。參看圖3，首先，控制電路100包含一恒定電流源315；延遲電流源300；誤差放大器205；比較器210、211、214和215；反相器221、222和緩沖器226；與非門223、225；或非門227以及SR觸發(fā)器228。施加由恒定電流源315產(chǎn)生的電流IR1來拉高控制器100的偵測端子中的電壓電平。一旦DET的電壓電平被檢測為低信號，即DET的電壓電平低于第一閾值電壓VR1，那么比較器210以邏輯低狀態(tài)輸出信號，且接著經(jīng)由與非223的輸出來斷開晶體管231。接著通過切斷晶體管231來啟始圖2中所示的關(guān)閉時間延遲td。由延遲電流源300產(chǎn)生的電流Id開始對電容器241進(jìn)行充電，且一旦電容器241的電壓電平高于第二閾值電壓VR2，比較器211就會以邏輯高狀態(tài)輸出信號。經(jīng)由使用SR觸發(fā)器228，來決定切換信號PWM。關(guān)閉時間延遲可陳述為Td＝(C241×VR2)/Id--------------------------------------------------(8)其中C241為電容器241的電容。
關(guān)閉時間延遲td被調(diào)制成反饋電壓和VCC電壓的函數(shù)。分別用比較器211的輸出和來自回授端子的反饋電壓施加到SR觸發(fā)器228的兩個輸入。
將來自FB的反饋電壓施加到誤差放大器205的輸入端子，且將參考電壓VR施加到誤差放大器205的另一輸入端子，且接著從誤差放大器205產(chǎn)生一經(jīng)放大的電壓VCOM。接著將電壓VCOM施加到比較器214的正輸入端子，且將信號SAW施加到比較器214的負(fù)輸入端子。接著將比較器214的輸出施加到與非門223的一個輸入端子和與非門225的一個輸入端子。與非門225的另一輸入端子被施加PULSE信號。稍后將詳細(xì)描述信號SAW和PULSE。接著將與非門225的輸出施加到或非門227的一個輸入端子。或非門227的另一輸入端子被施加反相器222的輸出。反相器222的輸出是從比較器215的輸出反相的信號。如圖1中所示，比較器215的一個輸入端子被施加來自控制器100的電流感測端子的電壓。比較器215的另一輸入端子被施加第三閾值電壓VR3。經(jīng)由調(diào)整VCOM的電壓電平、信號SAW和PULSE，關(guān)閉時間延遲可由SR觸發(fā)器228調(diào)制成反饋電壓的函數(shù)。
參看圖3，來自延遲電流源300的電流Id可根據(jù)負(fù)載條件而產(chǎn)生。圖5中的電路包含由晶體管273、274和275組成的第一電流鏡；由晶體管277和278組成的第二電流鏡；以及由晶體管291和292組成的第三電流鏡。晶體管270和電阻器50產(chǎn)生第一電流鏡中的鏡像電流。晶體管270的柵極端子耦接到運算放大器(op-amplifier)260的輸出端。運算放大器260的正輸入端子被施加第七閾值電壓VR7，且運算放大器260的負(fù)輸入端子耦接到晶體管270的源極端子和電阻器50。第一電流鏡的鏡像電流為VR7/R50，且兩個電流IT1和IT2分別根據(jù)與晶體管273相對晶體管274和275的寬度/長度比從而產(chǎn)生。因此，電流IT1等于(VR7/R50)·(N274/N273)，其中N274、N273分別為晶體管274和273的寬度/長度比。電流IT2等于(VR7/R50)·(N275/N273)，其中N275、N273分別為晶體管275和273的寬度/長度比。
第二電流鏡中的鏡像電流由晶體管271和電阻器282產(chǎn)生。晶體管271的柵極端子耦接到運算放大器261的輸出端。運算放大器261的正輸入端子被施加VCOM，如圖3中所示，且運算放大器261的負(fù)輸入端子耦接到晶體管271的源極端子和電阻器282的一個端子。電阻器282的另一端子耦接到運算放大器262的輸出端子和負(fù)輸入端子。運算放大器262的正輸入端子被施加第五閾值電壓VR5。第二電流鏡的鏡像電流可表示為(VCOM-VR5)/R282，其中R282是電阻器282的電阻。
第三電流鏡中的鏡像電流由晶體管293和電阻器288產(chǎn)生。晶體管293的柵極端子耦接到運算放大器264的輸出端。運算放大器264的正輸入端子被施加第六閾值電壓VR6，且運算放大器264的負(fù)輸入端子耦接到晶體管293的源極端子和電阻器288的一個端子。電阻器288的另一端子耦接到運算放大器265的輸出端子和負(fù)輸入端子。運算放大器265的正輸入端子被施加從由電阻器285和286衰減的VCC后產(chǎn)生的電壓。第三電流鏡的鏡像電流可表示為(VR6-αVCC)/R288，其中R288是電阻器288的電阻，α＝R286/(R286+R285)，R286和R285分別為電阻器286和285的電阻。
如圖3中所示，可經(jīng)由加總從由與晶體管277相比較的晶體管278鏡像的第二電流的鏡像電流產(chǎn)生的左映射電流Ia和從由與晶體管292相比較的晶體管291鏡像的第三電流的鏡像電流產(chǎn)生的右映射電流Ib，來獲得延遲電流源300的電流Id。第五閾值電壓VR5是界定輕負(fù)載水平的常數(shù)。第六閾值電壓VR6是用于界定VCC電壓的低電平的限制電壓。一旦減少的電壓VCOM低于第五閾值電壓VR5，關(guān)閉時間延遲就會相應(yīng)地增加。當(dāng)衰減的VCC電壓低于第六閾值電壓VR6時，會減少關(guān)閉時間延遲以抑制切換頻率的降低，因而避免了低VCC電壓。切換頻率根據(jù)負(fù)載的減少而降低。因此，降低了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。公式描述如下Id＝Ia+IbId＝[(VCOM-VR5/R282]×K1+[(VR6-αVCC)/R288]×K2--------(9)α＝R286/(R286+R285)K1＝N278/N277；K2＝N291/N292；Id≤IT2其中IT2＝(VR7/R50)×(N275/N273)IT1＝(VR7/R50)×(N274/N273) ------------------------------------(10)
參看圖4，其繪示圖3中所示的信號SAW和PULSE的優(yōu)選實施例的電路。所述電路包含比較器217、與非門250、晶體管232、電流源310、電容器242以及SR觸發(fā)器229。圖5中繪示電流源310的電流IT1。將切換信號PWM施加到與非門250的一個輸入端子。與非門250的輸出端子被施加到晶體管232的柵極端子。一旦切換信號PWM為高，晶體管232即被斷開。電流源310的電流IT1開始對電容器242進(jìn)行充電且在電容器242中產(chǎn)生鋸齒波形之SAW信號。關(guān)閉的切換信號PWM將接通晶體管232，且接著對電容器242進(jìn)行放電。將SAW信號施加到比較器217的負(fù)輸入端子，且將第四閾值電壓VR4施加到比較器217的正輸入端子，且接著比較器217的輸出端子上為PULSE信號，其被施加到SR觸發(fā)器229。將SR觸發(fā)器229的輸出施加到與非門250的另一輸入端子。如圖3中所示，如果誤差放大器205的輸出電壓VCOM低于SAW信號的電壓，或來自電流感測端子的電壓高于第三閾值電壓VR3，其為過電流條件下的過電流閾值電壓，那么會關(guān)閉切換信號PWM。如果切換信號PWM保持高，那么只要SAW信號的電壓電平高于第四閾值電壓VR4，SAW信號的鋸齒波形就會放電。
因此，切換信號PWM的最大接通時間由(C242×VR4)/IT1來決定，其中C242為電容器242的電容。從等式10中可見，IT1等于(VR7/R50)×(N274/N273)，且切換信號PWM的最大接通時間等于(R50×C242×VR4)/[VR7×(N274/N273)]。
因此，如圖1中所示，切換信號PWM的最大接通時間根據(jù)電阻器50來決定。前面的描述可表示為TON-MAX＝(C242×VR4)/IT1-----------------------------------------(11)TON-MAX＝(R50×C242×VR4)/[VR7×(N274/V273)] ---------------(12)其中TON-MAX為切換信號PWM的最大接通時間。
由于切換信號PWM的最大接通時間有限，所以PFC轉(zhuǎn)換器的切換裝置被保護(hù)以免受低電壓條件下的過應(yīng)力損壞。
根據(jù)本發(fā)明的ZCS和不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換，下一切換周期開始于零電感器電流狀態(tài)的邊界處，其中關(guān)閉時間延遲td幾乎為零。能量給定為ε＝L×I2/2 ---------------------------------------------------------(13)由PFC升壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)的功率可表示為PO＝[VP2×η×TON2/(4×L×T)] -----------------------------------(14)等式5和6中展示T＝TON+TOFF。當(dāng)PFC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載在輕負(fù)載條件下減少時，關(guān)閉時間延遲td相應(yīng)增加，且插入在下一切換周期開始前。因此，切換信號的切換周期T延長為T＝TON+TOFF+td--------------------------------------------------(15)因此，在輕負(fù)載和無負(fù)載條件下，切換信號的切換頻率降低。因此，待機功率減少。此外，關(guān)閉時間延遲的特征在輕負(fù)載條件下，有助于保持PFC功能且維持PFC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定輸出電壓VO(VO＝PO/IO)。參看等式14，對于極輕的負(fù)載條件，應(yīng)產(chǎn)生非常小的TON脈沖寬度。極短的TON增加了PFC轉(zhuǎn)換器設(shè)計的難度。對TON的短脈沖寬度的限制限制了功率轉(zhuǎn)換器的性能，因此，必須在PFC轉(zhuǎn)換器的輸出端添加假負(fù)載，以獲得穩(wěn)定的輸出電壓VO。根據(jù)等式14和15，其展示本發(fā)明的關(guān)閉時間延遲td的插入延長了切換周期T且不需要極短TON。維持穩(wěn)定的輸出電壓VO且不需要假負(fù)載，這節(jié)約了PFC轉(zhuǎn)換器中的功率消耗。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不違背本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作出各種修改和改變。鑒于前述內(nèi)容，倘若本發(fā)明的修改和改變在權(quán)利要求書和其等效物的范圍內(nèi)，則希望本發(fā)明涵蓋這些修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種不連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)控制器，其用于一PFC轉(zhuǎn)換器，其中所述PFC轉(zhuǎn)換器包括一電橋、一電感器、一整流器以及一主電容器，多個切換周期應(yīng)用到所述PFC轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述的PFC控制器包括一供電端子，其耦接到一第一電容器以為所述PFC控制器供電；一參考端子，其耦接到一第一晶體管的一柵極端子；一接地端子，其接地；一補償端子；一回授端子，其中一第二電容器耦接在所述補償端子與所述回授端子之間以用于頻率補償，所述回授端子經(jīng)由一第二電阻器耦接到所述PFC轉(zhuǎn)換器的一輸出端；一偵測端子，其經(jīng)由一偵測電阻器耦接到所述電感器的一輔助繞組，用于檢測所述電感器的一零電流狀態(tài)；一輸出端子，其耦接到一第二晶體管的一柵極端子，其中所述第二晶體管的一漏極端子耦接到所述電感器與所述整流器之間的一節(jié)點，所述第二晶體管的一源極端子經(jīng)由一第三電阻器耦接到地，其中一切換信號從所述輸出端子被施加到所述第二晶體管的所述柵極端子；以及一電流感測端子，其耦接在所述第二晶體管的所述源極端子與所述第三電阻器之間，其中所述第一晶體管的一漏極端子經(jīng)由一第四電阻器和所述回授端子耦接到所述第二電阻器，其中一關(guān)閉時間延遲插入在每一個所述切換周期開始之前，所述關(guān)閉時間延遲被調(diào)制為一反饋電壓和一電源電壓的函數(shù)，其中所述電源電壓是所述供電端子上的一電壓電平，當(dāng)所述電源電壓低于一限制電壓時，所述關(guān)閉時間延遲相應(yīng)地減少且防止低電源電壓，且一切換頻率根據(jù)負(fù)載的減少而減少，以及一第一電阻器從所述參考端子連接到地，其中所述第一電阻器決定所述切換信號的一最大接通時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中所述控制器更包括一恒定電流源，用于拉高所述控制器的所述偵測端子上的一電壓電平；一第三晶體管，當(dāng)所述偵測端子的所述電壓電平被檢測為低信號時，所述第三晶體管將斷開；以及一延遲電流源，其耦接到所述第三晶體管和一第三電容器，經(jīng)由斷開所述第三晶體管來啟始所述關(guān)閉時間延遲，所述延遲電流源開始對所述第三電容器進(jìn)行充電，且一旦所述第三電容器的所述電壓電平高于一第二閾值電壓，就啟用所述切換信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中所述控制器更包括一誤差放大器，用于接收所述反饋電壓和一參考電壓且輸出一經(jīng)放大的電壓，其中所述反饋電壓是所述回授端子上的電壓，且當(dāng)所述經(jīng)放大的電壓低于一第五閾值電壓的電壓電平時，所述關(guān)閉時間延遲將相應(yīng)地增加，所述第五閾值電壓是界定一輕負(fù)載水平的常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中所述控制器更包括一第四比較器，其具有用于接收所述控制器的所述電流感測端子的一電壓電平的一負(fù)輸入端子，且具有用于接收一過電流閾值電壓的一正輸入端子，當(dāng)所述電流感測端子的所述電壓電平高于所述過電流閾值電壓，所述切換信號將停用。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中產(chǎn)生來自所述延遲電流源的一電流的一電路，包括一第一電流鏡，其耦接到所述第一電阻器，用于提供來自所述第一電阻器的一第一鏡像電流；一第二電流鏡，其耦接到一第五電阻器，用于提供來自所述第五電阻器的一第二鏡像電流，其中所述第五電阻器的一端耦接到所述經(jīng)放大的電壓，且所述第五電阻器的另一端耦接到所述第五閾值電壓；以及一第三電流鏡，其耦接到一第六電阻器，用于提供來自所述第六電阻器的一第三鏡像電流，其中所述第六電阻器的一端耦接到一第六閾值電壓，且所述第六電阻器的另一端耦接到從所述控制器的所述供電端子上的所述電壓中所分割的電壓，其中用于拉高所述控制器的所述偵測端子上的所述電壓電平的所述恒定電流源是根據(jù)所述第二鏡像電流和所述第三鏡像電流而決定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中所述第五閾值電壓是界定所述輕負(fù)載水平的一常數(shù)，其中當(dāng)所述經(jīng)放大的電壓減少到低于所述第五閾值電壓，所述關(guān)閉時間延遲就相應(yīng)地增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中所述第六閾值電壓是用于界定所述控制器的所述供電端子上的低電平電壓的一限制電壓，其中當(dāng)所述控制器的所述供電端子中的所述電壓低于所述限制電壓時，減少所述關(guān)閉時間延遲以抑制所述切換頻率的減少，因此防止所述控制器的所述供電端子中的所述電壓處于低電壓電平，其中所述切換頻率根據(jù)所述負(fù)載的減少而減少，從而減少了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中當(dāng)所述控制器的所述供電端子上的所述電壓電平衰減到低于所述限制電壓時，減少所述關(guān)閉時間延遲以抑制切換頻率的減少，因此避免所述控制器的所述供電端子中的低電壓電平，其中所述切換頻率根據(jù)所述負(fù)載的減少而減少，因此減少了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其包括一恒定電流源，用于拉高所述控制器的所述偵測端子上的一電壓電平；一第一比較器，其具有用于接收一第一閾值電壓的一正輸入端子，且具有用于接收所述控制器的所述偵測端子的所述電壓電平的一負(fù)輸入端子；一第一與非門，用于接收所述第一比較器的一輸出和由所述切換信號反相后的信號；一第三晶體管，其耦接到所述第一與非門，當(dāng)所述偵測端子的所述電壓電平被檢測為低信號時，經(jīng)由所述第一與非門的輸出來斷開所述第三晶體管；一延遲電流源，其耦接到所述第三晶體管和一第三電容器，經(jīng)由斷開所述第三晶體管來啟始所述關(guān)閉時間延遲，所述延遲電流源開始對所述第三電容器進(jìn)行充電；一第二比較器，其具有用于接收一第二閾值電壓的一負(fù)輸入端子，且具有用于接收所述第三電容器的電壓的一正輸入端子；以及一SR觸發(fā)器，用于接收所述第二比較器的一輸出，且當(dāng)所述第三電容器的電壓電平高于所述第二閾值電壓，就啟用所述切換信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于更包括一誤差放大器，其具有用于接收所述反饋電壓的一負(fù)輸入端子，且具有用于接收一參考電壓的一正輸入端子且輸出一經(jīng)放大的電壓，其中所述反饋電壓是所述回授端子上的電壓；一第三比較器，其具有用于接收所述經(jīng)放大的電壓的一正輸入端子，且具有用于接收一鋸齒信號的一負(fù)輸入端子，所述第三比較器的一輸出端子被施加到所述第一與非門的一個輸入端子；一第二與非門，其具有用于接收所述第三比較器的所述輸出端子的一個輸入端子，且具有用于接收一脈波信號的另一輸入端子；一第四比較器，其具有用于接收所述控制器的所述電流感測端子上的所述電壓的一負(fù)輸入端子，且具有用于接收一過電流閾值電壓的一正輸入端子；以及一或非門，其具有用于接收所述第二與非門的一輸出的一個輸入端子，且具有用于接收來自所述第四比較器的一輸出端子的反相信號的另一輸入端子，所述或非門的輸出被施加到所述SR觸發(fā)器，其中當(dāng)所述經(jīng)放大的電壓低于一第五閾值電壓時，所述關(guān)閉時間延遲相應(yīng)地增加，所述第五閾值電壓是界定輕負(fù)載水平的常數(shù)，當(dāng)所述控制器的所述供電端子上的所述電壓電平衰減到低于一限制電壓時，減少所述關(guān)閉時間延遲以抑制切換頻率的減少，因此防止所述控制器的所述供電端子中的低電壓電平，其中所述切換頻率根據(jù)所述負(fù)載的減少而減少，從而減少了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的不連續(xù)模式PFC控制器，其特征在于其中用于產(chǎn)生所述鋸齒信號和脈波信號的電路包括一電流源；一第四電容器，當(dāng)所述切換信號為高時，所述電流源開始對所述第四電容器進(jìn)行充電并產(chǎn)生鋸齒波形SAW，且當(dāng)所述切換信號為低時，所述第四電容器放電；以及一第五比較器，其具有用于接收第四閾值電壓的一正輸入端子和用于接收所述鋸齒信號的一負(fù)輸入端子，且接著輸出所述脈波信號。
12.一種用于不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換器中的零電流切換(ZCS)不連續(xù)模式PFC控制器的操作方法，其特征在于所述操作方法包括當(dāng)將線輸入電壓施加到所述PFC轉(zhuǎn)換器時，由所述PFC控制器的一反饋電阻器和一寄生二極管啟動所述控制器；一旦所述PFC控制器啟用，就切換所述反饋電阻器，使其變成電壓反饋回路的分壓器；以及提供一外部電阻器，其連接到所述PFC控制器以決定切換信號的一最大接通時間，因此限制最大輸出功率，其中當(dāng)停用所述切換信號時，在下一切換周期開始前，所述PFC轉(zhuǎn)換器的電感器電流被釋放到零，以實現(xiàn)零電流切換(ZCS)，其中為了減少輕負(fù)載條件下的一切換頻率，關(guān)閉時間延遲插入在每一個切換周期開始前，一電源電壓與從所述電壓反饋回路得到反饋電壓被視為變量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于不連續(xù)模式PFC轉(zhuǎn)換器中的零電流切換(ZCS)不連續(xù)PFC控制器的操作方法，其特征在于，其中所述關(guān)閉時間延遲被調(diào)制為所述反饋電壓和所述電源電壓的函數(shù)，其中一旦所述反饋電壓的減少低于一閾值電壓，所述關(guān)閉時間延遲就相應(yīng)地增加，其中所述閾值電壓是界定輕負(fù)載水平的常數(shù)，當(dāng)所述電源電壓低于一限制電壓時，減少所述關(guān)閉時間延遲以抑制所述切換頻率的減少，因此防止低電源電壓，其中所述限制電壓界定低電源電壓電平，所述切換頻率根據(jù)所述負(fù)載的減少而減少，從而減少了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有節(jié)能調(diào)制器的ZCS(零電流切換)不連續(xù)模式PFC控制器?？刂破鹘?jīng)由其反饋電阻器和寄生二極管來啟用，因此不需要啟動電阻器。為了要實現(xiàn)ZCS，當(dāng)斷開切換信號時，在下一切換周期開始前，將電感器電流釋放到零。為了減少輕負(fù)載條件下的切換頻率，在每個切換周期開始前插入關(guān)閉時間延遲。關(guān)閉時間延遲被調(diào)制成反饋電壓和電源電壓的函數(shù)。當(dāng)電源電壓低于限制電壓時，將減少關(guān)閉時間延遲以抑制切換頻率的減少而防止低電源電壓。切換頻率根據(jù)負(fù)載的減少而減少。因此，降低了輕負(fù)載和無負(fù)載條件下的切換損耗和功率消耗。
文檔編號H02M7/12GK1938932SQ200480042747
公開日2007年3月28日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者楊大勇, 陳秋麟, 林振宇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司