有源功率因數(shù)校正器電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供了一種有源功率因數(shù)校正器電路。根據(jù)實(shí)施例，一種電子設(shè)備包含控制器，其被配置為對(duì)功率因數(shù)校正器中的參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償。所述設(shè)備還被配置為基于所述功率因數(shù)校正器的輸入電壓來(lái)調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償。
【專(zhuān)利說(shuō)明】有源功率因數(shù)校正器電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別是涉及有源功率因數(shù)校正器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子設(shè)備中，功率因數(shù)校正器(PFC)電路越來(lái)越多地用于提高AC電力系統(tǒng)的功率因數(shù)(PF)。在電力系統(tǒng)中，對(duì)于所輸送的相同數(shù)量的有用功率來(lái)說(shuō)，具有較低功率因數(shù)的負(fù)載比具有較高功率因數(shù)的負(fù)載吸收更多的電流。當(dāng)功率因數(shù)較低時(shí)，大電流致使在配電系統(tǒng)中損失能量，需要更大的電線以及可與具有較高功率因數(shù)的系統(tǒng)相比的能夠處理較大電流的其它設(shè)備。
[0003]由于較大設(shè)備的成本以及損失的能量，電力公共事業(yè)將向具有較低功率因數(shù)的工業(yè)用戶或商業(yè)用戶收取比向具有較高功率因數(shù)的工業(yè)用戶或商業(yè)用戶更高的費(fèi)用。功率因數(shù)調(diào)節(jié)也正變得越來(lái)越普遍。
[0004]功率因數(shù)校正可能尤其是與大功率應(yīng)用相關(guān)。在大功率處,功率因數(shù)中的小差異能夠?qū)е旅黠@的成本節(jié)約。在AC電力系統(tǒng)中，大功率電力系統(tǒng)正變得越來(lái)越重要。
[0005]功率因數(shù)校正器可以使用開(kāi)關(guān)模式電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率因數(shù)校正器電路常常執(zhí)行斜坡補(bǔ)償以防止振蕩并 保持穩(wěn)定性。然而，斜坡補(bǔ)償能夠降低功率因數(shù)校正器電路的功率因數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實(shí)施例，一種電子設(shè)備包含控制器，控制器被配置為對(duì)功率因數(shù)校正器中的參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償。所述設(shè)備還被配置為基于所述功率因數(shù)校正器的輸入電壓來(lái)調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖的描述，其中:
[0008]圖la-c圖示有源PFC電路的實(shí)施例；
[0009]圖2圖示針對(duì)有源PFC電路的實(shí)施例的斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)、斜坡補(bǔ)償參考信號(hào)、電流信號(hào)、振蕩信號(hào)以及比較器輸出信號(hào)的波形圖；
[0010]圖3a-d圖示有源PFC電路的實(shí)施例的仿真結(jié)果；以及
[0011]圖4圖示用于控制有源PFC電路的實(shí)施例方法的流程圖。
[0012]除非以其它方式指明，否則在不同附圖中的對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)一般指對(duì)應(yīng)的部分。附圖是出于清楚地說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面而繪制的，并且未必按照比例繪制。為了更清楚地圖示某些實(shí)施例，指示相同結(jié)構(gòu)、材料、或處理步驟的變型的字母可跟隨圖號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下將詳細(xì)地論述本優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)當(dāng)了解的是，本發(fā)明提供了可在大范圍的各種特定上下文中實(shí)施的許多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的特定實(shí)施例僅是實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的特定方式的說(shuō)明，并且不限制本發(fā)明的范圍。
[0014]將針對(duì)特定上下文，即有源PFC電路，中的優(yōu)選實(shí)施例，來(lái)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它類(lèi)型的電路和系統(tǒng)，諸如電源電路和系統(tǒng)。
[0015]功率因數(shù)，零和一之間的無(wú)量綱數(shù)，被定義為流入負(fù)載的有功功率與電路中的視在功率的比。有功功率是電路在特定時(shí)間執(zhí)行工作的容量，而視在功率是電路的電壓和電流的乘積。由于存儲(chǔ)在負(fù)載中并返回到源的能量，并且由于非線性負(fù)載使從源吸收的電流的波形畸變，視在功率趨向于大于有功功率。
[0016]功率因數(shù)校正(PFC)電路可以是有源的或無(wú)源的。無(wú)源PFC電路包含電感器和/或電容器。另一方面，有源PFC電路是改變由負(fù)載所吸收的電流的波形以提高功率因數(shù)的電力系統(tǒng)。在功率因數(shù)校正的電路中，電壓和電流更大程度地同相，并且減少了無(wú)功功率的量。
[0017]有源PFC電路可以使用升壓變換器、降壓變換器、降壓-升壓變換器、或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有源PFC電路可以以各種模式運(yùn)行，包含:連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)、不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)、臨界導(dǎo)通模式(CRM)以及其它運(yùn)行模式。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，例如通過(guò)依賴于AC輸入信號(hào)的瞬時(shí)電壓電平來(lái)增加斜坡補(bǔ)償?shù)男盘?hào)電平，來(lái)調(diào)節(jié)斜坡補(bǔ)償。在較低的瞬時(shí)電壓電平處，由于斜坡補(bǔ)償使電流進(jìn)一步偏離于AC輸入電壓波形，因此功率因數(shù)的電流輸入變得失真。此類(lèi)失真導(dǎo)致功率因數(shù)損失。通過(guò)在這些較低輸入電平處增加斜坡補(bǔ)償?shù)碾娖?，電流信?hào)更接近地跟隨AC輸入電壓波形。因此，也提高了功率因數(shù)。
[0019]圖la-c圖示了具有可調(diào)節(jié)的斜坡補(bǔ)償?shù)挠性垂β室驍?shù)校正器(PFC)電路100的實(shí)施例。有源PFC電路100可以是連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)的有源PFC，盡管它可以以其它模式運(yùn)行。
[0020]圖1a圖示了有源PFC電路的高級(jí)視圖。有源PFC電路100通過(guò)開(kāi)關(guān)126的控制以向電感器122和電容器134輸送功率，起升壓變換器的功能。來(lái)自電流檢測(cè)信號(hào)172的反饋使反饋回路控制電流以跟隨輸入電壓。有源PFC電路100的AC輸入具有耦合至整流器142的輸入150和輸入152。整流器142對(duì)信號(hào)150和信號(hào)152進(jìn)行整流以產(chǎn)生整流的輸入電壓154。在可替代的實(shí)施例中,可使用一相AC輸入、兩相AC輸入或三相AC輸入。
[0021]電容器140將整流的輸入電壓154耦合至地156。電阻器136和電阻器138創(chuàng)建了分壓器，該分壓器將整流的輸入電壓154和地156稱(chēng)合至輸入電壓158。電阻器130和電阻器132創(chuàng)建分壓器,該分壓器將輸出電壓160和地156 f禹合至輸出電壓162。振蕩器108輸出振蕩信號(hào)164。
[0022]參考信號(hào)170和輸出電壓162是運(yùn)算放大器114的輸入。運(yùn)算放大器114輸出運(yùn)算放大器輸出信號(hào)192。電容器116將運(yùn)算放大器輸出信號(hào)192 f禹合至地156。乘法器118將運(yùn)算放大器輸出信號(hào)192乘以輸入電壓158,以產(chǎn)生乘法器輸出176。
[0023]加法器120將斜坡補(bǔ)償校正信號(hào)166加到乘法器輸出176,以產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168。斜坡補(bǔ)償校正信號(hào)166是斜坡補(bǔ)償校正器102的輸出?；谳敵鲭妷?62以及輸入電壓158，斜坡補(bǔ)償校正器102確定斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168。斜坡補(bǔ)償校正器102可以以模擬電路或數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于輸入電壓158、輸出電壓162、斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168以及振蕩器信號(hào)164，斜坡補(bǔ)償模塊104確定斜坡補(bǔ)償?shù)男盘?hào)174。斜坡補(bǔ)償模塊104可以以模擬電路或數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。斜坡補(bǔ)償?shù)男盘?hào)174和電流檢測(cè)信號(hào)172是比較器106的輸入，比較器106輸出比較器輸出信號(hào)178。當(dāng)重置時(shí),RS鎖存器110鎖存比較器輸出信號(hào)178，并且當(dāng)置位時(shí)，RS鎖存器110鎖存振蕩器信號(hào)164，RS鎖存器110具有鎖存器輸出信號(hào)190為Q輸出。鎖存器輸出信號(hào)190是驅(qū)動(dòng)器112的輸入,其輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)188。
[0024]開(kāi)關(guān)控制信號(hào)188閉合和關(guān)斷開(kāi)關(guān)126。開(kāi)關(guān)126可以是DMOS晶體管，或其它類(lèi)型的晶體管，諸如IGBT或JFET。電阻器128將開(kāi)關(guān)126耦合至地156。當(dāng)開(kāi)關(guān)126閉合時(shí)，電流流過(guò)電感器122并且能量被存儲(chǔ)在電感器122中，產(chǎn)生電流檢測(cè)信號(hào)172。當(dāng)開(kāi)關(guān)126關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在電感器122中的能量流動(dòng)經(jīng)過(guò)二極管124、電容器134并且經(jīng)過(guò)跨負(fù)載(未示出)的輸出電壓160。二極管124防止負(fù)載電容放電通過(guò)開(kāi)關(guān)126。當(dāng)開(kāi)關(guān)126關(guān)斷時(shí)，能量從電感器122流到電容器134。
[0025]圖1b圖示了斜坡補(bǔ)償模塊104的實(shí)施例。斜坡補(bǔ)償模塊104可在有源PFC電路100中使用，或它可以是另一類(lèi)型的PFC系統(tǒng)的一部分。斜坡補(bǔ)償模塊104可以以模擬電路或數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。斜坡補(bǔ)償模塊104的輸入是輸入電壓158、輸出電壓162、斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168以及振蕩器信號(hào)164。斜坡補(bǔ)償模塊104的輸出是斜坡補(bǔ)償信號(hào)174。開(kāi)關(guān)180耦合斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168和電流源184。振蕩器信號(hào)164控制開(kāi)關(guān)180。電容器182還將斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168耦合到與開(kāi)關(guān)180并聯(lián)的電流源184。當(dāng)開(kāi)關(guān)180閉合時(shí)，來(lái)自斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168和電流源184的電流流到斜坡補(bǔ)償?shù)男盘?hào)174。當(dāng)開(kāi)關(guān)180關(guān)斷時(shí)，來(lái)自斜坡補(bǔ)償校正的信號(hào)168的電流對(duì)電容器182進(jìn)行充電，減少在斜坡補(bǔ)償?shù)男盘?hào)174中流動(dòng)的電流。在可替代實(shí)施例中，可以使用其它電路和方法來(lái)執(zhí)行斜坡補(bǔ)償。
[0026]圖1c圖示了斜坡補(bǔ)償校正器102的實(shí)施例。斜坡補(bǔ)償校正器102可以被用作有源PFC電路100的一部分，或者它可是另一 PFC系統(tǒng)的一部分。模擬電路或數(shù)字電路可以實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償校正器102。為保持較高的功率因數(shù)，斜坡補(bǔ)償校正器102針對(duì)斜坡補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0027]圖1b中的跨電容器182的電壓是將被補(bǔ)償?shù)男逼卵a(bǔ)償偏移。對(duì)這個(gè)電壓進(jìn)行校正的一種機(jī)制是將等于這個(gè)偏移的值增加到電壓信號(hào)或電流信號(hào)。將被補(bǔ)償?shù)碾妷旱扔?
【權(quán)利要求】
1.一種控制功率因數(shù)校正器的方法，所述方法包括: 在功率因數(shù)校正器中對(duì)參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償；以及 基于所述功率因數(shù)校正器的輸入電壓來(lái)調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括用斜坡補(bǔ)償?shù)膮⒖夹盘?hào)控制開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述方法還包括將功率從電感器輸送到電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述功率因數(shù)校正器中對(duì)所述參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償包括: 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)以使所述參考信號(hào)與電流源斷開(kāi)連接； 對(duì)與所述電流源串聯(lián)的電容器進(jìn)行充電； 基于所充電的電容器和所述參考信號(hào)來(lái)創(chuàng)建校正的信號(hào)；以及 將電流信號(hào)與校正的信號(hào)，所校正的信號(hào)進(jìn)行比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償包括: 從所述功率因數(shù)校正器的輸出電壓中減去所述功率因數(shù)校正器的所述輸入電壓，以獲得電壓差； 將所述電壓差除以所述輸出電壓，以獲得占空比； 將所述占空比乘以周期，以獲得導(dǎo)通時(shí)間； 將所述電壓差值乘以電流系數(shù)，以獲得電容器電流； 將所述電容器電流乘以所述導(dǎo)通時(shí)間并除以所述電容器的電容，以形成調(diào)節(jié)因子；以及 根據(jù)所述調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償。
6.一種包括控制器的電子設(shè)備，所述控制器被配置為在功率因數(shù)校正器中對(duì)參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償，以及基于所述功率因數(shù)校正器的輸入電壓調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述功率因數(shù)校正器被配置為以連續(xù)導(dǎo)通模式運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置為基于所述功率因數(shù)校正器的占空比計(jì)算所述斜坡補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述斜坡補(bǔ)償器包括: 由振蕩器控制的開(kāi)關(guān)； 與所述開(kāi)關(guān)并聯(lián)耦合的電容器； 耦合到所述電容器的電流源；以及 比較器的第一輸入端，其耦合到所述電容器，所述比較器的第二輸入端，其耦合到所述功率因數(shù)校正器的電流信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置為添加參考信號(hào)和校正因子:周期 *Coeff _I(V0Ut—VjV, *c




out 其中Vwt是輸出電壓并且Vin是輸入電壓，C是電容器的電容，周期是振蕩器的周期，以及Coeff_I是電流斜坡。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述控制器包括數(shù)字電子裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述控制器包括模擬電子裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置為執(zhí)行斜坡補(bǔ)償，所述控制器包括: 第一電壓至電流變換器； 第一電流鏡，其耦合到所述第一電壓至電流變換器； 第二電壓至電流變換器； 第二電流鏡，其耦合到所述第二電壓至電流變換器； 電流減法器，所述電流減法器的第一輸入端耦合到所述第一電流鏡，并且所述電流減法器的第二輸入端耦合到所述第二電流鏡； 分流器，所述分流器的第一輸入端耦合到所述電流減法器的輸出端，所述分流器的第一輸出端耦合到所述第一電流鏡；以及 電流至電壓變換器，其耦合到所述分流器的輸出端。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述控制器還包括: 乘法器，耦合到所述斜坡補(bǔ)償器，所述乘法器的輸入是輸入電壓信號(hào)和運(yùn)算放大器輸出信號(hào)； 運(yùn)算放大器，耦合到所述乘法器； 參考信號(hào)，耦合到所述運(yùn)算放大器； 輸出電壓信號(hào)，耦合到所述運(yùn)算放大器； 比較器，耦合到所述斜坡補(bǔ)償器，所述比較器的輸入是與所述功率因數(shù)校正器中的電感電流成比例的信號(hào)； 鎖存器，耦合到所述比較器； 振蕩器，耦合到所述鎖存器； 所述鎖存器的輸出端，耦合到驅(qū)動(dòng)器；以及 驅(qū)動(dòng)器，被配置為耦合到所述功率因數(shù)校正器的開(kāi)關(guān)。
15.一種功率因數(shù)校正器電路，包括: 所述功率因數(shù)校正器的AC輸入節(jié)點(diǎn)，耦合到控制器； 所述功率因數(shù)校正器的DC輸出節(jié)點(diǎn)，耦合到所述控制器； 所述控制器被配置為: 在功率因數(shù)校正器中對(duì)參考信號(hào)應(yīng)用斜坡補(bǔ)償，以及 基于所述AC輸入節(jié)點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)所述斜坡補(bǔ)償； 開(kāi)關(guān)，耦合到所述控制器；以及 電感器，耦合到所述開(kāi)關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率因數(shù)校正器電路，還包括: 第一分壓器，耦合在所述功率因數(shù)校正器電路的輸出節(jié)點(diǎn)和接地點(diǎn)之間，所述第一分壓器的輸出端耦合到所述控制器的輸入端；以及 第二分壓器，耦合在所述功率因數(shù)校正器電路的輸入電壓和接地節(jié)點(diǎn)之間，所述第二分壓器的輸出端耦合到所述控制器的輸入端。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率因數(shù)校正器電路，還包括耦合到所述電感器的整流器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率因數(shù)校正器電路，其中所述控制器被配置為基于所述功率因數(shù)校正器的占空比來(lái)計(jì)算所述斜坡補(bǔ)償。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的功率因數(shù)校正器電路，其中所述控制器被配置為將參考信號(hào)添加到被配置為校正由所述斜坡補(bǔ)償所引入的誤差的校正因子:
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK103973096SQ201410041143
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
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