專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)橋路升壓pfc電路的、使用單變流器的電流檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無(wú)橋路升壓(BLB)PFC電路、使用單變流器的電流檢測(cè)電路以及方法。
背景技術(shù)：
無(wú)橋路升壓PFC已經(jīng)證明是用于功率因數(shù)校正電路的一種良好的可選電路布局，如圖1所示。與圖2所示的使用橋路的傳統(tǒng)PFC電路相比，無(wú)橋路PFC電路減少了導(dǎo)電通路中的半導(dǎo)體器件的數(shù)量。對(duì)于傳統(tǒng)的PFC來(lái)說(shuō)，在電流傳導(dǎo)通路中有三個(gè)半導(dǎo)體器件。而對(duì)于無(wú)橋路PFC來(lái)說(shuō)，在任何時(shí)候?qū)щ娡分兄挥袃蓚€(gè)半導(dǎo)體器件。由于這兩個(gè)電路都用作升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，因此其開(kāi)關(guān)損耗是相同的。由此，無(wú)橋路PFC可以降低電路傳導(dǎo)損耗并且改善電路效率。另外，由于相對(duì)于具有一個(gè)MOSFET和五個(gè)二極管的傳統(tǒng)PFC來(lái)說(shuō)，這種電路僅使用兩個(gè)MOSFET和兩個(gè)二極管，因此這種電路被大大簡(jiǎn)化了。
雖然圖1的無(wú)橋路PFC電路具有簡(jiǎn)化的電路結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的效率，但是在電流的檢測(cè)上存在問(wèn)題。
對(duì)于圖2的傳統(tǒng)PFC電路來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)串聯(lián)連接在電感器的返回通路中的分流電阻來(lái)檢測(cè)電感電流，如圖3所示。由此，電流信號(hào)被轉(zhuǎn)換為可用作控制目的的電壓信號(hào)。然而，對(duì)于無(wú)橋路PFC電路來(lái)說(shuō)，電感電流返回通路位于AC側(cè)，如圖4所示?？刂齐娐吠ǔＥc輸出具有公共的接地。因此，對(duì)于無(wú)橋路PFC來(lái)說(shuō)需要單獨(dú)的電流檢測(cè)方法。
為了實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的電流檢測(cè)，50或60Hz的變流器提供了直接的解決方法，如圖5所示。然而，由于低頻變流器將會(huì)在輸入和輸出信號(hào)間產(chǎn)生大的相位差，因此使用檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制功率因數(shù)校正電路將會(huì)影響功率因數(shù)。另外，低頻轉(zhuǎn)換器較大、較重并且較貴，從而其難以適用于千瓦量級(jí)的電源。
其他的單獨(dú)電流檢測(cè)方法是使用差分模式放大器，如圖6所示。差分模式放大器在輸入和輸出間不具有相位差。其可提供良好的控制信號(hào)。然而，由于無(wú)橋路PFC在高開(kāi)關(guān)頻率和高輸出電壓下工作，因此差分模式放大器中的共模電壓將在檢測(cè)信號(hào)上產(chǎn)生噪聲。由于檢測(cè)電壓較低以最小化分流電阻中的功率損耗，因此共模電壓所產(chǎn)生的噪聲會(huì)使檢測(cè)電流失真。另外，由于差分模式放大器較為昂貴并且需要額外的電源，因此其也不是實(shí)用的解決方法。
另外的電流檢測(cè)方法是高頻重建，如圖7所示。在這種電流檢測(cè)方法中，兩個(gè)變流器T1和T2與S1和S2串聯(lián)連接。在每個(gè)半線周期(half line cycle)中，其中之一飽和并且不輸出信號(hào)，而另一個(gè)提供開(kāi)關(guān)電流信號(hào)。變流器T3能夠檢測(cè)二極管電流。通過(guò)利用高頻變流器將開(kāi)關(guān)電流與二極管電流疊加在一起，可以檢測(cè)到電感電流。因此，控制電路需要全部的三個(gè)變流器。即使使用峰值電流模式控制(其中僅需要開(kāi)關(guān)電流作為功率因數(shù)校正控制)，也仍然需要至少兩個(gè)變流器。
由于具有這些缺點(diǎn)，因此雖然無(wú)橋路PFC電路已經(jīng)存在了20年左右，但是其仍然沒(méi)有在工業(yè)上使用。不僅是電路要承受?chē)?yán)重的EMI噪聲干擾問(wèn)題，還存在電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)的問(wèn)題。因此，在過(guò)去的20年中，已經(jīng)進(jìn)行了大量工作來(lái)解決電路的控制問(wèn)題。已經(jīng)提出了一種有吸引力的方法來(lái)改善無(wú)橋路PFC電路的電流檢測(cè)和電壓檢測(cè)問(wèn)題。其電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。
在圖9中，(a)和(b)分別是與在正半線周期和負(fù)半線周期中工作的電路等價(jià)的電路。在各個(gè)半線周期中，無(wú)橋路PFC電路作為升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。整個(gè)電路等價(jià)于疊加在一起的兩個(gè)升壓電流。所有的電感電流將通過(guò)分流電阻，在分流電阻處可以檢測(cè)電感電流并且將其用于控制電路。
雖然這種電路能夠在無(wú)橋路PFC電路中提供良好的電流檢測(cè)，但是其仍然具有某些局限性·需要使用兩個(gè)額外的二極管。
·所述兩個(gè)額外的二極管需要額外的散熱片，從而使得電路更為昂貴。
·通過(guò)使用分流電阻，在電路中引入了額外的功率損耗。
因此，需要降低元件數(shù)量、成本以及電流檢測(cè)損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于在無(wú)橋路PFC電路中進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，特別是避免以上所述的局限和缺點(diǎn)。
為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電流檢測(cè)方案，提供了一種新的用于無(wú)橋路PFC的電流檢測(cè)方法，其僅使用一個(gè)變流器。通過(guò)僅利用一個(gè)變流器來(lái)檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流，可以降低電流檢測(cè)損耗。另外，圖8電路中額外的二極管將不再需要。因此，對(duì)于所提出的電路來(lái)說(shuō)，與其他大功率半導(dǎo)體器件相比，變流器的成本和硅器件的成本都十分低廉，并且損耗也將大大減少。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電路和方法以改善無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器中的電流檢測(cè)。這種轉(zhuǎn)換器包括變流器，其具有第一和第二初級(jí)繞組；升壓電感器，其具有連接到第一AC輸入端的第一端和連接到第一接點(diǎn)的第二端，所述第一接點(diǎn)限定在第一二極管的陽(yáng)極與所述第一初級(jí)繞組的第一端之間，所述第一初級(jí)繞組的第二端與第一開(kāi)關(guān)的第一端連接；所述第一開(kāi)關(guān)的第二端，連接到公共線；電容與負(fù)載的并聯(lián)電路，連接在所述第一二極管的陰極與所述公共線之間；第二二極管、所述第二初級(jí)繞組和第二開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，連接在所述第一二極管的陰極與所述公共線之間；以及第二AC輸入端，其連接到限定在所述第二初級(jí)繞組和所述第二開(kāi)關(guān)之間的第二接點(diǎn)。在所述第二AC輸入端和所述第二接點(diǎn)之間可連接有第二升壓電感器。所述第一和第二開(kāi)關(guān)可以是MOSFET。所述電路在變流器的第一和第二次級(jí)線圈處還包括整流電路，所述整流電路包括MOSFET和附加的二極管。
通過(guò)參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚。


圖1示出了已知的無(wú)橋路PFC電路；圖2示出了傳統(tǒng)的PFC電路；圖3示出了用于傳統(tǒng)PFC電路的電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)；圖4示出了圖1的無(wú)橋路PFC電路的電流返回通路；圖5示出了用于無(wú)橋路PFC、使用低頻轉(zhuǎn)換器的電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)；圖6示出了用于無(wú)橋路PFC、使用差分模式放大器的電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)；圖7示出了用于無(wú)橋路PFC、使用高頻重建的電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)；圖8示出了可以改善已知的無(wú)橋路PFC電路的EMI性能的另一個(gè)電路；圖9(a)和9(b)示出了圖8電路中不同半線周期的等價(jià)電路；圖10(a)和10(b)示出了所提出的新的電流檢測(cè)方案；圖11(a)和11(b)分別示出了在正半線周期和負(fù)半線周期中變流器的初級(jí)側(cè)電流；圖12(a)和12(b)分別示出了在轉(zhuǎn)換和復(fù)位操作階段中，圖10(b)的變流器次級(jí)整流電路的等價(jià)電路。
具體實(shí)施例方式
圖10(a)和10(b)中示出了電流檢測(cè)方案的示意圖。
變流器具有兩個(gè)初級(jí)繞組P1、P2以及兩個(gè)次級(jí)繞組S1、S2。兩個(gè)初級(jí)繞組均為單匝，兩個(gè)次級(jí)繞組為多匝，典型的為50或100匝。變流器的等價(jià)初級(jí)電流等于I1與I2之和。
為了更清楚地理解電流檢測(cè)方案，圖11(a)和11(b)中示出了流過(guò)變流器的電流波形。從波形中可以看出，對(duì)于兩個(gè)半線周期來(lái)說(shuō)，等價(jià)的初級(jí)側(cè)電流為通過(guò)MOSFET M1、M2的開(kāi)關(guān)電流之和。然而，更具體地，對(duì)于正半線周期來(lái)說(shuō)，等價(jià)的初級(jí)側(cè)電流為總的開(kāi)關(guān)電流I1+I2，而對(duì)于負(fù)半線周期來(lái)說(shuō)，等價(jià)的初級(jí)側(cè)電流為總的開(kāi)關(guān)電流I1+I2的負(fù)值。因此，該電流檢測(cè)方法中的下一步是對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行整流。
圖10(b)中示出了整流電路。圖12(a)和12(b)中分別示出了轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)和復(fù)位電磁場(chǎng)時(shí)變流器的等價(jià)電路。當(dāng)初級(jí)側(cè)通有電流時(shí)，MOSFET M3導(dǎo)通，從而次級(jí)側(cè)S1電流回路通過(guò)二極管D3閉合，并且由二極管D4阻斷，而初級(jí)側(cè)電流可以通過(guò)分流電阻R1檢測(cè)。當(dāng)初級(jí)側(cè)未通有電流時(shí)，MOSFET M3截止，電流通過(guò)次級(jí)繞組S1、S2和一對(duì)跨過(guò)其連接的相反的齊納二極管Z1、Z2，電流通路如圖12(b)所示。在此期間，變流器電磁場(chǎng)被復(fù)位。通過(guò)以上分析，可以看出MOSFET可以使用與功率級(jí)開(kāi)關(guān)相同的柵信號(hào)。
與其他的電流檢測(cè)方法相比，以上提出的電路至少具有以下優(yōu)點(diǎn)·結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)高頻變流器。
·不需要額外的控制電路，MOSFET電流檢測(cè)電路可以與功率級(jí)開(kāi)關(guān)使用同一柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
·低的功率損耗。與分流電阻相比，變流器電阻只流過(guò)少量的電流，從而產(chǎn)生較少的功率損耗。
雖然已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其他的修改和調(diào)整以及其他應(yīng)用是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明不受在此的特定公開(kāi)的限制。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，包括變流器，其具有第一和第二初級(jí)繞組；升壓電感器，其具有連接到第一AC輸入端的第一端和連接到第一接點(diǎn)的第二端，所述第一接點(diǎn)限定在第一二極管的陽(yáng)極與所述第一初級(jí)繞組的第一端之間，所述第一初級(jí)繞組的第二端與第一開(kāi)關(guān)的第一端連接；所述第一開(kāi)關(guān)的第二端，連接到公共線；電容與負(fù)載的并聯(lián)電路，連接在所述第一二極管的陰極與所述公共線之間；第二二極管、所述第二初級(jí)繞組和第二開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，連接在所述第一二極管的陰極與所述公共線之間；以及第二AC輸入端，其連接到限定在所述第二初級(jí)繞組和所述第二開(kāi)關(guān)之間的第二接點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括連接在所述第二AC輸入端和所述第二接點(diǎn)之間的第二升壓電感器。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一和第二開(kāi)關(guān)是MOSFET。
4.如權(quán)利要求3所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一和第二開(kāi)關(guān)是MOSFET，其各自具有體二極管，所述體二極管的陰極與所述第一和第二初級(jí)繞組中相應(yīng)的一個(gè)相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述MOSFET各具有一對(duì)主端子，所述主端子分別連接至所述公共線和所述第一和第二初級(jí)繞組中相應(yīng)的一個(gè)；以及柵極端，用于控制所述MOSFET。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述變流器具有第一和第二次級(jí)繞組，所述第一和第二次級(jí)繞組的各自的第二端在第三接點(diǎn)連接在一起；以及整流電路，連接到所述次級(jí)繞組。
7.如權(quán)利要求6所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述整流電路包括電阻和第三開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接，連接至所述第三接點(diǎn)；所述電阻與所述第三開(kāi)關(guān)之間的接點(diǎn)，與所述公共線連接；一對(duì)齊納二極管，其陰極連接在一起，其陽(yáng)極分別連接至所述第一和第二次級(jí)繞組的所述第二端；一對(duì)二極管，其陰極連接至所述第三開(kāi)關(guān)，其陽(yáng)極分別連接至所述第一和第二次級(jí)繞組的所述第一端。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述第三開(kāi)關(guān)是MOSFET。
9.如權(quán)利要求8所述的無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器，其中，所述第三開(kāi)關(guān)是MOSFET，所述MOSFET具有一對(duì)主端子，所述主端子分別連接至所述電阻和所述一對(duì)二極管的陰極；柵極端，用于控制所述MOSFET。
全文摘要
一種用于改進(jìn)無(wú)橋路PFC升壓轉(zhuǎn)換器中電流檢測(cè)的電路和方法。這種轉(zhuǎn)換器包括變流器，其具有第一和第二初級(jí)繞組；升壓電感器，其具有連接到第一AC輸入端的第一端和連接到第一接點(diǎn)的第二端，所述第一接點(diǎn)限定在第一二極管的陽(yáng)極與第一初級(jí)繞組的第一端之間，第一初級(jí)繞組的第二端與第一開(kāi)關(guān)的第一端連接；連接到公共線的第一開(kāi)關(guān)的第二端；電容與負(fù)載的并聯(lián)電路，連接在第一二極管的陰極與公共線之間；第二二極管、第二初級(jí)繞組和第二開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，連接在第一二極管的陰極與公共線之間；以及第二AC輸入端，其連接到限定在第二初級(jí)繞組和第二開(kāi)關(guān)之間的第二接點(diǎn)。在第二AC輸入端和第二接點(diǎn)之間可連接有第二升壓電感器。
文檔編號(hào)H02M7/00GK1855658SQ20061006643
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者馬爾科·索爾達(dá)諾 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司