專利名稱：功率因數(shù)校正裝置、在該裝置中使用的控制器和thd衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正(power factor correction，簡(jiǎn)稱PFC)技術(shù)，更具體地說，涉及一種功率因數(shù)校正裝置、在該功率因數(shù)校正裝置中使用的控制器和THD衰減器。
背景技術(shù)：
由于有效功率因數(shù)裝置(APFD)與電源線供電質(zhì)量有關(guān)，因此對(duì)其的要求越來越高。而眾所周知的是，大量諧波的注入將導(dǎo)致各種問題，其中包括功率傳輸效率下降、對(duì)其他連接到電源線的單元可能產(chǎn)生的干擾、電壓波形失真等。APFD除了可以解決這些問題外， 還提供了另一優(yōu)點(diǎn)，即可增加從電源線汲取的功率級(jí)。有效功率因數(shù)校正裝置(APFCS)中的總諧波失真(THD)的主要貢獻(xiàn)是所謂的“交越失真(crossover distortion)”。交越失真的根本原因在于跨接在橋式整流器之后的電容ICl兩端的殘余電壓。只要AC電壓的絕對(duì)值低于該殘余電壓與整流橋二極管IBDl的偏置電壓之和，該殘余電壓將阻滯從橋式整流器流出的電流。在該阻滯期，APFCS相當(dāng)于非功率因數(shù)校正系統(tǒng)。殘余電壓的大小取決于功率開關(guān)管1NM0S的漏極106(參見圖1)的總寄生電容的電容值、增壓電感121的電感值、AC電壓和輸出負(fù)載1RL。圖1示出了用于最小化交越失真的有效功率因數(shù)校正裝置的現(xiàn)有技術(shù)。控制器 120通過各個(gè)線路104，111，109，105接收反饋信號(hào)。信號(hào)104為從由電阻IRl和1R2組成的分壓器獲取的整流電壓，并且其波形可用作輸入電流的理想形狀基準(zhǔn)。信號(hào)111是來自交越失真衰減器(⑶R)的升壓電感電流感應(yīng)信號(hào)112和108之和。該信號(hào)112可通過感應(yīng)電阻R8兩端的電壓降來感應(yīng)流經(jīng)升壓電感121的電流。CDR在節(jié)點(diǎn)108生成的負(fù)電壓與整流主電壓和升壓電感121的副邊線圈匝數(shù)比成比例，該⑶R可包括二極管1D2和電容1C4。 符號(hào)109表示從由電阻1R9和1R10組成的分壓器在節(jié)點(diǎn)113生成的按比例縮小的升壓輸出信號(hào)。在升壓電感121的副邊線圈獲得的信號(hào)105用于監(jiān)測(cè)升壓電感121過零交越。接著， 控制器120基于這些反饋信號(hào)在節(jié)點(diǎn)110生成輸出信號(hào)，該信號(hào)可確定功率開關(guān)管1NM0S 的開關(guān)周期。電容ICdrain是連接在節(jié)點(diǎn)106和地之間的等效寄生電容。圖2示出了用來通過反饋控制來維持節(jié)點(diǎn)113的輸出電壓恒定的控制器120的原理框圖。其包括誤差放大器201、乘法器202、比較器203、過零檢測(cè)器204、RS-觸發(fā)寄存器 205和柵極驅(qū)動(dòng)器206。該誤差放大器從節(jié)點(diǎn)109或引腳1接收信號(hào)，并將接收到的信號(hào)與內(nèi)置基準(zhǔn)電壓(例如2.5V)進(jìn)行比較以在節(jié)點(diǎn)107或引腳2生成誤差信號(hào)。乘法器202用于將誤差信號(hào)與按比例縮小的整流信號(hào)相乘以在節(jié)點(diǎn)104或引腳3生成整流正弦基準(zhǔn)信號(hào) 2Cr。比較器203將所述整流正弦基準(zhǔn)信號(hào)2Cr與在節(jié)點(diǎn)111或引腳4從⑶R接收到的信號(hào)進(jìn)行比較并生成用于控制功率開關(guān)管1NM0S關(guān)斷的邏輯信號(hào)。過零檢測(cè)器204監(jiān)測(cè)來自節(jié)點(diǎn)105或引腳5的信號(hào)。當(dāng)發(fā)生電壓從正到負(fù)的突變事件時(shí)，也就是發(fā)生過零交越時(shí)，過零檢測(cè)器204生成邏輯高信號(hào)以設(shè)置RS-觸發(fā)寄存器205翻轉(zhuǎn)到導(dǎo)通功率開關(guān)管1NM0S。升壓電感電流和其在節(jié)點(diǎn)111或引腳4的感應(yīng)信號(hào)在功率開關(guān)管1NM0S開啟時(shí)開始上升。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)電壓升至與整流正弦基準(zhǔn)信號(hào)2Cr相等時(shí)，比較器203生成重置信號(hào)以重置RS-觸發(fā)寄存器205使其翻轉(zhuǎn)并關(guān)斷功率開關(guān)管1NM0S。該功率開關(guān)管1NM0S保持關(guān)斷直到下一 “過零交越”和開關(guān)管開關(guān)循環(huán)再次開始?，F(xiàn)有技術(shù)的主要原理是電容ICl在AC電壓的過零交越點(diǎn)完全放電。這可通過在節(jié)點(diǎn)111，即在控制器120的電流感應(yīng)輸入引腳4使用負(fù)偏移量來人為地增加功率開關(guān)管 1NM0S的導(dǎo)通時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。該負(fù)偏移電壓可由⑶R引入并且其運(yùn)行原理如下所述在功率開關(guān)管1NM0S的導(dǎo)通時(shí)期，跨越在副邊線圈121兩端的電壓為負(fù)，二極管 1D2正向偏置以向電容1C4充電。電容1C4可維持與電壓的RMS值和副邊線圈121的匝數(shù)比成比例的負(fù)電壓。該負(fù)電壓通過由電阻1R6和1R5組成的分壓器在節(jié)點(diǎn)111生成并由引腳4提供給控制器120的控制信號(hào)進(jìn)而延長功率開關(guān)管1NM0S的導(dǎo)通時(shí)期?，F(xiàn)有技術(shù)的主要缺陷在于，對(duì)于不同的集成電路(IC)，外部元器件與內(nèi)部模塊存在的工藝偏差會(huì)令補(bǔ)償電壓不一致，需要人工調(diào)節(jié)電阻1R6的阻值以找到最佳方案，不利用生產(chǎn)，并且外置功率因數(shù)校正裝置需要增加系統(tǒng)元器件，增加成本。因此，需要一種無需外部人工調(diào)節(jié)并且克服工藝偏差，一致性高的可內(nèi)置功率因數(shù)校正裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供無需外部人工調(diào)節(jié)并且克服工藝偏差，一致性高的可內(nèi)置功率因數(shù)校正裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種功率因數(shù)校正裝置包括 轉(zhuǎn)換器、與所述轉(zhuǎn)換器連接以獲取輸入電壓的控制器，其中，所述控制器包括用于自動(dòng)THD 優(yōu)化的THD衰減器；所述轉(zhuǎn)換器包括輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路，其中所述輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路形成反饋控制回路以維持輸出電壓恒定。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括橋式整流器，所述橋式整流器連接到AC電壓以獲得整流正弦電壓；整流主分壓器，所述整流主分壓器連接到所述橋式整流器以按比例縮小所述整流正弦電壓以將所述按比例縮小的整流正弦電壓提供給所述控制器。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述輸出電路包括輸出二極管、輸出分壓器和輸出濾波電容，其中所述輸出二極管的陽極連接到所述功率開關(guān)管的漏極，陰極連接到所述輸出分壓器，所述輸出分壓器按比例縮小輸出電壓并將所述按比例縮小的輸出電壓提供給所述控制器，所述輸出濾波電容與所述輸出分壓器并聯(lián)以濾除開關(guān)紋波電壓的高頻成分并存儲(chǔ)DC輸出電壓。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括第一電容，所述第一電容與所述整流主分壓器并聯(lián)以用于濾波整流正弦電壓的高頻成分；升壓電感，所述升壓電感的副邊線圈的第一端連接到控制器，所述副邊線圈的第二端接地，所述升壓電感的原邊線圈的第一端連接到所述橋式整流器的輸出端，所述升壓電感的原邊線圈的第二端連接到所述功率開關(guān)管的漏極。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述控制器包括
誤差放大器，用于將所述按比例縮小的輸出電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓的相比較，產(chǎn)生與比較差值相對(duì)應(yīng)的電壓誤差信號(hào)；乘法器，用于將按比例縮小的整流正弦電壓與電壓誤差信號(hào)相乘以生成正弦基準(zhǔn)信號(hào)；比較器，將經(jīng)所述輸入電流檢測(cè)電阻接收到的電流檢測(cè)電阻的信號(hào)與正弦基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較以生成設(shè)置所述功率開關(guān)管導(dǎo)通期的邏輯信號(hào)；過零檢測(cè)器，用于生成邊沿邏輯信號(hào)以開啟所述功率開關(guān)管；RS-觸發(fā)寄存器和柵極驅(qū)動(dòng)器，共同用于生成模擬波形來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管并使得流經(jīng)所述升壓電感的電流波形接近整流正弦電壓的正弦波形；THD衰減器，用于通過反饋控制設(shè)置不隨工藝偏差改變的THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓， 使得在所述整流正弦電壓的波谷時(shí)，所述第一電容上殘留電荷達(dá)到最小值。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述THD衰減器包括采樣模塊，用于采樣所述乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和， 并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。在本發(fā)明的所述的功率因數(shù)校正裝置中，所述雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊包括壓控電壓源、電流源、電流沉和第二電容；其中所述電流源和所述電流沉串聯(lián)，所述第二電容與所述電流沉并聯(lián)，所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)控制所述電流源和電流沉對(duì)所述第二電容充電或放電，進(jìn)而產(chǎn)生偏置電壓信號(hào)，所述壓控電壓源接收所述偏置電壓信號(hào)和固定電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生所述雙向偏置電壓信號(hào)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的另一技術(shù)方案是，構(gòu)造一種在功率因數(shù)校正裝置中使用并合適用于獲得自動(dòng)THD優(yōu)化的控制器，包括誤差放大器，用于將按比例縮小的輸出電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓的相比較，產(chǎn)生與比較差值相對(duì)應(yīng)的電壓誤差信號(hào)；乘法器，用于將按比例縮小的整流正弦電壓與電壓誤差信號(hào)相乘以生成正弦基準(zhǔn)信號(hào)；比較器，將經(jīng)輸入電流檢測(cè)電阻接收到的電流檢測(cè)電阻的信號(hào)與正弦基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較以生成設(shè)置功率開關(guān)管導(dǎo)通期的邏輯信號(hào)；過零檢測(cè)器，用于生成邊沿邏輯信號(hào)以開啟功率開關(guān)管；RS-觸發(fā)寄存器和柵極驅(qū)動(dòng)器，共同用于生成模擬波形來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管并使得流經(jīng)升壓電感的電流波形接近整流正弦電壓的正弦波形；THD衰減器，用于通過反饋控制設(shè)置不隨工藝偏差改變的THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓， 使得在整流正弦電壓的波谷時(shí)，所述第一電容上殘留電荷達(dá)到最小值。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，所述控制器適用于前述功率因數(shù)校正裝置。在本發(fā)明所述控制器中，所述THD衰減器，包括
采樣模塊，用于采樣所述乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和， 并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的另一技術(shù)方案是構(gòu)造一種在功率因數(shù)校正裝置中用于自動(dòng)THD優(yōu)化的THD衰減器，包括采樣模塊，用于采樣乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和， 并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，所述THD衰減器適用于前述控制器和前述功率因數(shù)校正裝置。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)用于最小化交越失真的有效功率因數(shù)校正裝置的電路原理圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的PFC控制器的原理框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的有效功率因數(shù)校正裝置的原理框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)置THD衰減器的PFC控制器的原理框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的THD衰減器的原理框圖；圖6是THD衰減器的運(yùn)行波形圖；圖7a是分別具有不同輸入電壓Vin和等效寄生電容的圖1的現(xiàn)有技術(shù)的THD值的示意圖；圖7b是分別具有不同輸入電壓Vin和等效寄生電容的圖3的本發(fā)明的THD值的
示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的其它實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作方式進(jìn)行詳細(xì)描述。在此，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例僅僅是用于說明而非限制性的。本發(fā)明提供了一種具有用于AC-DC功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)校正的自動(dòng)THD優(yōu)化功能的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，其無需像圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)一樣，需要對(duì)CDR電阻值 1R6進(jìn)行調(diào)節(jié)，而是提供了一種可解決APFCS中交越失真的新的技術(shù)方案。該內(nèi)置THD優(yōu)化功能使得整個(gè)裝置能夠準(zhǔn)確地偏置于設(shè)計(jì)的電壓以用于THD優(yōu)化，無需外部人工調(diào)節(jié)并且克服內(nèi)部工藝偏差，一致性高。該裝置和方法的運(yùn)行原理如下所述。圖3是根據(jù)本發(fā)明的有效功率因數(shù)校正裝置的原理框圖。其中所包括的控制器 320的原理框圖如圖4所示。該裝置可包括整流橋:3BD1、濾波電容3C1、由電阻3R1和3R2 組成的整流主分壓器、電容3C3、升壓電感321、控制器320、功率開關(guān)管3NM0S、電感電流感應(yīng)電阻3R8、輸出二極管3D3、輸出電容3C5、由電阻3R9和3R10組成的輸出分壓器、連接在節(jié)點(diǎn)306和地之間的等效寄生電容3Cdrain。由于THD優(yōu)化是由控制器320的內(nèi)置功能，因此在該實(shí)施例中，無需圖1中示出的CDR電路。整流橋!3BD1接收輸入AC電壓，并在節(jié)點(diǎn)302輸出整流正弦電壓。連接在整流橋 3BD1的輸出端的濾波電容3C1可用于濾除該整流正弦電壓的高頻成分。由電阻3R1和3R2 串聯(lián)組成的整流主分壓器與所述濾波電容3C1并聯(lián)以按比例縮小該整流正弦電壓，并通過引腳3將按比例縮小后的整流AC電壓提供給控制器320。所述升壓電感321的原邊線圈的一端連接到整流橋3BD1的一個(gè)輸出端，另一端連接到功率開關(guān)管3NM0S的漏極，其副邊線圈一端接地，另一端連接到控制器320的引腳5。所述功率開關(guān)管3NM0S的柵極連接到控制器320的引腳7，源極連接到控制器320的引腳4，并通過電感電流檢測(cè)電阻3R8接地。 輸出二極管3D3的陽極連接到所述功率開關(guān)管3NM0S的漏極、陰極連接由電阻3R9和3R10 串聯(lián)組成的輸出分壓器。電容3C3連接在所述控制器320的引腳1和2之間，所述控制器 320的引腳1同時(shí)連接到所述輸出分壓器的電阻3R9和3R10之間。所述控制器320的引腳 6接地。該功率開關(guān)管3NM0S和具有副邊線圈的升壓電感321形成高頻升壓轉(zhuǎn)換器。如圖所示，當(dāng)功率開關(guān)管3NM0S導(dǎo)通時(shí)，升壓電感321存儲(chǔ)能量，當(dāng)功率開關(guān)管3NM0S關(guān)斷時(shí)，升壓電感312向輸出電容3C5和負(fù)載3RL釋放能量。輸出電容3C5可用于慮除開關(guān)紋波電壓的高頻成分并存儲(chǔ)DC輸出電壓。節(jié)點(diǎn)313輸出的恒定DC輸出電壓由DC輸出反饋控制回路340維持，該DC輸出反饋控制回路340包括開關(guān)管3NM0S，輸出二極管3D3，電感電流檢測(cè)電阻3R8，由電阻3R9和 3R10組成的輸出分壓器以及控制器320中的誤差放大器401，乘法器402，比較器403，過零檢測(cè)器(Z⑶)404，RS觸發(fā)寄存器405和柵極驅(qū)動(dòng)器406 (參見圖4)。其工作過程如下誤差放大器401從引腳1接收信號(hào)，并將該信號(hào)與內(nèi)置基準(zhǔn)信號(hào)VREF(如2. 5V) 進(jìn)行比較，進(jìn)而在引腳2生成誤差信號(hào)307。乘法器402在引腳3接收由整流分壓器的整流電子3R1，3R2引入的按比例縮小的整流正弦電壓304和誤差放大器401的輸出誤差信號(hào) 307，將兩者相乘，輸出正弦基準(zhǔn)信號(hào)4Mo。該正弦基準(zhǔn)信號(hào)4Mo與AC電壓的RMS值及引腳 2的誤差信號(hào)307成正比。由于乘法器電路復(fù)雜受工藝偏差與匹配失調(diào)影響較嚴(yán)重，在乘法器輸入為零時(shí)，輸出并不為零，而是一個(gè)不確定數(shù)值的失調(diào)電壓Voff 1，因此乘法器402的輸出應(yīng)為Mo+Voffl。THD衰減器407采樣乘法器402為零輸入時(shí)的輸出誤差Voffl，輸出信號(hào)Voff2，令Voff2 = Vr-Voffl，而Vr為一與溫度無關(guān)的固定值(如33mV)。THD衰減器 407的輸出Voff2與乘法器402的輸出Mo+Voffl之和Mo+Vr構(gòu)成比較器403的正弦電流基準(zhǔn)信號(hào)。比較器403將其與來引腳4的信號(hào)進(jìn)行比較以生成用于功率開關(guān)管3NM0S關(guān)斷控制的邏輯信號(hào)。過零檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)來自5腳的信號(hào)305，當(dāng)在5腳檢測(cè)到一個(gè)由正到負(fù)的電壓突變時(shí)或所謂過零交越時(shí)，過零檢測(cè)器404生成邏輯高信號(hào)來設(shè)置RS-觸發(fā)寄存器 405翻轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管3NM0S導(dǎo)通。升壓電感電流及引腳4的檢測(cè)信號(hào)312隨功率開關(guān)管3NM0S的導(dǎo)通而不斷升高，直到檢測(cè)信號(hào)312與正弦基準(zhǔn)信號(hào)Mo+Voffl相等時(shí)，比較器403產(chǎn)生清零信號(hào)使RS-觸發(fā)寄存器405清零，從而關(guān)斷功率開關(guān)管3NM0S。該功率開關(guān)管3NM0S保持?jǐn)嚅_，直到下一個(gè)過零交越，開關(guān)管開關(guān)循環(huán)再次開始。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，誤差信號(hào) 307的電壓值與功率開關(guān)管3NM0S的開關(guān)周期由輸入AC電壓與輸出負(fù)載3RL決定。THD優(yōu)化可通過在DC輸出反饋控制回路340的任一位置增加合適的偏置電壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，這樣當(dāng)AC電壓接近零電壓時(shí)，增加的偏置電壓強(qiáng)制電流流過升壓電感，從而電容 3C1兩端的殘余電壓可降至最低值，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)THD優(yōu)化。THD衰減器407是實(shí)現(xiàn)圖3中示出的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)置自動(dòng)THD優(yōu)化的關(guān)鍵器件。圖 5和圖6分別示出了 THD衰減器的功能框圖和工作原理。如圖5所示，THD衰減器包括采樣模塊501，雙向偏置補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502，比較器503，邏輯控制模塊504。其中所述雙向偏置補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502包括電流源511、電流沉512、電容5C1和壓控電壓源5021。其中，電流源511和電流沉512串聯(lián)，電容5C1和電流沉512并聯(lián)。THD衰減器407接收乘法器的輸出Mo+Voff 1，通過采樣模塊501采樣出乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓Voffl。雙向偏置補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502接收邏輯控制模塊504 的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)VH與VL，控制電流源511與電流沉512對(duì)電容5C1進(jìn)行充放電，產(chǎn)生偏置電壓信號(hào)Va，壓控電壓源5021接收偏置電壓信號(hào)Va與固定電壓信號(hào)Vb的差值(如 2. 5V，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按照需要進(jìn)行設(shè)置，在此不限于2. 5V)，產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào) Voff2作為THD衰減器的輸出。比較器503接收采樣模塊501的輸出Voffl與雙向偏置補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502輸出的雙向偏置電壓信號(hào)Voff2之和Voff，將Voff與THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓Vr相比較，產(chǎn)生邏輯信號(hào)Vg。邏輯控制模塊504接收比較器503輸出邏輯信號(hào)Vg， 產(chǎn)生兩個(gè)相反的電壓信號(hào)VH與VL。雙向偏置補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502輸出的雙向偏置電壓信號(hào)Voff2由THD優(yōu)化模塊407的反饋環(huán)路決定。工作過程如下，參見圖6 :當(dāng)Voff比THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓Vr高時(shí)，比較器503輸出Vg為邏輯信號(hào)低，通過邏輯控制模塊504產(chǎn)生兩個(gè)相反的電壓信號(hào)VH與VL，此時(shí)VH控制電流源511斷開，VL 控制電流沉512導(dǎo)通，對(duì)電容5C1進(jìn)行放電，調(diào)節(jié)偏置電壓信號(hào)Va電壓低于固定電壓信號(hào) Vb，通過壓控電壓源5021控制減小雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502的雙向偏置電壓信號(hào) Voff2,實(shí)現(xiàn)反饋控制。當(dāng)Voff比THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓Vr低時(shí)，比較器503輸出Vg為邏輯信號(hào)高，此時(shí)電壓信號(hào)VH控制電流源511導(dǎo)通，電壓信號(hào)VL控制電流沉512斷開，對(duì)電容5C1進(jìn)行充電，調(diào)節(jié)偏置電壓信號(hào)Va高于固定電壓信號(hào)Vb，通過壓控電壓源5021控制加大增加雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊502的雙向偏置電壓信號(hào)Voff2，使得Voff與THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓Vr相一致，在THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓Vr附近只有很小幅的波動(dòng)。這樣雙向偏置電壓信號(hào)Voff2可表示為Vr-Voffl，乘法器的輸出失調(diào)電壓Voffl與THD衰減器的輸出Voff2之和，即系統(tǒng)THD優(yōu)化偏置電壓Vr將不隨工藝偏差，匹配失調(diào)而變化，一致性高。THD衰減器輸出與乘法器輸出之和Mo+Cr為正弦基準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)可用于比較器 403。比較器403使用該信號(hào)來設(shè)置功率開關(guān)管3NM0S的關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)，這樣可令橋式整流器后的電容3C1兩端的殘余電壓降至最小，減小交越失真，實(shí)現(xiàn)THD優(yōu)化。圖7a和圖7b是分別具有相同輸入電壓，不同等效寄生電容，不同芯片的圖1現(xiàn)有技術(shù)的THD和圖3本發(fā)明的THD的值的示意圖。對(duì)于圖1所示電路，不同芯片之間由于內(nèi)部工藝偏差與失調(diào)影響，THD優(yōu)化值差異較大。而對(duì)于圖3本發(fā)明的電路，該內(nèi)置系統(tǒng)能夠克服工藝偏差與失調(diào)影響，設(shè)置合適的固定偏置電壓對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行THD優(yōu)化，效果更好，且不同芯片之間THD優(yōu)化結(jié)果基本一致，利于生產(chǎn)。 雖然本發(fā)明是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種功率因數(shù)校正裝置包括轉(zhuǎn)換器、與所述轉(zhuǎn)換器連接以獲取輸入電壓的控制器，其特征在于，所述控制器包括用于自動(dòng)THD優(yōu)化的THD衰減器；所述轉(zhuǎn)換器包括輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路，其中所述輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路形成反饋控制回路以維持輸出電壓恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括 橋式整流器，所述橋式整流器連接到AC電壓以獲得整流正弦電壓；整流主分壓器，所述整流主分壓器連接到所述橋式整流器以按比例縮小所述整流正弦電壓以將所述按比例縮小的整流正弦電壓提供給所述控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述輸出電路包括輸出二極管、輸出分壓器和輸出濾波電容，其中所述輸出二極管的陽極連接到所述功率開關(guān)管的漏極，陰極連接到所述輸出分壓器，所述輸出分壓器按比例縮小輸出電壓并將所述按比例縮小的輸出電壓提供給所述控制器，所述輸出濾波電容與所述輸出分壓器并聯(lián)以濾除開關(guān)紋波電壓的高頻成分并存儲(chǔ)DC輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括 第一電容，所述第一電容與所述整流主分壓器并聯(lián)以用于濾波整流正弦電壓的高頻成分；升壓電感，所述升壓電感的副邊線圈的第一端連接到控制器，所述副邊線圈的第二端接地，所述升壓電感的原邊線圈的第一端連接到所述橋式整流器的輸出端，所述升壓電感的原邊線圈的第二端連接到所述功率開關(guān)管的漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述控制器包括誤差放大器，用于將所述按比例縮小的輸出電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓的相比較，產(chǎn)生與比較差值相對(duì)應(yīng)的電壓誤差信號(hào)；乘法器，用于將按比例縮小的整流正弦電壓與電壓誤差信號(hào)相乘以生成正弦基準(zhǔn)信號(hào)；比較器，將經(jīng)所述輸入電流檢測(cè)電阻接收到的電流檢測(cè)電阻的信號(hào)與正弦基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較以生成設(shè)置所述功率開關(guān)管導(dǎo)通期的邏輯信號(hào)；過零檢測(cè)器，用于生成邊沿邏輯信號(hào)以開啟所述功率開關(guān)管； RS-觸發(fā)寄存器和柵極驅(qū)動(dòng)器，共同用于生成模擬波形來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管并使得流經(jīng)所述升壓電感的電流波形接近整流正弦電壓的正弦波形；THD衰減器，用于通過反饋控制設(shè)置不隨工藝偏差改變的THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓，使得在所述整流正弦電壓的波谷時(shí)，所述第一電容上殘留電荷達(dá)到最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述THD衰減器包括 采樣模塊，用于采樣所述乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和，并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率因數(shù)校正裝置，其特征在于，所述雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊包括壓控電壓源、電流源、電流沉和第二電容；其中所述電流源和所述電流沉串聯(lián)， 所述第二電容與所述電流沉并聯(lián)，所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)控制所述電流源和電流沉對(duì)所述第二電容充電或放電，進(jìn)而產(chǎn)生偏置電壓信號(hào)，所述壓控電壓源接收所述偏置電壓信號(hào)和固定電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生所述雙向偏置電壓信號(hào)。
8.—種在功率因數(shù)校正裝置中使用并合適用于獲得自動(dòng)THD優(yōu)化的控制器，其特征在于，包括誤差放大器，用于將按比例縮小的輸出電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓的相比較，產(chǎn)生與比較差值相對(duì)應(yīng)的電壓誤差信號(hào)；乘法器，用于將按比例縮小的整流正弦電壓與電壓誤差信號(hào)相乘以生成正弦基準(zhǔn)信號(hào)；比較器，將經(jīng)輸入電流檢測(cè)電阻接收到的電流檢測(cè)電阻的信號(hào)與正弦基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較以生成設(shè)置功率開關(guān)管導(dǎo)通期的邏輯信號(hào)；過零檢測(cè)器，用于生成邊沿邏輯信號(hào)以開啟功率開關(guān)管；RS-觸發(fā)寄存器和柵極驅(qū)動(dòng)器，共同用于生成模擬波形來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管并使得流經(jīng)升壓電感的電流波形接近整流正弦電壓的正弦波形；THD衰減器，用于通過反饋控制設(shè)置不隨工藝偏差改變的THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓，使得在整流正弦電壓的波谷時(shí)，所述第一電容上殘留電荷達(dá)到最小值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述控制器，其特征在于，所述THD衰減器，包括 采樣模塊，用于采樣所述乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和，并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。
10.一種在功率因數(shù)校正裝置中用于自動(dòng)THD優(yōu)化的THD衰減器，其特征在于，包括 采樣模塊，用于采樣乘法器輸入為零時(shí)的輸出失調(diào)電壓信號(hào)；雙向偏差補(bǔ)償電壓產(chǎn)生模塊，用于接收邏輯控制模塊產(chǎn)生的兩個(gè)相反的電壓信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生雙向偏置電壓信號(hào)；比較器，用于接收采樣模塊的輸出失調(diào)電壓信號(hào)與所述雙向偏置電壓信號(hào)之和，并將該和值與所述THD優(yōu)化設(shè)定偏置電壓比較，以產(chǎn)生邏輯信號(hào)；邏輯控制模塊，用于接收所述比較器輸出的邏輯信號(hào)，產(chǎn)生所述兩個(gè)相反的電壓信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正裝置、在該功率因數(shù)校正裝置中使用的控制器和THD衰減器。該功率因數(shù)校正裝置包括轉(zhuǎn)換器、與所述轉(zhuǎn)換器連接以獲取輸入電壓的控制器，其中，所述控制器包括用于自動(dòng)THD優(yōu)化的THD衰減器；所述轉(zhuǎn)換器包括輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路，其中所述輸入電流檢測(cè)電阻、功率開關(guān)管和輸出電路形成反饋控制回路以維持輸出電壓恒定。實(shí)施本發(fā)明，該內(nèi)置THD優(yōu)化功能使得整個(gè)裝置能夠準(zhǔn)確地偏置于設(shè)計(jì)的電壓以用于THD優(yōu)化，無需外部人工調(diào)節(jié)并且克服內(nèi)部工藝偏差，一致性高。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102447381SQ20101050150
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者譚潤欽, 谷文浩, 郭麗芳 申請(qǐng)人:輝芒微電子(深圳)有限公司