專利名稱：可變輸入電壓pfc電路、系統(tǒng)和具有相移電源軌的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電源和功率因數(shù)校正領(lǐng)域。特別地，本公開涉及可通過兩個不同的輸入電壓進(jìn)行操作的功率因數(shù)校正。
背景技術(shù)：
該部分提供了與本公開有關(guān)的背景信息，該背景信息不一定是現(xiàn)有技木。一些低功率和中等功率的服務(wù)器電源設(shè)計用于從90V AC(交流)到265VAC的寬范圍AC輸入電壓，以用于120V和230V的電站(utility)線路。然而，一些數(shù)據(jù)中心應(yīng)用主要設(shè)計用于高壓線路操作，其中在高壓線路AC輸入端處的效率和功率因數(shù)性能需要是最大的。此外，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用要求在輕負(fù)載情況下(大約10%至50%的負(fù)載)具有高功率因數(shù)的高效率。在現(xiàn)有技術(shù)的PFC系統(tǒng)中，系統(tǒng)的整體效率做出讓步以使得前端功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)能夠在兩個相差很大的輸入AC電壓(即低壓線路和高壓線路)下操作。在圖I中示出了具有在兩個相差很大的AC輸入電壓下操作的單個電源軌(powerrail)的現(xiàn)有技術(shù)的功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100。當(dāng)在兩個相差很大的AC的輸入電壓下操作時，對升壓電感器LI、開關(guān)Ql和升壓ニ極管Dl的設(shè)計要求是不同的。然而，由于單個電源軌的存在，系統(tǒng)以折中的效率工作。已經(jīng)使用了多種技術(shù)用于改進(jìn)電源的功率因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
該部分提供了對本公開的一般總結(jié)，而不是對其完整范圍或?qū)ζ淙刻卣鞯脑敱M的公開。根據(jù)本公開的ー個方面，用于從輸入電壓生成輸出電壓的功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)包括用于接收輸入電壓的輸入端，用于輸出輸出電壓的輸出端，I禹合到輸入端和輸出端以接收輸入電壓并且生成輸出電壓的第一電源軌，I禹合到輸入端和輸出端的、可選擇性地操作以生成輸出電壓的第二電源軌，和I禹合到輸入端的控制器。第一電源軌包括第一開關(guān)和具有第一電感值的第一電感器。第二電源軌包括第二開關(guān)和具有第二電感值的第二電感器?？刂破鞅慌渲脼闄z測輸入電壓的幅度，以生成用來控制第一開關(guān)的切換的第一控制信號，在輸入電壓的幅度小于或等于非零的閾值時生成用來控制第二開關(guān)的切換的第二控制信號，并且在輸入電壓的幅度超過閾值電壓時不生成第二控制信號。根據(jù)本公開的另一方面，用于從輸入電壓生成輸出電壓的功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)包括用于接收輸入電壓的輸入端、用于輸出輸出電壓的輸出端、I禹合到輸入端和輸出端以接收輸入電壓并且生成輸出電壓的第一電源軌、稱合到輸入端和輸出端的第二電源軌和率禹合到輸入端的控制器。第一電源軌包括第一開關(guān)和第一電感器。第二電源軌可選擇性地操作以生成輸出電壓并且包括第二開關(guān)和第二電感值?？刂破鞅慌渲脼闄z測輸入電壓的幅度，以操作第一電源軌來產(chǎn)生輸出電壓，在輸入電壓的幅度小于或等于非零的閾值時操作第二電源軌來產(chǎn)生輸出電壓，在輸入電壓的幅度小于或等于閾值時操作其之間具有大于零度的相位差的第一電源軌和第二電源軌，并且在輸入電壓的幅度超過閾值電壓時不操作第ニ電源軌。根據(jù)本公開的又一方面，公開了ー種通過功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中該功率因數(shù)校正系統(tǒng)包括第一電源軌、第二電源軌和控制器。第一和第二電源軌耦合在輸入端和輸出端之間以接收輸入電壓并且生成輸出電壓?？刂破鞅慌渲脼檫x擇性地操作第一和第二電源軌以生成輸出電壓。該方法包括操作第一電源軌以產(chǎn)生輸出電壓，在輸入電壓的幅度小于或者等于非零的閾值時操作相對于第一電源軌具有大于零度的相位差的第二電源軌以產(chǎn)生輸出電壓，并且在輸入電壓的幅度超過閾值電壓時不操作第二電源軌。下面描述了合并有這些方面中的一個或多個的電源、功率因數(shù)校正電路等的ー些示例實施例。根據(jù)下面的描述，可應(yīng)用性的額外的方面和領(lǐng)域會是明顯的。需要理解的是， 可以單獨地或者與ー個或多個其他方面相組合地實施本公開的各個方面。還需要理解的是，在此提供的描述和具體實例僅用于說明的目的而非g在限制本公開的范圍。


在此描述的附圖僅用于示出所選擇的實施例的目的而非g在限制本公開的范圍。圖I是具有在兩個相差很大的AC輸入電壓下操作的單個電源軌的現(xiàn)有技術(shù)的功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖2是根據(jù)本公開的ー個示例實施例的功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖3是在低壓線路電壓下操作的圖2的功率因數(shù)校正電路中流過升壓電感器的電流(以安培為單位)對時間(以秒為単位)的曲線圖。圖4是包括兩個電源軌和用于向兩個電源軌提供控制信號的控制器的另ー示例功率因數(shù)校正系統(tǒng)的電路圖。圖5是包括兩個電源軌和用于向兩個電源軌提供控制信號的控制器的又一示例功率因數(shù)校正系統(tǒng)的電路圖。相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示貫穿附圖的多個視圖中的相應(yīng)的部分。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參照附圖來更完整地描述示例實施例。提供了示例實施例，以使得本公開會是充分的，并且會將范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。闡述了大量具體的細(xì)節(jié)(諸如具體部件、裝置和方法的示例)，以提供對本公開的實施例的充分理解。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說明顯的是，具體的細(xì)節(jié)不必需被采用，可以以許多不同的形式來實施示例實施例，并且不應(yīng)被解釋為限制本公開的范圍。在一些示例實施例中，沒有詳細(xì)描述公知的過程、公知的裝置結(jié)構(gòu)以及公知的技木。此處使用的術(shù)語僅是為了描述特定示例實施例，而不g在進(jìn)行限制。如此處所使用的，単數(shù)形式“ー個(a、an)”和“該(the) ”可g在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確相反地指出。術(shù)語“包括、包含(comprises、comprising、including) ”和“具有”是非排他性的，并且因此指明了存在所闡明的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或附加ー個或多個其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組。此處描述的方法步驟、處理和操作不應(yīng)被解釋為一定要求按所討論或示出的特定順序來執(zhí)行，除非按執(zhí)行的順序具體進(jìn)行了標(biāo)識。還應(yīng)理解，可采用附加的或可替選的步驟。如果元件或者層被提及為“在其上”、“接合到”、“連接到”或“耦合到”另一元件或者層，其可以是直接地在其上、接合到、連接到或者耦合到另一元件或者層，或者可以存在中間元件或者層。相反地，如果元件被提及為“直接地在其上”，“直接地接合到”，“直接地連接到”或“直接地耦合到”另一元件或者層，則可以不存在中間元件或者層。用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞匯應(yīng)該以類似的方式來解釋(例如“在其之間”對“直接地在其之間”，“鄰接”對“直接地鄰接”等。)。如在此所使用的，術(shù)語“和/或”包括ー個或多個相關(guān)聯(lián)的所列項中的任意項和所有組合。
根據(jù)本公開的ー個方面，公開了ー種通過功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中該功率因數(shù)校正系統(tǒng)包括并聯(lián)地連接在用于接收輸入電壓的輸入端和用于輸出輸出電壓的輸出端之間的第一電源軌和第二電源軌。該方法包括操作第一電源軌和第二電源軌中的一者或二者以至少部分地基于輸入電壓是否超過閾值電壓來生成輸出。根據(jù)本公開的另一方面，功率因數(shù)校正(PFC)電路包括用來接收第一電壓和第二電壓中的一個的輸入端。第一電壓具有大于第二電壓的幅度。PFC電路包括用于提供直流(DC)輸出的輸出端。第一電源軌I禹合在輸入端和輸出端之間。第一電源軌適用于將第一電壓轉(zhuǎn)換成DC輸出。第二電源軌I禹合在輸入端和輸出端之間。第二電源軌適用于將第二電壓轉(zhuǎn)換成DC輸出。PFC電路被配置為在第一電壓稱合到輸入端時操作第一電源軌并且在第ニ電壓稱合到輸入端時操作第一和第二電源軌。第一電壓和第二電壓可以是任何適合的電壓。第一和第二電壓可以是DC輸入電壓或者AC輸入電壓。如果第一和第二電壓是AC輸入電壓，則第一和第二電壓可以通過任何適當(dāng)?shù)恼髌髡鳛镈C輸入電壓。第一電壓例如可以是230伏特的輸入電壓并且第二電壓可以是115伏特的輸入電壓。第一電源軌可以是第一升壓轉(zhuǎn)換器并且第二電源軌可以是第二升壓轉(zhuǎn)換器。第一升壓轉(zhuǎn)換器包括第一升壓電感器并且第二升壓轉(zhuǎn)換器包括第二升壓電感器。第一和第二升壓電感器可以具有相同的電感。如果第一和第二升壓電感器具有大約相同的電感，則當(dāng)輸入為第二電壓時，第一電源軌和第二電源軌分別處理大約相同量的電流?？商孢x地，第一升壓電感器可以具有不同于第二升壓電感器的電感。第二升壓電感器可以具有小于第一升壓電感器的電感。相應(yīng)地，當(dāng)輸入為第二電壓時，第二電源軌會比第一電源軌承載更多的電流。在至少ー個實施例中，第二升壓電感器具有大約為第一升壓電感器的一半的電感。在該實施例中，第二電源軌會大約承載PFC電路的總電流的三分之ニ，同時第一電源軌會承載大約總電流的三分之一。在沒有限制上面討論的方面和/或?qū)嵤├闆r下，下面將要描述可以包括或者可以不包括ー個或多個上面討論的方面的本公開的另外的實施例。本公開設(shè)想一種對于所有負(fù)載條件都具有高的效率和功率因數(shù)的、用于在低壓線路和高壓線路輸入電壓二者下傳送相同水平的功率的節(jié)省成本的解決方案。
圖2示出了根據(jù)本公開的功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)并且一般地用數(shù)字200來標(biāo)示。系統(tǒng)200示出了在兩個電源軌上操作的功率轉(zhuǎn)換器，一個電源軌是高壓線路(230VAC)而另ー個是低壓線路(120V AC)。提供有兩個升壓電感器LI和L2、兩個半導(dǎo)體開關(guān)Ql和Q2以及兩個升壓ニ極管Dl和D2，每個電源軌各ー個。兩個電源軌可以彼此相同或者彼此不同。當(dāng)兩個電源軌彼此不同吋，電源軌中的一個電源軌的至少ー個部件不同于另ー個電源軌中的類似部件。在該實施例中，在兩個軌都操作時，一個軌有時會相比于另ー個軌承載更多的電流。當(dāng)設(shè)計為相同的時，在每個電源軌中的部件一般是相同的并且具有相同的標(biāo)稱部件值(例如電感、電阻等)。在該實施例中，在兩個軌都操作吋，兩個電源軌有時會承載大約相同量的電流。在至少ー個實施例中，電源軌是不相同的。升壓電感器LI和L2是不同的。電感器LI和L2可以具有不同的設(shè)計準(zhǔn)則、導(dǎo)線尺寸、匝數(shù)和/或電感值。升壓電感器LI和L2可以使用或者可以不使用相同尺寸的磁芯。還有可能的是為兩個升壓電感器LI和L2使用不同的芯材料。升壓電感器LI的電感值可以大于升壓電感器L2的電感值。如果需要的話，開關(guān)Ql和Q2以及ニ極管Dl和Dl還可以具有不同的規(guī)格。在低壓線路電源軌中的開關(guān)Q2和升壓ニ極管D2的電流額定值可以大于開關(guān)Ql和升壓ニ極管Dl的電流額定值，以處理低壓線路電壓下較高的峰值和均方根(RMS)電流。設(shè)備的額定值通常指的是操作條件的極限值，在該極限值之外會損壞設(shè)備。例如，ニ極管典型的額定值包 括反向峰值電壓(PIV)或ニ極管可以在反向方向中經(jīng)受住而沒有被擊穿的最大電壓，最大的反向重復(fù)電壓(Vrrm)或者ニ極管可以在反向偏壓模式下在重復(fù)脈沖等中經(jīng)受住的電壓的最大值。此外，半導(dǎo)體開關(guān)的額定值通常包括電流額定值或者開關(guān)被設(shè)計以承載的最大電流，以及電壓額定值或者在使用該開關(guān)的電路中允許的最大電壓。在此，下面描述系統(tǒng)200，其中，首先在不考慮低壓線路的情況下設(shè)計升壓電感器LI、開關(guān)Ql和ニ極管Dl用于高壓線路電源軌，同時設(shè)計升壓電感器L2、開關(guān)Q2和ニ極管D2用于低壓線路電源軌使得其處理低壓線路處的功率的大約三分之ニ。Vl代表提供有從90V至265V AC的范圍的電壓的輸入AC電源。BRl代表用于將輸入交流(AC)轉(zhuǎn)換成直流(DC)輸出的ニ極管橋式整流器。為了控制流入負(fù)載R2的電流，提供由DR所代表的控制器以控制開關(guān)Ql和Q2的占空比。電流感測電阻器Rl串聯(lián)地與開關(guān)Ql和Q2的源極端子耦合，并且電阻器Rl上的電壓將必要的信號提供給控制器DR使得可以控制開關(guān)Ql和Q2的占空比，并且因此可以適當(dāng)?shù)匦Ｕβ室驍?shù)。電容器Rl以體(Bulk)負(fù)極返回電源軌BK RTN為基準(zhǔn)?？刂破鱀R使用相同的基準(zhǔn)BK RTN0 BK+代表系統(tǒng)的體正極電源軌。Ul和U2分別是開關(guān)Ql和Q2的柵極驅(qū)動器。柵極驅(qū)動器Ul和U2接受來自控制器DR的輸入并且為開關(guān)Ql和Q2分別產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牡妥杩箹艠O驅(qū)動。輸入AC電源檢測電路(沒有示出)感測輸入線路電壓以確定其是高壓線路還是低壓線路電壓。根據(jù)所感測的輸入電壓，使得柵極驅(qū)動器U2的輸出在高壓線路電壓下失效而在低壓線路電壓下生效。根據(jù)本公開的系統(tǒng)為高壓線路或者低壓線路生成輸出。兩個輸入電壓不可能同時共同存在。在聞壓線路電壓下，升壓PFC僅有包括升壓電感器LI、開關(guān)Q1、柵極驅(qū)動器Ul和升壓ニ極管Dl的相關(guān)電源軌進(jìn)行操作，同時使得低壓線路電源軌失效。高壓線路電源軌的設(shè)計獨立于低壓線路的操作。因此，高壓線路電源軌中的部件設(shè)計用于全功率(系統(tǒng)可以生成的最大功率)。在高壓線路電壓下，輸入電流相比于在低壓線路電壓下低得多。因此，在電感器LI中的銅耗和升壓開關(guān)Ql的傳導(dǎo)損耗是可忽略的，但是芯損耗變得顯著。由于高壓線路電源軌的設(shè)計僅關(guān)注高壓線路電壓而不考慮低壓線路輸入電流，所以使用具有相對較細(xì)的導(dǎo)線和較高匝數(shù)的電感器LI。這降低了通量密度并且可以達(dá)到高電感。由于傳導(dǎo)損耗與電流的平方成比例地降低，所以其在較輕負(fù)載(大約10%到50%的負(fù)載)下變得不顯著。選擇電感器LI的電感，使得系統(tǒng)保持在連續(xù)傳導(dǎo)模式中并且改進(jìn)在低負(fù)載條件下的功率因數(shù)。因此，達(dá)到在期望的高壓線路電壓和負(fù)載條件下的最大可能的效率。然而，該設(shè)計必須確保在全負(fù)載和輕負(fù)載條件下對于高壓線路輸入電壓和環(huán)境溫度的熱要求。在低壓線路電壓下，使得兩個電源軌生效并且同時工作。然而，因為電源軌不是相同的，所以由電源軌所處理的功率不相同。用于低壓線路電壓的電源軌僅設(shè)計為大約全功率的三分之ニ。以下述方式使電源軌適應(yīng)于傳遞在低壓線路電壓下的功率由高壓線路電源軌處理的功率與低壓線路電源軌之間的比率大約等于低壓線路電壓與高壓線路電壓之間的比率。分別在高壓線路電源軌和低壓線路電源軌中的升壓電感器LI和L2的電感值的比率跟電源軌的功率分享要求的比率成比例。確保在全負(fù)載下低壓線路電源軌中的升壓電感器L2的電感大約為高壓線路電源軌中的升壓電感器LI的電感的一半，高壓線路電源軌 中的開關(guān)Ql的電流承載容量大約為低壓線路電源軌中的開關(guān)Q2的電流承載容量的一半，并且高壓線路電源軌中的ニ極管Dl的峰值和RMS電流容量大約為低壓線路電源軌中的ニ極管D2的峰值和RMS電流容量的一半。LI和L2值的比率確保當(dāng)同時切換開關(guān)Ql和Q2 ニ者時，升壓電感器LI僅處理大約電壓的三分之一。該技術(shù)確保熱行為和高壓線路電源軌的管理在兩個相差很大的AC輸入電壓下保持相同。低壓線路電源軌中的升壓電感器L2的電感較小，并且使用相對較粗的導(dǎo)線以管理流經(jīng)其的相對較高的電流。圖3示出了在低壓線路電壓下操作的圖2的功率因數(shù)校正電路中流過升壓電感器的電流(以安培為單位)對時間(以秒為単位)的曲線圖。當(dāng)在低壓線路電壓下使得兩個電源軌生效時，IL2代表流過電感器L2的電流并且ILl代表流過電感器LI的電流。圖中明顯的是，電感器L2傳遞大約總電流的三分之ニ，而電感器LI傳遞大約總電流的三分之一。流經(jīng)電流感測電阻器Rl的電流為流經(jīng)升壓電感器LI和L2的電流的總和。因此，控制電路DR從Rl接收感測的電流信號并且在不知道在兩個電源軌之間存在不相等的功率分享的情況下操作。因為使得兩個電源軌在低壓線路電壓下生效，所在低壓線路電壓下容量切換損失將由于較高數(shù)量的開關(guān)設(shè)備而相對較高。具有相對較高的電流承載容量的設(shè)備對于處理在低壓線路電壓下的線路電流是必需的。然而，在高壓線路操作下不存在低壓線路電源軌中的功率設(shè)備和低壓線路升壓電感器的芯損失。如上面討論的，電源軌還可以是相同的使得其在低壓線路電壓下均等地分享功率。相比于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，這可以提供在高壓線路電壓下的改進(jìn)的效率和功率因數(shù)性能。在低壓線路電壓下，每個電源軌將處理PFC系統(tǒng)中的總電流的大約一半。功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)300的另ー示例實施例在圖4中示出。PFC系統(tǒng)300包括用于接收輸入電壓的輸入端302和用于輸出輸出電壓的輸出端304。該系統(tǒng)包括I禹合到輸入端302和輸出端304以接收輸入電壓并且生成輸出電壓的第一電源軌。第一電源軌包括具有第一電感值的第一電感器LI。該系統(tǒng)包括稱合到輸入端和輸出端的第二電源軌。第ニ電源軌可選擇性地結(jié)合第一電源軌操作以生成輸出電壓。第二電源軌包括具有第二電感值的電感器L2。該系統(tǒng)包括控制器306，其被配置為在輸入電壓的幅度小于或等于非零的閾值時操作第二電源軌以生成輸出電壓，并且在輸入電壓的幅度超過閾值電壓時使得第二電源軌失效。當(dāng)PFC系統(tǒng)300在操作以提供輸出電壓時，第一電源軌操作以接收輸入電壓并且輸出輸出電壓。然而，僅當(dāng)輸入電壓的幅度小于或者等于閾值時才操作第二電源軌。該閾值可以是在兩個不同的期望的輸入電壓之間的值。例如，期望的輸入電壓可以是115伏特和230伏特AC。在該情況中，閾值電壓例如可以是160伏特AC。PFC系統(tǒng)可以包括遲滯以降低或者阻止振蕩的發(fā)生。因此，當(dāng)僅第一電源軌在操作時并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙娫窜壎咴诓僮鲿r閾值電壓可以不同。例如，如果期望的輸入電壓是115伏特和230伏特AC，則用 于關(guān)斷(即不操作)第二電源軌的閾值電壓可以是160伏特AC，而當(dāng)?shù)谝浑娫窜壱言诓僮鲿r，用于開啟(即操作)第二電源軌的閾值可以大約為150伏特AC?？刂破?06被配置為生成第一控制信號來控制第一電源軌的開關(guān)Ql以產(chǎn)生輸出電壓。當(dāng)輸入電壓小于或者等于閾值電壓時，控制器306生成第二控制信號來控制第二電源軌的開關(guān)Q2以產(chǎn)生輸出電壓。代表PFC系統(tǒng)300的輸出電流的信號由控制器306從電阻器Rl來接收并且用于確定如何操作開關(guān)Q1、Q2?？梢允褂萌魏魏线m的控制方案，包括例如連續(xù)電流模式、間斷電流模式、邊界模式等。輸出電流信號代表PFC系統(tǒng)300的總輸出電流。因此，控制器306可以不考慮并且可以在不知道第二電源軌是在操作還是失效的情況下提供控制信號。上面討論的檢測電路在圖4中示出為耦合到輸入端302以檢測輸入電壓的幅度。在該示例中，檢測電路308示出為控制器306的一部分，但是代替地可以與控制器306分離。檢測電路308耦合到AC輸入電壓Vl并且因此是AC電壓檢測器。然而，在其他的實施例中，可以耦合檢測電路以檢測輸入到PFC系統(tǒng)300的DC電壓。例如，檢測電路可以是耦合在電容器Cl兩端的DC電壓檢測電路以檢測輸入到PFC系統(tǒng)300的DC電壓的幅度。當(dāng)檢測電路檢測到輸入電壓的幅度超過閾值電壓時，控制器例如通過不生成第二控制信號使得第二電源軌失效。電感器LI的電感可以與電感器L2的電感相同或者不同。如果電感器LI、L2的電感相同，則當(dāng)兩個第一和第二電源軌都在操作時，第一和第二電源軌分別承載大約相同量的電流。當(dāng)?shù)谝缓偷诙姼衅鱈I、L2的電感不同并且兩個電源都在操作時，帶有具有較低電感的電感器的電源軌承載多于帶有具有較高電感的電感器的電源軌的電流。因此，在一些實施例中，電感器L2具有低于第一電感器LI的電感。相應(yīng)地，在這些實施例中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙娫窜壴诓僮鲿r，第二電源軌將承載多于第一電源軌的電流。在一個示例中，電感器L2的電感大約為電感器LI的電感的一半。在該示例中，第二電源軌承載的電流大約為第一電源軌的電流的兩倍。在電感器LI、L2的電感相同的實施例中，第一和第二控制信號可以具有相同的占空因數(shù)。因此，第一和第二電源軌分別承載由PFC系統(tǒng)300所提供的電流的一半。第一和第二控制信號可以處于彼此相同的相位中或者在第一控制信號和第二控制信號之間可以存在相位差。通過引入第一和第二控制信號之間的相位差，可以降低輸出電流紋波，可以降低電磁干擾，并且/或者在PFC系統(tǒng)300中可以需要較小的輸入濾波器。相位差可以是任何合適的相位差。在示例實施例中，相位差大約為180度。在圖5中示出功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)400的另ー示例實施例。除了下面要描述的，該PFC系統(tǒng)400類似于PFC系統(tǒng)200、300并且以與PFC系統(tǒng)200，300相似的方式工作。PFC系統(tǒng)400包括耦合到第一軌和第二軌的控制器406?？刂破?06被配置為生成用于控制開關(guān)Q1、Q2產(chǎn)生輸出電壓的控制信號。PFC系統(tǒng)400包括耦合到輸入端和第二電源軌的檢測電路408。檢測電路408被配置為檢測輸入電壓的幅度并且當(dāng)輸入電壓的幅度超過閾值電壓時阻止第二開關(guān)響應(yīng)于控制信號進(jìn)行切換?？刂破?06被配置為生成用于控制開關(guān)Q1、Q2產(chǎn)生輸出電壓的控制信號。驅(qū)動器Ul耦合在控制器406和開關(guān)Ql之間并且驅(qū) 動器U2耦合在控制器406和開關(guān)Q2之間?？刂破鲗⒖刂菩盘柼峁┙o驅(qū)動器Ul、U2，驅(qū)動器隨后根據(jù)控制信號驅(qū)動開關(guān)Ql、Q2的切換。當(dāng)檢測電路408檢測到輸入電壓的幅度超過閾值電壓時，檢測電路408 (或適用時包括檢測電路的控制器)阻止開關(guān)Q2響應(yīng)于控制信號進(jìn)行切換。這可以通過包括例如使得驅(qū)動器U2失效的任何合適的方法來完成。如果驅(qū)動器U2失效，則開關(guān)Q2不會接收控制信號并且相應(yīng)地第二電源軌不會操作以提供輸出電壓。檢測電路408在圖5中示出為從控制器406中分離，但是可以考慮作為控制器406的一部分，或者在一些實施例中實際上可以是控制器406的一部分。根據(jù)本公開的另一方面，還有可能的是，使用尺寸全部相等或者不相等的多于兩個電源軌，并且根據(jù)線路和負(fù)載情況使其生效或者失效。根據(jù)本公開設(shè)計的轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果示出在了高壓線路電壓下的升壓前端效率可以與使用兩個輸入AC整流器ニ極管的準(zhǔn)無橋升壓轉(zhuǎn)換器一祥高但是以低得多的成本來實現(xiàn)。根據(jù)本公開的系統(tǒng)可以使用在包括連續(xù)電流模式升壓PFC、間斷電流模式升壓PFC、邊界模式傳導(dǎo)PFC、多相位PFC升壓轉(zhuǎn)換器、升降壓PFC和降壓模式PFC的有源功率因數(shù)校正電路的其他變形中。盡管上面在此根據(jù)升壓轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)描述了根據(jù)本公開的系統(tǒng)，但是其可以用于在兩個相差很大的輸入電壓下操作的任何應(yīng)用。在本公開中描述的功率因數(shù)校正系統(tǒng)具有若干技術(shù)優(yōu)點，包括但不限于實現(xiàn)以下-用于在兩個相差很大的輸入電壓下操作的設(shè)備的功率因數(shù)校正系統(tǒng)；-用于在兩個相差很大的輸入電壓下操作的設(shè)備的節(jié)省成本的解決方案；-在高壓線路和低壓線路電壓二者下具有高效率的功率因數(shù)校正系統(tǒng)；-改進(jìn)高壓線路電壓和輕負(fù)載下的功率因數(shù)的功率因數(shù)校正系統(tǒng)；-在高壓線路電壓和輕負(fù)載下具有高效率的功率因數(shù)校正系統(tǒng)；-緊湊的功率因數(shù)校正系統(tǒng)；和-具有非常簡單的控制裝置的功率因數(shù)校正系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還可以用于具有非常寬的輸入范圍的DC輸入系統(tǒng)。一種這樣的示例是在電信中使用的、在需要在36VDC到72VDC的輸入電壓范圍上操作的DC到DC轉(zhuǎn)換器。提供了對這些實施例的以上描述。這并不g在窮舉本公開或限制本公開。特定實施例的各元件或特征一般不限于該特定實施例，而是在可應(yīng)用時的情況下可以互換并且可以用在所選擇的實施例中，即使沒有具體示出或描述。特定實施例的各元件或特征還可以以多種方式來改變。這樣的變化不應(yīng)被視為背離本公開，并且所有這樣的修改旨在包括在本公開的范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.ー種用于從輸入電壓生成輸出電壓的功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng),所述PFC系統(tǒng)包括 用于接收所述輸入電壓的輸入端； 用于輸出所述輸出電壓的輸出端； 耦合到所述輸入端和所述輸出端以接收所述輸入電壓并且生成所述輸出電壓的第一電源軌，所述第一電源軌包括第一開關(guān)和具有第一電感值的第一電感器；耦合到所述輸入端和所述輸出端的第二電源軌，所述第二電源軌能夠選擇性地操作以生成所述輸出電壓，所述第二電源軌包括第二開關(guān)和具有第二電感值的第二電感器；以及 耦合到所述輸入端的控制器，所述控制器被配置為檢測所述輸入電壓的幅度，以生成用來控制所述第一開關(guān)的切換的第一控制信號，在所述輸入電壓的幅度小于或者等于非零的閾值時生成用來控制所述第二開關(guān)的切換的第二控制信號，并且在所述輸入電壓的幅度超過所述閾值電壓時不生成所述第二控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為生成所述第一控制信號和所述第二控制信號，其中在所述第一控制信號和所述第ニ控制信號之間具有大于零度的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng)，其中所述相位差大約為180度，并且/或者所述第一電感值大約等于所述第二電感值，并且/或者所述第一電源軌和所述第二電源軌基本上是相同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng),其中所述閾值電壓在生成所述第一和第二控制信號時具有第一值而在沒有生成所述第二控制信號時具有第二值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng),其中所述第一值大于所述第二值。
6.ー種用于從輸入電壓生成輸出電壓的功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng),所述PFC系統(tǒng)包括 用于接收所述輸入電壓的輸入端； 用于輸出所述輸出電壓的輸出端； 耦合到所述輸入端和所述輸出端以接收所述輸入電壓并且生成所述輸出電壓的第一電源軌，所述第一電源軌包括第一開關(guān)和第一電感器； 耦合到所述輸入端和所述輸出端的第二電源軌，所述第二電源軌能夠選擇性地操作以生成所述輸出電壓，所述第二電源軌包括第二開關(guān)和第二電感器；以及 耦合到所述輸入端的控制器，所述控制器被配置為檢測所述輸入電壓的幅度，以操作所述第一電源軌來產(chǎn)生所述輸出電壓，在所述輸入電壓的幅度小于或者等于非零的閾值時操作所述第二電源軌來產(chǎn)生所述輸出電壓，在所述輸入電壓的幅度小于或等于所述閾值時操作在其之間具有大于零度的相位差的所述第一電源軌和所述第二電源軌，并且在所述輸入電壓的幅度超過所述閾值電壓時不操作所述第二電源軌。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng)，其中所述相位差大約為100和80度，并且/或者所述第一電感值大約等于所述第二電感值，并且/或者所述第一電源軌和所述第二電源軌基本上是相同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng),其中所述閾值電壓在操作所述第一和第二電源軌時具有第一值并且在沒有操作所述第二電源軌時具有第ニ值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于從輸入電壓生成輸出電壓的PFC系統(tǒng)，其中所述第一值大于所述第二值。
10.一種用于通過功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng)來從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中所述功率因數(shù)校正系統(tǒng)包括第一電源軌、第二電源軌和控制器，所述第一和第二電源軌耦合在輸入端和輸出端之間以接收所述輸入電壓并且生成所述輸出電壓，所述控制器被配置為選擇性地操作所述第一和第二電源軌以生成所述輸出電壓，所述方法包括 操作所述第一電源軌以產(chǎn)生所述輸出電壓； 在所述輸入電壓的幅度小于或者等于非零的閾值時，操作相對于所述第一電源軌具有大于零度的相位差的所述第二電源軌以產(chǎn)生所述輸出電壓；并且 在所述輸入電壓的幅度超過所述閾值電壓時，不操作所述第二電源軌。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于通過功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng)來從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中所述相位差大約為180度，并且/或者所述第一電源軌和所述第二電源軌基本上是相同的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于通過功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng)來從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中所述閾值電壓在操作所述第一和第二電源軌時具有第一值并且在沒有操作所述第二電源軌時具有第二值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于通過功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng)來從輸入電壓生成輸出電壓的方法，其中所述第一值大于所述第二值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種通過功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)從可變輸入電壓中生成輸出電壓的方法。該PFC系統(tǒng)包括并聯(lián)地連接在用于接收輸入電壓的輸入端和用于輸出輸出電壓的輸出端之間的第一電源軌和第二電源軌。該方法包括操作第一電源軌和第二電源軌中的一者或二者以至少部分地基于輸入電壓是否超過閾值電壓來生成輸出。還公開了適合用于執(zhí)行該方法的電源和PFC系統(tǒng)。
文檔編號H02M1/42GK102655372SQ201210054058
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者維賈伊·G·帕德克 申請人:雅達(dá)電子國際有限公司