一種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的控制電路及其方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的控制電路及其方法。所述控制電路包括：峰值保持電路、鋸齒波產(chǎn)生電路、第一比較器、邏輯單元、邏輯或非電路、電壓轉(zhuǎn)換單元、電壓電流轉(zhuǎn)化器、第一充電電容、充電開關(guān)、誤差放大器、第二比較器、以及邏輯電路。采用所述控制電路的升壓功率因數(shù)校正變換電路在實現(xiàn)PFC功能的同時減小了其在過零點附近的頻率，從而保證了整體運行效率。
【專利說明】-種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的控制電路及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種開關(guān)電路，更具體地說，本發(fā)明涉及一種升壓功率因數(shù)校正（PFC) 變換電路及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 升壓PFC變換電路常常采用恒定導通模式。在該控制模式下，升壓PFC變換電路 在每個開關(guān)周期中，其開關(guān)在電感電流過零時被導通，并導通一固定時間。在該控制模式 下，升壓PFC變換電路運行于臨界模式，從而減小開關(guān)損耗。然而，采用這種控制方式，升壓 PFC變換電路的開關(guān)頻率在輸入線電壓過零時其峰值特別高，參見圖1所示的現(xiàn)有升壓PFC 變換電路的電感電流込和開關(guān)頻率f sw的時序波形圖。尤其在高的輸入線電壓和輕載狀態(tài) 下，效率將隨著開關(guān)頻率的變高而惡化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 因此本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提出一種改進的用于升壓 功率因數(shù)校正變換電路的控制電路及其方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的控制電 路，所述升壓功率因數(shù)校正變換電路接收交流輸入信號、提供輸出信號，所述升壓功率因數(shù) 校正變換電路包括整流單元、儲能元件、第一功率開關(guān)開關(guān)、第二功率開關(guān)、提供表征流過 儲能元件電流過零情況的過零檢測信號的過零檢測器，所述控制電路包括：峰值保持電路， 接收表征流過儲能元件的電流的電流檢測信號，產(chǎn)生表征流過儲能元件的峰值電流的峰值 保持信號；鋸齒波產(chǎn)生電路，產(chǎn)生鋸齒波信號；第一比較器，接收峰值保持信號、鋸齒波信 號和參考電平，所述第一比較器將峰值保持信號與鋸齒波信號之和與參考電平進行比較， 并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生比較信號；邏輯單元，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子， 其第一輸入端子耦接至第一比較器接收比較信號，第二輸入端子接收過零檢測信號，所述 邏輯單元根據(jù)比較信號和過零檢測信號產(chǎn)生死區(qū)時間信號；邏輯或非電路，具有第一輸入 端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至邏輯單元的輸出端子接收死區(qū)時 間信號，第二輸入端子接收過零檢測信號，所述邏輯或非電路根據(jù)死區(qū)時間信號和過零檢 測信號產(chǎn)生置位信號；電壓轉(zhuǎn)換單元，接收固定電壓和死區(qū)時間信號，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電壓；電壓 電流轉(zhuǎn)化器，耦接至電壓轉(zhuǎn)換單元接收轉(zhuǎn)換電壓，并將轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)化為與之成比例的電流 信號；第一充電電容和充電開關(guān)，并聯(lián)耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器和參考地之間，所述充電開關(guān) 的開關(guān)狀態(tài)與第一功率開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)相反；誤差放大器，具有第一輸入端子、第二輸入端 子和輸出端子，其第一輸入端子接收表征輸出信號的反饋信號，其第二輸入端子接收電壓 參考信號，所述誤差放大器將反饋信號和電壓參考信號的差值放大并積分，在其輸出端子 產(chǎn)生補償信號；第二比較器，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端 子接收第一充電電容兩端的電壓，其第二輸入端子耦接至誤差放大器的輸出端子接收補償 信號，所述第二比較器比較第一充電電容兩端電壓和補償信號的大小，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn) 生復(fù)位信號；邏輯電路，具有置位輸入端子、復(fù)位輸入端子和輸出端子，其置位輸入端子耦 接至邏輯或非電路的輸出端子接收置位信號，復(fù)位輸入端子耦接至第二比較器的輸出端子 接收復(fù)位信號，所述邏輯電路基于所述置位信號和復(fù)位信號，在其輸出端子產(chǎn)生開關(guān)控制 信號，用以控制第一功率開關(guān)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了一種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的方法， 所述升壓功率因數(shù)校正變換電路接收交流輸入信號，提供輸出信號，所述升壓功率因數(shù)校 正變換電路包括儲能元件和功率開關(guān)，所述方法包括：采樣流過所述儲能元件或功率開關(guān) 的電流，得到電流采樣信號；提供表征流過所述儲能元件電流過零情況的過零檢測信號； 對電流采樣信號與鋸齒波信號之和與參考電平進行比較，得到比較信號；響應(yīng)所述比較信 號和過零檢測信號，得到死區(qū)時間信號；對所述死區(qū)時間信號和過零檢測信號進行邏輯運 算，得到置位信號；響應(yīng)所述死區(qū)時間信號和固定電壓，得到轉(zhuǎn)換電壓；將所述轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn) 化為與之成比例的電流信號；響應(yīng)開關(guān)控制信號，在開關(guān)控制信號將所述功率開關(guān)導通時 所述電流信號對第一充電電容進行充電，在開關(guān)控制信號將所述功率開關(guān)斷開時將第一充 電電容短接放電；產(chǎn)生表征輸出信號的反饋信號；將反饋信號和電壓參考信號的差值放大 并積分，得到補償信號；比較第一充電電容兩端電壓與補償信號的大小，得到復(fù)位信號；響 應(yīng)所述置位信號和復(fù)位信號，得到所述開關(guān)控制信號，用以控制所述功率開關(guān)；其中所述轉(zhuǎn) 換電壓與所述固定電壓和死區(qū)時間信號的關(guān)系為：
【權(quán)利要求】
1. 一種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的控制電路，所述升壓功率因數(shù)校正變換電路 接收交流輸入信號、提供輸出信號，所述升壓功率因數(shù)校正變換電路包括整流單元、儲能元 件、第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、提供表征流過所述儲能元件電流過零情況的過零檢測信 號的過零檢測器，所述控制電路包括： 峰值保持電路，接收表征流過儲能元件的電流的電流檢測信號，產(chǎn)生表征流過儲能元 件的峰值電流的峰值保持信號； 鋸齒波產(chǎn)生電路，產(chǎn)生鋸齒波信號； 第一比較器，接收峰值保持信號、鋸齒波信號和參考電平，所述第一比較器將峰值保持 信號與鋸齒波信號之和與所述參考電平進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生比較信號； 邏輯單元，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至第一 比較器接收比較信號，第二輸入端子接收過零檢測信號，所述邏輯單元根據(jù)比較信號和過 零檢測信號產(chǎn)生死區(qū)時間信號； 邏輯或非電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至 邏輯單元的輸出端子接收死區(qū)時間信號，第二輸入端子接收過零檢測信號，所述邏輯或非 電路根據(jù)死區(qū)時間信號和過零檢測信號產(chǎn)生置位信號； 電壓轉(zhuǎn)換單元，接收固定電壓和死區(qū)時間信號，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電壓； 電壓電流轉(zhuǎn)化器，耦接至電壓轉(zhuǎn)換單元接收轉(zhuǎn)換電壓，并將轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)化為與之成比 例的電流信號； 第一充電電容和充電開關(guān)，并聯(lián)耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器和參考地之間，所述充電開關(guān) 的開關(guān)狀態(tài)與第一功率開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)相反； 誤差放大器，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收表征 輸出信號的反饋信號，其第二輸入端子接收電壓參考信號，所述誤差放大器將反饋信號和 電壓參考信號的差值放大并積分，在其輸出端子產(chǎn)生補償信號； 第二比較器，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收第 一充電電容兩端的電壓，其第二輸入端子耦接至誤差放大器的輸出端子接收補償信號，所 述第二比較器比較第一充電電容兩端電壓和補償信號的大小，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生復(fù)位信 號； 邏輯電路，具有置位輸入端子、復(fù)位輸入端子和輸出端子，其置位輸入端子耦接至邏輯 或非電路的輸出端子接收置位信號，復(fù)位輸入端子耦接至第二比較器的輸出端子接收復(fù)位 信號，所述邏輯電路基于所述置位信號和復(fù)位信號，在其輸出端子產(chǎn)生開關(guān)控制信號，用以 控制第一功率開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中所述峰值保持電路包括： 運算放大器，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收所述 電流檢測信號； 二極管，具有陽極端和陰極端，其陽極端耦接至運算放大器的輸出端子，陰極端耦接至 運算放大器的第二輸入端子； 采樣保持電阻，耦接在二極管的陰極端和參考地之間； 采樣保持電容，耦接在二極管的陰極端和參考地之間；其中采樣保持電容兩端的電壓 為所述峰值保持信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中所述鋸齒波產(chǎn)生電路接收死區(qū)時間信號，并響 應(yīng)死區(qū)時間信號的上升沿開始上升，響應(yīng)死區(qū)時間信號的下降沿快速下降。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中在所述電壓轉(zhuǎn)換單元處， 所述轉(zhuǎn)換電壓和固定電壓以及死區(qū)時間信號的關(guān)系為：
其中Vdt代表轉(zhuǎn)換電壓的電壓值、Vk代表固定電壓的電壓值、T代表死區(qū)時間信號的周 期，tH代表死區(qū)時間信號在一個周期內(nèi)的邏輯高電平時長。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中在所述邏輯單元處，死區(qū)時間信號響應(yīng)過零檢 測信號的下降沿變?yōu)楦唠娖?，響?yīng)比較信號的下降沿變?yōu)榈碗娖健?br>
6. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，還包括：短脈沖電路，耦接在所述邏輯或非電路的輸 出端子和邏輯電路的置位輸入端子之間，所述短脈沖電路接收置位信號，并根據(jù)置位信號 產(chǎn)生短脈沖信號至邏輯電路的置位輸入端子。
7. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，還包括：運算器，接收峰值保持信號和鋸齒波信號， 所述運算器對峰值保持信號和鋸齒波信號執(zhí)行相加運算，并將運算結(jié)果提供至第一比較 器。
8. -種用于升壓功率因數(shù)校正變換電路的方法，所述升壓功率因數(shù)校正變換電路接收 交流輸入信號，提供輸出信號，所述升壓功率因數(shù)校正變換電路包括儲能元件和功率開關(guān)， 所述方法包括： 采樣流過所述儲能元件或功率開關(guān)的電流，得到電流采樣信號； 提供表征流過所述儲能元件電流過零情況的過零檢測信號； 對電流采樣信號與鋸齒波信號之和與參考電平進行比較，得到比較信號； 響應(yīng)所述比較信號和過零檢測信號，得到死區(qū)時間信號； 對所述死區(qū)時間信號和過零檢測信號進行邏輯運算，得到置位信號； 響應(yīng)所述死區(qū)時間信號和固定電壓，得到轉(zhuǎn)換電壓； 將所述轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)化為與之成比例的電流信號； 響應(yīng)開關(guān)控制信號，在開關(guān)控制信號將所述功率開關(guān)導通時所述電流信號對第一充電 電容進行充電，在開關(guān)控制信號將所述功率開關(guān)斷開時將第一充電電容短接放電； 產(chǎn)生表征輸出信號的反饋信號； 將反饋信號和電壓參考信號的差值放大并積分，得到補償信號； 比較第一充電電容兩端電壓與補償信號的大小，得到復(fù)位信號； 響應(yīng)所述置位信號和復(fù)位信號，得到所述開關(guān)控制信號，用以控制所述功率開關(guān)；其中 所述轉(zhuǎn)換電壓與所述固定電壓和死區(qū)時間信號的關(guān)系為：
其中Vdt代表轉(zhuǎn)換電壓的電壓值、Vk代表固定電壓的電壓值、T代表死區(qū)時間信號的周 期，tH代表死區(qū)時間信號在一個周期內(nèi)的邏輯高電平時長。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述鋸齒波信號響應(yīng)死區(qū)時間信號進行變化：當死 區(qū)時間信號由邏輯低電平轉(zhuǎn)為邏輯高電平時，鋸齒波信號開始上升；當死區(qū)時間信號由邏 輯高電平轉(zhuǎn)為邏輯低電平時，鋸齒波信號快速下降。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述步驟"響應(yīng)所述比較信號和過零檢測信號得到 死區(qū)時間信號"包括：死區(qū)時間信號響應(yīng)過零檢測信號的下降沿變?yōu)楦唠娖剑憫?yīng)比較信號 的下降沿變?yōu)榈碗娖健?br>
【文檔編號】H02M1/42GK104467408SQ201410494335
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】林思聰 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司