專利名稱：功率因數(shù)校正電路及具有其的電源裝置和電機(jī)驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有輔助開關(guān)的功率因數(shù)校正電路，以及配有該電路的電源裝置和電機(jī)驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
近期，全世界政府部門都提倡符合能源效率政策的高效能源使用，具體地，廣泛建議在電子產(chǎn)品和家用電器中實行高效能源使用。在高效能源使用中，根據(jù)這些政府建議，用于向電子產(chǎn)品、家用電器等供電的電源裝置可采用一種改進(jìn)型電路。該改進(jìn)型電路可以是例如功率因數(shù)校正電路。功率因數(shù)校正電路是用于切換輸入功率并調(diào)整該輸入功率的電流和電壓之間的相位差(功率因數(shù))從而高效地將功率傳輸至后續(xù)過程的一種電路。然而，由于要切換輸入功率，所以功率因數(shù)校正電路可能會產(chǎn)生切換損失。另一方面，電子產(chǎn)品、家用電器等多數(shù)使用電機(jī)來進(jìn)行預(yù)設(shè)操作，而且為了驅(qū)動這種電機(jī)，應(yīng)當(dāng)供給合適的功率，并且應(yīng)當(dāng)在電源裝置中使用用于提高能量效率的功率因數(shù)校正電路來切換輸入功率從而調(diào)整該輸入功率的電流和電壓之間的相位差。然而，在這點(diǎn)上，在切換輸入功率時可能會產(chǎn)生切換損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種能夠在執(zhí)行用于功率因數(shù)校正的切換之前將外加功率傳輸?shù)降貜亩鴾p小在功率因數(shù)校正的切換過程中所產(chǎn)生的切換損失的功率因數(shù)校正電路，以及具有該功率因數(shù)校正電路的電源裝置和電機(jī)驅(qū)動裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種功率因數(shù)校正電路，包括主開關(guān)，切換輸入功率，以調(diào)整輸入功率的電流與電壓之間的相位差；以及輔助開關(guān)，在主開關(guān)接通之前被接通，以形成用于主開關(guān)的額外功率(extra power)的傳輸路徑。該功率因數(shù)校正電路可進(jìn)一步包括第一電感器，連接在輸入功率端與主開關(guān)之間，以根據(jù)主開關(guān)的通斷來蓄積或釋放能量；以及第二電感器，連接在主開關(guān)和第一電感器的連接端與輔助開關(guān)之間，以調(diào)整輔助開關(guān)接通時流入輔助開關(guān)的電流量。該功率因數(shù)校正電路可進(jìn)一步包括二極管，根據(jù)主開關(guān)的通斷，提供用于從第一電感器釋放的功率的傳輸路徑；以及電容器，用于使從二極管傳輸?shù)墓β史€(wěn)定。輸入功率可以是經(jīng)過整流的功率。輔助開關(guān)可在主開關(guān)接通之前被接通和斷開，或在主開關(guān)接通之前被接通而在主開關(guān)接通之后被斷開。該功率因數(shù)校正電路可進(jìn)一步包括控制器，用于提供切換控制信號，以控制主開關(guān)和輔助開關(guān)的通斷。主開關(guān)和輔助開關(guān)可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS-FET)中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電源裝置，包括功率因數(shù)校正電路，包括用于切換輸入功率以調(diào)整輸入功率的電流與電壓之間的相位差的主開關(guān)以及在主開關(guān)接通之前被接通以形成用于主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑的輔助開關(guān)；功率轉(zhuǎn)換單元，用于切換來自該功率因數(shù)校正電路的功率以將該功率轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)功率；以及切換控制器，用于控制該功率轉(zhuǎn)換單元的功率切換。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電機(jī)驅(qū)動裝置，包括功率因數(shù)校正電路，包括用于切換輸入功率以調(diào)整輸入功率的電流與電壓之間的相位差的主開關(guān)以及在主開關(guān)接通之前被接通以形成用于主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑的輔助開關(guān)；驅(qū)動單元，用于切換來自功率因數(shù)校正電路的功率以驅(qū)動電機(jī)；以及驅(qū)動控制器，用于控制該驅(qū)動單元的功率切換。


從下文結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述的以及其他方面、特征和其他優(yōu)勢將被更加清晰的理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的示意性電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的主開關(guān)及輔助開關(guān)的切換控制信號圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的輔助開關(guān)的切換波形的視圖。圖4是示了絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的特性的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的主開關(guān)及輔助開關(guān)的切換時序圖；圖6和圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的主要部分的波形的曲線圖；圖8是示出了本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路與現(xiàn)有技術(shù)的這種電路之間在切換損失方面的比較的圖示；圖9和圖10分別是具有根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的電機(jī)驅(qū)動裝置的示意性電路圖；以及圖11是具有根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的電源裝置的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的示意性電路圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路100可包括主開關(guān)SI及輔助開關(guān)S2，并且可進(jìn)一步包括第一電感器LI和第二電感器L2、二極管D2以及電容器Cl。主開關(guān)SI可切換輸入功率并調(diào)整該輸入功率的電壓和電流之間的相位差，從而校正功率因數(shù)。第一電感器LI連接在輸入功率端與主開關(guān)SI之間，以根據(jù)主開關(guān)SI的通斷來蓄積能量或釋放能量。例如，當(dāng)主開關(guān)SI被構(gòu)造為晶體管時，第一電感器LI可連接在輸入功率端和主開關(guān)SI的集電極之間。輸入功率可以是整流功率，因此，整流電路Dl可對交流(AC)功率進(jìn)行整流并將整流后的AC功率傳輸至功率因數(shù)校正電路。輔助開關(guān)S2可連接在第二電感器L2與地之間，且在主開關(guān)SI和輔助開關(guān)S2均是晶體管的情況下，第二電感器L2可連接在主開關(guān)SI的集電極與輔助開關(guān)S2的集電極之間。二極管Dl連接在第一電感器LI與輸出端之間，以根據(jù)主開關(guān)SI的通斷提供用于功率輸出的傳輸路徑，而且電容器Cl可與輸出端并聯(lián)連接以穩(wěn)定輸出功率。控制器110可提供切換控制信號Gl和G2，以控制主開關(guān)SI和輔助開關(guān)S2的接通和斷開操作的切換。根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路100的主開關(guān)SI可切換輸入功率并調(diào)整該輸入功率的電壓和電流之間的相位差，從而校正功率因數(shù)，而且這里，當(dāng)主開關(guān)Si被接通和斷開時，輔助開關(guān)S2可形成用于剩余額外功率的傳輸路徑。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的主開關(guān)及輔助開關(guān)的切換控制信號圖；參照圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路100的輔助開關(guān)S2在主開關(guān)SI被接通之前可形成用于額外功率的傳輸路徑。即，輔助開關(guān)S2可將額外功率旁路到地。為此，控制器110可傳輸切換控制信號Gl和G2，用于在主開關(guān)SI被接通之前使輔助開關(guān)S2接通。據(jù)此，控制器110可在使主開關(guān)SI接通之前接通和斷開輔助開關(guān)S2，或可在主開關(guān)SI接通之前使輔助開關(guān)S2接通并在主開關(guān)SI接通之后使輔助開關(guān)S2斷開。另一方面，輔助開關(guān)S2可形成用于主開關(guān)SI的額外功率的傳輸路徑以減小主開關(guān)SI的切換損失，但在這種情況下，會在輔助開關(guān)S2中產(chǎn)生切換損失。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的輔助開關(guān)的切換波形的視圖，以及圖4是示出了絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的特性的曲線圖。根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的輔助開關(guān)可以是晶體管中的IGBT，并且IGBT的切換損失可表示為IGBT接通時的電壓Vce與電流I的乘積的積分值。為了使IGBT的切換損失最小化，需要使IGBT接通時的電壓Vce與電流I的相交區(qū)域最小化。為此，當(dāng)輔助開關(guān)S2接通時，電流I的斜率di/dt可通過第二電感器L2調(diào)整為使損失區(qū)域最小，而當(dāng)輔助開關(guān)S2斷開時，第二電感器L2會使下降時間延長以減小尖峰電壓，由此避免了對輔助開關(guān)S2的損壞。這里，當(dāng)輔助開關(guān)S2的下降時間被過分延長時，輔助開關(guān)S2的切換損失可能增大，因此需要將輔助開關(guān)S2的下降時間設(shè)定為在特定時間以下的范圍內(nèi)。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路中所使用的主開關(guān)及輔助開關(guān)的切換時序圖。參照圖5，例如，控制器110可提供切換控制信號，以將主開關(guān)SI的接通區(qū)域設(shè)定為60. 5 μ S并將主開關(guān)SI的斷開區(qū)域設(shè)定為2 μ S。這里，輔助開關(guān)S2的接通區(qū)域可設(shè)定為2 μ S，并且在這種情況下，主開關(guān)SI的接通區(qū)域與輔助開關(guān)S2的接通區(qū)域重疊的區(qū)域可被設(shè)定為700ns。圖6和圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的主要部分的波形的曲線圖。參照圖6和圖7，值得注意的是，在輔助開關(guān)S2接通之后(I_S2的信號波形從低電平轉(zhuǎn)換成高電平的區(qū)域)，切換控制信號Gl在流入主開關(guān)SI中的電流I_S1變?yōu)镺的那一點(diǎn)處從低電平轉(zhuǎn)換成高電平，實現(xiàn)了主開關(guān)SI中的零電壓切換(ZVS)。同樣，如圖7所示，值得注意的是，輔助開關(guān)S2的下降時間縮短，以減小由第二電感器L2產(chǎn)生的尖峰電壓。圖8是示出本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路與現(xiàn)有技術(shù)的功率因數(shù)校正電路之間在 切換損失方面的比較的圖示。參照圖8，值得注意的是，未使用輔助開關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的功率因數(shù)校正電路產(chǎn)生的切換損失為24. 35 μ J，而使用用于形成主開關(guān)SI的額外功率的傳輸路徑的輔助開關(guān)S2的根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路100產(chǎn)生的切換損失為14. 33 μ J，相比于現(xiàn)有技術(shù)的功率因數(shù)校正電路的情況，具有將切換損失減小約58%的效果。圖9和圖10分別是具有根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的電機(jī)驅(qū)動裝置的示意性電路圖。參照圖9和圖10，根據(jù)本發(fā)明實施方式的電機(jī)驅(qū)動裝置200和300可包括功率因數(shù)校正電路210和310 ;驅(qū)動單元220和320 ;以及驅(qū)動控制器230和330。功率因數(shù)校正電路210和310與如圖1所示的功率因數(shù)校正電路100相同，因此將省略對其的詳細(xì)描述。參照圖9和圖10，各功率因數(shù)校正電路210和310的主開關(guān)SI和輔助開關(guān)S2均可由IGBT(210)或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS-FET) (310)構(gòu)造。驅(qū)動單元220和320在接收到來自功率因數(shù)校正電路210和310的經(jīng)功率因數(shù)校正的功率時，根據(jù)控制信號執(zhí)行切換，以驅(qū)動電機(jī)Μ。這里，描述了通過供給3相功率來驅(qū)動電機(jī)M的實施方式，但電機(jī)M還可通過單相功率來驅(qū)動。驅(qū)動控制器230和330可控制來自功率因數(shù)校正電路210和310的經(jīng)功率因數(shù)校正的功率的切換，從而控制電機(jī)M的驅(qū)動。圖11是具有根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率因數(shù)校正電路的電源裝置的示意圖。參照圖11，電源裝置400可包括功率因數(shù)校正電路410、功率轉(zhuǎn)換單元420以及切換控制器430。功率因數(shù)校正電路410與如圖1所示的功率因數(shù)校正電路100相同，因此將省略對其的詳細(xì)描述。同樣，如圖9和圖10所示，功率因數(shù)校正電路410的主開關(guān)SI和輔助開關(guān)S2均可由IGBT或MOS-FET構(gòu)造。功率轉(zhuǎn)換單元420可切換來自功率因數(shù)校正電路410的DC功率并將該DC功率轉(zhuǎn)換成具有預(yù)設(shè)電壓電平的DC功率，以向負(fù)載提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC功率，而切換控制器430可根據(jù)輸出DC功率的電壓電平或電流電平控制功率轉(zhuǎn)換單元420的切換。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方式，通過在用于功率因數(shù)校正的切換操作之前將額外功率傳輸?shù)降兀ＷC了功率因數(shù)校正切換的零電壓切換，因此減小了功率因數(shù)校正切換中所產(chǎn)生的切換損失。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方式，通過在用于功率因數(shù)校正的切換之前將額外功率傳輸?shù)降?，減小了在功率因數(shù)校正情形下發(fā)生的切換損失。盡管已結(jié)合實施方式示出并描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種功率因數(shù)校正電路，包括 主開關(guān)，切換輸入功率，以調(diào)整所述輸入功率的電流與電壓之間的相位差；以及輔助開關(guān)，在所述主開關(guān)接通之前被接通，以形成用于所述主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，進(jìn)一步包括 第一電感器，連接在輸入功率端與所述主開關(guān)之間，以根據(jù)所述主開關(guān)的通斷來蓄積或釋放能量；以及 第二電感器，連接在所述主開關(guān)和所述第一電感器的連接端與所述輔助開關(guān)之間，以調(diào)整所述輔助開關(guān)接通時流入所述輔助開關(guān)的電流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率因數(shù)校正電路，進(jìn)一步包括 二極管，根據(jù)所述主開關(guān)的通斷，提供用于從所述第一電感器釋放的功率的傳輸路徑；以及 電容器，用于使從所述二極管傳輸?shù)墓β史€(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其中，所述輸入功率是經(jīng)整流的功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其中，所述輔助開關(guān)在所述主開關(guān)接通之前被接通和斷開，或在所述主開關(guān)接通之前被接通而在所述主開關(guān)接通之后被斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率因數(shù)校正電路，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器提供切換控制信號，以控制所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)的通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其中，所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)是絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的至少一種。
8.一種電源裝置，包括 功率因數(shù)校正電路，包括主開關(guān)，切換輸入功率，以調(diào)整所述輸入功率的電流與電壓之間的相位差；以及輔助開關(guān)，在所述主開關(guān)接通之前被接通，以形成用于所述主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑； 功率轉(zhuǎn)換單元，對來自所述功率因數(shù)校正電路的功率進(jìn)行切換，以將所述功率轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)功率；以及 切換控制器，控制所述功率轉(zhuǎn)換單元的功率切換。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括 第一電感器，連接在輸入功率端與所述主開關(guān)之間，以根據(jù)所述主開關(guān)的通斷來蓄積或釋放能量；以及 第二電感器，連接在所述主開關(guān)和所述第一電感器的連接端與所述輔助開關(guān)之間，以調(diào)整所述輔助開關(guān)接通時流入所述輔助開關(guān)的電流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括 二極管，根據(jù)所述主開關(guān)的通斷，提供用于從所述第一電感器釋放的功率的傳輸路徑；以及 電容器，用于使從所述二極管傳輸?shù)墓β史€(wěn)定。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，進(jìn)一步包括整流單元，所述整流單元對AC功率進(jìn)行整流，以將經(jīng)整流后的AC功率傳輸?shù)剿龉β室驍?shù)校正電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其中，所述輔助開關(guān)在所述主開關(guān)接通之前被接通和斷開，或在所述主開關(guān)接通之前被接通而在所述主開關(guān)接通之后被斷開。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括控制器，所述控制器提供切換控制信號，以控制所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)的通斷。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其中，所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)是絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的至少一種。
15.—種電機(jī)驅(qū)動裝置,包括 功率因數(shù)校正電路，包括主開關(guān)，切換輸入功率，以調(diào)整所述輸入功率的電流與電壓之間的相位差；以及輔助開關(guān)，在所述主開關(guān)接通之前被接通，以形成用于所述主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑； 驅(qū)動單元，對來自所述功率因數(shù)校正電路的功率進(jìn)行切換，以驅(qū)動電機(jī)；以及 驅(qū)動控制器，控制所述驅(qū)動單元的功率切換。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括 第一電感器，連接在輸入功率端與所述主開關(guān)之間，以根據(jù)所述主開關(guān)的通斷來蓄積或釋放能量；以及 第二電感器，連接在所述主開關(guān)和所述第一電感器的連接端與所述輔助開關(guān)之間，以調(diào)整所述輔助開關(guān)接通時流入所述輔助開關(guān)的電流量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括 二極管，根據(jù)所述主開關(guān)的通斷，提供用于從所述第一電感器釋放的功率的傳輸路徑；以及 電容器，用于使從所述二極管傳輸?shù)墓β史€(wěn)定。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，進(jìn)一步包括整流單元，所述整流單元對AC功率進(jìn)行整流，以將經(jīng)整流后的AC功率傳輸?shù)剿龉β室驍?shù)校正電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中，所述輔助開關(guān)在所述主開關(guān)接通之前被接通和斷開，或在所述主開關(guān)接通之前被接通而在所述主開關(guān)接通之后被斷開。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中，所述功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步包括控制器，所述控制器提供切換控制信號，以控制所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)的通斷。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中，所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)是絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種功率因數(shù)校正電路及具有其的電源裝置和電機(jī)驅(qū)動裝置，能夠在執(zhí)行用于功率因數(shù)校正的切換之前將額外功率傳輸?shù)降?，從而減小在功率因數(shù)校正的切換過程中所產(chǎn)生的切換損失。該功率因數(shù)校正電路包括主開關(guān)，切換輸入功率以調(diào)整輸入功率的電流與電壓之間的相位差；以及輔助開關(guān)，在主開關(guān)接通之前被接通，以形成用于主開關(guān)的額外功率的傳輸路徑。
文檔編號H02M1/42GK103001483SQ20111045234
公開日2013年3月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者樸珉圭, 嚴(yán)基宙, 徐范錫 申請人:三星電機(jī)株式會社