增強(qiáng)型功率因數(shù)校正的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及功率轉(zhuǎn)換器，更具體地涉及與開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的技術(shù)和電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] -些電路可使用功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器從電源接收功率輸入并將該功率輸入 轉(zhuǎn)換為功率輸出，與該功率輸入的電壓電平或電流電平相比，該功率輸出具有不同的（例 如，調(diào)節(jié)過的）電壓電平或電流電平。該轉(zhuǎn)換器輸出電力用于為部件、電路或其他電氣設(shè)備 供電。基于開關(guān)的功率轉(zhuǎn)換器可以使用半橋電路和信號(hào)調(diào)制技術(shù)，以調(diào)節(jié)功率輸出的電流 電平或電壓電平。在一些示例中，功率轉(zhuǎn)換器可使用另外的反饋控制電路和技術(shù)（例如，電 壓檢測(cè)、電流檢測(cè)等），以提高該功率輸出的電壓電平或電流電平的精確度和對(duì)其的控制。 這些用于提高功率輸出的電壓或電流的精確度和對(duì)功率輸出的電壓或電流的控制的前述 技術(shù)和電路可能會(huì)減少該功率轉(zhuǎn)換器的總效率和/或增加該功率轉(zhuǎn)換器的物理尺寸、復(fù)雜 度和/或成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 通常，可優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)和總諧波失真（THD，total harmonic distortion)的技術(shù)和電路被描述。在一些示例中，該功率轉(zhuǎn)換器可以是單級(jí)功率轉(zhuǎn)換 器。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所描述的技術(shù)也可被應(yīng)用于具有兩級(jí)或多級(jí)的功率轉(zhuǎn)換器 (例如，雙級(jí)功率轉(zhuǎn)換器）。在示例中，所提出的方法還允許將功率因數(shù)校正（PFC)級(jí)和功 率轉(zhuǎn)換級(jí)組合成單級(jí)功率轉(zhuǎn)換器，同時(shí)通過使用一個(gè)級(jí)執(zhí)行PFC和電源轉(zhuǎn)換兩者，維持優(yōu) 良的功率因數(shù)以最小化尺寸和成本。本文所描述的技術(shù)可利用功率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制。該 功率轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行可基于各種參數(shù)（例如，輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出功率、輸入 濾波器阻抗、AC輸入的相位角和其他參數(shù)）被調(diào)整。
[0004] 在一些示例中，該功率轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行可根據(jù)關(guān)于輸入濾波器的行為的知識(shí)（例 如，在輸入濾波器中被使用的電容器的電容、輸入濾波器的阻抗等）被調(diào)諧，這可導(dǎo)致該已 知的輸入濾波器阻抗和功率轉(zhuǎn)換器阻抗的結(jié)合的優(yōu)化的功率因數(shù)，而不論線路側(cè)（即，輸 入電壓側(cè)或負(fù)載側(cè)，也就是功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓側(cè)）上的變化。
[0005] 在一個(gè)示例中，本公開指向一種功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)和控制器，該 控制器被配置為測(cè)量第一參數(shù)、確定第二參數(shù)，并且基于該第一參數(shù)和第二參數(shù)動(dòng)態(tài)地調(diào) 制該開關(guān)的占空比（duty cycle)。對(duì)占空比的調(diào)制可在該控制環(huán)路之外并且獨(dú)立于該控制 環(huán)路。該調(diào)制的頻率可來源于輸入頻率，并且能夠獨(dú)立于開關(guān)頻率和控制環(huán)路頻率。
[0006] 在另一個(gè)示例中，本公開指向一種方法，該方法包括測(cè)量第一參數(shù)，確定第二參 數(shù)，并且基于該第一參數(shù)和第二參數(shù)動(dòng)態(tài)地調(diào)制開關(guān)的占空比，該開關(guān)控制功率轉(zhuǎn)換器。
[0007] 在另一個(gè)示例中，本公開指向一種功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器具有開關(guān)裝置、用于 測(cè)量第一參數(shù)的裝置、用于確定第二參數(shù)的裝置以及用于基于該第一參數(shù)和第二參數(shù)動(dòng)態(tài) 地調(diào)制該開關(guān)的占空比的裝置。例如，對(duì)占空比的調(diào)制是對(duì)接通時(shí)間（on-time)的調(diào)制或 對(duì)開關(guān)周期或開關(guān)頻率的調(diào)制。
[0008] -個(gè)或多個(gè)示例的詳細(xì)內(nèi)容在附圖和下面的【具體實(shí)施方式】中進(jìn)行了陳述。本公開 的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)從【具體實(shí)施方式】和附圖以及權(quán)利要求中是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009] 圖1是示出依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的一種示例系統(tǒng)的方框圖，該示例系統(tǒng) 用于從電源轉(zhuǎn)換功率；
[0010] 圖2是示出依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的一種示例功率轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0011] 圖3是示出一種簡(jiǎn)化的輸入濾波器電路的示例的示意圖，該輸入濾波器電路依照 本文所描述的系統(tǒng)和方法可與功率轉(zhuǎn)換器一起被使用；
[0012] 圖4是示出恒定的接通時(shí)間的示例波形的曲線圖；
[0013] 圖5是示出依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的占空比調(diào)制的示例波形的曲線圖，該 調(diào)制使用接通時(shí)間的調(diào)制；
[0014] 圖6是相對(duì)相位角示出電導(dǎo)Gfb和使用接通時(shí)間t Μα)的調(diào)制的占空比調(diào)制的近 似實(shí)施的示例的曲線圖，該近似實(shí)施包括最小飽和及最大飽和；
[0015] 圖7是示出在依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例實(shí)施上與功率因數(shù)相對(duì)的輸 入電壓測(cè)量結(jié)果的曲線圖；
[0016] 圖8是依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面，示出一種用于運(yùn)行示例功率轉(zhuǎn)換器的示例 方法的流程圖；
[0017] 圖9是依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面，示出一種用于運(yùn)行示例功率轉(zhuǎn)換器的示例 方法的流程圖；
[0018] 圖10是依照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面，示出一種示例功率轉(zhuǎn)換器的示例運(yùn)行的 流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 在一些應(yīng)用中，基于開關(guān)的功率轉(zhuǎn)換器（下文中稱為"功率轉(zhuǎn)換器（power converter) "或簡(jiǎn)稱"轉(zhuǎn)換器（converter) "）可接收功率輸入，并且將該功率輸入轉(zhuǎn)換成功 率輸出，例如該功率輸入具有的電壓電平或電流電平不同于（例如，調(diào)整過的）功率輸入的 電壓電平或電流電平，以將該功率輸出提供給濾波器用于為負(fù)載（例如，設(shè)備）供電。如本 文所描述，術(shù)語(yǔ)"升壓（step-up)"指的是功率轉(zhuǎn)換器被配置為接收具有第一電壓電平（或 第一電流電平）的輸入功率信號(hào)，并且輸出具有第二電壓電平（或電流電平）的功率信號(hào)， 該第二電壓電平（或電流電平）大于該第一電壓電平（或電流電平）。同樣如本文所描述 的，術(shù)語(yǔ)"降壓（step-down)"轉(zhuǎn)換器指的是被配置為接收具有第一電壓電平（或第一電流 電平）的輸入功率信號(hào)，并且輸出具有具有第二電壓電平（或電流電平）的功率信號(hào)，該第 二電壓電平（或電流電平）小于該第一電壓電平（或電流電平）的功率轉(zhuǎn)換器。
[0020] 從電源（例如，電力分配網(wǎng)絡(luò)）所吸取功率的質(zhì)量可能具有約束。該約束可涉及 設(shè)備如何從該電源吸取電力會(huì)使該電信號(hào)失真。通常地，該失真可被要求要低。相應(yīng)地，吸 取電力的設(shè)備可需要高功率因數(shù)，即，負(fù)載應(yīng)當(dāng)是電阻式的，而不是電容式或感應(yīng)式的。
[0021] 交流電電力系統(tǒng)的功率因數(shù)是流向負(fù)載的實(shí)際功率與電路中的表觀功率的比值。 功率因數(shù)是-1和1之間的無(wú)量綱數(shù)。實(shí)際功率是在特定時(shí)間用于執(zhí)行工作的電路的能力。 表觀功率是該電路的電流和電壓之積。電容式負(fù)載和感應(yīng)式負(fù)載可存儲(chǔ)能量，并且將其返 回給電源，這可使該電源的波形形狀失真。
[0022] 電容式負(fù)載或感應(yīng)式負(fù)載可通過將能量返回至電源，向電源（比如，電力分配網(wǎng) 絡(luò)）施加壓力，然而電阻式負(fù)載并不會(huì)以此方式向該電力分配網(wǎng)絡(luò)施加應(yīng)力。相反，電阻式 負(fù)載僅吸取電流，而不會(huì)將電流推回至該網(wǎng)絡(luò)之上。如上所述，電容式負(fù)載或感應(yīng)式負(fù)載可 從該網(wǎng)絡(luò)拉取電力，存儲(chǔ)該電力，實(shí)際上未使用該電力中的一些，并且然后將該電力推回至 該電力網(wǎng)絡(luò)。這可比電阻式負(fù)載的電流吸取對(duì)該電力網(wǎng)絡(luò)造成更大的負(fù)面影響。
[0023] -些系統(tǒng)可通過使用兩級(jí)系統(tǒng)或雙級(jí)系統(tǒng)根據(jù)可接受的功率因數(shù)和總諧波失真 (THD)使設(shè)備適應(yīng)電力網(wǎng)絡(luò)，該兩級(jí)系統(tǒng)或雙級(jí)系統(tǒng)具有作為輸入級(jí)的功率因數(shù)校正級(jí)和 作為第二級(jí)的功率轉(zhuǎn)換器。一種示例方法優(yōu)化了單級(jí)功率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)和THD。一些 優(yōu)化功率因數(shù)和THD的示例方式包括（1)雙級(jí)功率轉(zhuǎn)換器的使用，（2)為單級(jí)功率轉(zhuǎn)換器 使用恒定的接通時(shí)間，以及（3)使用瞬時(shí)輸入電壓，以使反激式（flyback)轉(zhuǎn)換器的接通時(shí) 間成形。
[0024] 雙級(jí)功率轉(zhuǎn)換器的使用可包括功率因數(shù)校正（PFC)級(jí)和主電源轉(zhuǎn)換級(jí)。這所具有 的缺點(diǎn)在于其需要"高付出（high effort)"。換言之，這需要兩級(jí)而不是單級(jí)。相應(yīng)地，此 選擇可比其他選擇使用較高的部件數(shù)量。這些額外的部件可增加零件成本，增加該電路在 印刷電路板或裸片上所需要的空間，增加用于該電源供應(yīng)器的材料清單的復(fù)雜度或包括這 種電源供應(yīng)器的設(shè)備的復(fù)雜度。此外，在某些情況下，這些額外的部件可吸取額外的電流， 增加電路的電力消耗。
[0025] 然而，對(duì)于經(jīng)典的單級(jí)功率轉(zhuǎn)換器，對(duì)于功率因數(shù)校正（PFC)的通常解決方案是 使用恒定接通時(shí)間。這通常將對(duì)于高輸出功率和低輸入電壓優(yōu)化功率因數(shù)。相應(yīng)地，如果 輸入濾波器具有有效的非電阻式阻抗，該功率轉(zhuǎn)換器和輸入濾波器的組合的功率因數(shù)可能 是不足的。
[0026] 在一些示例中，功率因數(shù)可通過基于瞬時(shí)輸入電壓使反激式轉(zhuǎn)換器的接通時(shí)間成 某一形狀而被提高。該接通時(shí)間可對(duì)于低輸入電壓被增加，以改善該輸入電流的形狀，因?yàn)?接通時(shí)間與反激式轉(zhuǎn)換器的電導(dǎo)有關(guān)系。這通常改善在輸入信號(hào)的半波結(jié)束時(shí)的輸入電流 形狀。然而，這可在具有非電阻式阻抗輸入濾波器的拓?fù)渲?，使輸入電流在半波開始時(shí)的形 狀變得更壞。換言之，該輸入電流可在輸入信號(hào)的半波開始時(shí)未跟隨輸入電壓。
[0027] 最佳功率因數(shù)出現(xiàn)在AC電流和AC電壓恰好彼此同相時(shí)。所提出的方法允許將功 率因數(shù)校正（PFC)級(jí)和電源轉(zhuǎn)換級(jí)結(jié)合成單級(jí)功率轉(zhuǎn)換器，同時(shí)保持良好的功率因數(shù)。在 一些示例中，這可使大小和成本最小化。
[0028] 功率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控