專利名稱：功率因數(shù)校正電路及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正電路及其驅(qū)動(dòng)方法。
(b)
背景技術(shù)：
功率因數(shù)表示功率傳輸?shù)男Я?。在功率傳輸中，?shí)際傳輸?shù)墓β式凶鰧?shí)功率。功 率因數(shù)表示為實(shí)功率除以視在功率，視在功率是功率的電壓和電流實(shí)數(shù)值的乘積。本例中， 當(dāng)電壓和電流為正弦波時(shí)，功率因數(shù)隨著電壓與電流間的相位差而變化。當(dāng)相位差減小時(shí)， 功率因數(shù)提高。因此，通常為了改善功率因數(shù)而進(jìn)行的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞绞菍⑤斎腚娏?的波形修正為正弦波，并縮小電壓和電流間的相位差。常規(guī)的功率因數(shù)校正電路對(duì)輸入的交流(AC)電源進(jìn)行全波整流，以產(chǎn)生輸入電 壓，并控制電感電流，使其相位和頻率與輸入電壓相近。功率因數(shù)校正電路的輸入電流是通 過采用預(yù)定低通濾波器去除電感電流中的射頻分量而生成的一個(gè)值。圖11示出一種功率因數(shù)校正電路的電感電流。如圖11所示，該電感電流呈鋸齒 形，且其峰值具有如虛線所示的正弦波形。如圖11所示，對(duì)該電感電流濾波可生成如圖中 的粗實(shí)線所示的光滑輸入電流。該功率因數(shù)校正電路通過控制與電感相連的一個(gè)開關(guān)的切換操作來控制電感電 流。因?yàn)檩斎腚娏魇歉鶕?jù)電感電流來確定的，該功率因數(shù)校正電路通過控制所述切換操作 來控制輸入電流。根據(jù)一種驅(qū)動(dòng)該功率因數(shù)校正電路的方法，可能不需要有關(guān)輸入電壓的 信息。具體而言，一種臨界導(dǎo)通模式功率因數(shù)校正電路(PFC)產(chǎn)生圖11所示的電感電流和 輸入電流。所述臨界導(dǎo)通模式功率因數(shù)校正電路采用流向所述開關(guān)的輸出電壓和電流來控 制所述開關(guān)的切換操作。因此，無需另外的輸入電壓信息。一般來說，控制所述功率因數(shù)校正電路的控制電路實(shí)現(xiàn)為一個(gè)芯片，現(xiàn)有的控制 電路芯片包括一個(gè)附加的管腳用于接收所述輸入電壓?，F(xiàn)有的控制電路芯片采用電阻來檢 測(cè)輸入電壓，但是電阻會(huì)消耗功率。該背景技術(shù)部分中披露的上述信息只是為了加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此，其 中可能包含不是來自在本國(guó)為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種不需要關(guān)于輸入電壓的信息的功率因數(shù)校正電路，及驅(qū)動(dòng)該 功率因數(shù)校正電路的方法。具體地，本發(fā)明旨在提供一種用于估算輸入電壓而無需附加的管腳并降低功率消耗的功率因數(shù)校正電路，及其驅(qū)動(dòng)方法。本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例提供一種功率因數(shù)校正電路，包括電感，用于接收輸入 電壓和提供輸出功率；功率開關(guān)，用于控制流向所述電感的輸入電流，該功率開關(guān)與所述電 感連接；以及一功率因數(shù)校正控制器，用于接收關(guān)于輸出功率的輸出電壓的信息和關(guān)于電 感電壓的信息，以控制所述功率開關(guān)的切換操作，并根據(jù)所述功率開關(guān)的占空比估算輸入 電壓。所述功率因數(shù)校正控制器包括輸入電壓信息發(fā)生器，用于生成根據(jù)占空比而增大 /減小的檢示信號(hào)，并根據(jù)所述檢示信號(hào)的電壓范圍生成輸入電壓信息，指示關(guān)于輸入電壓 的信息。所述輸入電壓信息發(fā)生器包括放電開關(guān)，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述占空比的信號(hào)執(zhí) 行切換操作；充電開關(guān)，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述占空比的信號(hào)的反相信號(hào)執(zhí)行切換操作；電 容，用于產(chǎn)生所述檢示信號(hào)，所述電容具有連接到所述放電開關(guān)和所述充電開關(guān)的一個(gè)節(jié) 點(diǎn)的第一端；以及輸入電壓信息發(fā)生器，用于根據(jù)所述檢示信號(hào)的電壓范圍生成所述輸入 電壓信息。所述對(duì)應(yīng)于占空比的信號(hào)控制所述功率開關(guān)的切換操作。當(dāng)所述檢示信號(hào)的電壓范圍接近地電壓時(shí)，所述輸入電壓信息發(fā)生器生成一種用 于指示所述輸入電壓低的輸入電壓信息，且當(dāng)發(fā)生一段時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)所述檢示信號(hào) 達(dá)到最大檢示電壓時(shí)，其生成一種用于指示所述輸入電壓高的輸入電壓信息。所述功率因數(shù)校正控制器還包括誤差放大器，用于通過放大對(duì)應(yīng)于輸出電壓的 差分電壓與至少兩個(gè)誤差參考電壓中根據(jù)輸入電壓產(chǎn)生的一個(gè)誤差參考電壓之間的差值 來生成誤差放大信號(hào)；斜坡信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生斜率對(duì)應(yīng)于輸入電壓的斜坡信號(hào)；和脈 寬調(diào)制(PWM)控制器，用于根據(jù)所述斜坡信號(hào)與所述誤差放大信號(hào)之間的比較結(jié)果切斷所 述功率開關(guān)，并根據(jù)關(guān)于電感電壓的信息判斷是否接通所述功率開關(guān)。所述斜坡信號(hào)發(fā)生器包括至少兩個(gè)電流源；電容；和至少兩個(gè)開關(guān)，連接在所述 至少兩個(gè)電流源和所述電容之間，其中所述至少兩個(gè)開關(guān)之一在所述功率開關(guān)接通時(shí)接 通，所述至少兩個(gè)開關(guān)中的另一個(gè)根據(jù)所述輸入電壓執(zhí)行切換操作。當(dāng)所述輸入電壓高時(shí)，所述另一個(gè)開關(guān)接通。所述功率因數(shù)校正電路包括接通控制信號(hào)發(fā)生器，用于生成接通控制信號(hào)，以便 當(dāng)對(duì)應(yīng)于關(guān)于所述電感電壓的信息的輔助電壓小于預(yù)定的參考電壓時(shí)接通所述功率開關(guān)； PWM比較器，用于比較所述斜坡信號(hào)和所述誤差放大信號(hào)，并生成切斷控制信號(hào)，以便根據(jù) 比較結(jié)果切斷所述功率開關(guān)；PWM觸發(fā)器，用于生成門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以便根據(jù)所述接通控 制信號(hào)和所述切斷控制信號(hào)控制所述功率開關(guān)的切換操作；以及門驅(qū)動(dòng)器，用于生成門信 號(hào)，以便根據(jù)所述門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)切換所述功率開關(guān)。所述輔助電壓是一個(gè)輔助電感處的電壓，該輔助電感與所述電感具有預(yù)定匝數(shù) 比，并耦合至所述電感。所述占空比通過采用所述接通控制信號(hào)、切斷控制信號(hào)、門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、以及門 信號(hào)之一來檢測(cè)。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動(dòng)方法，該功率因數(shù)校正電 路包括用于接收輸入電壓并提供輸出功率的電感，以及連接到所述電感并控制流向所述電感的輸入電流的功率開關(guān)，所述方法包括接收關(guān)于所述輸出功率的輸出電壓的信息和關(guān) 于所述電感電壓的信息，并控制所述功率開關(guān)的切換操作；和根據(jù)所述功率開關(guān)的占空比 估算所述輸入電壓。估算所述輸入電壓包括生成一個(gè)根據(jù)所述占空比而增大/減小的檢示信號(hào)，并 根據(jù)所述檢示信號(hào)的電壓范圍估算輸入電壓。生成所述檢示信號(hào)包括當(dāng)所述功率開關(guān)接通時(shí)減小所述檢示信號(hào)，而當(dāng)所述功 率開關(guān)切斷時(shí)增大所述檢示信號(hào)。
估算輸入電壓包括當(dāng)所述檢示信號(hào)的電壓范圍接近地電壓時(shí)判斷所述輸入電壓 低，而當(dāng)發(fā)生一段時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)所述檢示信號(hào)達(dá)到最大檢示電壓時(shí)，判斷所述輸入電壓尚?？刂扑銮袚Q操作包括通過放大對(duì)應(yīng)于輸出電壓的差分電壓與至少兩個(gè)誤差參 考電壓中根據(jù)輸入電壓產(chǎn)生的一個(gè)誤差參考電壓之間的差值來生成誤差放大信號(hào)；生成斜 率對(duì)應(yīng)于輸入電壓的斜坡信號(hào)；根據(jù)所述斜坡信號(hào)與所述誤差放大信號(hào)之間的比較結(jié)果切 斷所述功率開關(guān)；以及根據(jù)關(guān)于電感電壓的信息接通所述功率開關(guān)。判斷是否接通所述功率開關(guān)包括當(dāng)對(duì)應(yīng)于關(guān)于所述電感電壓的信息的輔助電壓 變得小于預(yù)定參考電壓時(shí)接通所述功率開關(guān)。本發(fā)明提供一種功率因數(shù)校正電路，用于估算輸入電壓，而無需附加的管腳和功 率消耗，并提供一種用于驅(qū)動(dòng)該功率因數(shù)校正電路的方法。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例，包括輸入電壓檢測(cè)裝置的一種功率因數(shù) 校正電路；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例的輸入電壓估算器；圖3示出輸入電壓、負(fù)載、和占空比之間的關(guān)系表；圖4示出當(dāng)占空比在53% -79%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)(CHS)；圖5示出當(dāng)占空比在53% -66%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)(CHS)；圖6示出當(dāng)占空比在17% -29%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)(CHS)；圖7示出當(dāng)占空比在17% -58%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)(CHS)；圖8示出當(dāng)占空比在48% -57%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)(CHS)；圖9A和圖9B示出在常規(guī)功率因數(shù)校正電路中對(duì)應(yīng)于本發(fā)明示范實(shí)施例的輸入電 壓、輸入電流、斜坡信號(hào)、和誤差放大信號(hào)的各種信號(hào)；圖IOA和圖IOB示出在根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路中誤差放大 信號(hào)、輸入電流、斜坡信號(hào)、和輸入電壓的電壓范圍；圖11示出通用模式功率因數(shù)校正電路的電感電流和輸入電流。
具體實(shí)施例方式在以下具體描述中，只是以例證方式描述了本發(fā)明的一些示范實(shí)施例。本領(lǐng)域的 技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)所描述的實(shí)施例通過各種不同方式進(jìn)行修改，而不背離本發(fā)明 的精神和范圍。因此，附圖和具體描述應(yīng)當(dāng)認(rèn)為實(shí)質(zhì)上是用于例證，而非限制。在整個(gè)描述中，類似的附圖標(biāo)記標(biāo)示類似的部件。 在本說明書和權(quán)利要求書中，當(dāng)描述一個(gè)元件“耦合到”另一個(gè)元件時(shí)，所述一個(gè) 元件可以“直接耦合到”所述另一元件，也可以通過第三元件“電氣耦合到”所述另一元件。 此外，除非明確說明有相反的意思，術(shù)語“包括”應(yīng)當(dāng)理解為包括所陳述的元件，但不排除任 何其它元件。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例，包括輸入電壓檢測(cè)裝置的功率因數(shù)校正 電路1。如圖1所示，功率因數(shù)校正電路1包括功率因數(shù)校正控制器2、功率開關(guān)11、二極 管電橋12、濾波器13、二極管D1、電容C1、電感L1、輔助電感L2、分壓電阻R1和R2。根據(jù) 本發(fā)明的示范實(shí)施例，功率開關(guān)11由n溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)三極管(NM0SFET)構(gòu) 成。在漏極和源極之間形成體二極管BD。下文中將把流向功率開關(guān)11的電流稱為漏極電 流 IDS。二極管電橋12由4個(gè)二極管(未示出)構(gòu)成，對(duì)輸入交流功率AC進(jìn)行全波整流， 以產(chǎn)生輸入電壓Vin。二極管電橋12的輸出端連接到電感L1的第一端。輸入電壓Vin提供給電感L1 的第一端，電感L1的第二端連接到二極管D1的陽極。增大或減小的電感電流IL變成經(jīng)過濾波器13的全波整流的正弦波輸入電流Iin。功率開關(guān)11的漏極連接到二極管D1的陽極和電感L1的第二端。電感L1接收輸入電壓Vin，并產(chǎn)生輸出功率。流向電感L1的電感電流IL通過功 率開關(guān)11的切換操作來控制。如圖11所示，電感電流為鋸齒波形。具體而言，當(dāng)功率開關(guān) 11接通時(shí)其增大，而當(dāng)功率開關(guān)11切斷時(shí)其減小。具體地，當(dāng)功率開關(guān)11接通時(shí)，電感電 流IL增大，電感L1儲(chǔ)能。當(dāng)功率開關(guān)11切斷時(shí)，電感電流IL流過二極管D1，儲(chǔ)存在電感 L1中的能量傳輸?shù)焦β室驍?shù)校正電路1的輸出端。當(dāng)功率開關(guān)11切斷，且二極管D1導(dǎo)通 時(shí)，電感電流IL流向連接到功率因數(shù)校正電路1輸出端的負(fù)載，并對(duì)電容C1充電。當(dāng)連接 到功率因數(shù)校正電路1輸出端的負(fù)載增大時(shí)，提供給負(fù)載的電感電流IL增大，因此，流向電 容C1的電流相對(duì)減小，輸出電壓Vout相對(duì)降低。相反，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，提供給負(fù)載的電感 電流IL減小，因此，流向電容C1的電流相對(duì)增大，輸出電壓Vout相對(duì)升高。當(dāng)功率開關(guān)11接通時(shí)，二極管D1截止，電感電流IL流過功率開關(guān)11。功率因數(shù) 校正控制器2利用通過根據(jù)分壓電阻R1和R2的阻抗比(R2/(R1+R2))對(duì)輸出電壓Vout進(jìn) 行分壓所產(chǎn)生的差分電壓Vd產(chǎn)生誤差放大信號(hào)Vcon，并通過比較誤差放大信號(hào)Vcon與具 有預(yù)定周期的斜坡信號(hào)Vramp來判斷功率開關(guān)1的切斷時(shí)間。所述功率開關(guān)11的接通時(shí) 間是通過輔助電感2的輔助電壓Vaux來確定的。輔助電感L2耦合到電感L1，并與所述電感L1具有預(yù)定匝數(shù)比n。具體地，設(shè)電感 L1的匝數(shù)為1，輔助電感L2的匝數(shù)為N，則匝數(shù)比n為N。當(dāng)功率開關(guān)接通時(shí)，輔助電感處 的電壓Vaux為輸入電壓Vin與匝數(shù)比n的乘積。當(dāng)功率開關(guān)切斷時(shí)，輔助電壓Vaux為匝 數(shù)比n與通過從輸入電壓Vin減去輸出電壓Vout產(chǎn)生的電壓Vin-Vout的乘積。由于本發(fā)明的示范實(shí)施例是臨界導(dǎo)通模式功率因數(shù)校正電路，因此當(dāng)功率開關(guān)11 斷開，電感電流IL變?yōu)?后，電感L1和功率開關(guān)11的寄生電容(未示出)之間發(fā)生諧振。 電感L1處的電壓開始以正弦波形式降低，當(dāng)輔助電壓Vaux降低到預(yù)定參考電壓時(shí)，達(dá)到同步，功率開關(guān)11再度接通。下面詳細(xì)描述功率因數(shù)校正控制器2。功率因 數(shù)校正控制器2包括斜坡信號(hào)發(fā)生器21、輸入電壓估算器22、PWM控制器 23、誤差放大器24、以及參考電壓發(fā)生器25。誤差放大器24通過放大差分電壓Vd與由參考電壓發(fā)生器25提供的誤差參考電 壓EVR之間的差來產(chǎn)生誤差放大信號(hào)Vcon。電容C2連接到誤差放大器24的輸出端。誤差 放大信號(hào)Vcon通過電容C2以預(yù)定增益放大，并被延遲預(yù)定時(shí)間，再進(jìn)行控制校正。參考電壓發(fā)生器25根據(jù)輸入電壓信息IVT產(chǎn)生誤差參考電壓EVR1/EVR2。輸入電 壓信息IVT是由輸入電壓Vin所確定的信號(hào)，是可以由輸入電壓Vin改變的電壓信號(hào)。具 體地，參考電壓發(fā)生器25產(chǎn)生誤差參考電壓EVR，用于根據(jù)輸入電壓信息IVT產(chǎn)生輸出電 壓，該輸出電壓比輸入電壓Vin的峰值大預(yù)定值。當(dāng)輸入電壓Vin低，且發(fā)生大量升壓以維 持輸出電壓時(shí)，輸入電流增大，這樣會(huì)增大功率因數(shù)校正電路的損耗。為防止該問題，產(chǎn)生 一參考電壓，用于根據(jù)輸入電壓Vin的峰值來改變輸出電壓。具體地，當(dāng)輸入電壓信息IVT 增大時(shí)，參考電壓發(fā)生器25增大誤差參考電壓EVR，而當(dāng)輸入電壓信息IVT減小時(shí)減小所述 誤差參考電壓EVR。因?yàn)檎`差放大器24根據(jù)差分電壓Vd與可以由輸入電壓Vin改變的誤差參考電壓 EVR之間的差值來生成所述誤差放大信號(hào)Vcon，誤差放大信號(hào)Vcon可以由輸入電壓Vin改 變。因?yàn)楫?dāng)輸入電壓Vin升高時(shí)誤差參考電壓EVR升高，誤差放大信號(hào)Vcon增大。相反， 當(dāng)輸入電壓Vin降低時(shí)，誤差參考電壓EVR降低，誤差放大信號(hào)Vcon減小。因此，誤差放大 信號(hào)Vcon的范圍由誤差參考電壓根據(jù)輸入電壓信息IVT改變而變化。斜坡信號(hào)發(fā)生器21在功率開關(guān)11接通時(shí)根據(jù)輸入電壓信息IVT產(chǎn)生具有不同斜 率的斜坡信號(hào)。斜坡信號(hào)發(fā)生器21包括主電流源211、附加電流源212、開關(guān)213和214、 開關(guān)控制器216、斜坡電容215。開關(guān)214和213的第一端連接到主電流源211和附加電流 源212的第一端，開關(guān)214和213的第二端連接到斜坡電容215的第一端。電源Vcc為主 電流源211和輔加電流源212提供電壓，以產(chǎn)生電流。斜坡電容215的第二端接地。當(dāng)功 率開關(guān)11接通，并且當(dāng)輸入電壓信息IVT大于輸入?yún)⒖茧妷簳r(shí)，開關(guān)214接通，當(dāng)開關(guān)214 接通時(shí)，開關(guān)213接通。開關(guān)213和214由信號(hào)Sl和S2控制。開關(guān)控制器216接收輸入 電壓信息IVT和門控信號(hào)Vgs以產(chǎn)生控制信號(hào)Sl和S2。具體地，在門控信號(hào)Vgs為接通功 率開關(guān)11的信號(hào)的期間，開關(guān)控制器216產(chǎn)生控制信號(hào)Si，用于接通開關(guān)214，并將該控制 信號(hào)發(fā)送至開關(guān)214。同樣，當(dāng)輸入電壓信息IVT大于輸入?yún)⒖茧妷簳r(shí)，開關(guān)控制器216產(chǎn) 生控制信號(hào)S2，用于接通開關(guān)213，并將該控制信號(hào)發(fā)送至開關(guān)213。當(dāng)開關(guān)214接通時(shí)，主 電流源211的電流IM對(duì)斜坡電容215充電，使得斜坡信號(hào)Vramp增加，其斜率由電流IM確 定。當(dāng)開關(guān)213在開關(guān)214接通期間接通時(shí)，斜坡電容215以電流IA+IM充電，電流IA+IM 是附加電流源212的電流IA和電流IM之和，且斜坡信號(hào)Vramp的上升斜率變得更大。斜坡信號(hào)發(fā)生器21包括一個(gè)附加電流源，但本發(fā)明不限于此，其還可以包括多個(gè) 附加電流源，在所述多個(gè)附加電流源與斜坡電容215之間可提供多個(gè)開關(guān)。在該情況下，當(dāng) 輸入電壓信息IVT增加時(shí)，開關(guān)控制器216順序接通上述多個(gè)開關(guān)，以進(jìn)一步增大上升斜坡 信號(hào)Vramp的斜率。開關(guān)217與電容并聯(lián)連接，當(dāng)功率開關(guān)11接通時(shí)其斷開，而當(dāng)功率開 關(guān)11斷開時(shí)其接通。PWM控制器23利用輔助電壓Vaux、斜坡信號(hào)Vramp、誤差放大信號(hào)Vcon產(chǎn)生門控信號(hào)Vgs，用于控制功率開關(guān)11的切換操作。PWM控制器23包括PWM比較器231、控制信號(hào) 發(fā)生器232、PWM觸發(fā)器233、以及門驅(qū)動(dòng)器234。PWM比較器231通過比較斜坡信號(hào)Vramp和誤差放大信號(hào)Vcon來產(chǎn)生切斷控制 信號(hào)FC。PWM比較器231包括用于接收斜坡信號(hào)Vramp的非倒相端(+)和用于接收誤差放 大信號(hào)Vcon的倒相端(_)。當(dāng)斜坡信號(hào)Vramp大于誤差放大信號(hào)Vcon時(shí)，PWM比較器231 產(chǎn)生高電平切斷控制信號(hào)FC，而當(dāng)斜坡信號(hào)Vramp小于誤差放大信號(hào)Vcon時(shí)，其產(chǎn)生低電 平切斷控制信號(hào)FC。因此，當(dāng)上升斜坡信號(hào)Vream達(dá)到誤差放大信號(hào)Vcon時(shí)，輸出高電平 切斷控制信號(hào)FC。當(dāng)輔助電壓Vaux變得小于預(yù)定參考電壓時(shí)，接通控制信號(hào)發(fā)生器232產(chǎn)生接通控 制信號(hào)NC，用于接通功率開關(guān)11。當(dāng)功率開關(guān)11切斷后，降低的輔助電壓Vaux變得小于 參考電壓時(shí)，接通控制信號(hào)發(fā)生器232與接通控制時(shí)間同步，并且在所述接通控制時(shí)間，產(chǎn) 生具有高脈沖的控制信號(hào)NC。PWM觸發(fā)器233根據(jù)接通控制信號(hào)NC和切斷控制信號(hào)FC產(chǎn)生門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào) ⑶C，用于控制功率開關(guān)11的切換操作。PWM觸發(fā)器233包括用于接收接通控制信號(hào)NC的 置位端S，以及用于接收切斷控制信號(hào)FC的復(fù)位端R。當(dāng)置位端S接收到高電平信號(hào)時(shí)， PWM觸發(fā)器233通過輸出端Q輸出高電平門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)GDC。當(dāng)復(fù)位端R接收到高電平 信號(hào)時(shí)，PWM觸發(fā)器233通過輸出端Q輸出低電平門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)GDC。當(dāng)提供給置位端S 和復(fù)位端R的信號(hào)為低時(shí)，PWM觸發(fā)器233維持當(dāng)前的門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)GDC。門驅(qū)動(dòng)器234根據(jù)門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)⑶C產(chǎn)生門信號(hào)Vgs，用于切換功率開關(guān)11。當(dāng) 接收到高電平的門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)GDC時(shí)，門驅(qū)動(dòng)器234產(chǎn)生高電平門信號(hào)Vgs，用于接通功 率開關(guān)11，而當(dāng)接收到低電平的門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)GDC時(shí)，產(chǎn)生低電平門信號(hào)Vgs，用于切斷 功率開關(guān)11。下面參考圖2描述根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的輸入電壓估算器22。圖2示出根據(jù)本 發(fā)明示范實(shí)施例的輸入電壓估算器22。輸入電壓估算器22不直接檢測(cè)輸入電壓Vin，而是在預(yù)定周期中測(cè)量功率開關(guān)11 的占空比，以估算所述輸入電壓Vin。輸入電壓估算器22采用功率開關(guān)11的占空比估算輸入電壓。輸入電壓估算器22 接收門信號(hào)Vgs，產(chǎn)生可以由功率開關(guān)11的占空比改變的檢示信號(hào)CHS，利用該檢示信號(hào) CHS估算輸入電壓，并對(duì)應(yīng)于估算的輸入電壓產(chǎn)生輸入電壓信息IVT。輸入電壓估算器22 包括反相器221、充電開關(guān)222、放電開關(guān)223、源極電流源224、反向電流源(Sink current source) 225、電容226、以及輸入電壓信息發(fā)生器227。反相器221將門信號(hào)Vgs的電平反 轉(zhuǎn)，并輸出反相的信號(hào)，由反相器221輸出的反相信號(hào)控制充電開關(guān)222的切換操作。放電 開關(guān)223的切換操作由門信號(hào)Vgs控制。具體地，充電開關(guān)222和放電開關(guān)223由高電平信 號(hào)接通，由低電平信號(hào)切斷。當(dāng)門信號(hào)Vgs為高時(shí)，放電開關(guān)223接通，充電開關(guān)222斷開。 當(dāng)門信號(hào)Vgs為低時(shí)，放電開關(guān)223斷開，充電開關(guān)222接通。當(dāng)放電開關(guān)223接通，充電 開關(guān)222斷開時(shí)，電容226連接到反向電流源225。當(dāng)放電開關(guān)223斷開，充電開關(guān)222接 通時(shí)，電容226連接到源極電流源224。當(dāng)電容226連接到反向電流源225時(shí)，其通過反向 電流ISI放電，檢示信號(hào)CHS的電壓下降。當(dāng)電容226連接到源極電流源224時(shí)，其通過源 極電流ISO充電，檢示信號(hào)CHS的電壓上升。因此，當(dāng)門信號(hào)Vgs為高電平且功率開關(guān)11接通時(shí)檢示信號(hào)CHS減小，而當(dāng)門信號(hào)Vgs為低電平且功率開關(guān)11斷開時(shí)檢示信號(hào)CHS增 大。輸入電壓信息發(fā)生器227檢測(cè)檢示信號(hào)CHS的電平，以估算輸入電壓Vin，并根據(jù)估算 結(jié)果產(chǎn)生輸入電壓信息IVT。功率因數(shù)校正電路1被控制以維持輸出電壓Vout。當(dāng)輸出電壓Vout升高時(shí)，差分 電壓Vd升高，誤差放大信號(hào)Vcon降低。斜坡信號(hào)Vramp達(dá)到誤差放大信號(hào)Vcon的時(shí)間縮 短，PWM比較器231在較早的時(shí)間產(chǎn)生高電平切斷控制信號(hào)FC。此時(shí)，功率開關(guān)11的占空 比減小，以減少儲(chǔ)存在電感Ll中的能量。當(dāng)功率開關(guān)11斷開時(shí)，輸入電流Iin流過二極管 D1，并且由于Ll中存儲(chǔ)的能量減少，輸入電流Iin也減小，從而減小對(duì)電容Cl充電的電流。 當(dāng)二極管Dl截止時(shí)，電容Cl放電，并且由于在二極管Dl導(dǎo)通期間的充電量減少，輸出電壓 Vout降低。相反，當(dāng)輸出電壓Vout降低時(shí)，差分電壓Vd降低，誤差放大信號(hào)Vcon升高。斜坡 信號(hào)Vramp達(dá)到誤差放大信號(hào)Vcon的時(shí)間延長(zhǎng)，PWM比較器231在較晚的時(shí)間產(chǎn)生高電平 切斷控制信號(hào)FC。功率開關(guān)11的占空比增大，以增加儲(chǔ) 存在電感Ll中的能量。當(dāng)功率開 關(guān)11斷開時(shí)，輸入電流Iin流過二極管D1，并且由于Ll中存儲(chǔ)的能量增加，輸入電流Iin 也增大，從而增大對(duì)電容 Cl充電的電流。當(dāng)二極管Dl截止時(shí)，電容Cl放電，并且由于在二 極管Dl導(dǎo)通期間的充電量增多，輸出電壓Vout升高。在功率開關(guān)11的一次切換中，占空比根據(jù)輸出電壓Vout的升高/降低而進(jìn)行的 變化和輸出電壓Vout根據(jù)占空比的變化而進(jìn)行的升高/降低按照有規(guī)律的間隔進(jìn)行，從而 維持了輸出電壓Vout。占空比、輸入電壓、以及輸出電壓之間的關(guān)系滿足公式1 :(公式1)占空比=1-(輸入電壓Vin/輸出電壓Vout)當(dāng)輸出電壓Vout維持不變時(shí)，功率開關(guān)11的占空比與輸入電壓Vin成反比。圖3示出根據(jù)公式1，算出輸入交流功率AC的交流電壓Vac、負(fù)載、占空比之間關(guān) 系的結(jié)果。因?yàn)檩斎腚妷篤in是整流正弦波，當(dāng)輸入電壓Vin為最低電壓，即零伏特(OV)時(shí)， 不管交流電源AC的交流電壓多大，占空比計(jì)算為100%。輸入電壓Vin的峰值取決于所述交流電壓。當(dāng)該交流電壓為115Vac時(shí)，峰值電壓 為163V，而當(dāng)交流電壓為230Vac時(shí)，峰值電壓為325V。因此，輸入電壓Vin的峰值分別為 163V和325V。當(dāng)連接到功率因數(shù)校正電路1輸出端的負(fù)載為100%和25%時(shí)，根據(jù)輸入電 壓Vin測(cè)量的占空比示于圖3的表中。當(dāng)交流電壓為115Vac時(shí)，占空比大于50%，當(dāng)交流電壓為230Vac時(shí)，占空比小于 50%。當(dāng)輸入電壓Vin在相同負(fù)載條件下為低時(shí)，占空比增大。輸入電壓信息發(fā)生器227 采用這一關(guān)系產(chǎn)生輸入電壓信息IVT。也就是說，隨著占空比增大，門信號(hào)Vgs為高電平的周期延長(zhǎng)，放電開關(guān)223的接 通狀態(tài)周期延長(zhǎng)。因此，由于電容226放電的周期延長(zhǎng)，檢示信號(hào)CHS的電壓范圍減小。相 反，隨著占空比減小，門信號(hào)Vgs為低電平的周期延長(zhǎng)，充電開關(guān)223的接通狀態(tài)周期延長(zhǎng)。 因此，由于電容226充電的周期延長(zhǎng)，檢示信號(hào)CHS的電壓范圍增大。輸入電壓信息發(fā)生器227估算檢示信號(hào)CHS的電壓范圍，并對(duì)應(yīng)于估算的電壓范圍產(chǎn)生輸入電壓信息IVT。輸入電壓信息發(fā)生器227參考50%的占空比識(shí)別檢示信號(hào)CHS。 當(dāng)檢示信號(hào)CHS的電壓范圍大于50%的占空比時(shí)，輸入電壓信息發(fā)生器227產(chǎn)生用于指示 低輸入電壓的輸入電壓信息IVT;而當(dāng)檢示信號(hào)CHS的電壓范圍小于50%的占空比時(shí)，產(chǎn)生 用于指示高輸入電壓的輸入電壓信息IVT。圖4示出當(dāng)占空比在53% -79%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)CHS。圖5示出當(dāng)占空比在53% -66%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)CHS。如圖4 和5所示，當(dāng)占空比大于50%時(shí)，檢示信號(hào)CHS的電壓范圍接近地電壓。當(dāng)檢示信號(hào)CHS的 范圍為地電壓時(shí)，輸入電壓信息發(fā)生器227產(chǎn)生用于指示低輸入電壓的輸入電壓信息IVT。圖6示出當(dāng)占空比在17% -29%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)CHS。如圖 6所示，當(dāng)占空比小于50%時(shí)，檢示信號(hào)CHS達(dá)到最大檢示電壓MCV。在本例中，最大檢示電 壓MCV表示在電容226中可以由充電電流源224充電達(dá)到的最大電壓。當(dāng)檢示信號(hào)達(dá)到最 大檢示電壓MCV時(shí)，輸入電壓信息發(fā)生器227產(chǎn)生用于指示高輸入電壓的輸入電壓信息。圖7示出當(dāng)占空比在17%-58%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)CHS。當(dāng)占 空比參考50%變化，且在單位時(shí)段T11中，占空比小于50%的時(shí)段T2比占空比大于50%的 時(shí)段T1長(zhǎng)時(shí)，就產(chǎn)生檢示信號(hào)CHS達(dá)到最大檢示電壓MCV的時(shí)段T3。當(dāng)存在檢示信號(hào)CHS 達(dá)到最大檢示電壓MCV的時(shí)段時(shí)，輸入電壓信息發(fā)生器227生成用于指示高輸入電壓的輸 入電壓信息IVT。圖8示出當(dāng)占空比在48%-57%之間變化時(shí)的占空比變化與檢示信號(hào)CHS。當(dāng)占 空比參考50%變化，且在單位時(shí)段T12中，占空比小于50%的時(shí)段T4比占空比大于50%的 時(shí)段T5短時(shí)，檢示信號(hào)CHS的電壓范圍接近地電壓。由于檢示信號(hào)CHS的電壓范圍接近地 電壓，輸入電壓信息發(fā)生器227生成用于指示低輸入電壓的輸入電壓信息IVT。因此，輸入電壓信息發(fā)生器227估算檢示信號(hào)CHS的電壓范圍，以產(chǎn)生輸入電壓信 息IVT。因此，發(fā)現(xiàn)輸入電壓Vin根據(jù)占空比而變高或變低。圖9A和圖9B示出根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，在常規(guī)功率因數(shù)校正電路中對(duì)應(yīng)于 輸入電壓、輸入電流、斜坡信號(hào)、和誤差放大信號(hào)的相應(yīng)信號(hào)。為了比較常規(guī)功率因數(shù)校正 電路和根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路，下面將利用與本發(fā)明示范實(shí)施例相同 的術(shù)語來描述所述常規(guī)功率因數(shù)校正電路的相應(yīng)信號(hào)。如圖9A和圖9B所示，當(dāng)輸入電壓Vin的峰值增大時(shí)，輸入電流Iin的峰值按照 等于輸入電壓Vin增大的比例的平方的比例減小。即當(dāng)輸入電壓Vin的峰值增大到三倍 時(shí)，輸入電流Iin的峰值減小到1/3，功率開關(guān)的接通時(shí)間減小到1/32。功率開關(guān)的接通時(shí) 間由電感電流除以電感電壓獲得的值確定。即當(dāng)輸入電壓Vin增大到三倍，電感電壓也增 大到三倍；且當(dāng)輸入電流Iin減小到1/3時(shí)，電感電流也減小到1/3。因此，功率開關(guān)的接 通時(shí)間減小到1/32。當(dāng)在時(shí)段(period) T0N1中上升的斜坡信號(hào)Vrampl達(dá)到誤差放大信號(hào) Vconl時(shí)，功率開關(guān)斷開，電感電流IL1停止。當(dāng)在時(shí)段T0N2中上升的斜坡信號(hào)Vramp2達(dá) 到誤差放大信號(hào)VCon2時(shí)，功率開關(guān)也斷開，電感電流IL2停止。斜坡信號(hào)Vrampl、Vramp2 的斜率在常規(guī)功率因數(shù)校正電路中是恒定的。當(dāng)輸入電流Iin的峰值減小時(shí)，誤差放大信 號(hào)Vcon的范圍從誤差放大信號(hào)Vcon的范圍1減小到誤差放大信號(hào)Vcon的范圍2。在常規(guī) 功率因數(shù)校正電路中，當(dāng)輸入電壓Vin高，且負(fù)載低時(shí)(即圖9B中的時(shí)段T21)，誤差放大 電壓VCon2減小，達(dá)到突發(fā)閾值電平。此時(shí)，功率開關(guān)11以突發(fā)模式(Burst Mode)工作，其中產(chǎn)生一個(gè)切換時(shí)段和切換停止時(shí)段。在該突發(fā)模式，由于所述切換停止時(shí)段，輸入電流 的波形不能維持正弦波。此時(shí)，功率因數(shù)改善的效果顯著惡化。本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路可以解決上述問題，因?yàn)檎`差放大信號(hào)Vcon和斜坡 信號(hào)Vramp可以通過輸入電壓信息IVT改變。圖IOA和IOB示出根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路中的輸入電流、斜 坡信號(hào)、誤差放大信號(hào)、以及輸入電壓的電壓范圍。當(dāng)輸入電壓Vin的峰值增大時(shí)，輕負(fù)載誤差放大信號(hào)Vcon不會(huì)減小到小于圖IOB 所示的突 發(fā)閾值。即誤差放大信號(hào)Vcon的幅度(Vcon幅度4)與圖9B所示的常規(guī)誤差放 大信號(hào)Vcon相比，向上放大。因此，由于該功率因數(shù)校正電路不工作在突發(fā)模式，輸入電流 Iin的波形得以維持正弦波。斜坡信號(hào)Vramp4的斜率比斜坡信號(hào)Vramp3大。其目的是保持功率開關(guān)11的接 通時(shí)間T0N4，且其對(duì)應(yīng)于誤差放大信號(hào)Vcon增大斜坡信號(hào)Vramp4的斜率。相應(yīng)地，所述功率因數(shù)校正電路需要關(guān)于所述輸入電壓的信息。這是本發(fā)明的一 個(gè)示范實(shí)施例，所述功率因數(shù)校正電路的輸入電壓信息IVT可以通過各種方式使用。因?yàn)?所述功率因數(shù)校正電路采用所述占空比估算所述輸入電壓，其不需要附加的管腳來接收輸 入電壓，從而防止測(cè)量輸入電壓時(shí)所發(fā)生的功率消耗。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中描述了占空比信息是采用門信號(hào)Vgs生成的，除此之 夕卜，也可以采用用于控制占空比的所有信號(hào)。具體地，其可以是PWM觸發(fā)器233的輸出信號(hào)、 切斷控制信號(hào)、接通控制信號(hào)中的一個(gè)，用來檢測(cè)占空比。盡管以上聯(lián)系目前看來可行的示范實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不 限于所描述的實(shí)施例，而是意圖覆蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的各種變形和 等效方案。
權(quán)利要求
一種功率因數(shù)校正電路，包括電感，用于接收輸入電壓和提供輸出功率；功率開關(guān)，用于控制流向所述電感的輸入電流，該功率開關(guān)連接到所述電感；以及功率因數(shù)校正控制器，用于接收關(guān)于輸出功率的輸出電壓的信息和關(guān)于電感電壓的信息，以控制所述功率開關(guān)的切換操作，并根據(jù)所述功率開關(guān)的占空比估算所述輸入電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述功率因數(shù)校正控制器包括輸入電壓信息發(fā)生器，用于產(chǎn)生根據(jù)所述占空比增大/ 減小的檢示信號(hào)，并根據(jù)該檢示信號(hào)的電壓范圍產(chǎn)生用于指示關(guān)于輸入電壓的信息的輸入 電壓信息。
3.如權(quán)利要求2所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述輸入電壓信息發(fā)生器包括 放電開關(guān)，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述占空比的信號(hào)執(zhí)行切換操作；充電開關(guān)，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述占空比的信號(hào)的反相信號(hào)執(zhí)行切換操作； 電容，用于產(chǎn)生所述檢示信號(hào)，該電容的第一端連接到所述放電開關(guān)和所述充電開關(guān) 的節(jié)點(diǎn)；以及輸入電壓信息發(fā)生器，用于根據(jù)所述檢示信號(hào)的電壓范圍產(chǎn)生所述輸入電壓信息。
4.如權(quán)利要求3所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述對(duì)應(yīng)于占空比的信號(hào)控制所述功 率開關(guān)的切換操作。
5.如權(quán)利要求3所述的功率因數(shù)校正電路，其中當(dāng)所述檢示信號(hào)的電壓范圍接近地電 壓時(shí)，所述輸入電壓信息發(fā)生器生成一種用于指示所述輸入電壓低的輸入電壓信息，且當(dāng) 發(fā)生一段時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)所述檢示信號(hào)達(dá)到最大檢示電壓時(shí)，所述輸入電壓信息發(fā)生 器生成一種用于指示所述輸入電壓高的輸入電壓信息。
6.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述功率因數(shù)校正控制器進(jìn)一步包括誤差放大器，用于通過放大對(duì)應(yīng)于輸出電壓的差分電壓與至少兩個(gè)誤差參考電壓中根 據(jù)輸入電壓產(chǎn)生的一個(gè)誤差參考電壓之間的差值來生成誤差放大信號(hào)； 斜坡信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生斜率對(duì)應(yīng)于所述輸入電壓的斜坡信號(hào)；和 脈寬調(diào)制控制器，用于根據(jù)所述斜坡信號(hào)與所述誤差放大信號(hào)之間的比較結(jié)果切斷所 述功率開關(guān)，以及根據(jù)關(guān)于電感電壓的信息判斷是否接通所述功率開關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述斜坡信號(hào)發(fā)生器包括 至少兩個(gè)電流源；電容；以及連接在所述至少兩個(gè)電流源和所述電容之間的至少兩個(gè)開關(guān)； 其中所述至少兩個(gè)開關(guān)中的一個(gè)在所述功率開關(guān)接通時(shí)接通；所述至少兩個(gè)開關(guān)中的 另一個(gè)根據(jù)所述輸入電壓執(zhí)行切換操作。
8.如權(quán)利要求7所述的功率因數(shù)校正電路，其中當(dāng)所述輸入電壓為高時(shí)，所述另一個(gè) 開關(guān)接通。
9.如權(quán)利要求6所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述功率因數(shù)校正電路包括接通控制信號(hào)發(fā)生器，用于生成接通控制信號(hào)，以便當(dāng)對(duì)應(yīng)于關(guān)于所述電感電壓的信 息的輔助電壓小于預(yù)定的參考電壓時(shí)接通所述功率開關(guān)；脈寬調(diào)制比較器，用于比較所述斜坡信號(hào)和所述誤差放大信號(hào)，并生成切斷控制信號(hào)， 以便根據(jù)比較結(jié)果切斷所述功率開關(guān)；脈寬調(diào)制觸發(fā)器，用于生成門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以便根據(jù)所述接通控制信號(hào)和所述切斷 控制信號(hào)控制所述功率開關(guān)的切換操作；以及門驅(qū)動(dòng)器，用于生成門信號(hào)，以便根據(jù)所述門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)切換所述功率開關(guān)。
10.如權(quán)利要求9所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述輔助電壓是一輔助電感處的電 壓，該輔助電感與所述電感具有預(yù)定匝數(shù)比，且耦合到所述電感。
11.如權(quán)利要求9所述的功率因數(shù)校正電路，其中所述占空比通過采用所述接通控制 信號(hào)、切斷控制信號(hào)、門驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、以及門信號(hào)之一來檢測(cè)。
12.—種功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動(dòng)方法，所述功率因數(shù)校正電路包括電感，用于接收 輸入電壓和提供輸出功率；和功率開關(guān)，連接到所述電感，并控制流向所述電感的輸入電 流；所述方法包括接收關(guān)于輸出功率的輸出電壓的信息和關(guān)于電感電壓的信息，并控制所述功率開關(guān)的 切換操作；以及根據(jù)所述功率開關(guān)的占空比估算輸入電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中估算所述輸入電壓包括 生成根據(jù)所述占空比增大/減小的檢示信號(hào)；和根據(jù)所述檢示信號(hào)的電壓范圍估算輸入電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中生成所述檢示信號(hào)包括 當(dāng)所述功率開關(guān)接通時(shí)減小所述檢示信號(hào)；和當(dāng)所述功率開關(guān)斷開時(shí)增大所述檢示信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中估算所述輸入電壓包括 當(dāng)所述檢示信號(hào)的電壓范圍接近地電壓時(shí)判斷所述輸入電壓低；和當(dāng)發(fā)生一段時(shí)間，在該段時(shí)間內(nèi)所述檢示信號(hào)達(dá)到最大檢示電壓時(shí)，判斷所述輸入電 壓尚。
16.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中控制所述切換操作包括通過放大對(duì)應(yīng)于輸出電壓的差分電壓與至少兩個(gè)誤差參考電壓中根據(jù)輸入電壓產(chǎn)生 的一個(gè)誤差參考電壓之間的差值來生成誤差放大信號(hào)； 生成斜率對(duì)應(yīng)于輸入電壓的斜坡信號(hào)；根據(jù)所述斜坡信號(hào)與所述誤差放大信號(hào)之間的比較結(jié)果切斷所述功率開關(guān)；以及 根據(jù)關(guān)于電感電壓的信息接通所述功率開關(guān)。
17.如權(quán)利要求16所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中判斷是否接通所述功率開關(guān)包括當(dāng)對(duì)應(yīng)于關(guān)于所述電感電壓的信息的輔助電壓變得小于預(yù)定參考電壓時(shí)，接通所述功 率開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正電路和一種功率因數(shù)校正方法。本發(fā)明接收關(guān)于輸出功率的輸出電壓的信息和關(guān)于電感電壓的信息來控制功率開關(guān)的切換操作，并根據(jù)所述功率開關(guān)的占空比估算輸入電壓。
文檔編號(hào)H02M1/42GK101873059SQ20101014645
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者文相喆, 樸英培, 金丙憲 申請(qǐng)人:快捷韓國(guó)半導(dǎo)體有限公司