專利名稱：用于無橋式功率因數(shù)校正的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的標的物大體涉及功率因數(shù)校正，且更特定來說涉及用于無橋式功率因數(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)定義為流到負載的真實功率與表觀功率的比率。舉例來說，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)。一般來說，真實功率(例如，瓦)可經(jīng)定義為產(chǎn)生真實功的功率，無功功率可經(jīng)定義為產(chǎn)生磁場所需要的功率(例如，損耗功率)以使得能夠做出真實功，且表觀功率可經(jīng)定義為產(chǎn)生所要真實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， 其中1表示沒有無功功率損耗的純電阻電路。當AC電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)不是1時，電流波形不遵循電壓波形，從而不僅導(dǎo)致功率損耗，而且可能造成行進穿過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)明人已尤其認識到一種改進的無橋式功率因數(shù)校正(PFC)電路。在一實例中，所述PFC電路可包括第一開關(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)生對應(yīng)于所述切換循環(huán)的載波信號，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開關(guān)的控制信號。在一實例中，所述控制電路可接收指示通過所述第一開關(guān)的電流的第一信號，且使用所述第一信號與所述載波信號的比較來產(chǎn)生用于所述第一開關(guān)的工作循環(huán)。在一實例中，所述控制電路可在所述切換循環(huán)的開始處起始所述載波信號，且提供對應(yīng)于所述PFC 電路的所述切換循環(huán)的持續(xù)時間的分數(shù)(例如，一半、三分之一，等等)的載波信號持續(xù)時間。此概述旨在提供對本專利申請案的標的物的概述。其不希望提供對本發(fā)明的排他性或詳盡解釋。包括具體實施方式
以提供關(guān)于本專利申請案的更多信息。


在附圖中，附圖未必按比例繪制，相同標號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號可表示相似組件的不同例子。附圖大體上借助于實例而非借助于限制來說明在本文獻中所論述的各種實施例。圖1大體上說明現(xiàn)有技術(shù)的無橋式PFC電路。圖2A大體上說明用于現(xiàn)有無橋式PFC電路的控制方案。圖2B大體上說明使用圖2A的控制方案產(chǎn)生的門控脈沖。
圖3大體上說明根據(jù)本發(fā)明標的物的一個實例的具有控制電路的無橋式功率因數(shù)校正電路。圖4大體上說明使用圖3的控制方案產(chǎn)生的門控脈沖。
具體實施例方式本發(fā)明標的物包括用于無橋式PFC的改進式功率因數(shù)校正(PFC)和較低總諧波失真的設(shè)備和方法，即使當所述無橋式PFC包括較小電感值時亦如此。圖1大體上說明現(xiàn)有技術(shù)的無橋式PFC電路100。無橋式PFC電路100耦合到AC 源101且提供DC輸出102。無橋式PFC電路100包括串聯(lián)耦合于DC輸出102的正軌道與負軌道之間的第一開關(guān)103和第一二極管104，以及串聯(lián)耦合于DC輸出102的正軌道與負軌道之間的第二開關(guān)105和第二二極管106。AC源101通過第一和第二電感器107、108耦合到位于第一開關(guān)103與第一二極管104以及第二開關(guān)105與第二二極管106中的每一對之間的相應(yīng)第一和第二結(jié)109、110。無橋式PFC電路100包括分壓器111和比較器112，其經(jīng)配置以向無橋式PFC電路100的控制器114提供輸出電壓誤差信號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關(guān)103、105。無橋式PFC電路100經(jīng)配置以使用第一或第二開關(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，且接著使用另一開關(guān)的體二極管(body diode)將電流流動重新引導(dǎo)到負載。在一實例中，第一或第二開關(guān)103、105中的一者的工作循環(huán)可對電流波形進行整形，使得可在電路的輸入處維持近似單位功率因數(shù)。當電流波形與輸入電壓波形同相且形狀相同時建立單位功率因數(shù)。圖2A大體上說明用于無橋式PFC電路的現(xiàn)有技術(shù)控制方案214。圖2B大體上說明使用圖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 (/ Vm) 220。積分器222的載波信號斜坡221受PFC電路的輸出電壓的誤差(Vra)影響。載波信號斜坡221在切換循環(huán)(Ts)期間從零增加到參考電壓Vm。另外，載波信號斜坡221的周期跨越PFC控制電路的整個切換循環(huán)(Ts)。在所說明的控制方案中，無橋式PFC電路的電感器電流是使用開關(guān)的傳導(dǎo)電流來感測的且表示為電壓Vsns，其中Vsns = GrcRsIs，其中Rs 為感測電阻器(例如，第一電阻器116、第二電阻器117等)，Is為穿過感測電阻器Rs的電流，且Gdc為感測增益。通過根據(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估計輸入電流波形的形狀?？赏ㄟ^控制第一和第二開關(guān)的工作循環(huán)來估計電感器的峰值電流的控制。第一和第二開關(guān)的工作循環(huán)可根據(jù)第一和第二開關(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(f Vm) 220的比較來確定?？稍谄骄姼衅麟娏髋c輸入電壓波形成比例且同相時大致上實現(xiàn)單位功率因數(shù)。使用無橋式PFC電路中的第一和第二開關(guān)的傳導(dǎo)電流來感測電感器電流。圖1的實例中的第一或第二開關(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導(dǎo)致單位功率因數(shù)。然而，小波動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際應(yīng)用中幾乎是不可能的。在實際應(yīng)用中，電感器電流總是具有某一量的波動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)方式來展示。舉例來說， 用于一個切換周期的載波信號220可表達為
權(quán)利要求
1.一種無橋式功率因數(shù)校正電路，其經(jīng)配置以耦合到交流源和直流負載，所述電路包含第一開關(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，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開關(guān)的控制信號；其中所述控制電路經(jīng)配置以接收指示通過所述第一開關(guān)的電流的第一信號，且使用所述第一信號與所述載波信號的比較來產(chǎn)生用于所述第一開關(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)的開始處起始所述載波信號，且其中載波信號持續(xù)時間對應(yīng)于所述切換循環(huán)的持續(xù)時間的分數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述載波信號在所述載波信號持續(xù)時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，其中所述第一信號包括指示通過所述第一開關(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)生用于所述第一開關(guān)的所述控制信號，所述控制信號包括用于所述第一開關(guān)的工作循環(huán)，所述工作循環(huán)是使用所述載波信號越過所述第一信號所處的時間來確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中用于所述第一開關(guān)的所述工作循環(huán)的分數(shù)為從所述切換循環(huán)的所述開始到所述載波信號越過所述第一信號所處的所述時間的間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其包括脈沖擴展器，所述脈沖擴展器經(jīng)配置以使用所述間隔來提供用于所述第一開關(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，其中所述載波信號持續(xù)時間對應(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)生用于所述第一開關(guān)的所述控制信號，所述控制信號包括用于所述第一開關(guān)的工作循環(huán)，所述工作循環(huán)是使用所述載波信號越過所述第一信號所處的時間來確定的。
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)的所述開始到所述載波信號越過所述第一信號所處的所述時間的間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其包括脈沖擴展器，所述脈沖擴展器經(jīng)配置以使所述間隔加倍以提供用于所述第一開關(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所述 AC源的極性狀態(tài)，所述光耦合器電路進一步經(jīng)配置以基于所述所感測的極性狀態(tài)來選擇性地將所述控制電路的輸出耦合到所述第一開關(guān)的控制輸入。
12.—種用以使用無橋式功率因數(shù)校正電路來改進功率因數(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)生載波信號以最初接通所述無橋式功率因數(shù)校正電路的第一開關(guān)，其中產(chǎn)生所述載波信號包括在同所述無橋式功率因數(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的斜變；以及在第一間隔期間使所述載波信號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)的分數(shù)；使用所述載波信號與指示電流傳導(dǎo)的電壓的比較來起始通過所述功率因數(shù)校正電路的所述第一開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；感測從所述電流傳導(dǎo)的所述起始到當所述載波信號等于指示所述電流傳導(dǎo)的所述電壓時的時間的第一開關(guān)間隔；以及在第二開關(guān)間隔之后終止通過所述第一開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)，所述第二開關(guān)間隔是從所述電流傳導(dǎo)的所述起始開始測量的；其中所述第二開關(guān)間隔為所述第一開關(guān)間隔的倍數(shù)；且其中所述倍數(shù)與所述切換循環(huán)的所述分數(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斜變包括在第一間隔期間使所述載波信號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，其中所述終止通過所述第一開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)包括在所述第二開關(guān)間隔之后終止通過所述第一開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；其中所述第二開關(guān)間隔是從所述電流傳導(dǎo)的所述起始開始測量的；且其中所述第二開關(guān)間隔為所述第一開關(guān)間隔的兩倍長。
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，其中起始通過所述第一開關(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與指示通過第二開關(guān)的電流傳導(dǎo)的電壓的比較來起始通過所述功率因數(shù)校正電路的所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；感測從通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始到當所述載波信號等于指示通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述電壓時的時間的第三開關(guān)間隔； 在第四開關(guān)間隔之后終止通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)； 其中所述第四開關(guān)間隔是從通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始開始測量的；且其中所述第四開關(guān)間隔為所述第三開關(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斜變包括在第一間隔期間使所述載波信號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，其中所述終止通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)包括在第四開關(guān)間隔之后終止通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)；其中所述第四開關(guān)間隔是從通過所述第二開關(guān)的所述電流傳導(dǎo)的所述起始開始測量的；且其中所述第四開關(guān)間隔為所述第三開關(guān)間隔的兩倍長。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述起始通過所述第一開關(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，其中所述起始通過所述第二開關(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)明論述一種改進的無橋式功率因數(shù)校正(PFC)電路。在一實例中，所述PFC電路可包括第一開關(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)生對應(yīng)于所述切換循環(huán)的載波信號，且在所述切換循環(huán)期間產(chǎn)生用于所述第一開關(guān)的控制信號。在一實例中，所述控制電路可接收指示通過所述第一開關(guān)的電流的第一信號，且使用所述第一信號與所述載波信號的比較來產(chǎn)生用于所述第一開關(guān)的工作循環(huán)。在一實例中，所述控制電路可在所述切換循環(huán)的開始處起始所述載波信號，且提供對應(yīng)于所述PFC電路的所述切換循環(huán)的持續(xù)時間的分數(shù)(例如，一半、三分之一，等等)的載波信號持續(xù)時間。
文檔編號H02M7/219GK102386759SQ20111025390
公開日2012年3月21日 申請日期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 申請人:飛兆半導(dǎo)體公司