專利名稱：并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一功率因子校正(power factorcorrection, PFC)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
功率因子校正(power factor correction, PFC)轉(zhuǎn)換器用來改善交流(AC)電源 的功率因子。功率因子校正的目的在于控制一 AC線輸入電流的波形使其具有正弦曲線， 并維持波形變化正相于AC線輸入電壓。經(jīng)由橋式整流器，獲得相對于PFC轉(zhuǎn)換器的參考 接地為正值的一直流輸入電壓。PFC轉(zhuǎn)換器的詳細技術(shù)可在多個現(xiàn)有技術(shù)中獲得，例如美 國專利號 7，116，090，標題為”Switching Control Circuit for Discontinuous Mode PFC Converters”的專利。高電流需求減少了 PFC轉(zhuǎn)換器的效率。參閱以下式子，PFC轉(zhuǎn)換器的 功率損失PMSS與其輸入電流成指數(shù)比例。PLOss = I2 X R--------------------------------(1)其中，I表示PFC轉(zhuǎn)換器的輸入電流，而R表示切換裝置的阻抗，例如電感器與晶 體管等等的電阻。因此，需要減少功率損失以提高PFC轉(zhuǎn)換器的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種并聯(lián)功率因子校正(power factor correction, PFC)轉(zhuǎn)換器，其 包括第一功率因子校正電路、第二功率因子校正電路、分壓器、第一電阻器、以及一第二電 阻器。第一功率因子校正電路在并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器的輸出端上產(chǎn)生輸出電壓。第二 功率因子校正電路與第一功率因子校正電路并聯(lián)，用以產(chǎn)生輸出電壓。分壓器接收輸出電 壓以產(chǎn)生第一回授信號以及第二回授信號。第一回授信號被提供給第一功率因子校正電 路，且第二回授信號被提供給第二功率因子校正電路。第一回授信號高于第二回授信號。第 一功率因子校正電路包括第一切換控制電路，用以產(chǎn)生第一切換信號來調(diào)整該輸出電壓。 第一切換信號的最大導(dǎo)通時間被限制以決定第一功率因子校正電路的最大輸出功率。第一 功率因子校正電路包括第一最大導(dǎo)通時間電路，用以決定第一切換信號的最大導(dǎo)通時間。 第一切換信號的最大導(dǎo)通時間可被編程。第一電阻器耦接第一切換控制電路，用以編程第 一切換信號的最大導(dǎo)通時間。第一功率因子校正電路包括第一限流電路，用以限制第一功 率因子校正電路的最大切換電流。第二功率因子校正電路包括第二切換控制電路，用以產(chǎn) 生一第二切換信號來調(diào)整該輸出電壓。第二切換信號的最大導(dǎo)通時間被限制以決定第二功 率因子校正電路的最大輸出功率。第二功率因子校正電路包括第二最大導(dǎo)通時間電路，用以決定第二切換信號的最 大導(dǎo)通時間。第二電阻器耦接第二切換控制電路，用以編程第二切換信號的最大導(dǎo)通時間。 第二功率因子校正電路包括第二限流電路，用以限制第二功率因子校正電路的最大切換電流。
3
本發(fā)明的目的在于降低功率損失以改善功率因子校正轉(zhuǎn)換器的效率。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的并聯(lián)功率因子校正(PFC)
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的PFC電路；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的切換控制電路；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的延遲電路；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的斜坡產(chǎn)生器；以及
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的混波電路。
附圖符號說明
圖1
10 4 喬式整流器；20、30、50 PFC 電路；
25、35、55 編程電阻器
70 -電容器；71、72、73、75 電阻器；
T - 丄AC- AC線輸入電流；Vi、V2、VN 回授信號；
VAC-- AC線輸入電壓；VIN 整流輸入電壓；
V0 DC輸出電壓；
圖2
60 -電感器；80 晶體管；
85 -整流器；86 電容器；
90 -電阻器；93 電容器；
100 切換控制電路；VD 檢測電壓；
VG 切換信號；Vs 切換電流信號；
圖3
110、115、116 比較器；
120 誤差放大器；130 與門；
131 反相器；135 或門；
140 觸發(fā)器；200 延遲電路；
300 斜坡產(chǎn)生器；350 混波電路；
INH 禁制信號；MD 最大工作周期信號；
RMP 斜波信號；VD 檢測電壓；
V - VFB-回授信號；VK 參考電壓；
VK1、VK2 臨界電壓；vff 混波信號；
圖4
205 電阻器；
210,215 運算放大器；220、230、231 晶體管；
250 電流源；260 電容器；
270 晶體管；280 反相器；
^231、I25Q 電流； Ic 充電電流；
〃臨界電壓；
圖5
310 ‘ 運算放大器；
315、316、317、318 晶體管
319 ‘ 電容器；320 與非門；
325 ‘ 比較器；330 觸發(fā)器；
331 ‘ 反相器；VE4' 參考電壓；
vK5 〃臨界電壓；T - J-317吣電流；
圖6
361 ‘ 運算放大器；362 緩沖放大器
373、374、375 晶體管；
391 ‘ 電阻器；392 電阻器；
T - J-375吣電流。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結(jié) 合附圖詳細說明如下。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的一并聯(lián)功率因子校正(power factorcorrection,PFC)轉(zhuǎn)換器。通過PFC轉(zhuǎn)換，交流(AC)線輸入電壓VAC轉(zhuǎn)換為直流(DC) 輸出電壓I。橋式整流器10接收AC線輸入電壓\c以及AC線輸入電流IAC以產(chǎn)生整流輸 入電壓VIN。PFC電路20在PFC轉(zhuǎn)換器的輸出端產(chǎn)生DC輸出電壓V。。電容器70耦接于PFC 轉(zhuǎn)換器的輸出端，以維持DC輸出電壓VQ。PFC電路30與PFC電路50與第一 PFC電路20并 聯(lián)，以產(chǎn)生上述DC輸出電壓V。。一分壓器包括串聯(lián)的電阻器71、72、73、及75。此分壓器接 收DC輸出電壓V。以分別產(chǎn)生回授信號Vi、V2、以及VN?；厥谛盘柫x通過PFC電路20的回授 端FB而提供至PFC電路20。回授信號V2通過PFC電路30的回授端FB而提供至PFC電路 30?；厥谛盘杹V1<通過PFC電路50的回授端FB而提供至PFC電路50?；厥谛盘柫Ω哂诨?授信號V2，且回授信號V2高于回授信號VN。PFC電路20包括第一切換控制電路，其產(chǎn)生第 一切換信號以調(diào)整PFC電路20的輸出。第一切換信號的最大導(dǎo)通時間受限于PFC電路20 的一最大導(dǎo)通時間電路，以決定PFC電路20的最大輸出功率。第一切換信號的最大導(dǎo)通時 間為可編程的。編程電阻器25耦接PFC電路20的第一切換控制電路，以編程第一切換信 號的最大導(dǎo)通時間。PFC電路20還包括一限流電路，以決定PFC電路20的最大切換電流。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的一 PFC電路，例如圖1的PFC電路20、30、及50。 晶體管80通過電感器60與整流器85，切換來自PFC電路的整流輸入電壓VIN的能量，以產(chǎn) 生跨于電容器86的DC輸出電壓V。。切換控制電路100在其輸出端OUT上產(chǎn)生一切換信號 VG,以驅(qū)動晶體管80。電容器93耦接切換控制電路100的補償端COM，以提供頻率補償給低 于線頻率的低頻帶。當晶體管80被切換信號\所導(dǎo)通時，電感器60將通過晶體管80而 充電。電阻器90耦接晶體管80，以將流經(jīng)晶體管80的電感器電流轉(zhuǎn)換為一切換電流信號 \。切換電流信號vs接著被提供至切換控制電路100的感測端VS。一旦切換電流信號vs 超過一臨界電壓VK2時，切換信號Ve被禁能以截止晶體管80，這實現(xiàn)了對PFC電路的逐周期(cycle-by-cycle)的電流限制。當晶體管80被切換信號V。截止時，儲存在電感器60的能 量將被釋放，以通過整流器85在PFC電路的輸出端OUT上產(chǎn)生DC輸出電壓V。。當電感器 60的放電電流下降至零時，將在電感器60的輔助線圈上檢測到零電壓。切換控制電路100 的檢測端VD通過電阻器91耦接電感器60的輔助線圈，用來檢測上述零電流狀態(tài)。在檢測 到零電流狀態(tài)后，將產(chǎn)生檢測電壓VD。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的切換控制電路100。斜坡產(chǎn)生器300相應(yīng)切換信 號\來產(chǎn)生一斜坡信號RMP與最大工作周期信號MD。切換控制電路100的端點MOT耦接 斜坡產(chǎn)生器300，以決定斜坡信號RMP的上升斜率(slew rate)并決定切換信號\的最大 導(dǎo)通時間。圖1的編程電阻器25、35、及55分別耦接PFC電路20、30、及50的端點M0TR，以 決定各自切換信號\的最大導(dǎo)通時間。PFC電路20、30、及50的切換控制電路的端點MOT 分別耦接PFC電路20、30、及50的端點M0TR。切換信號V。的最大導(dǎo)通時間也決定了切換信號V。的最小切換頻率，其避免切換頻 率落入音頻頻帶。誤差放大器120的正端接收參考電壓VK。誤差放大器120的負端通過切 換控制電路100的回授端VFB來耦接PFC轉(zhuǎn)換器的輸出。切換控制電路100的回授端VFB 接收回授信號VFB，例如回授信號\、V2、VN。誤差放大器120的輸出端產(chǎn)生一誤差信號，用 以調(diào)整PFC轉(zhuǎn)換器的DC輸出電壓V。。誤差放大器120為一轉(zhuǎn)導(dǎo)誤差放大器。誤差放大器 120的輸出端還耦接切換控制電路100的補償端COM?；觳娐?50產(chǎn)生一混波信號Vw，其 與斜坡信號RMP與切換電流信號Vs成比例。比較器115的負端耦接誤差放大器120的輸出 端。比較器115的正端接收混波信號Vw。比較器115的輸出端產(chǎn)生第一重置信號，其被提 供至或門135的第一輸入端。比較器116產(chǎn)生第二重置信號，其被提供至或門135的第二 輸入端?；蜷T135的第三輸入端接收最大工作周期信號MD。比較器116作為限流電路，其 比較臨界電壓VK2與切換電流信號Vs，以實現(xiàn)逐周期的電流限制?；蜷T135的輸出端用來重 置觸發(fā)器140。觸發(fā)器140則用來產(chǎn)生切換信號\。比較器110比較在檢測端VD上的檢 測電壓VD與臨界電壓VK1。當檢測電壓VD低于臨界電壓VK1時，在比較器110的輸出端上產(chǎn) 生一檢測信號。檢測信號被提供至與門130的第一輸入端。觸發(fā)器140由該檢測信號通過 與門130來致能。因此，切換信號\相應(yīng)于檢測信號而被致能，且一旦混波信號乂 高于誤 差信號時，切換信號\則被禁能。此外，一延遲電路200于切換信號\被禁能時用來產(chǎn)生 一禁制信號INH。通過反相器131，該禁制信號INH被提供至與門130的第二輸入端。禁制 信號INH提供一延遲時間來延遲致能切換信號\，且因此決定了切換信號\的最大切換頻 率。在圖3中，斜坡產(chǎn)生器300、或門135、觸發(fā)器140、以及耦接各自PFC電路20/30/50的 端點M0TR的編程電阻器25/35/55形成了一最大導(dǎo)通時間電路，用以限制切換信號\的最 大導(dǎo)通時間。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的延遲電路200。運算放大器210與215的正端分 別連接補償端COM與接收臨界電壓VK3。運算放大器215的負端與輸出端彼此連接。運算 放大器210的輸出端耦接晶體管220的柵極。晶體管220的源極耦接運算放大器210的負 端。電阻器205耦接于晶體管220的源極與運算放大器215的輸出端之間，晶體管230與 231形成一電流鏡。電流鏡的輸入端耦接晶體管220的漏極，電流源250與晶體管231并 聯(lián)。電流鏡的輸出端耦接晶體管270的漏極與反相器280的輸入端。晶體管270的柵極接 收切換信號\。晶體管270的源極耦接參考接地。電容器260與晶體管270并聯(lián)。運算放大器210接收由圖3的誤差放大器120所產(chǎn)生的誤差信號。運算放大器210及215、電阻 器205、以及晶體管220、230、及231相耦接以產(chǎn)生電流1231。電流源250提供電流125(1。藉 由加總電流1231與電流125(1來產(chǎn)生充電電流Ic。電流125(1確保充電電流的最小量。電流 1231與誤差信號成比例。由延遲電路200所產(chǎn)生的延遲時間由充電電流與電容器260的 電容值來決定。因此，延遲時間隨著誤差信號的減少而增加。相對于負載的減少，誤差信號 則相應(yīng)比例地減少。臨界電壓VK3定義了誤差信號的一輕載條件。當切換信號\被致能而 導(dǎo)通晶體管270時，電容器260將被放電。當切換信號\被禁能時，電容器260則將被充 電。反相器280連接電容器260以產(chǎn)生禁制信號INH。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的斜坡產(chǎn)生器300。運算放大器310、晶體管315、316 及317、以及編程電阻器(例如圖1的編程電阻器25)形成第一電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器。第一電 壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器接收參考電壓VK4以產(chǎn)生電流1317。電流1317用來對電容器319充電，以產(chǎn) 生斜坡信號RMP。電流1317決定斜坡信號RMP的上升斜率。與非門320的第一輸入端接收 切換信號I。與非門320的輸出端耦接晶體管318的柵極，當切換信號\被禁能時，用以使 電容器319放電。此外，一旦跨于電容器319的電壓高于臨界電壓VK5時，電容器319將被 放電。這決定了切換信號\的最大導(dǎo)通時間。比較器325的輸出端用來重置觸發(fā)器330。 反相器331由比較器325的輸出端來驅(qū)動，以產(chǎn)生最大工作周期信號MD。觸發(fā)器330由切 換信號\來設(shè)定。觸發(fā)器330的輸出端耦接與非門320的第二輸入端。因此，電流1317、電 容器319、以及臨界電壓VK5決定了斜坡信號RMP的最大持續(xù)期間，更決定了切換信號\的 最大導(dǎo)通時間。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的混波電路350。運算放大器361、電阻器391、以及 晶體管373、374及375形成第二電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器。第二電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器接收斜坡信號 RMP以產(chǎn)生電流1375。切換電流信號Vs被提供至緩沖放大器362。電流1375被提供至電阻器 392，其中，電阻器392耦接緩沖放大器362的輸出端。因此，自電阻器392獲得的混波信號 Vff與斜波信號RMP和切換電流信號\的總合成比例。切換電流信號\的上升斜率隨著整 流輸入電壓VIN的增加而增加。因此，混波信號Vw的上升斜率隨著整流輸入電壓VIN的增加 而增加。因此，相對于整流輸入電壓VIN的減少，切換信號\的導(dǎo)通時間成比例地增加。調(diào) 變切換信號\的導(dǎo)通時間有助于減少PFC轉(zhuǎn)換器的輸入電流諧波。本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可做若干的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保 護范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
一種并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，包括第一功率因子校正電路，用以在所述并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器的輸出端上產(chǎn)生輸出電壓；第二功率因子校正電路，與所述第一功率因子校正電路并聯(lián)，用以產(chǎn)生所述輸出電壓；以及分壓器，接收所述輸出電壓，用以產(chǎn)生第一回授信號以及第二回授信號；其中，所述第一回授信號被提供給所述第一功率因子校正電路，且所述第二回授信號被提供給所述第二功率因子校正電路；以及其中，所述第一回授信號高于所述第二回授信號。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一功率因子校正電路 包括第一切換控制電路，用以產(chǎn)生第一切換信號來調(diào)整所述輸出電壓，所述第一切換信號 的最大導(dǎo)通時間被限制以決定所述第一功率因子校正電路的最大輸出功率。
3.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一功率因子校正電路 包括第一最大導(dǎo)通時間電路，用以決定所述第一切換信號的所述最大導(dǎo)通時間。
4.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一切換信號的所述最 大導(dǎo)通時間可被編程。
5.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，還包括第一電阻器，耦接所述第一 切換控制電路，用以編程所述第一切換信號的所述最大導(dǎo)通時間。
6.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一功率因子校正電路 包括第一限流電路，用以限制所述第一功率因子校正電路的最大切換電流。
7.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二功率因子校正電路 包括第二切換控制電路，用以產(chǎn)生第二切換信號來調(diào)整所述輸出電壓，所述第二切換信號 的最大導(dǎo)通時間被限制以決定所述第二功率因子校正電路的最大輸出功率。
8.如權(quán)利要求7所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二功率因子校正電路 包括第二最大導(dǎo)通時間電路，用以決定所述第二切換信號的所述最大導(dǎo)通時間。
9.如權(quán)利要求7所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，還包括第二電阻器，耦接所述第二 切換控制電路，用以編程所述第二切換信號的所述最大導(dǎo)通時間。
10.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)功率因子校正轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二功率因子校正電路 包括第二限流電路，用以限制所述第二功率因子校正電路的最大切換電流。
全文摘要
一種并聯(lián)功率因子校正(PFC)轉(zhuǎn)換器，其包括第一PFC電路、第二PFC電路、以及分壓器。第二PFC電路與第一PFC電路相并聯(lián)，用以產(chǎn)生并聯(lián)PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。分壓器接收輸出電壓以產(chǎn)生第一回授信號及第二回授信號。第一回授信號高于第二回授信號。第一PFC電路與第二PFC電路分別包括第一切換控制電路與第二切換控制電路，用以調(diào)整輸出電壓。本發(fā)明的目的在于降低功率損失以改善PFC轉(zhuǎn)換器的效率。
文檔編號H02M1/42GK101800468SQ20101015528
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者張建, 李銘軒, 楊世仁, 楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司