專利名稱：用于臨界連續(xù)電流模式的無橋功率因數(shù)校正電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于臨界連續(xù)電流模式(Critical Continuous CurrentMode)的無橋功率因數(shù)校正電路(Bridgeless PFC Circuit)及其控制方法，可用以解決無橋PFC的 臨界連續(xù)電流模式的控制問題。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的升壓型(Boost)PFC電路中整流橋損耗成為整個(gè)開關(guān)電源的主要損耗之 一。隨著對(duì)轉(zhuǎn)換效率的要求提高，由傳統(tǒng)Boost PFC拓?fù)溲苌鴣淼臒o橋Boost拓?fù)渲饾u成 為研究的熱點(diǎn)。它略掉了傳統(tǒng)Boost PFC前端的整流橋，因而減少了一個(gè)二極管的通態(tài)損 耗，提高了效率。H-功率因數(shù)校正(H-PFC)是一種適用于中、大功率的無橋PFC拓?fù)?參見 圖1)。在圖1中，該無橋PFC接收輸入電壓Vin與產(chǎn)生一輸出電壓Vtj，且包括二極管D1-D4, 開關(guān)Q1-Q2,電感L與輸出電容CB。在中、小功率應(yīng)用中，工作于臨界連續(xù)電流模式下的傳統(tǒng)Boost PFC拓?fù)洌蚱浣Y(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，開關(guān)應(yīng)力小得到了廣泛的應(yīng)用。在臨界連續(xù)電流模式中，電感電流下降 到零以后開通金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。因?yàn)檫@時(shí)整流管的電流也為零，所以 沒有升壓整流二極管的反向恢復(fù)損耗，這一模式下的工作效率較高。PFC將調(diào)整這些三角波 的幅度以使得線圈電流平均為(整流后的)正弦波(參見圖2，其中的三角波區(qū)域的意義及 波形與橫座標(biāo)等的名稱均如該圖所示，在此不再贅述)。在傳統(tǒng)Boost PFC中，通常用檢測(cè)Boost電感輔助繞組電壓的方法判斷電感電流 歸零的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控制。電感輔助繞組的極性與電感相反，MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，輔助繞組電壓為負(fù)值，且與整流后的交流電壓幅值成比例；MOSFET關(guān)斷時(shí)，其上電 壓感應(yīng)為正值，與輸出電壓和整流后交流電壓的差值成比例，當(dāng)電感電流歸零時(shí)，MOSFET 輸出雜散電容和Boost電感諧振，輔助繞組電壓諧振下降，當(dāng)其低于IC設(shè)定的門檻電壓 (threshold voltage)時(shí)，產(chǎn)生導(dǎo)通MOSFET的信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控 制(參見圖3)。這種方法已經(jīng)為許多IC采用，例如L6561、FAN7528、NCP1606與UCC38050 等。在圖3中，該P(yáng)FC接收輸入電壓Vin與產(chǎn)生一輸出電壓V。，且包括二極管D1-D6，電阻 R1-R6 及 Rzm，開關(guān) S1，集成電路(IC :FAN7529，具端點(diǎn)M0T、C0MP、CS、INV、ZCD 與 Vcc)、電感 L1及輔助繞組Naux，以及電容C1-C2與Ctj，其中GND為接地端。圖4(a)_(b)分別顯示一已知的H-PFC電路在一個(gè)工作頻率周期的正、負(fù)半周的工 作狀態(tài)的電路示意圖。圖4(a)-(b)所包含的元件與圖1中者相同，其中Q1和Q2的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)同相。輸入電壓正半周時(shí)，L、D^ D4、Q^Q2與Cb組成一個(gè)Boost電路，其中D4與Q2是常 通。Q1導(dǎo)通時(shí)，電流流過L、Q1與Q2返回誶關(guān)斷時(shí)，電流流過LDpCb與D4返回。輸入電 壓負(fù)半周時(shí)，1^、02、01、02、03與(；組成另外一個(gè)Boost電路，其中Q1與D3是常通。Q2導(dǎo)通 時(shí)，電流流過L、Q1與Q2返回；Q2關(guān)斷時(shí)，電流流過L、D3、Cb與D2返回。輸入電壓在正負(fù)半 周時(shí)，LA1與Q2上的電流方向是相反的。由于D3與D4鉗制交流到Boost輸出電容Cb，可以 獲得與傳統(tǒng)Boost PFC電路相同的共模雜訊。由于在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電流只經(jīng)過兩個(gè)半導(dǎo)體器件，減小了導(dǎo)通損耗。圖5是利用電流互感器實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控制的H-PFC電路。除與圖1相同 的部分外，其尚包括一 RS觸發(fā)器，一比較器、一誤差放大器EA與兩個(gè)電流互感器CT1-CTy 由于H-PFC電路在輸入電壓正負(fù)半周時(shí)共對(duì)應(yīng)了兩個(gè)電流支路，所以必須以對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電 流互感器CT1-CT2采樣電感電流，在電感電流歸零時(shí)導(dǎo)通MOSFET以實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式 控制。MOSFET的關(guān)斷時(shí)刻由斜波信號(hào)(ramp signal)和電壓誤差放大器EA的輸出信號(hào) Vcomp決定。圖6是圖5所示電路的控制信號(hào)波形圖，其包括電感電流(信號(hào))、電流互感器信 號(hào)、斜波(信號(hào))A1驅(qū)動(dòng)(信號(hào))與Q2驅(qū)動(dòng)(信號(hào))。由于電感電流信號(hào)是通過電流互感 器采樣得到的，其幅值隨著輸入交流電壓的高低、輸出負(fù)載的輕重變化。當(dāng)電感電流幅值很 小時(shí)，該信號(hào)易被雜訊干擾，使MOSFET的導(dǎo)通產(chǎn)生誤動(dòng)作，喪失零電壓導(dǎo)通條件；當(dāng)輸 入電 壓很高時(shí)，電感電流的下降斜率很緩慢，由于檢測(cè)閾值(threshold value)很小，在電感電 流降到零之前，MOSFET被導(dǎo)通，這樣使導(dǎo)通損耗增加。職是之故，發(fā)明人鑒于已知技術(shù)的缺陷，乃思及改良發(fā)明的意念，終能發(fā)明出本案 的“用于臨界連續(xù)電流模式的無橋功率因數(shù)校正電路及其控制方法”。

發(fā)明內(nèi)容
本案的主要目的在于提供一種利用檢測(cè)電感輔助繞組來得到電感電流過零點(diǎn)檢 測(cè)信號(hào)的控制方法，從而控制H-PFC以臨界連續(xù)電流模式工作。該控制方法無需檢測(cè)電 感電流，能夠獲得與交流輸入電壓和輸出負(fù)載無關(guān)的電感電流過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，從而使 MOSFET動(dòng)作準(zhǔn)確，以減小導(dǎo)通損耗，沒有升壓整流二極管的反向恢復(fù)損耗，提高效率。本案的又一主要目的在于提供一種無橋功率因數(shù)校正電路，包含一交流電源，具 一第一與一第二端，一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端 及一中點(diǎn)，其中該第一橋臂的該第一端連接至該第二橋臂的該第一端，該第一橋臂的該第 二端連接至該第二橋臂的該第二端，該第二橋臂的該中點(diǎn)與該交流電源的該第二端連接， 一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，連接至該兩中點(diǎn)，一電感，具一第一端與一第二端，其中該 第一端耦合于該交流電源的該第一端，且該第二端耦合于該第一橋臂的該中點(diǎn)，以及一第 一輔助繞組，磁性耦合于該電感。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一第二輔助繞組，其中該第一輔助繞組具一第一 端，用于產(chǎn)生一第一感測(cè)電壓，一第二輔助繞組，磁性耦合于該電感，且具一第一端用于產(chǎn) 生一第二感測(cè)電壓。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一信號(hào)處理電路，用于通過累加該第一與該第二 感測(cè)電壓，產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)，其為一電感電流過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，并據(jù)以控制該可雙 向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括具一第一端與一第二端的一輸出電容，其中該第 一橋臂包括一第一與一第二二極管，該第二橋臂具一第三與一第四二極管，每一該二極管 具一陽極與一陰極，該第一二極管的該陰極連接于該第三二極管的該陰極與該輸出電容 的該第一端，該第一二極管的該陽極連接該第二二極管的該陰極，形成該第一橋臂的該中 點(diǎn)，該第三二極管的該陽極連接該第四二極管的該陰極，形成該第二橋臂的該中點(diǎn)，且該第四二極管的該陽極連接該第二二極管的該陽極以及該輸出電容的該第二端。根據(jù)上述的構(gòu)想，該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組包含一第一開關(guān)及一與該第一開關(guān)串聯(lián)的第二開關(guān)，且接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該第一輔助繞組與該第二輔助繞組更分別包括一 第二端，該第一輔助繞組的該第二端與該第二輔助繞組的該第二端均用于接地，該第一輔 助繞組的一極性與該第二輔助繞組的一極性均與該電感的一極性相反，且該感測(cè)電路更包 括一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一輔助繞組的該第一端， 一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第二輔助繞組的該第一端，一 第一電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合于該第一電阻的該第二端，且該第二端 接地，一第二電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合于該第二電阻的該第二端，且 該第二端接地，一第五二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第一電容的該第一 端，一第六二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第二電容的該第一端，一第三 電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第五二極管的該陰極與該第六二極 管的該陰極，用于輸出該電感電流檢測(cè)信號(hào)，且該第二端耦合于該第二電容的該第二端，一 第三開關(guān)，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第三電阻的該第一 端，該第二端接地，一第四電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第三開關(guān) 的該控制端，一第三電容，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第四電阻的該第 一端，且該第二端耦合于該第四電阻的該第二端與接地，以及一第七二極管，具一陽極與一 陰極，其中該陽極接收該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該陰極耦合于該第三電容的該第一端。根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一開關(guān)及該第二開關(guān)分別包括一第一端、一第二端、一 控制端、具一陽極且并聯(lián)電連接于該第一端與該第二端的一體二極管與并聯(lián)電連接于該體 二極管的一雜散電容，該第一開關(guān)的該體二極管的該陽極耦合于該第二開關(guān)的該體二極管 的該陽極，該第一開關(guān)的該第二端耦合于該第一二極管的該陽極，且該第二開關(guān)的該第二 端耦合于該第三二極管的該陽極。根據(jù)上述的構(gòu)想，該無橋功率因數(shù)校正電路為一 H-功率因數(shù)校正電路(H-PFC circuit)，且當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該雙向開關(guān)可雙向流動(dòng)電 流的開關(guān)模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一控制電路，包括一誤差放大器，接收一參考電壓 與該無橋功率因數(shù)校正電路所產(chǎn)生的一輸出電壓回饋信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第一輸出信號(hào)， 一比較器，接收該第一輸出信號(hào)與一外加的斜坡信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第二輸出信號(hào)，以及一 觸發(fā)器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感電流檢 測(cè)信號(hào)，該第二輸入端接收該第二輸出信號(hào)，該輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于 驅(qū)動(dòng)該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該觸發(fā)器為一 RS觸發(fā)器。本案的次一主要目的在于提供一種無橋功率因數(shù)校正電路，包含一交流電源，具 一第一與一第二端，一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端 及一中點(diǎn)，其中該第一橋臂的該第一端連接至該第二橋臂的該第一端，該第一橋臂的該第 二端連接至該第二橋臂的該第二端，該第二橋臂的該中點(diǎn)與該交流電源的該第二端連接， 一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，連接至該兩中點(diǎn)，一電感，具一第一端與一第二端，其中該 第一端耦合于該交流電源的該第一端，且該第二端耦合于該第一橋臂的該中點(diǎn)，以及一感測(cè)電路，磁性耦合于該電感。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一信號(hào)處理電路，其中該感測(cè)電路為一輔助繞組， 用于產(chǎn)生一感測(cè)電壓，而該信號(hào)處理電路通過處理該感測(cè)電壓，產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)， 其為一電感電流過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，并據(jù)以控制該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括具一第一端與一第二端的一輸出電容，其中該第 一橋臂包括一第一與一第二二極管，該第二橋臂具一第三與一第四二極管，每一該二極管 具一陽極與一陰極，該第一二極管的該陰極連接于該第三二極管的該陰極與該輸出電容 的該第一端，該第一二極管的該陽極連接該第二二極管的該陰極，形成該第一橋臂的該中 點(diǎn)，該第三二極管的該陽極連接該第四二極管的該陰極，形成該第二橋臂的該中點(diǎn)，且該第 四二極管的該陽極連接該第二二極管的該陽極以及該輸出電容的該第二端。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組包含一第一開關(guān)及一與該第一開 關(guān)串聯(lián)的第二開關(guān)，且接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該輔助繞組具一第一端與一第二端，該輔助繞組的 一極性與該電感的一極性相反，且該感測(cè)電路更包括一第一電阻，具一第一端與一第二端， 其中該第一端耦合于該輔助繞組的該第一端，一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該 第一端耦合于該輔助繞組的該第二端，一第五二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合 于該第一電阻的該第二端，一第六二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第二電 阻的該第二端，一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第五二極管的 該陰極與該第六二極管的該陰極，且用于輸出該電感電流檢測(cè)信號(hào)，一第三開關(guān)，具一第一 端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第六二極管的該陽極，該第二端接地，以 及一第四開關(guān)，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第五二極管的該 陽極，該第二端耦合于該第三開關(guān)的該第二端與該第三電阻的該第二端。根據(jù)上述的構(gòu)想，該無橋功率因數(shù)校正電路為一 H-功率因數(shù)校正電路(H-PFC circuit)，且當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān) 模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一控制電路，包括一誤差放大器，接收一參考電壓 與該無橋功率因數(shù)校正電路所產(chǎn)生的一輸出電壓回饋信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第一輸出信號(hào)， 一比較器，接收該第一輸出信號(hào)與一外加的斜坡信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第二輸出信號(hào)，以及一 觸發(fā)器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感電流檢 測(cè)信號(hào)，該第二輸入端接收該第二輸出信號(hào)，該輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于 驅(qū)動(dòng)該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。本案的另一主要目的在于提供一種無橋功率因數(shù)校正電路，包含一第一與一第二 輸出端和一第一與一第二電源輸入端，一電感，兩個(gè)開關(guān)橋和一輸出電容，該兩開關(guān)橋和該 輸出電容連接在該第一與該第二輸出端之間，每一開關(guān)橋包括兩串聯(lián)開關(guān)，該兩開關(guān)橋各 具一該兩串聯(lián)開關(guān)的中點(diǎn)，該兩中點(diǎn)其中之一通過該電感連接到該第一電源輸入端，另一 中點(diǎn)連接到該第二電源輸入端，一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，連接于該兩中點(diǎn)，以及一第 一輔助繞組，耦合于該電感。根據(jù)上述的構(gòu)想，該電路更包括一第二輔助繞組與一信號(hào)處理電路，其中該第一 輔助繞組磁性耦合于該電感，且產(chǎn)生一第一感測(cè)信號(hào)，該第二輔助繞組磁性耦合于該電感， 且產(chǎn)生一第二感測(cè)信號(hào)，該兩串聯(lián)開關(guān)是兩個(gè)二極管，該信號(hào)處理電路通過累加該第一與該第二感測(cè)信號(hào)產(chǎn)生一控制信號(hào)，其為一電流過零點(diǎn)信號(hào)，并據(jù)以控制該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。本案的下一主要目的在于提供一種用于一無橋功率因數(shù)校正電路的控制方法，其 中該電路具有一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，一電感及耦合于該電感的一第一輔助繞組與 一第二輔助繞組，且該方法包含下列的步驟使該第一輔助繞組產(chǎn)生一第一感測(cè)電壓；使 該第二輔助繞組產(chǎn)生一第二感測(cè)電壓；運(yùn)用該第一與該第二感測(cè)電壓以產(chǎn)生一電感電流檢 測(cè)信號(hào)；以及當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān) 模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該第一輔助繞組的一極性與該電感的一極性相反，且該第二輔 助繞組的一極性亦與該電感的該極性相反。本案的又一主要目的在于提供一種用于一無橋功率因數(shù)校正電路的控制方法，其 中該電路具有一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，一電感及耦合于該電感的一輔助繞組，且該 方法包含下列的步驟使該輔助繞組產(chǎn)生一感測(cè)電壓；運(yùn)用該感測(cè)電壓以產(chǎn)生一電感電流 檢測(cè)信號(hào)；以及當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開 關(guān)模組。根據(jù)上述的構(gòu)想，該輔助繞組的一極性與該電感的一極性相反。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并 配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1為顯示一已知的H-PFC電路的電路圖；圖2為顯示一工作于臨界連續(xù)電流模式下的電感電流波形圖；圖3為顯示一已知的Boost PFC電路中通過檢測(cè)Boost電感的輔助繞組電壓來實(shí) 現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控制的電路示意圖；圖4(a)_(b)為分別顯示一已知的H-PFC電路在一個(gè)工作頻率周期的正、負(fù)半周的 工作狀態(tài)的電路示意圖；圖5為顯示利用電流互感器來實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控制的已知的H-PFC電路的 電路示意圖；圖6為顯示如圖5所示電路的工作波形圖；圖7為顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實(shí)施例利用一個(gè)輔助繞組來實(shí)現(xiàn)臨界 連續(xù)電流模式控制的H-PFC電路的電路圖；圖8為顯示如圖7所示，輸入電壓正半周的電路的工作波形圖；圖9(a)_(d)為分別顯示如圖7所示電路在圖8中當(dāng)輸入電壓正半周時(shí)其四個(gè)不 同工作狀態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)和電流流向的電路示意圖；圖10為顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實(shí)施例利用兩個(gè)輔助繞組來實(shí)現(xiàn)臨界 連續(xù)電流模式控制的H-PFC電路的電路圖；圖11為顯示如圖10所示，輸入電壓正半周的電路的工作波形圖；以及圖12(a)-(d)為分別顯示如圖10所示電路在圖11中當(dāng)輸入電壓正半周時(shí)，其四 個(gè)不同工作狀態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)和電流流向的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式圖7顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實(shí)施例利用一個(gè)輔助繞組實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù) 電流模式控制的H-PFC電路。耦合于電感L的輔助繞組L1所感應(yīng)的電壓為Vauxl,由于輸入 電壓在正負(fù)半周時(shí)，對(duì)應(yīng)于電感L的電壓是相反的，而輔助繞組L1所感應(yīng)的電壓Vauxl與電 感L的電壓也是相反的。在輸入電壓正半周時(shí)，Q3 —直導(dǎo)通，讓輔助繞組L1 端通過R2 與Q3連接到地。在輸入電壓負(fù)半周時(shí)，Q4 —直導(dǎo)通，讓輔助繞組L1WA端通過R1與Q4連 接到地。最終的檢測(cè)信號(hào)Vzm送入IC (例如L6561、FAN7528、NCP1606與UCC38050等ZCD 端，圖7中未顯示，可參考圖3)。圖8顯示如圖7所示電路的工作波形，其中k為電感L上的電流，Ves為MOSFET Q1 與Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Vauxi為輔助繞組L1的電壓，Vzcd是電感過零點(diǎn)電流檢測(cè)信號(hào)，Vds為 MOSFET Q1的漏極(drain)與源極(source)之間電壓。圖9 (a)、圖9 (b)、圖9 (c)與圖9 (d)顯示如圖7所示電路在圖8中當(dāng)輸入電壓正 半周時(shí)四個(gè)不同工作狀態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)和電流流向。輸入電壓負(fù)半周時(shí)電路工作狀態(tài)的分 析等同于正半周時(shí)。Q3則是一直導(dǎo)通。 請(qǐng)參看圖9(a)，在如圖7所示電路的第一工作階段，其工作波形如圖8中t0_tl階 段所示。兩個(gè)MOSFET 01與02同時(shí)導(dǎo)通，電流流經(jīng)L、Q1;Q2返回。在此期間電感電流線性上 升。電感L上的電壓為Vin，輔助繞組L1感應(yīng)的電壓Vauxl是-IiVin(η是輔助繞組L1與電感L 的匝數(shù)比)。由于Vauxl是負(fù)電壓，Q4的寄生二極管、R2與R1，經(jīng)過Q3構(gòu)成一個(gè)回路，Vaux2 = 0V,所以二極管D5與D6斷開，而Vzm僅僅通過R3連接到GND，因此Vzm = 0V。在此階段初
2Ρ L
始，該檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)MOSFET (^與02驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過Q1="^廠(其中Pqut為輸出功率，Vac
為交流輸入電壓，L為電感值，而η是主電路的轉(zhuǎn)換效率)，MOSFET Q1與Q2關(guān)斷。請(qǐng)參看圖9(b)，在如圖7所示電路的第二工作階段，其工作波形如圖8中tl_t2階 段所示。兩個(gè)MOSFET Q1與Q2同時(shí)關(guān)斷后，電流流經(jīng)L、Dp Cb與D4返回。在此期間電感L 的電壓是V。ut_Vin，電感電流線性下降至零。輔助繞組L1所感應(yīng)的電壓Vauxl是n(V。ut-Vin)。
由于Vauxl是正電壓，Q3> R2> L1, R1, D5與R3構(gòu)成一個(gè)回路，Q4和D6斷開= &+》"/-。請(qǐng)參看圖9(c)，在如圖7所示電路的第三工作階段，其工作波形如圖8中t2_t3階 段所示。電感L的電流到零點(diǎn)后整流二極管D1與D4自然關(guān)斷，不產(chǎn)生反向恢復(fù)電流。Ql的 雜散電容Qbsi放電，與電感L通過Vin諧振(Q2的雜散電容則為Cres2)。該階段輔助繞組L1 感應(yīng)的電壓Vauxl諧振下降，在該階段結(jié)束時(shí),Vauxl的幅值為一預(yù)設(shè)值。由于Vauxl是正電壓， Q3> R2^L1, R1,D5與R3構(gòu)成一個(gè)回路，Q4和D6斷開，由于該檢測(cè)端電容的存在，該檢測(cè)端電壓 值仍然大于導(dǎo)通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測(cè)閾值。請(qǐng)參看圖9(d)，在如圖7所示電路的第四工作階段，其工作波形如圖8中t3_t4階 段所示。Q1的雜散電容Cresi與電感L1通過Vin繼續(xù)諧振。該階段電流路徑與前一階段相同。 電感L的輔助繞組L1感應(yīng)的電壓Vauxl為負(fù)值，經(jīng)過RCV2的延時(shí)(其中R為R3的電阻值，C 為Vzm部分的寄生電容)，該電壓值低于導(dǎo)通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測(cè)閾值，MOSFET Q1 與Q2導(dǎo)通，正半周的四個(gè)工作階段結(jié)束。圖7電路中由一個(gè)電感輔助繞組電壓累加得來的信號(hào)雜訊容限高，從而使MOSFET動(dòng)作準(zhǔn)確，使導(dǎo)通損耗減小。另外，與圖5電路中由兩個(gè)電流互感器累加得來的信號(hào)相比，圖7電路中得來的信號(hào)幅值穩(wěn)定，與負(fù)載無關(guān)，但是Q3，Q4的信號(hào)來自于對(duì)輸入電壓的相位 檢測(cè)，來控制Q3，Q4,增加電路的復(fù)雜性。圖10顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實(shí)施例利用電感L的兩個(gè)輔助繞組L1與 L2實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)電流模式控制的H-PFC電路。電感L的輔助繞組L1所感應(yīng)的電壓Vauxl和 電感L的輔助繞組L2所感應(yīng)的電壓Vaux2分別經(jīng)過相同的電阻禮、R2，相同的電容Cp C2，相同的二極管D5、D6，及R3與Q3來得到導(dǎo)通的檢測(cè)信號(hào)，與前述第一較佳實(shí)施例相比，第二較 佳實(shí)施例無需輸入電壓的相位檢測(cè)，電子電路比較簡(jiǎn)單。圖11顯示如圖10所示電路的工作波形，其中k為電感L上的電流，Vgsqi, Vese2是 MOSFET Q1與Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Vese3是MOSFET Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Vauxi為輔助繞組L1的電壓，Vaux2 為輔助繞組L2的電壓，Vzm為電感過零點(diǎn)電流檢測(cè)信號(hào)，Vds為MOSFET Q1的drain與source 之間電壓。圖12 (a)、圖12(b)、圖12(c)與圖12(d)顯示了如圖10所示電路在輸入電壓正半周時(shí)四個(gè)不同工作狀態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)和電流流向。輸入電壓負(fù)半周時(shí)電路工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)于 其正半周時(shí)。請(qǐng)參看圖12(a)，在如圖10所示電路的第一工作階段，其工作波形如圖11中
to-tl階段所示。兩個(gè)MOSFET Q1與Q2同時(shí)導(dǎo)通，電流流經(jīng)LQ1與Q2返回。在此期間電感電
流線性上升。電感L上感應(yīng)的電壓為Vin (輸入電壓)，輔助繞組L1感應(yīng)的電壓Vauxl是-IiVin ；
輔助繞組L2感應(yīng)的電壓Vaux2是IiVin (輔助繞組L1與電感L的匝數(shù)比為n，輔助繞組L2與電
感L的匝數(shù)比亦為η)，此時(shí)Q3與Q1是一樣的信號(hào)，Q3 —直導(dǎo)通，所以過零點(diǎn)電流的檢測(cè)信號(hào)為0V。在此階段初始，該檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)MOSFETQi與Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過
廠的時(shí) 間之后，MOSFET Q1與Q2關(guān)斷。請(qǐng)參看圖12(b)，在如圖10所示電路的第二工作階段，其工作波形如圖11中 tl-t2階段所示。兩個(gè)MOSFET 01與02同時(shí)關(guān)斷后，電流流經(jīng)1^、01、(；與04返回。在此期間 電感電壓是V。ut (輸出電壓)_Vin，電感電流線性下降至零。輔助繞組L1感應(yīng)的電壓Vauxl是 η (Vout-Vin)；輔助繞組L2感應(yīng)的電壓Vaux2是-n (Vout-Vin)。在MOSFETQi與Q2關(guān)斷時(shí)，Vauxl由 負(fù)電壓變正電壓，Vaux2由正電壓變負(fù)電壓，為了避免這時(shí)對(duì)
信號(hào)檢測(cè)的影響，加入了 Q3 驅(qū)動(dòng)的延時(shí)(如圖10與圖12(a)中所示，Vqi為Q1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Vqii則為Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào))。
在Q3關(guān)斷以后，由于D5的存在，過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)Vzm由Vauxl決定。在此階段’其
中iPEAK是電感電流的峰值。請(qǐng)參看圖12(c)，在如圖10所示電路的第三工作階段，其工作波形如圖11中 t2-t3階段所示。電感電流到零點(diǎn)后整流二極管D1與D4自然關(guān)斷，不產(chǎn)生反向恢復(fù)電流。 Q1的雜散電容Qbsi放電，與電感L通過Vin諧振。該階段，電感L的輔助繞組L2感應(yīng)的電壓 Vaux2為負(fù)電壓，由于D6鉗位，所以對(duì)Vzm沒有影響。電感L的輔助繞組L1感應(yīng)的電壓Vauxl 諧振下降，該階段結(jié)束時(shí)幅值為一預(yù)設(shè)值。Vauxl與Vaux2這兩個(gè)電壓信號(hào)分別經(jīng)過相同的電 阻值R累加(R為R3的電阻值)，由于該檢測(cè)端電容的存在，該檢測(cè)端電壓值仍然大于導(dǎo)通
MOSFET Q1與Q2所需要的檢測(cè)閾值。在此階段
,其中Cqss為雜散電容Cqssi的電容值。請(qǐng)參看圖12(d)，在如圖10所示電路的第四工作階段，其工作波形如圖11中 t3-t4階段所示。Q1的雜散電容Cresi與電感L通過Vin繼續(xù)諧振。該階段電流路徑與前一 階段相同。電感L的輔助繞組L2感應(yīng)的電壓Vaux2是零；電感L的輔助繞組L1感應(yīng)的電壓 Vauxl諧振下降為負(fù)值，該階段結(jié)束時(shí)幅值接近于-n (Vin-Vsi-V111)，其中Vsi為Q1的源極電壓， Vdi為Q1的漏極電壓，對(duì)應(yīng)于Q1的源極與漏極之間電壓Vdsi接近于零。這兩個(gè)電壓信號(hào)累 力口，經(jīng)過RC/2的延時(shí)，該電壓值低于導(dǎo)通MOSFET Q 1與Q2所需要的檢測(cè)閾值，MOSFET Q1與
Q2導(dǎo)通，正半周的四個(gè)工作階段結(jié)束。在此階段人 綜上所述，本發(fā)明利用檢測(cè)電感輔助繞組來得到電感電流歸零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，從而 控制H-PFC以臨界導(dǎo)通模式工作。該控制方法無需檢測(cè)電感電流，能夠獲得與交流輸入 電壓和輸出負(fù)載無關(guān)的電感電流歸零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，從而使MOSFET動(dòng)作準(zhǔn) 確，以減小導(dǎo)通損 耗，沒有升壓整流二極管的反向恢復(fù)損耗，提高效率，而具有其進(jìn)步性與新穎性。是以，縱使本案已由上述的實(shí)施例所詳細(xì)敘述而可由熟悉本技藝的人士任施匠思 而為諸般修飾，然皆不脫如權(quán)利要求所欲保護(hù)者。
權(quán)利要求
一種無橋功率因數(shù)校正電路，其特征在于，包含一交流電源，具一第一與一第二端；一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點(diǎn)，其中該第一橋臂的該第一端連接至該第二橋臂的該第一端，該第一橋臂的該第二端連接至該第二橋臂的該第二端，該第二橋臂的該中點(diǎn)與該交流電源的該第二端連接；一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，連接至該兩中點(diǎn)；一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該交流電源的該第一端，且該第二端耦合于該第一橋臂的該中點(diǎn)；以及一第一輔助繞組，磁性耦合于該電感。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組包含一第一 開關(guān)及一與該第一開關(guān)串聯(lián)的第二開關(guān)，該第一開關(guān)的第一端耦接于第一橋臂中點(diǎn)，該第 二開關(guān)的第一端耦接于第二橋臂中點(diǎn)，該第一開關(guān)的第二端與該第二開關(guān)的第二端耦接。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，該電路更包括一第二輔助繞組，其中該第一 輔助繞組具一第一端，用于產(chǎn)生一第一感測(cè)電壓，該第二輔助繞組，磁性耦合于該電感，且 具一第一端用于產(chǎn)生一第二感測(cè)電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，該電路更包括一信號(hào)處理電路，用于通過累 加該第一與該第二感測(cè)電壓，產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)，其為一電感電流過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)， 并據(jù)以控制該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，該電路更包括具一第一端與一第二端的一 輸出電容，其中該第一橋臂包括一第一與一第二二極管，該第二橋臂具一第三與一第四二 極管，每一該二極管具一陽極與一陰極，該第一二極管的該陰極連接于該第三二極管的該 陰極與該輸出電容的該第一端，該第一二極管的該陽極連接該第二二極管的該陰極，形成 該第一橋臂的該中點(diǎn)，該第三二極管的該陽極連接該第四二極管的該陰極，形成該第二橋 臂的該中點(diǎn)，且該第四二極管的該陽極連接該第二二極管的該陽極以及該輸出電容的該第二端。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組接收一驅(qū)動(dòng) 信號(hào)，該第一輔助繞組與該第二輔助繞組更分別包括一第二端，該第一輔助繞組的該第二 端與該第二輔助繞組的該第二端均用于接地，該第一輔助繞組的一極性與該第二輔助繞組 的一極性均與該電感的一極性相反，且該感測(cè)電路更包括一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一輔助繞組的該第一端；一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第二輔助繞組的該第一端；一第一電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合于該第一電阻的該第二端，且該 第二端接地；一第二電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合于該第二電阻的該第二端，且該 第二端接地；一第五二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第一電容的該第一端； 一第六二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第二電容的該第一端；一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第五二極管的該陰極與 該第六二極管的該陰極，用于輸出該電感電流檢測(cè)信號(hào)，且該第二端耦合于該第二電容的 該第二端；一第三開關(guān)，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第三電阻的該 第一端，該第二端接地；一第四電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第三開關(guān)的該控制端； 一第三電容，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第四電阻的該第一端，且 該第二端耦合于該第四電阻的該第二端與接地；以及一第七二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極接收該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該陰極耦合于該第 三電容的該第一端。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，該第一開關(guān)及該第二開關(guān)分別包括一第一 端、一第二端、一控制端、具一陽極且并聯(lián)電連接于該第一端與該第二端的一體二極管與并 聯(lián)電連接于該體二極管的一雜散電容，該第一開關(guān)的該體二極管的該陽極耦合于該第二開 關(guān)的該體二極管的該陽極。
8.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，該無橋功率因數(shù)校正電路為一H-功率因數(shù) 校正電路，且當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān) 模組。
9.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，該電路更包括一控制電路，包括一誤差放大器，接收一參考電壓與該無橋功率因數(shù)校正電路所產(chǎn)生的一輸出電壓回饋 信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第一輸出信號(hào)；一比較器，接收該第一輸出信號(hào)與一外加的斜坡信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第二輸出信號(hào)；以及一觸發(fā)器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感 電流檢測(cè)信號(hào)，該第二輸入端接收該第二輸出信號(hào)，該輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該驅(qū)動(dòng)信 號(hào)用于驅(qū)動(dòng)該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，該觸發(fā)器為一RS觸發(fā)器。
11.一種無橋功率因數(shù)校正電路，其特征在于，包含 一交流電源，具一第一與一第二端；一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點(diǎn)，其中 該第一橋臂的該第一端連接至該第二橋臂的該第一端，該第一橋臂的該第二端連接至該第 二橋臂的該第二端，該第二橋臂的該中點(diǎn)與該交流電源的該第二端連接； 一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組，連接至該兩中點(diǎn)；一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該交流電源的該第一端，且該第 二端耦合于該第一橋臂的該中點(diǎn)；以及 一感測(cè)電路磁性耦合于該電感。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于，該電路更包括一信號(hào)處理電路，其中該感 測(cè)電路為一輔助繞組，用于產(chǎn)生一感測(cè)電壓，而該信號(hào)處理電路通過處理該感測(cè)電壓，產(chǎn)生 一電感電流檢測(cè)信號(hào)，其為一電感電流過零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，并據(jù)以控制該可雙向流動(dòng)電流的 開關(guān)模組。
13.如權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于，該電路更包括具一第一端與一第二端 的一輸出電容，其中該第一橋臂包括一第一與一第二二極管，該第二橋臂具一第三與一第 四二極管，每一該二極管具一陽極與一陰極，該第一二極管的該陰極連接于該第三二極管 的該陰極與該輸出電容的該第一端，該第一二極管的該陽極連接該第二二極管的該陰極， 形成該第一橋臂的該中點(diǎn)，該第三二極管的該陽極連接該第四二極管的該陰極，形成該第 二橋臂的該中點(diǎn)，且該第四二極管的該陽極連接該第二二極管的該陽極以及該輸出電容的 該第二端。
14.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組包含一第 一開關(guān)及一與該第一開關(guān)串聯(lián)的第二開關(guān)，且接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該第一開關(guān)的第一端耦接 于第一橋臂中點(diǎn)，該第二開關(guān)的第一端耦接于第二橋臂中點(diǎn)，該第一開關(guān)的第二端與該第 二開關(guān)的第二端耦接，該輔助繞組具一第一端與一第二端，該輔助繞組的一極性與該電感 的一極性相反，且該感測(cè)電路更包括一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該輔助繞組的該第一端； 一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該輔助繞組的該第二端； 一第五二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第一電阻的該第二端； 一第六二極管，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合于該第二電阻的該第二端； 一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第五二極管的該陰極與 該第六二極管的該陰極，且用于輸出該電感電流檢測(cè)信號(hào)；一第三開關(guān)，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第六二極管的 該陽極，該第二端接地；以及一第四開關(guān)，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合于該第五二極管的 該陽極，該第二端耦合于該第三開關(guān)的該第二端與該第三電阻的該第二端。
15.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，該無橋功率因數(shù)校正電路為一H-功率因 數(shù)校正電路，且當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通 該可雙向流動(dòng)電流的開 關(guān)模組。
16.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，該電路更包括一控制電路，包括一誤差放大器，接收一參考電壓與該無橋功率因數(shù)校正電路所產(chǎn)生的一輸出電壓回饋 信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第一輸出信號(hào)；一比較器，接收該第一輸出信號(hào)與一外加的斜坡信號(hào)，且用以產(chǎn)生一第二輸出信號(hào)；以及一觸發(fā)器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感 電流檢測(cè)信號(hào)，該第二輸入端接收該第二輸出信號(hào)，該輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且該驅(qū)動(dòng)信 號(hào)用于驅(qū)動(dòng)該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
17.一種用于一無橋功率因數(shù)校正電路的控制方法，其特征在于，該電路具有一可雙向 流動(dòng)電流的開關(guān)模組，一電感及耦合于該電感的一第一輔助繞組與一第二輔助繞組，且該 方法包含下列的步驟使該第一輔助繞組產(chǎn)生一第一感測(cè)電壓； 使該第二輔助繞組產(chǎn)生一第二感測(cè)電壓； 運(yùn)用該第一與該第二感測(cè)電壓以產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)；以及當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該第一輔助繞組的一極性與該電感的一 極性相反，且該第二輔助繞組的一極性亦與該電感的該極性相反，其中該無橋功率因數(shù)校 正電路為一如權(quán)利要求5所述的無橋功率因數(shù)校正電路。
19.一種用于一無橋功率因數(shù)校正電路的控制方法，其特征在于，該電路具有一可雙向 流動(dòng)電流的開關(guān)模組，一電感及耦合于該電感的一輔助繞組，且該方法包含下列的步驟使該輔助繞組產(chǎn)生一感測(cè)電壓； 運(yùn)用該感測(cè)電壓以產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)；以及當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該輔助繞組的一極性與該電感的一極性 相反，且該無橋功率因數(shù)校正電路為一如權(quán)利要求11所述的無橋功率因數(shù)校正電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無橋功率因數(shù)校正電路及其控制方法。該電路包含一可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組、一電感，一輔助繞組，耦合于該電感，且產(chǎn)生一感測(cè)信號(hào)，其中該感測(cè)信號(hào)用于產(chǎn)生一電感電流檢測(cè)信號(hào)，且當(dāng)該電感電流檢測(cè)信號(hào)的一值為一預(yù)設(shè)值時(shí)，導(dǎo)通該可雙向流動(dòng)電流的開關(guān)模組。
文檔編號(hào)H01F38/14GK101860189SQ20091013365
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者甘鴻堅(jiān), 金紅元 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司