專利名稱：用于無(wú)橋式功率因數(shù)校正的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的標(biāo)的物大體涉及功率因數(shù)校正，且更特定來(lái)說(shuō)涉及用于無(wú)橋式功率因數(shù)校正的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)經(jīng)定義為流到負(fù)載的真實(shí)功率與表觀功率的比率。舉例來(lái)說(shuō)，具有正弦電流和電壓波形的AC電功率系統(tǒng)的功率因素是電流與電壓波形之間的相位角的余弦。具有非正弦電流或電壓波形的AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)由若干因數(shù)構(gòu)成，其中包括與相位角有關(guān)的位移因數(shù)以及與非正弦波形狀有關(guān)的失真因數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，真實(shí)功率(例如，瓦)可經(jīng)定義為產(chǎn)生真實(shí)功的功率，無(wú)功功率可經(jīng)定義為產(chǎn)生磁場(chǎng)所需要的功率(例如，損耗功率)以使得能夠做出真實(shí)功，且表觀功率可經(jīng)定義為產(chǎn)生所要真實(shí)功率所需要的總功率。AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)可在0與1之間變動(dòng)， 其中1表示沒(méi)有無(wú)功功率損耗的純電阻電路。當(dāng)AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)不是1時(shí)，電流波形不遵循電壓波形，從而不僅導(dǎo)致功率損耗，而且可能造成行進(jìn)穿過(guò)AC電功率系統(tǒng)的諧波，從而可能中斷其它裝置。因此，功率因數(shù)校正(PFC)電路可用以增大AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人已尤其認(rèn)識(shí)到一種改進(jìn)的無(wú)橋式功率因數(shù)校正(PFC)電路。在一實(shí)例中，所述PFC電路可包括第一開(kāi)關(guān)和控制電路，所述控制電路經(jīng)配置以提供切換循環(huán)， 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述切換循環(huán)的載波信號(hào)，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。在一實(shí)例中，所述控制電路可接收指示通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的電流的第一信號(hào)，且使用所述第一信號(hào)與所述載波信號(hào)的比較來(lái)產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)。在一實(shí)例中，所述控制電路可在所述切換循環(huán)的開(kāi)始處起始所述載波信號(hào)，且提供對(duì)應(yīng)于所述PFC 電路的所述切換循環(huán)的持續(xù)時(shí)間的分?jǐn)?shù)(例如，一半、三分之一，等等)的載波信號(hào)持續(xù)時(shí)間。此概述旨在提供對(duì)本專利申請(qǐng)案的標(biāo)的物的概述。其不希望提供對(duì)本發(fā)明的排他性或詳盡解釋。包括具體實(shí)施方式
以提供關(guān)于本專利申請(qǐng)案的更多信息。
在附圖中，附圖未必按比例繪制，相同標(biāo)號(hào)可在不同視圖中描述相似組件。具有不同字母后綴的相同標(biāo)號(hào)可表示相似組件的不同例子。附圖大體上借助于實(shí)例而非借助于限制來(lái)說(shuō)明在本文獻(xiàn)中所論述的各種實(shí)施例。圖1大體上說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)橋式PFC電路。圖2A大體上說(shuō)明用于現(xiàn)有無(wú)橋式PFC電路的控制方案。圖2B大體上說(shuō)明使用圖2A的控制方案產(chǎn)生的門控脈沖。
圖3大體上說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明標(biāo)的物的一個(gè)實(shí)例的具有控制電路的無(wú)橋式功率因數(shù)校正電路。圖4大體上說(shuō)明使用圖3的控制方案產(chǎn)生的門控脈沖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明標(biāo)的物包括用于無(wú)橋式PFC的改進(jìn)式功率因數(shù)校正(PFC)和較低總諧波失真的設(shè)備和方法，即使當(dāng)所述無(wú)橋式PFC包括較小電感值時(shí)亦如此。圖1大體上說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)橋式PFC電路100。無(wú)橋式PFC電路100耦合到AC 源101且提供DC輸出102。無(wú)橋式PFC電路100包括串聯(lián)耦合于DC輸出102的正軌道與負(fù)軌道之間的第一開(kāi)關(guān)103和第一二極管104，以及串聯(lián)耦合于DC輸出102的正軌道與負(fù)軌道之間的第二開(kāi)關(guān)105和第二二極管106。AC源101通過(guò)第一和第二電感器107、108耦合到位于第一開(kāi)關(guān)103與第一二極管104以及第二開(kāi)關(guān)105與第二二極管106中的每一對(duì)之間的相應(yīng)第一和第二結(jié)109、110。無(wú)橋式PFC電路100包括分壓器111和比較器112，其經(jīng)配置以向無(wú)橋式PFC電路100的控制器114提供輸出電壓誤差信號(hào)113。另外，控制器 114接收從第一和第二取樣電阻器116、117導(dǎo)出的電流感測(cè)電壓115，所述第一和第二取樣電阻器116、117分別耦合到第一和第二開(kāi)關(guān)103、105。無(wú)橋式PFC電路100經(jīng)配置以使用第一或第二開(kāi)關(guān)103、105中的一者在第一和第二電感器107、108中起始電流流動(dòng)，且接著使用另一開(kāi)關(guān)的體二極管(body diode)將電流流動(dòng)重新引導(dǎo)到負(fù)載。在一實(shí)例中，第一或第二開(kāi)關(guān)103、105中的一者的工作循環(huán)可對(duì)電流波形進(jìn)行整形，使得可在電路的輸入處維持近似單位功率因數(shù)。當(dāng)電流波形與輸入電壓波形同相且形狀相同時(shí)建立單位功率因數(shù)。圖2A大體上說(shuō)明用于無(wú)橋式PFC電路的現(xiàn)有技術(shù)控制方案214。圖2B大體上說(shuō)明使用圖2A的控制方案產(chǎn)生的門控脈沖219?？刂品桨?14包括可復(fù)位式積分載波信號(hào) (/ Vm) 220。積分器222的載波信號(hào)斜坡221受PFC電路的輸出電壓的誤差(Vra)影響。載波信號(hào)斜坡221在切換循環(huán)(Ts)期間從零增加到參考電壓Vm。另外，載波信號(hào)斜坡221的周期跨越PFC控制電路的整個(gè)切換循環(huán)(Ts)。在所說(shuō)明的控制方案中，無(wú)橋式PFC電路的電感器電流是使用開(kāi)關(guān)的傳導(dǎo)電流來(lái)感測(cè)的且表示為電壓Vsns，其中Vsns = GrcRsIs，其中Rs 為感測(cè)電阻器(例如，第一電阻器116、第二電阻器117等)，Is為穿過(guò)感測(cè)電阻器Rs的電流，且Gdc為感測(cè)增益。通過(guò)根據(jù)輸入電壓波形的形狀控制每一切換間隔處的電感器的峰值電流來(lái)估計(jì)輸入電流波形的形狀?？赏ㄟ^(guò)控制第一和第二開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)來(lái)估計(jì)電感器的峰值電流的控制。第一和第二開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)可根據(jù)第一和第二開(kāi)關(guān)的傳導(dǎo)電流(例如，Vm-GD。RsIs)與上文所描述的可復(fù)位式積分載波信號(hào)(f Vm) 220的比較來(lái)確定。可在平均電感器電流與輸入電壓波形成比例且同相時(shí)大致上實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。使用無(wú)橋式PFC電路中的第一和第二開(kāi)關(guān)的傳導(dǎo)電流來(lái)感測(cè)電感器電流。圖1的實(shí)例中的第一或第二開(kāi)關(guān)中的一者的工作循環(huán)可控制切換循環(huán)的峰值電流。因而，峰值電感器電流波形的形狀可與輸入電壓波形成比例且同相。因此，只要電感器電流具有非常小的波動(dòng)以使得電感器電流的峰值幾乎與電感器電流的平均值相同，此應(yīng)用于正弦線電壓的控制就會(huì)導(dǎo)致單位功率因數(shù)。然而，小波動(dòng)電流需要非常大的電感器，這歸因于尺寸和成本約束而在實(shí)際應(yīng)用中幾乎是不可能的。在實(shí)際應(yīng)用中，電感器電流總是具有某一量的波動(dòng)且這使得平均電感器電流不同于峰值電感器電流。所以，現(xiàn)有技術(shù)的控制技術(shù)致使線電流失真且此失真限制控制方案214 獲得單位功率因數(shù)的能力。圖2A的控制方案214的特性可以數(shù)學(xué)方式來(lái)展示。舉例來(lái)說(shuō)， 用于一個(gè)切換周期的載波信號(hào)220可表達(dá)為
權(quán)利要求
1.一種無(wú)橋式功率因數(shù)校正電路，其經(jīng)配置以耦合到交流源和直流負(fù)載，所述電路包含第一開(kāi)關(guān)；控制電路，其經(jīng)配置以提供切換循環(huán)，根據(jù)所述切換循環(huán)產(chǎn)生載波信號(hào)，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)；其中所述控制電路經(jīng)配置以接收指示通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的電流的第一信號(hào)，且使用所述第一信號(hào)與所述載波信號(hào)的比較來(lái)產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)；且其中所述控制電路經(jīng)配置以在所述切換循環(huán)的開(kāi)始處起始所述載波信號(hào)，且其中載波信號(hào)持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于所述切換循環(huán)的持續(xù)時(shí)間的分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述載波信號(hào)在所述載波信號(hào)持續(xù)時(shí)間期間從第一電壓減小到第二電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的電路，其中所述第一信號(hào)包括指示通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的所述電流的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的電路，其中所述控制電路經(jīng)配置以產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)包括用于所述第一開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)，所述工作循環(huán)是使用所述載波信號(hào)越過(guò)所述第一信號(hào)所處的時(shí)間來(lái)確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述工作循環(huán)的分?jǐn)?shù)為從所述切換循環(huán)的所述開(kāi)始到所述載波信號(hào)越過(guò)所述第一信號(hào)所處的所述時(shí)間的間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其包括脈沖擴(kuò)展器，所述脈沖擴(kuò)展器經(jīng)配置以使用所述間隔來(lái)提供用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述工作循環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的電路，其中所述載波信號(hào)持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于所述切換循環(huán)的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述控制電路經(jīng)配置以產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)包括用于所述第一開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)，所述工作循環(huán)是使用所述載波信號(hào)越過(guò)所述第一信號(hào)所處的時(shí)間來(lái)確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述工作循環(huán)的一半為從所述切換循環(huán)的所述開(kāi)始到所述載波信號(hào)越過(guò)所述第一信號(hào)所處的所述時(shí)間的間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其包括脈沖擴(kuò)展器，所述脈沖擴(kuò)展器經(jīng)配置以使所述間隔加倍以提供用于所述第一開(kāi)關(guān)的所述工作循環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的電路，其包括光耦合器電路以感測(cè)所述 AC源的極性狀態(tài)，所述光耦合器電路進(jìn)一步經(jīng)配置以基于所述所感測(cè)的極性狀態(tài)來(lái)選擇性地將所述控制電路的輸出耦合到所述第一開(kāi)關(guān)的控制輸入。
12.—種用以使用無(wú)橋式功率因數(shù)校正電路來(lái)改進(jìn)功率因數(shù)校正的方法，所述方法包含產(chǎn)生所述功率因數(shù)校正電路的切換循環(huán)；產(chǎn)生載波信號(hào)以最初接通所述無(wú)橋式功率因數(shù)校正電路的第一開(kāi)關(guān)，其中產(chǎn)生所述載波信號(hào)包括在同所述無(wú)橋式功率因數(shù)校正電路的DC輸出電壓與第一參考電壓之間的差異有關(guān)的第一電壓下起始所述載波信號(hào)的斜變；以及在第一間隔期間使所述載波信號(hào)斜變到第二參考電壓，所述第一間隔等效于所述功率因數(shù)校正電路的所述切換循環(huán)的分?jǐn)?shù)；使用所述載波信號(hào)與指示電流傳導(dǎo)的電壓的比較來(lái)起始通過(guò)所述功率因數(shù)校正電路的所述第一開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；感測(cè)從所述電流傳導(dǎo)的所述起始到當(dāng)所述載波信號(hào)等于指示所述電流傳導(dǎo)的所述電壓時(shí)的時(shí)間的第一開(kāi)關(guān)間隔；以及在第二開(kāi)關(guān)間隔之后終止通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)，所述第二開(kāi)關(guān)間隔是從所述電流傳導(dǎo)的所述起始開(kāi)始測(cè)量的；其中所述第二開(kāi)關(guān)間隔為所述第一開(kāi)關(guān)間隔的倍數(shù)；且其中所述倍數(shù)與所述切換循環(huán)的所述分?jǐn)?shù)有關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述使所述載波信號(hào)斜變包括在第一間隔期間使所述載波信號(hào)斜變到第二參考電壓，所述第一間隔等效于所述功率因數(shù)校正電路的所述切換循環(huán)的約一半。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述終止通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)包括在所述第二開(kāi)關(guān)間隔之后終止通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；其中所述第二開(kāi)關(guān)間隔是從所述電流傳導(dǎo)的所述起始開(kāi)始測(cè)量的；且其中所述第二開(kāi)關(guān)間隔為所述第一開(kāi)關(guān)間隔的兩倍長(zhǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一權(quán)利要求所述的方法，其中起始通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的電流傳導(dǎo)包括確定耦合到所述功率因數(shù)校正電路的AC源的第一極性狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一權(quán)利要求所述的方法，其包括使用所述載波信號(hào)與指示通過(guò)第二開(kāi)關(guān)的電流傳導(dǎo)的電壓的比較來(lái)起始通過(guò)所述功率因數(shù)校正電路的所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；感測(cè)從通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始到當(dāng)所述載波信號(hào)等于指示通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述電壓時(shí)的時(shí)間的第三開(kāi)關(guān)間隔； 在第四開(kāi)關(guān)間隔之后終止通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)； 其中所述第四開(kāi)關(guān)間隔是從通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始開(kāi)始測(cè)量的；且其中所述第四開(kāi)關(guān)間隔為所述第三開(kāi)關(guān)間隔的倍數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述使所述載波信號(hào)斜變包括在第一間隔期間使所述載波信號(hào)斜變到第二參考電壓，所述第一間隔等效于所述功率因數(shù)校正電路的所述切換循環(huán)的約一半。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述終止通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)包括在第四開(kāi)關(guān)間隔之后終止通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；其中所述第四開(kāi)關(guān)間隔是從通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始開(kāi)始測(cè)量的；且其中所述第四開(kāi)關(guān)間隔為所述第三開(kāi)關(guān)間隔的兩倍長(zhǎng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述起始通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的電流傳導(dǎo)包括確定耦合到所述功率因數(shù)校正電路的AC源的第一極性狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述起始通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)的電流傳導(dǎo)包括確定耦合到所述功率因數(shù)校正電路的所述AC源的第二極性狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明論述一種改進(jìn)的無(wú)橋式功率因數(shù)校正(PFC)電路。在一實(shí)例中，所述PFC電路可包括第一開(kāi)關(guān)和控制電路，所述控制電路經(jīng)配置以提供切換循環(huán)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述切換循環(huán)的載波信號(hào)，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。在一實(shí)例中，所述控制電路可接收指示通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)的電流的第一信號(hào)，且使用所述第一信號(hào)與所述載波信號(hào)的比較來(lái)產(chǎn)生用于所述第一開(kāi)關(guān)的工作循環(huán)。在一實(shí)例中，所述控制電路可在所述切換循環(huán)的開(kāi)始處起始所述載波信號(hào)，且提供對(duì)應(yīng)于所述PFC電路的所述切換循環(huán)的持續(xù)時(shí)間的分?jǐn)?shù)(例如，一半、三分之一，等等)的載波信號(hào)持續(xù)時(shí)間。
文檔編號(hào)H02M7/219GK102386759SQ20111025390
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者崔恒碩 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司