專利名稱：功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
諸如筆記本電腦、臺式計算機(jī)、監(jiān)視器等之類的電子設(shè)備通常接收來自交流電源 的功率。然而，在大多數(shù)情況中，設(shè)備需要直流功率來工作，因此來自交流電源的功率必須 被轉(zhuǎn)換為直流功率。實現(xiàn)這一目的的最簡單的方式是通過二極管整流電路。在這種類型的 電路中，二極管被放置在電路中，從而交流電流僅在一個方向上流動，因此整流器的輸出維 持非負(fù)(non-negative)電壓。這種方法通常是最便宜的交流_直流轉(zhuǎn)換方案，但是它在交 流功率網(wǎng)絡(luò)上也產(chǎn)生最多的噪聲或"污染"。這如以下情況因為當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器耦接到非純 電阻性的負(fù)載(例如，包括電容器和電感器的電抗性負(fù)載)時，從交流電源流出的電流可能 與交流電壓異相，因此這可能導(dǎo)致諧波(harmonics)增加。因而，如果被大量使用，則使用 這一方法的設(shè)備可能極大地影響交流電力線的質(zhì)量。另外，電抗性負(fù)載使得功率轉(zhuǎn)換器不 太有效。電抗性負(fù)載中存儲的能量導(dǎo)致電流波形與電壓波形之間的時間差。該存儲的能量 返回到電源并且在負(fù)載處不起作用，因此電路的"實際功率"少于"視在功率"。實際功率與 視在功率之比通常被稱作電路的功率因數(shù)。如可理解的，與具有高功率因數(shù)的電路相比，具 有低功率因數(shù)的電路將被要求流出更大的電流以便輸送給定數(shù)量的實際功率，這在功率分 配系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為增加的損耗以及增加的能量成本。因此，期望提供不具有這些缺點的交流 到直流功率轉(zhuǎn)換。 為了實現(xiàn)這個目的，可以使用包括功率因數(shù)校正(PFC)電路的功率轉(zhuǎn)換器。通常， PFC電路具有將交流電流與直流電壓維持為基本同相的功能，因此功率轉(zhuǎn)換器將純電阻性 負(fù)載重組到交流電源，這降低了交流電力線上的污染且增加了功率轉(zhuǎn)換器的效率。一種PFC 電路通常被稱作無源PFC電路。無源PFC電路僅使用無源組件，例如電感器和電容器，來執(zhí) 行功率因數(shù)校正。無源PFC電路通常堅固耐用且有效，但是它通常難以使失真降低到可接 受級別。再者，由于無源PFC電路以相對低的線頻率(例如，50Hz或60Hz)操作，因此所需 的電感器和電容器尺寸可能較大且成本較高。 另一種PFC電路通常被稱作有源PFC電路。有源PFC電路一般具有至少一個開關(guān)。 最常使用的有源PFC電路基于升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)，該升壓轉(zhuǎn)換器被包含在圖1 中所示的現(xiàn)有技術(shù)的PFC電路10中。PFC電路10操作以便對輸入電流整形，從而實現(xiàn)低失 真級別。由于使用了相對較高的切換頻率(例如，50kHz到300kHz)，因此當(dāng)與無源PFC電 路相比時，極大地減小了所需的相關(guān)聯(lián)的無源組件的尺寸。然而，如可以理解的，典型的有 源PFC電路具有固有的缺陷，包括，由于增加了切換級(stage)和相關(guān)聯(lián)的功率損耗而具有 降低的整體功率轉(zhuǎn)換效率。 現(xiàn)在參考圖1來描述現(xiàn)有技術(shù)的有源PFC電路10的結(jié)構(gòu)。如可以看出的，交流電 源14跨接在全波橋式整流器D3的輸入端。橋式整流器D3的第一輸出端經(jīng)由節(jié)點26耦接 到電感器L的第一端。電感器L的第二端在節(jié)點21處耦接到晶體管開關(guān)Q的漏極和二極管D的陽極。二極管D的陰極耦接到大容量電容器C的第一端，該大容量電容器C的第一端形成PFC輸出節(jié)點22，該PFC輸出節(jié)點22可以進(jìn)一步耦接到負(fù)載。如所示，橋式整流器D3的第二輸出端、晶體管開關(guān)Q的源極和電容器C的第二端可以耦接到地。而且，PFC控制電路18可以耦接到晶體管開關(guān)Q的柵極以便控制晶體管開關(guān)Q是通電(即，該開關(guān)閉合)或不通電(g卩，該開關(guān)斷開)。另外，PFC控制電路18可被操作來感測功率轉(zhuǎn)換器中的各種電壓和電流。 在操作中，電流從橋式整流器D3流經(jīng)電感器L，并且當(dāng)開關(guān)Q閉合時流經(jīng)開關(guān)Q。在所述條件下，二極管D被電容器C(即，PFC輸出節(jié)點22)上的電壓反向偏壓。流經(jīng)電感器L的電流以電磁場的形式存儲能量。當(dāng)開關(guān)Q斷開時，所存儲的能量通過流經(jīng)二極管D的電流被輸送到大容量電容器C，該二極管D在所述條件下被正向偏壓。大容量電容器C中的能量維持PFC輸出節(jié)點22處的電壓，并且可用來驅(qū)動負(fù)載(例如，另一電源級)。如可以理解的，能量從交流電源14輸送到電容器C的比率取決于晶體管開關(guān)Q的占空比。因此，使用反饋電壓和電流信號，PFC控制電路18可以控制晶體管開關(guān)Q的切換發(fā)生的時間，因此交流電流和交流電壓基本同相，從而PFC輸出節(jié)點22的電壓被基本維持在恒定直流電平。
通常，上述的PFC電路IO可以操作來將PFC輸出節(jié)點22處的電壓升高到固定電壓，而與交流輸入電壓和輸出負(fù)載變化無關(guān)。然而，在這種配置中，當(dāng)交流輸入電壓相對較低時，PFC電路10必須消耗大量的功率和熱量來維持固定的輸出電壓。這會導(dǎo)致PFC電路IO的效率下降。為了解決這一問題，可以實現(xiàn)"升壓跟隨器"PFC電路。在"升壓跟隨器"中，PFC輸出電壓22可以是可變的并且與交流輸入電壓成比例。這種配置的優(yōu)點是以低交流輸入電壓降低了開關(guān)Q中的功率損耗，但是不足之處在于需要大且價高的功率組件(例如，電感器L、開關(guān)Q和二極管D)，以便適應(yīng)繁重的負(fù)載條件。
相對于這種背景技術(shù)已經(jīng)研發(fā)了此處所述的功率因數(shù)校正電路。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合意欲示例性且圖示性、且不是對范圍的限制的系統(tǒng)、工具和方法描述并圖示了下列實施例及其方面。在各個實施例中，已經(jīng)減少或者消除了上述問題中的一個或多個，同時其它實施例致力于其它改進(jìn)。 根據(jù)第一方面，提供了一種功率轉(zhuǎn)換器，其能夠在輸入端上接收來自交流電源的
交流功率并且在輸出端上將直流功率輸送到負(fù)載。所述功率轉(zhuǎn)換器包括整流器，其具有一
耦接到所述交流電源的輸入端和一輸出端，所述整流器可操作來在其輸入端上接收交流電
壓并且在其輸出端上輸送整流電壓。所述功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括功率因數(shù)校正電路，其具
有一與所述整流器的輸出端耦接的輸入端和一與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的輸出端，
所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將直流功
率輸送到負(fù)載。另外，所述功率轉(zhuǎn)換器包括輔助電路，其操作來當(dāng)所述交流電源的輸出端的
電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓時，旁路所述功率因數(shù)校正電路。 根據(jù)第二方面，提供了一種功率轉(zhuǎn)換器，其能夠在輸入端上接收來自交流電源的
交流功率并且在輸出端上將直流功率輸送到負(fù)載。所述功率轉(zhuǎn)換器包括整流器，其具有一
耦接到所述交流電源的輸入端和一輸出端，所述整流器可操作來在其輸入端上接收交流電
壓并且在其輸出端上輸送整流電壓。所述功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括功率因數(shù)校正電路，其具有一輸入端和一輸出端，所述輸入端耦接到所述整流器的輸出端，所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將直流功率輸送到負(fù)載。而且，所述功率轉(zhuǎn)換器包括輔助電路，其操作來當(dāng)所述交流電源的輸出端的電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓時，旁路所述功率因數(shù)校正電路。另外，所述功率轉(zhuǎn)換器包括電流整形電路，其具有一耦接到所述功率因數(shù)校正電路的輸出端的輸入端和一耦接到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的輸出端，其中所述電流整形電路可操作來降低所述交流電源的電流的諧波失真。 根據(jù)第三方面，提供了一種在功率轉(zhuǎn)換器中使用的方法，所述功率轉(zhuǎn)換器可操作來在輸入端上接收來自交流電源的交流功率并且在輸出端上將直流功率輸送到負(fù)載。所述方法包括步驟將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為整流電壓；并將所述整流電壓提供給功率因數(shù)校正電路，所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將直流功率輸送到負(fù)載。所述方法進(jìn)一步包括將所述功率因數(shù)校正電路的輸出電壓調(diào)節(jié)為比所述交流電源的峰值電壓更小的電平；和當(dāng)所述交流電源的輸出端的電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓時，旁路所述功率因數(shù)校正電路。 除了上述的示例性方面和實施例，通過參考附圖以及研究下列描述，其它方面和實施例將變得明顯。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換器的示意圖。 圖2是使用功率轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用的方框圖。 圖3是示例性功率轉(zhuǎn)換器的方框圖。 圖4是示例性功率轉(zhuǎn)換器的示意圖。 圖5是繪圖表示與示例性功率轉(zhuǎn)換器如圖4的功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的四個波形的時序圖。 圖6是示例性功率轉(zhuǎn)換器的另一實施例的示意圖。 圖7是示例性功率轉(zhuǎn)換器的另一實施例的示意圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明容許各種修改和替換形式，但是其特定實施例通過按照附圖中的示例示出并且此處進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其并不試圖將本發(fā)明限制為所公開的特定形式，相反，本發(fā)明涵蓋了落入由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范疇和精神之內(nèi)的所有修改、等價物和替換。 圖2圖示了功率轉(zhuǎn)換器34的示例性應(yīng)用。如所示的，針對消費者設(shè)備36，功率轉(zhuǎn)換器34可被合并作為電源32中的組件。消費者設(shè)備可以是便攜式計算設(shè)備(例如筆記本電腦、個人數(shù)字助理、平板PC等)、或桌上型電腦、移動電話、便攜式音樂播放器等。電源32可用來將來自交流電源30的輸出修改為適用于消費者設(shè)備36的形式(即，將交流功率轉(zhuǎn)換為直流功率)。如上所討論的，功率轉(zhuǎn)換器34可以將功率因數(shù)增加到特定應(yīng)用的可接受級別。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，示出了示例性功率轉(zhuǎn)換器40的方框圖。功率轉(zhuǎn)換器40可以包括整流器44，該整流器44耦接到交流電源42。整流器44可以操作來將從交流電源42接收到的交流功率轉(zhuǎn)換為僅具有正電流流向的交流功率。整流器44可以按任何方式形成，例如使用固態(tài)二極管來實現(xiàn)全波橋式整流器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易地意識到可以使用各種整流電路。功率轉(zhuǎn)換器40也可以包括PFC轉(zhuǎn)換器電路48，該PFC轉(zhuǎn)換器電路48耦接到整流器44的輸出。PFC轉(zhuǎn)換器電路48可被操作來控制從交流電源42流出的電流和被輸
送到負(fù)載的電壓，如先前所述。例如，PFC轉(zhuǎn)換器48可以包括升壓型轉(zhuǎn)換器、降壓型轉(zhuǎn)換器等。 功率轉(zhuǎn)換器40也可以包括PFC旁路電路46。當(dāng)存在某些電路條件時，PFC旁路電路46可被操作來將來自交流電源42的功率直接輸送到負(fù)載，旁路PFC轉(zhuǎn)換器電路48。如所示的，PFC旁路電路46也可以旁路整流器44，但是將會理解這僅僅是一個示例。例如，PFC旁路電路46可以耦接到整流器44的輸出，從而PFC旁路電路46接收整流的電壓和電流并且將功率直接輸送到負(fù)載。 通常，PFC旁路電路46的目的是減少PFC轉(zhuǎn)換器48必須對于給定應(yīng)用供應(yīng)的功率量。在如是進(jìn)行中，PFC轉(zhuǎn)換器48可被設(shè)計來包括尺寸和成本更少的功率組件，這在諸如便攜式電子設(shè)備之類的受空間約束的應(yīng)用中是令人期待的。而且，通過在某些電路條件下旁路PFC轉(zhuǎn)換器48， PFC轉(zhuǎn)換器48在某些時間期間可被關(guān)閉。這具有如下優(yōu)點減少與PFC轉(zhuǎn)換器48相關(guān)聯(lián)的功率損失，并且從而增加功率轉(zhuǎn)換器40的整體功率轉(zhuǎn)換效率。參考圖4到圖7來更詳細(xì)地討論PFC旁路電路46的操作細(xì)節(jié)。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，示出了示例性功率轉(zhuǎn)換器50的示意圖。與圖1中所示的PFC電路10類似，功率轉(zhuǎn)換器50包括二極管整流器D3，該二極管整流器D3耦接到交流電源52的輸出端64、66。通過整流器輸出節(jié)點58， 二極管整流器D3的輸出耦接到升壓轉(zhuǎn)換器部分，該升壓轉(zhuǎn)換器部分包括PFC控制電路54、電感器Ll、晶體管開關(guān)Ql、二極管Dl和大容量電容器C3。 PFC控制電路54可操作來經(jīng)由開關(guān)控制節(jié)點60控制晶體管開關(guān)Q1的切換，所述開關(guān)控制節(jié)點60耦接到開關(guān)Ql的柵極。通過控制切換頻率，PFC控制電路54可以用來通過控制從交流電源52流出的電流來調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器50的功率因數(shù)。PFC控制電路54可以包括商業(yè)可用的集成電路，例如由STMicroelectronics公司制造的功率因數(shù)校正器L6561?？商鎿Q地或者另外地，PFC控制電路54可以包括常規(guī)電路。 在這個實施例中，提供了包括兩個旁路二極管D4、 D5的旁路電路。二極管D4、 D5可以是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的通用二極管。二極管D4可以耦接在交流電源52的輸出端64與PFC輸出節(jié)點56之間。類似地，二極管D5耦接在交流電源52的輸出端66與PFC輸出節(jié)點56之間。如可以理解的，當(dāng)PFC輸出節(jié)點56處的電壓分別大于交流電源52的輸出節(jié)點64、66處的電壓時，二極管D4、D5將被反向偏壓，并且當(dāng)輸出節(jié)點64、66上的電壓分別大于PFC輸出節(jié)點56上的電壓(忽略橫跨二極管D4、D5的任意電壓降)時，二極管D4、D5被正向偏壓。在這一點上，當(dāng)二極管D4、D5中的任一個正在傳導(dǎo)電流時，可以旁路功率轉(zhuǎn)換器的升壓轉(zhuǎn)換器部分。即，來自交流電源52的電流可以經(jīng)由旁路二極管D4、D5被直接輸送到負(fù)載。 在操作中，功率轉(zhuǎn)換器50可以包括輸出電壓感測電路，該輸出電壓感測電路包括通過在PFC輸出節(jié)點56與地之間串聯(lián)耦接兩個電阻器Rl和R2實現(xiàn)的分壓器。通過將兩個電阻器R1、R2之間的節(jié)點62耦接到PFC控制電路54，可以感測與PFC輸出節(jié)點56處的電壓對應(yīng)的電壓。PFC控制電路54隨后可以控制開關(guān)Q1的切換，以便將PFC輸出節(jié)點56處的電壓調(diào)節(jié)到比交流電源52的峰值交流電壓小的電平(例如交流電源52的峰值電壓的90 % )。在這點上，當(dāng)交流輸入電壓的幅值上升高于PFC輸出節(jié)點56處的直流電壓時，二極管D4、D5將電流從交流電源52直接傳導(dǎo)到PFC輸出節(jié)點56，有效地旁路功率轉(zhuǎn)換器50的升壓轉(zhuǎn)換器部分。 為了進(jìn)一步解釋功率轉(zhuǎn)換器50的操作，在圖5中提供了繪畫地表示與圖4的功率轉(zhuǎn)換器50相關(guān)聯(lián)的四個波形的時序圖。曲線圖81圖示了在整流器D3的輸出(S卩，圖4中的整流器輸出節(jié)點58)處的功率轉(zhuǎn)換器50的整流的輸入電壓。曲線圖82圖示了從交流電源52流出的輸入電流。曲線圖83圖示了可用來輸送到負(fù)載的功率。曲線圖84圖示了當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器50的PFC轉(zhuǎn)換器部分正在工作的情況。例如，PFC轉(zhuǎn)換器部分在由箭頭87表示的點處操作，而在由箭頭88表示的點處不操作。除了圖示整流的輸入電壓，曲線圖81還示出了功率轉(zhuǎn)換器50(S卩，圖4中所示的節(jié)點56)的輸出電壓，其由虛線95表示。如在曲線圖81中可以看出，輸出電壓通過PFC控制電路54被調(diào)節(jié)為處于比整流的輸入電壓的峰值小的電平。當(dāng)整流的輸入電壓到達(dá)曲線圖81上的點85(和表示那個時間點的虛線91)處的輸出電壓的電平時，由于旁路二極管D4變得被正向偏壓并且將電流直接傳導(dǎo)到負(fù)載，因此功率轉(zhuǎn)換器50的PFC轉(zhuǎn)換器部分將關(guān)閉。功率轉(zhuǎn)換器50的PFC轉(zhuǎn)換器部分將繼續(xù)無效，直到輸入電壓下降到近似曲線圖81上的點86(表示那個時間點的相應(yīng)虛線93)處的輸出電壓電平。在這點上，旁路二極管D4變得被反向偏壓(二極管D5已經(jīng)被反向偏壓)，并且PFC轉(zhuǎn)換器部分操作來將功率輸送到負(fù)載。類似地，當(dāng)輸入電壓下降到基本負(fù)電平從而二極管D5被正向偏壓時，功率轉(zhuǎn)換器50的PFC轉(zhuǎn)換器部分將關(guān)閉。 曲線圖83中示出的陰影區(qū)域89圖示了通過旁路二極管D4、D5被直接輸送的總功率的部分。由于當(dāng)輸入電壓接近功率最大處的其峰值時PFC轉(zhuǎn)換器部分被旁路，因此功率轉(zhuǎn)換器50的PFC轉(zhuǎn)換器部分僅將總功率的一部分(例如，20%到50%)輸送到負(fù)載。如上所討論的，這一特征的優(yōu)點在于允許PFC功率組件(例如電感器L1、開關(guān)Q1、二極管D1)尺寸相對地變小并且成本降低。而且，由于PFC轉(zhuǎn)換器部分自動地關(guān)閉持續(xù)交流周期的一部分，因此在那段時間期間消除了與其相關(guān)的損失，這提高了功率轉(zhuǎn)換器的整體效率。功率轉(zhuǎn)換器50的另一優(yōu)點是當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器耦接到相對高的負(fù)載時，在交流周期的整個部分期間可以自動地關(guān)閉PFC轉(zhuǎn)換器部分。這是如下情況因為旁路二極管D4、 D5單獨能夠?qū)⒊浞值墓β瘦斔偷礁哓?fù)載。如上所述，這將增加功率轉(zhuǎn)換器50的效率，因為在這些情況下將降低或消除與PFC轉(zhuǎn)換器部分相關(guān)聯(lián)的損失。為了進(jìn)一步增加功率轉(zhuǎn)換器50的效率，當(dāng)PFC轉(zhuǎn)換器部分未操作時，可以將各種電路(例如，PFC控制電路54)置于低功率操作模式(例如，睡眠模式或備用模式)。 圖6是示例性功率轉(zhuǎn)換器75的另一實施例的示意圖。由于功率轉(zhuǎn)換器75類似于圖4中所示的功率轉(zhuǎn)換器50，因此此處僅解釋附加的特征。起初，功率轉(zhuǎn)換器75包括濾波電容器Cl，其耦接在整流器輸出節(jié)點58與地之間。電容器Cl可以用來減少由交流電源52看到的諧波失真，所述諧波失真可能是由于PFC控制電路54的操作引起的。而且，如上所述，為了使旁路二極管D4、D5將電流從交流電源52直接傳導(dǎo)到負(fù)載，PFC輸出節(jié)點56處的電壓必須小于節(jié)點64、66處的峰值交流輸入電壓。為了使得PFC控制電路54能夠調(diào)節(jié)PFC輸出節(jié)點56處的電壓，可以期望感測峰值輸入電壓和PFC輸出電壓。在這個實施例中，這個任務(wù)通過包括輸出分壓器來實現(xiàn)，該輸出分壓器包括在PFC輸出節(jié)點56與地之間串聯(lián)耦接的兩個電阻器R1、 R2。為了感測峰值輸入電壓，輸入分壓器被提供為包括在整流器輸出節(jié)點58與地之間串聯(lián)耦接的二極管D2和電阻器R3、R4。另外，電容器C2可以與電阻器R4并聯(lián)耦接，以便過濾穿過輸入分壓器的高頻噪聲。 為了向PFC控制電路54提供反饋因此它可以調(diào)節(jié)PFC輸出節(jié)點56處的輸出電壓，可以使用運算放大器(op-amp)Ul-A。在這個實施例中，輸出分壓器的輸出分壓器節(jié)點62可以耦接到運算放大器U1-A的反相管腳。類似地，輸入分壓器的輸入分壓器節(jié)點70可以耦接到非反相管腳。電容器C4可耦接在運算放大器Ul-A的反相管腳和輸出管腳(即，運算放大器輸出節(jié)點68)之間，以便提供反饋補(bǔ)償，這可以增加運算放大器U1-A的輸出信號的穩(wěn)定性。可以選擇電阻器R1、R2、R3、R4，從而當(dāng)PFC輸出節(jié)點56處的電壓是整流器輸出節(jié)點58處的峰值輸入電壓的預(yù)定百分比(例如，90%)時，輸出分壓器節(jié)點62和輸入分壓器節(jié)點70處的電壓相等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易地意識到對于電阻器Rl、 R2、 R3、R4可以選擇各種值以便實現(xiàn)期望的功能。在操作中，當(dāng)PFC輸出節(jié)點56處于比峰值輸入電壓的預(yù)定百分比小的電平時，運算放大器U1-A的輸出管腳將經(jīng)由運算放大器輸出節(jié)點68提供信號給PFC控制電路54。也就是，運算放大器Ul-A的輸出將被驅(qū)動為高，因為非反相輸入(即，輸入分壓器節(jié)點70)處的電壓將高于反相輸入(即，輸出分壓器節(jié)點62)處的電壓。PFC控制電路54隨后可以通過控制開關(guān)Ql的操作來增加PFC輸出節(jié)點56處的電壓。例如，PFC控制電路54可以增加PFC輸出節(jié)點56處的電壓，直到運算放大器Ul-A的輸出管腳再次被驅(qū)動為低，這表示PFC輸出節(jié)點56處的電壓等于或大于峰值輸入電壓的預(yù)定百分比。如可以理解的，可以使用這種反饋系統(tǒng)來持續(xù)地調(diào)節(jié)PFC輸出節(jié)點56處的電壓。
圖7是示例性功率轉(zhuǎn)換器80的另一實施例的示意圖。功率轉(zhuǎn)換器80類似于圖6中所示的功率轉(zhuǎn)換器75，因此僅討論附加的特征。在這個實施例中，提供了包括阻滯(block)二極管D6和電容器C5的電流整形電路。二極管D6的陽極可以耦接到PFC輸出節(jié)點56，并且陰極可以耦接到節(jié)點57。另外，電容器C5可以耦接在節(jié)點57與地之間。如可以看出的，旁路二極管D4、D5耦接到節(jié)點57，而不是如在先前描述的實施例中的PFC輸出節(jié)點56?？梢允褂眠@種配置來進(jìn)一步增加功率轉(zhuǎn)換器80的功率因數(shù)。在操作中，二極管D6用于向大容量電容器C3阻擋直接從交流電源52流出的電流，因此當(dāng)二極管D4、 D5正在傳導(dǎo)電流時，直流電源52僅對電容器C5充電。通常，電容器C5具有比大容量電容器C3的值更小的電容值。這可能增加當(dāng)二極管D4、D5在交流輸入電壓的峰值部分期間正在傳導(dǎo)電流時交流電源52看到的阻抗。通過選擇電容器C5來增加這個阻抗，從交流電源52流出的電流可被整形為更像正弦曲線，這具有增加功率轉(zhuǎn)換器80的功率因數(shù)和效率的效果。
將會理解，此處描述的功率轉(zhuǎn)換器相對于先前設(shè)計具有若干好處及優(yōu)勢。通過在交流周期的部分期間自動地旁路PFC轉(zhuǎn)換器電路，可以將功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計成相對更小并且組件更加便宜。另外，由于PFC轉(zhuǎn)換器電路不將全部功率提供給負(fù)載，因此降低了與PFC轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的功率損失，這增加了功率轉(zhuǎn)換器的效率。而且，通過將輸出電壓調(diào)節(jié)為小于峰值輸入電壓，因此旁路二極管D4、 D5在每個交流周期的部分期間被正向偏置，不需要復(fù)雜昂貴的控制電路就可以自動地旁路PFC轉(zhuǎn)換器電路。 盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)圖示并描述了本發(fā)明，但是所述圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。例如，在上文中描述的某些實施例可以與其它描述的實施例和/或以其它方式布置的實施例相結(jié)合(例如，處理元件可以按照其它順序來 執(zhí)行)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和變型，并且落入本發(fā)明的精 神之內(nèi)的所有變化和修改都應(yīng)當(dāng)保護(hù)。
權(quán)利要求
一種功率轉(zhuǎn)換器，其能夠在輸入端上接收來自交流電源的交流功率并且在輸出端上將直流功率輸送到負(fù)載，所述功率轉(zhuǎn)換器包括整流器，其具有耦接到所述交流電源的輸入端和輸出端，所述整流器可操作來在其輸入端上接收交流電壓并且在其輸出端上輸送整流電壓；功率因數(shù)校正電路，其具有與所述整流器的輸出端耦接的輸入端和與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的輸出端，所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將直流功率輸送到負(fù)載；和輔助電路，其操作來當(dāng)所述交流電源的輸出端的電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓時，旁路所述功率因數(shù)校正電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路可操作來將電流從交流電源 流入負(fù)載。
3. 如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，從交流電源流出的大部分電流在交流電源 的周期的至少一部分期間流經(jīng)所述輔助電路。
4. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路在交流電源的周期的至少一 部分期間操作成旁路所述功率因數(shù)校正電路。
5. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路包括具有陽極和陰極的二極 管，所述陽極耦接到在所述交流電源與所述功率因數(shù)校正電路的輸入端之間的節(jié)點，并且 所述陰極耦接到在所述功率因數(shù)校正電路的輸出端與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端之間的節(jié) 點。
6. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路包括第一二極管，該第一二極管具有與所述交流電源的第一輸出端耦接的陽極、和與所述 功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的陰極；禾口第二二極管，該第二二極管具有與所述交流電源的第二輸出端耦接的陽極、和與所述 功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的陰極。
7. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步可操作來將 所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的電壓調(diào)節(jié)為小于或等于所述交流電源的峰值電壓的電平。
8. 如權(quán)利要求7所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路可操作來將所述功 率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的電壓調(diào)節(jié)為近似在所述交流電源的峰值電壓的80%與100%之間 的電平。
9. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路包括第一感測電路， 該第一感測電路可操作來感測所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的輸出電壓，并且其中所述功率 因數(shù)校正電路可操作來根據(jù)所感測的輸出電壓來調(diào)節(jié)所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路包括第二感測電 路，該第二感測電路可操作來感測與所述交流電源的瞬時電壓對應(yīng)的輸入電壓，并且其中 所述功率因數(shù)校正電路可操作來根據(jù)所感測的輸入電壓來調(diào)節(jié)所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端 處的電壓。
11. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路包括集成電路，該 集成電路可操作來在預(yù)定的條件下以降低的功率電平工作。
12. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路包括電感器，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到所述功率因數(shù)校正電路的輸入丄山順；二極管，其具有與所述電感器的第二端耦接的陽極、和與所述功率因數(shù)校正電路的輸 出端耦接的陰極；可控開關(guān)，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到所述電感器與所述二極管之間 的交叉點，并且所述第二端接地；控制電路，用于以高頻切換所述可控開關(guān)接通和斷開；禾口 耦接于所述二極管的陰極與地之間的電容器。
13. —種功率轉(zhuǎn)換器，其能夠在輸入端上接收來自交流電源的交流功率并且在輸出端 上將直流功率輸送到負(fù)載，所述功率轉(zhuǎn)換器包括整流器，其具有一耦接到所述交流電源的輸入端和一輸出端，所述整流器可操作來在 其輸入端上接收交流電壓并且在其輸出端上輸送整流電壓；功率因數(shù)校正電路，其具有一輸入端和一輸出端，所述輸入端耦接到所述整流器的輸 出端，所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將 直流功率輸送到負(fù)載；輔助電路，其操作來當(dāng)所述交流電源的輸出端的電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出 端的電壓時，旁路所述功率因數(shù)校正電路；禾口電流整形電路，其具有一耦接到所述功率因數(shù)校正電路的輸出端的輸入端和一耦接到 所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的輸出端，其中所述電流整形電路可操作來降低所述交流電源的 電流的諧波失真。
14. 如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述電流整形電路包括 二極管，其具有耦接到所述功率因數(shù)校正電路的輸出端的陽極、和耦接到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的陰極；禾口耦接在所述二極管的陰極與地之間的第一電容器。
15. 如權(quán)利要求14所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括耦接于所述 功率轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間的第二電容器，并且其中所述第一電容器具有比所述第二電 容器更低的電容。
16. 如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路可操作來將電流從交流電 源流入負(fù)載。
17. 如權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，從交流電源流出的大部分電流在交流電 源的周期的至少一部分期間流經(jīng)所述輔助電路。
18. 如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路包括具有陽極和陰極的二 極管，所述陽極耦接到在所述交流電源與所述功率因數(shù)校正電路的輸入端之間的節(jié)點，并 且所述陰極耦接到在所述功率因數(shù)校正電路的輸出端與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端之間的 節(jié)點。
19. 如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述輔助電路包括 第一二極管，該第一二極管具有與所述交流電源的第一輸出端耦接的陽極、和與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的陰極；禾口第二二極管，該第二二極管具有與所述交流電源的第二輸出端耦接的陽極、和與所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端耦接的陰極。
20. 如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步可操作來 將所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的電壓調(diào)節(jié)為小于或等于所述交流電源的峰值電壓的電平。
21. —種在功率轉(zhuǎn)換器中使用的方法，所述功率轉(zhuǎn)換器可操作來在輸入端上接收來自 交流電源的交流功率并且在輸出端上將直流功率輸送到負(fù)載，所述方法包括將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為整流電壓；將所述整流電壓提供給功率因數(shù)校正電路，所述功率因數(shù)校正電路可操作來改變所述 功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，并且可操作來將直流功率輸送到負(fù)載；將所述功率因數(shù)校正電路的輸出電壓調(diào)節(jié)為比所述交流電源的峰值電壓更小的電平；和當(dāng)所述交流電源的輸出端的電壓幅值大于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓時，旁路所 述功率因數(shù)校正電路。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述旁路包括使來自所述交流電源的電流流入負(fù)載。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述旁路包括從所述交流電源流出的大部分電 流在所述交流電源的周期的至少一部分期間流入負(fù)載。
24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述旁路包括通過二極管使來自所述交流電源 的電流流入負(fù)載。
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述旁路包括 使電流通過第一二極管從所述交流電源的第一輸出端流入負(fù)載；禾口 使電流通過第二二極管從所述交流電源的第二輸出端流入負(fù)載。
全文摘要
一種功率轉(zhuǎn)換器，其可操作來將交流功率轉(zhuǎn)換為直流功率，該直流功率可被輸送到負(fù)載。所述功率轉(zhuǎn)換器操作來在每個交流功率周期的一部分期間旁路功率因數(shù)校正(PFC)電路。當(dāng)交流輸入電壓大于直流輸出電壓時，所述功率轉(zhuǎn)換器旁路所述PFC電路。所述功率轉(zhuǎn)換器也可以包括感測電路，用于感測所述功率轉(zhuǎn)換器的交流輸入電壓和直流輸出電壓。所述功率轉(zhuǎn)換器可以包括一個或多個二極管，用于當(dāng)所述交流輸入電壓大于所述直流輸出電壓時將功率直接輸送到負(fù)載，從而旁路PFC電路。所述功率轉(zhuǎn)換器的直流輸出電壓可被調(diào)節(jié)為比所述峰值交流輸入電壓更小的電平。
文檔編號H02M1/42GK101714829SQ20091017890
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者張曉陽 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司