一種升壓功率因數(shù)校正變換電路及其控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種升壓功率因數(shù)校正變換電路及其控制電路。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】一種升壓功率因數(shù)校正變換電路及其控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種開關(guān)電路，更具體地說，本實用新型涉及一種升壓功率因數(shù)校正(PFC)變換電路及其控制電路。

【背景技術(shù)】
[0002]升壓PFC變換電路常常采用恒定導(dǎo)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(dǎo)通，并導(dǎo)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fsw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。
實用新型內(nèi)容
[0003]因此本實用新型的目的在于解決現(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，本實用新型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]根據(jù)本實用新型的實施例，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。
[0006]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述鋸齒波產(chǎn)生電路包括:鋸齒波輸出端口，輸出所述鋸齒波信號；復(fù)位開關(guān)、第二充電電容，兩者并聯(lián)耦接在鋸齒波輸出端口和參考地之間；充電電流源，耦接在供電電源和鋸齒波輸出端口之間；其中所述復(fù)位開關(guān)在死區(qū)時間信號為低電平時閉合導(dǎo)通、在死區(qū)時間信號為高電平時斷開。
[0007]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述電壓轉(zhuǎn)換單元包括:第一開關(guān)，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子接收固定電壓，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器，控制端子接收死區(qū)時間信號；第二開關(guān)，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子耦接至參考地，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器，控制端子接收死區(qū)時間信號；存儲電容，耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器和參考地之間；其中所述第一開關(guān)和第二開關(guān)互補導(dǎo)通。
[0008]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述電壓轉(zhuǎn)換單元還包括:第一連接電阻，與第一開關(guān)串聯(lián)耦接；第二連接電阻，與第二開關(guān)串聯(lián)耦接。
[0009]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述控制電路還包括: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。
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述控制電路還包括: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。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提出了一種升壓功率因數(shù)校正變換電路，包括:第一輸入端口和第二輸入端口，接收交流輸入信號；輸出端口，提供輸出信號；整流單元，耦接至第一輸入端口和第二輸入端口，接收交流輸入信號，并產(chǎn)生整流信號；儲能元件，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦接至整流單元接收整流信號；第一功率開關(guān)，耦接在儲能元件的第二端子和參考地之間，所述第一功率開關(guān)具有接收開關(guān)控制信號的控制端子；第二功率開關(guān)，耦接在儲能元件的第二端子和輸出端口之間；輸出電容，耦接在輸出端口和參考地之間；過零檢測器，用以提供表征流過儲能元件電流過零情況的過零檢測信號；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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(chǎn)生所述開關(guān)開關(guān)控制信號。
[0012]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述鋸齒波產(chǎn)生電路包括:鋸齒波輸出端口，輸出所述鋸齒波信號；復(fù)位開關(guān)、第二充電電容，兩者并聯(lián)耦接在鋸齒波輸出端口和參考地之間；充電電流源，耦接在供電電源和鋸齒波輸出端口之間；其中所述復(fù)位開關(guān)在死區(qū)時間信號為低電平時閉合導(dǎo)通、在死區(qū)時間信號為高電平時斷開。
[0013]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述升壓功率因數(shù)校正變換電路還包括: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。
[0014]根據(jù)本實用新型各方面的上述升壓功率因數(shù)校正變換電路和用于升壓PFC變換電路的控制電路，保證了升壓PFC變換電路的整體運行效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示意性地示出了現(xiàn)有升壓PFC變換電路的電感電流和開關(guān)頻率的時序波形圖；
[0016]圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型一實施例的升壓PFC變換電路100 ；
[0017]圖3示意性地示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的圖2所示升壓PFC變換電路100的控制電路107的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4示意性地示出了圖3所示控制電路107中鋸齒波信號Tsaw、死區(qū)時間信號SDT、過零檢測信號ZCD、開關(guān)控制信號Tg、比較信號Sc、參考電平Vref和電流檢測信號Iffi的時序波形圖；
[0019]圖5示意性地示出了圖3所示控制電路107中標(biāo)出各時間段的電流檢測信號Ics、死區(qū)時間信號Sdt和開關(guān)控制信號Tg時序波形圖；
[0020]圖6示意性地示出了圖1所示升壓PFC變換電路100的開關(guān)頻率fsw與流過儲能元件102的電流Iltl2的時序波形圖；
[0021]圖7示出了根據(jù)本實用新型一實施例的鋸齒波產(chǎn)生電路82的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的峰值保持電路81的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖9示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的控制電路207的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0024]下面將詳細描述本實用新型的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0025]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱元件“耦接到”或“連接到”另一元件時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0026]圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型一實施例的升壓PFC變換電路100。如圖2所示，升壓PFC變換電路100包括:第一輸入端口 11和第二輸入端口 12，接收交流輸入信號VAC;輸出端口 13，提供輸出信號Vtj;整流單元101，耦接至第一輸入端口 11和第二輸入端口12，接收交流輸入信號Va。，并產(chǎn)生整流信號VD。；儲能元件102，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦接至整流單元101接收整流信號VD。；第一功率開關(guān)103，耦接在儲能元件102的第二端子和參考地之間，所述第一功率開關(guān)103具有接收開關(guān)控制信號Tg的控制端子；第二功率開關(guān)104，耦接在儲能元件102的第二端子和輸出端口 13之間；輸出電容105，耦接在輸出端口 13和參考地之間；過零檢測器106，用以提供表征流過儲能元件102電流過零情況的過零檢測信號ZCD ;控制電路107，耦接過零檢測信號ZCD和表征流過儲能元件102的電流的電流檢測信號Ies，并基于過零檢測信號ZCD和電流檢測信號Ics，產(chǎn)生所述開關(guān)控制信號Tgo
[0027]在一個實施例中，第二功率開關(guān)104包括功率二極管。
[0028]在一個實施例中，電流檢測信號Ics通過檢測流過第一功率開關(guān)103的電流實現(xiàn)。例如，通過檢測與第一功率開關(guān)103串聯(lián)耦接的檢測電阻兩端電壓實現(xiàn)(未圖示)。
[0029]在一個實施例中，所述儲能元件102包括變壓器原邊繞組21 ;所述升壓PFC變換電路100還包括:輔助繞組22，耦接在過零檢測器106和參考地之間，以檢測流過儲能元件的電流的過零情況。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)103閉合導(dǎo)通時,流過儲能元件102的電流增大,輔助繞組兩端電壓為上負下正，過零檢測信號Z⑶為邏輯低電平；當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)103斷開、第二功率開關(guān)104續(xù)流時，輔助繞組22兩端電壓為上正下負，過零檢測信號Z⑶為邏輯高電平。
[0030]在一個實施例中，電流檢測信號Ies為電壓信號，如電流檢測信號Ik為某電流采樣電阻兩端的電壓降。在其他實施例中，電流檢測信號Ik為電流信號。
[0031]圖3示意性地示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的圖2所示升壓PFC變換電路100的控制電路107的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3所示實施例中，控制電路107包括:置位信號產(chǎn)生電路108,產(chǎn)生置位信號Set ;復(fù)位信號產(chǎn)生電路109,產(chǎn)生復(fù)位信號Reset ;邏輯電路110，具有置位輸入端子S、復(fù)位輸入端子R和輸出端子Q，其置位輸入端子S耦接至置位信號產(chǎn)生電路108接收置位信號Set，復(fù)位輸入端子R耦接至復(fù)位信號產(chǎn)生電路109接收復(fù)位信號Reset，所述邏輯電路110基于所述置位信號Set和復(fù)位信號Reset，在其輸出端子Q產(chǎn)生開關(guān)控制信號Tg。
[0032]具體來說，在圖3所示實施例中，置位信號產(chǎn)生電路108包括:峰值保持電路81，接收表征流過儲能元件102電流的電流檢測信號Ies,產(chǎn)生表征流過儲能元件102峰值電流的峰值保持信號Ipk ;鋸齒波產(chǎn)生電路82，產(chǎn)生鋸齒波信號Tsaw ;第一比較器83，接收峰值保持信號Ipk、鋸齒波信號Tsaw和參考電平Vref，所述第一比較器83將峰值保持信號Ipk與鋸齒波信號Tsaw之和與參考電平Vref進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生比較信號Sc ;邏輯單元84，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83接收比較信號Sc，第二輸入端子接收過零檢測信號ZCD，所述邏輯單元84根據(jù)比較信號Sc和過零檢測信號ZCD產(chǎn)生死區(qū)時間信號Sdt ;邏輯或非電路85，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84的輸出端子接收死區(qū)時間信號Sdt,第二輸入端子接收過零檢測信號Z⑶，所述邏輯或非電路85根據(jù)死區(qū)時間信號Sdt和過零檢測信號Z⑶產(chǎn)生置位信號Set。
[0033]在圖3所示實施例中，復(fù)位信號產(chǎn)生電路109包括:電壓轉(zhuǎn)換單元91，接收固定電壓\和死區(qū)時間信號SDT，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電壓Vdt ；電壓電流轉(zhuǎn)化器92，耦接至電壓轉(zhuǎn)換單元91接收轉(zhuǎn)換電壓Vdt，并將轉(zhuǎn)換電壓Vdt轉(zhuǎn)化為與之成比例的電流信號Ich (Ich = Vdt X K1，其中K1為轉(zhuǎn)化系數(shù))；第一充電電容93和充電開關(guān)94，并聯(lián)耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器92和參考地之間，所述充電開關(guān)94的開關(guān)狀態(tài)與第一功率開關(guān)103的開關(guān)狀態(tài)相反(即所述充電開關(guān)94被開關(guān)控制信號Tg的反向信號Tg控制)，所述第一充電電容93在充電開關(guān)94閉合導(dǎo)通時被短接至地，在充電開關(guān)94斷開時被電流信號Ich充電；誤差放大器95，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Vfb,其第二輸入端子接收電壓參考信號Vt，所述誤差放大器95將反饋信號Vfb和電壓參考信號Vt的差值放大并積分，在其輸出端子產(chǎn)生補償信號V.;第二比較器96，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93兩端的電壓Vramp，其第二輸入端子耦接至誤差放大器95的輸出端子接收補償信號V?！?，所述第二比較器96比較第一充電電容93兩端電壓Vmp和補償信號V?！返拇笮?，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生復(fù)位信號Reset ；其中在電壓轉(zhuǎn)換單元91處，轉(zhuǎn)換電壓Vdt和固定電壓Vk以及死區(qū)時間信號Sdt的關(guān)系為:
[0034]Vdt=Vr x—f~ (I)
[0035]其中T為死區(qū)時間信號Sdt的周期(即開關(guān)周期)，tH為死區(qū)時間信號Sdt在一個周期內(nèi)的邏輯高電平時長(即死區(qū)時間)。
[0036]在一個實施例中，固定電壓Vk在高的交流輸入電壓(即高的線電壓)情況下，其電壓值是低的線電壓情況下的3倍。
[0037]在一個實施例中，所述置位信號產(chǎn)生電路108還包括運算器86，接收峰值保持信號Ipk和鋸齒波信號Tsaw,所述運算器86對峰值保持信號Ipk和鋸齒波信號Tsaw執(zhí)行相加運算，并將運算結(jié)果提供至第一比較器83。
[0038]在一個實施例中，所述鋸齒波產(chǎn)生電路82根據(jù)死區(qū)時間信號Sdt產(chǎn)生鋸齒波信號Tsaw:當(dāng)死區(qū)時間信號Sdt由邏輯低電平轉(zhuǎn)為邏輯高電平時，鋸齒波信號Tsaw開始上升；當(dāng)死區(qū)時間信號Sdt由邏輯高電平轉(zhuǎn)為邏輯低電平時，鋸齒波信號Tsaw快速下降。也就是說，鋸齒波信號Tsaw響應(yīng)死區(qū)時間信號Sdt的上升沿開始上升，響應(yīng)死區(qū)時間信號Sdt的下降沿快速下降。
[0039]在一個實施例中，所述邏輯單元84在過零檢測信號ZCD由邏輯高電平轉(zhuǎn)為邏輯低電平時，死區(qū)時間信號Sdt變?yōu)楦唠娖?；在比較信號Sc由邏輯高電平轉(zhuǎn)為邏輯低電平時，死區(qū)時間信號Sdt變?yōu)榈碗娖?。也就是說，死區(qū)時間信號Sdt響應(yīng)過零檢測信號Z⑶的下降沿變?yōu)楦唠娖?，并響?yīng)比較信號Sc的下降沿變?yōu)榈碗娖健?br> [0040]在一個實施例中，所述電壓轉(zhuǎn)換單元91包括:第一開關(guān)11，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子接收固定電壓Vk，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器92，控制端子接收死區(qū)時間信號Sdt ;第二開關(guān)12，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子耦接至參考地，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器92，控制端子接收死區(qū)時間信號Sdt ;存儲電容13，耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器92和參考地之間；其中所述第一開關(guān)11和第二開關(guān)12互補導(dǎo)通。
[0041]在一個實施例中，所述第一開關(guān)11在死區(qū)時間信號Sdt為邏輯低電平時導(dǎo)通，所述第二開關(guān)12在死區(qū)時間信號Sdt為邏輯高電平時導(dǎo)通。在一個實施例中，死區(qū)時間信號Sdt經(jīng)由反相器14耦接至第一開關(guān)11的控制端子。
[0042]在一個實施例中，所述電壓轉(zhuǎn)換單元91還包括:第一連接電阻15，與第一開關(guān)11串聯(lián)耦接；第二連接電阻16，與第二開關(guān)12串聯(lián)耦接。
[0043]以下結(jié)合圖4和圖5闡述升壓PFC變換電路100的運行過程。
[0044]在升壓PFC變換電路100運行時，若流過儲能元件102的電流較大，即電流檢測信號Ics較大，則峰值保持電路81輸出的峰值保持信號Ipk也較大。相應(yīng)地，第一比較器83輸出的比較信號Sc保持為邏輯低電平。此時，死區(qū)時間信號Sdt和置位信號Set由過零檢測信號Z⑶決定，升壓PFC變換電路100工作在連續(xù)模式。
[0045]若交流輸入電SVa。(即線電壓)在其過零點附近，流過儲能元件102的電流較小，即電流檢測信號Ics較小，則峰值保持電路81輸出的峰值保持信號Ipk也較小。若峰值保持信號Ipk小于參考電平Vref，則比較信號Sc為邏輯高電平。在一個開關(guān)周期內(nèi)，死區(qū)時間信號Sdt響應(yīng)比較信號Sc和過零檢測信號ZCD。在t0時刻，開關(guān)控制信號Tg由邏輯高電平跳變?yōu)檫壿嫷碗娖剑谝还β书_關(guān)103斷開，第二功率開關(guān)104續(xù)流，此時過零檢測信號ZCD由邏輯低電平跳變?yōu)檫壿嫺唠娖?。由于此時流過儲能元件102的電流峰值很小，該電流在短時間內(nèi)降為零，過零檢測信號ZCD在該短時間之后又跳變?yōu)榈碗娖?。死區(qū)時間信號Sdt響應(yīng)過零檢測信號ZCD的該下降沿跳變?yōu)楦唠娖健Ｏ鄳?yīng)地，死區(qū)時間信號Sdt的該上升沿使得鋸齒波信號Tsaw開始上升。當(dāng)鋸齒波信號Tsaw在tl時刻上升至其與峰值保持信號Ipk之和大于參考電平Vref時，比較信號Sc跳變?yōu)榈碗娖?。死區(qū)時間信號Sdt響應(yīng)比較信號Sc的該下降沿，變?yōu)榈碗娖健Ｒ环矫?，死區(qū)時間信號Sdt的該下降沿使得鋸齒波信號Tsaw快速下降。另一方面，邏輯與非電路85的兩個輸入信號(死區(qū)時間信號Sdt和過零檢測信號ZCD)均為邏輯低電平，則其輸出的置位信號Set由邏輯低電平變?yōu)檫壿嫺唠娖?。相?yīng)地，邏輯電路110被置位，開關(guān)控制信號Tg變?yōu)檫壿嫺唠娖?。第一功率開關(guān)103被閉合導(dǎo)通，流過儲能元件102的電流從零開始增大，升壓PFC變換電路100進入下一個開關(guān)周期。
[0046]可以看出，當(dāng)流過儲能元件102的電流峰值較小時(如在線電壓過零點附近)，升壓PFC變換電路100會進入斷續(xù)模式:當(dāng)死區(qū)時間信號Sdt為邏輯高電平時，流過儲能元件102的電流為零。此時，第一功率開關(guān)103和第二功率開關(guān)104上均沒有電流流過。
[0047]在任意一個開關(guān)周期中，開關(guān)周期為T，死區(qū)時間為tH (在連續(xù)模式下，tH = O)，假定第一功率開關(guān)103的導(dǎo)通時間為Tm，第二功率開關(guān)104的續(xù)流時間為Irff，參見圖5所示標(biāo)出各時間段的電流檢測信號Ics、死區(qū)時間信號Sdt和開關(guān)控制信號Tg時序波形圖，則
[0048]Ton+Toff = T-tH (2)
[0049]該周期的平均輸入電流1,_?與交流輸入電壓\c的關(guān)系為:
[。_ Im=VACx(T-X(Tr^T?'|} O)

2χ Γχ L
[0051]其中L為儲能元件102的感抗值。
[0052]在復(fù)位信號產(chǎn)生電路109處，第一充電電容93兩端電壓Vramp與轉(zhuǎn)換電壓Vdt的關(guān)系為:
VrT「X K, XT
[0053]V =---- (4)

C93
[0054]其中C93為第一充電電容93的電容值。而根據(jù)比較器的虛短原理，
[0055]Vramp = Vcom (5)
[0056]綜合關(guān)系式(1)-(5)，可以得到:
「 ^ vAc _2χνκχΚ,χ?
[0057]---1C? X V
m93 com
[0058]在一個開關(guān)周期內(nèi)，固定電壓Vk的電壓值，補償信號V.的電壓值、儲能元件102的感抗值L、第一充電電容93的電容值C93均基本恒定。因此，交流輸入電SVa。和平均輸入電流Iin的比值基本恒定，升壓PFC變換電路100達到了功率因數(shù)校正的作用。
[0059]由于升壓PFC變換電路100在線電壓過零點附近，其平均輸入電流也較小。因此，升壓PFC變換電路100在線電壓過零點附近的運行模式為如上所述的斷續(xù)模式。由于死區(qū)時間的存在，升壓PFC變換電路100在線電壓過零點附近的開關(guān)頻率fsw較小，從而不會影響升壓PFC變換電路100的運行效率。其開關(guān)頻率fsw與流過儲能元件102的電流Iltl2的關(guān)系如圖6所不。
[0060]圖7示出了根據(jù)本實用新型一實施例的鋸齒波產(chǎn)生電路82的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖7所示實施例中，所述鋸齒波產(chǎn)生電路82包括:鋸齒波輸出端口 20，輸出所述鋸齒波信號Tsaw ;復(fù)位開關(guān)21、第二充電電容22，兩者并聯(lián)耦接在鋸齒波輸出端口 20和參考地之間；充電電流源23，耦接在供電電源和鋸齒波輸出端口 20之間；其中所述復(fù)位開關(guān)21在死區(qū)時間信號Sdt為低電平時閉合導(dǎo)通、在死區(qū)時間信號Sdt為高電平時斷開。
[0061]圖8為根據(jù)本實用新型一實施例的峰值保持電路81的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖8所示實施例中，所述峰值保持電路81包括:運算放大器31，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1? ;二極管34，具有陽極端和陰極端，其陽極端耦接至運算放大器31的輸出端子，陰極端耦接至運算放大器31的第二輸入端子；采樣保持電阻32，耦接在二極管34的陰極端和參考地之間；采樣保持電容33，耦接在二極管34的陰極端和參考地之間；其中采樣保持電容33兩端的電壓為所述峰值保持信號IPK。
[0062]圖9示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的控制電路207的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖9所示控制電路207與圖3所示控制電路107相似，與圖3所示控制電路107不同的是，圖9所示控制電路207還包括:短脈沖電路111，耦接在所述邏輯或非電路85的輸出端子和邏輯電路I1的置位輸入端子S之間。在圖9所示實施例中，所述短脈沖電路111接收置位信號Set，并根據(jù)置位信號Set產(chǎn)生短脈沖信號至邏輯電路110的置位輸入端子S。
[0063]圖9所示控制電路207的電路原理與圖3所示控制電路107的電路原理相似，為敘述簡明，這里不再詳述。
[0064]從以上各實施例可以看出，本實用新型提出的升壓PFC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，從而保證了升壓PFC變換電路的整體運行效率。
[0065]雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【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，其特征在于，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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(chǎn)生用以控制第一功率開關(guān)開關(guān)控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，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，其特征在于，其中所述鋸齒波產(chǎn)生電路包括: 鋸齒波輸出端口，輸出所述鋸齒波信號； 復(fù)位開關(guān)、第二充電電容，兩者并聯(lián)耦接在鋸齒波輸出端口和參考地之間； 充電電流源，耦接在供電電源和鋸齒波輸出端口之間；其中 所述復(fù)位開關(guān)在死區(qū)時間信號為低電平時閉合導(dǎo)通、在死區(qū)時間信號為高電平時斷開。
4.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，其中所述電壓轉(zhuǎn)換單元包括: 第一開關(guān)，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子接收固定電壓，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器，控制端子接收死區(qū)時間信號； 第二開關(guān)，具有第一端子、第二端子和控制端子，其第一端子耦接至參考地，第二端子耦接至電壓電流轉(zhuǎn)換器，控制端子接收死區(qū)時間信號； 存儲電容，耦接在電壓電流轉(zhuǎn)換器和參考地之間；其中 所述第一開關(guān)和第二開關(guān)互補導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于，其中所述電壓轉(zhuǎn)換單元還包括: 第一連接電阻，與第一開關(guān)串聯(lián)耦接； 第二連接電阻，與第二開關(guān)串聯(lián)耦接。
6.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，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，其特征在于，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。
8.一種升壓功率因數(shù)校正變換電路，包括: 第一輸入端口和第二輸入端口，接收交流輸入信號； 輸出端口，提供輸出信號； 整流單元，耦接至第一輸入端口和第二輸入端口，接收交流輸入信號，并產(chǎn)生整流信號; 儲能元件，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦接至整流單元接收整流信號；第一功率開關(guān)，耦接在儲能元件的第二端子和參考地之間，所述第一功率開關(guān)具有接收開關(guān)控制信號的控制端子； 第二功率開關(guān)，耦接在儲能元件的第二端子和輸出端口之間； 輸出電容，耦接在輸出端口和參考地之間； 過零檢測器，用以提供表征流過儲能元件電流過零情況的過零檢測信號； 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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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，其輸出端子產(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)位輸入端子稱接至第二比較器的輸出端子接收復(fù)位信號，其輸出端子產(chǎn)生所述開關(guān)開關(guān)控制信號。
9.如權(quán)利要求8所述的升壓功率因數(shù)校正變換電路，其特征在于，其中所述鋸齒波產(chǎn)生電路包括: 鋸齒波輸出端口，輸出所述鋸齒波信號； 復(fù)位開關(guān)、第二充電電容，兩者并聯(lián)耦接在鋸齒波輸出端口和參考地之間； 充電電流源，耦接在供電電源和鋸齒波輸出端口之間；其中 所述復(fù)位開關(guān)在死區(qū)時間信號為低電平時閉合導(dǎo)通、在死區(qū)時間信號為高電平時斷開。
10.如權(quán)利要求8所述的升壓功率因數(shù)校正變換電路，其特征在于，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。
【文檔編號】H02M3/10GK204131392SQ201420553486
【公開日】2015年1月28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