實(shí)施方式涉及功率控制電路，特別是用于家電的功率控制電路。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代家電(諸如電扇、其他AC馬達(dá)、LED以及其他DC供電裝置)在電源受控為使參數(shù)(諸如功率因數(shù)、相位差以及電壓差)最優(yōu)化時(shí)工作最佳。例如，參見示教諸如用于驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載的處理器控制的高低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的美國第20140125266號(Huynh等人)。Huynh公開了一種如作為用于說明該現(xiàn)有技術(shù)參考的Huynh的圖2的再現(xiàn)的圖1所示的、包括用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的兩個(gè)晶片的、功率管理多芯片模塊(PMMCM)中的低電壓晶片和高電壓晶片的組合。

一個(gè)晶片包括脈寬調(diào)制器(PWM)和包括低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的其他部件。第二晶片包括向外高側(cè)晶體管供給驅(qū)動(dòng)信號的超高電壓高側(cè)驅(qū)動(dòng)器。外低側(cè)晶體管由第一晶片的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器來直接驅(qū)動(dòng)。例如，作為Huynh的圖5的現(xiàn)有技術(shù)的圖2示出了功率管理集成電路(PMIC)晶片108的一個(gè)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器233和一個(gè)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器236的電路圖。耦合到+12伏特電源電壓VP的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器233經(jīng)由端子LSI 264控制外離散NFET 260。還耦合到+12伏特電源電壓VP的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器236具有互相連接為向外離散NFET 272的柵極供給輸出的互補(bǔ)邏輯反相器的P溝道FET 323和N溝道FET 324。

塊332是供給導(dǎo)通和斷開外離散NFET 272的控制信號的數(shù)字邏輯。塊333是接收數(shù)字邏輯控制信號并使信號改變?yōu)槭沟眯盘栕鳛閿?shù)字邏輯控制信號335輸出到高側(cè)驅(qū)動(dòng)器236的輸入引線336上。

這種功率模塊因部件選擇和電路優(yōu)化而對降低制造復(fù)雜度/成本和更高的功耗效率有好處。

運(yùn)行這種家電的功率控制電路通常包括在啟動(dòng)家電時(shí)必須上電的微處理器。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，通常對交流電源高電壓進(jìn)行整流，并且向與啟動(dòng)電阻器串聯(lián)且與電容器并聯(lián)的Vcc電源插腳施加低電壓。微處理器轉(zhuǎn)而經(jīng)常生成用于所關(guān)聯(lián)控制電路中的參 考電壓(諸如5.0伏特)。微處理器外部通常發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)電壓范圍內(nèi)操作微處理器所需的電壓或電流調(diào)節(jié)器。

進(jìn)一步關(guān)于PFC電路，MOSFET用作PFC中的開關(guān)部件給出可以處于低電壓的導(dǎo)通，這有利地降低PFC開關(guān)損耗。PFC通?？梢栽陔娏髂Ｊ娇刂苹螂妷耗Ｊ娇刂葡虏僮鳌Ｉ龎恨D(zhuǎn)換器經(jīng)常用于可以以不同模式(諸如連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)以及臨界導(dǎo)電(或邊界或界線導(dǎo)電)模式(CrM或BCM))操作的PFC電路中。

操作的基本態(tài)(電源開關(guān)接通(ON)和電源開關(guān)斷開(OFF))可以憑借到并聯(lián)電容和串聯(lián)電感的二極管電橋輸出通過考慮例如CrM PFC轉(zhuǎn)換器操作模式來展示。當(dāng)接通電源開關(guān)時(shí)，該電路產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線上升或增大。當(dāng)斷開電源開關(guān)時(shí)，這產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線減小。臨界模式導(dǎo)電PFC中兩個(gè)操作狀態(tài)下產(chǎn)生的電流波形示出了線圈電流峰值。在另一點(diǎn)處，復(fù)位芯。該復(fù)位發(fā)生的時(shí)間之間的關(guān)系是以臨界導(dǎo)電模式(CrM)操作的PFC轉(zhuǎn)換器的電壓模式控制的基礎(chǔ)。

功率控制電路的問題在微處理器需要經(jīng)由與電容器并聯(lián)的Vcc插腳供給的初始功率時(shí)和在其他電路也需要通常更高的啟動(dòng)功率時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)所有電路同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，微處理器無法開始工作，直到獲得適當(dāng)高電壓的稍后時(shí)間為止。因?yàn)槲⑻幚砥鞅仨氃谄渌娐窢帄Z上電電流的同時(shí)等待開始控制時(shí)調(diào)控其他電路，所以這延遲整個(gè)電路操作。額外的功率需求隨著將電容器充電至適當(dāng)?shù)碾妷憾枰脑黾拥膯?dòng)時(shí)間、板空間的相稱減小、以及增加的成本而對設(shè)計(jì)更大的Vcc電容器施加壓力。

美國第20140177284號(Nakano)中示出了該領(lǐng)域中所用的電路的示例。圖3是用于說明該電路的Nakano的圖1的副本。圖3概述了該參照如何示教整流電源與微處理器功率輸入之間需要的恒流限制電路的使用。圖3是開關(guān)電源設(shè)備電路，并且虛線示出了啟動(dòng)電路。電路具有分別具有一次繞組P1、二次繞組S1以及三次繞組P2的電容器C1、啟動(dòng)電路1a以及變壓器T、MOSFET開關(guān)元件Q10。電阻器R10檢測流過開關(guān)元件Q10的電流，并且控制電路3控制Q10的開-關(guān)切換。電容器C10、C11以及二極管D10、D11組成整流和濾波電路。在一些情況下，模擬電源IC用于啟動(dòng)電路中的功率，這進(jìn)一步增加了開支和復(fù)雜度。因此，該領(lǐng)域的一個(gè)問題是需要可以使板空間、成本、復(fù)雜度以及啟動(dòng)時(shí)間最小化的更有效的啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

上述現(xiàn)有技術(shù)中的限制通過實(shí)施方式來減輕。一個(gè)這種實(shí)施方式為一種用于外電路的功率控制裝置，該功率控制裝置包括：控制單元，該控制單元包括微處理器；驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元連接到所述控制單元，接收來自控制電路的信號并向所述外電路供給驅(qū)動(dòng)信號；以及啟動(dòng)電路，該啟動(dòng)電路生成驅(qū)動(dòng)電源并基于所述驅(qū)動(dòng)電源向控制器和所述驅(qū)動(dòng)單元提供電流，其中，所述啟動(dòng)電路基于來自所述控制器的所述信號改變所述電流。

另一個(gè)實(shí)施方式是如上的功率控制裝置，其中，所述外電路包括：PFC，該P(yáng)FC包括用于將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換成中間電壓的至少一個(gè)開關(guān)電路，和DC-DC轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開關(guān)電路，該開關(guān)電路將所述中間電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓，其中，所述功率控制單元從所述輸入電壓和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓獲得功率。在實(shí)施方式中，功率控制裝置操作，使得當(dāng)功率施加于所述功率控制裝置時(shí)，所述功率控制裝置驅(qū)動(dòng)所述PFC，然后驅(qū)動(dòng)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)單元包括向所述PFC供給驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)器PFC和向所述DC-DC轉(zhuǎn)換器供給驅(qū)動(dòng)器信號的驅(qū)動(dòng)器DD。

在又一實(shí)施方式中，在如上所述的功率控制裝置中，所述啟動(dòng)電路將輸入電壓轉(zhuǎn)換成所述驅(qū)動(dòng)電源電壓，并且在所述驅(qū)動(dòng)電源電壓低于預(yù)定電壓時(shí)向所述控制器輸出功率，并且所述啟動(dòng)電路在所述驅(qū)動(dòng)電源電壓高于預(yù)定電壓時(shí)停止從所述輸入電壓向所述驅(qū)動(dòng)電源電壓的轉(zhuǎn)換。在實(shí)施方式中，功率控制裝置包括：向所述控制單元供給所述電源電壓的第一電流的第一模式和基于所述驅(qū)動(dòng)電源電壓向所述控制單元供給大于所述第一電流的第二電流的第二模式。在實(shí)施方式中，當(dāng)在所述第一模式下時(shí)，對于系統(tǒng)處理單元的至少一部分限制所述第一電流的供給。在又一實(shí)施方式中，所述控制單元包括向所述驅(qū)動(dòng)器PFC供給PFC驅(qū)動(dòng)信號的PWM PFC和向所述驅(qū)動(dòng)器DD供給DD驅(qū)動(dòng)信號的PWM DD。在實(shí)施方式中，功率控制裝置還包括停止向所述控制器的所述電流供給的第三模式。

在如上所述的功率控制裝置的實(shí)施方式中，所述控制單元基于所述外電路而獲得所述驅(qū)動(dòng)電源電壓。在實(shí)施方式中，功率控制裝置還包括檢測器，該檢測器檢測所述驅(qū)動(dòng)電源電壓，并且基于所述驅(qū)動(dòng)電源電壓而開關(guān)向所述控制器和所述控制單元供給的所述電流。此外，在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述檢測器基于所述外電路的輸出而開關(guān) 向所述控制器和所述控制單元供給的所述電流。在實(shí)施方式中，功率控制裝置還包括定時(shí)器，該定時(shí)器在預(yù)定時(shí)間基于所述驅(qū)動(dòng)電源電壓而開關(guān)向所述控制器和所述控制單元供給的所述電流。

實(shí)施方式是一種具有順序上電能力的三電路設(shè)備，該三電路設(shè)備包括：第一控制電路，該第一控制電路包括：微處理器；驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有功率輸入和到PFC的一個(gè)或更多個(gè)輸出；第二電路，該第二電路包括具有功率輸入和功率輸出的PFC；以及第三電路，該第三電路包括具有功率輸入和功率輸出的DC-DC轉(zhuǎn)換器；其中，當(dāng)外功率施加于所述設(shè)備時(shí)，第一電壓增大經(jīng)由到所述外功率的臨時(shí)連接發(fā)生在所述第一電路的所述功率輸出處，然后，第二電壓增大發(fā)生在所述第二電路的所述功率輸出處，然后，第三電壓增大處于所述第三電路的所述功率輸出處。在實(shí)施方式中，所述第一電路包括啟動(dòng)電路，該啟動(dòng)電路包括恒流調(diào)節(jié)器，并且在所述第三電路中檢測到足夠的功率或電壓時(shí)斷開。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二電路的功率輸出響應(yīng)于所感測的所述第一電路的功率或電壓輸入的增大而增大。在又一實(shí)施方式中，所述第三電路的功率輸出響應(yīng)于所感測的所述第二電路的功率或電壓輸入的增大而增大。在又一實(shí)施方式中，所述微處理器通過反復(fù)采樣所述電壓來監(jiān)測所述第一電路輸入的所述電壓，并且響應(yīng)于所感測的所采樣電壓的增大而觸發(fā)所述第二電路輸出的增大。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一電路和第二電路形成在共同的半導(dǎo)體基板上，并且第三電路為形成在單獨(dú)半導(dǎo)體基板上的更高電壓電路。

在實(shí)施方式中，第二電路的功率輸入響應(yīng)于所感測的第一電路的功率或電壓輸入的增大而增大。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第三電路功率的輸入響應(yīng)于所感測的第二電路的功率或電壓輸入的增大而增大。

另一個(gè)實(shí)施方式是一種包括三電路設(shè)備的家電，其中，所述LLC向所述家電提供所述功率的至少一部分。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種包括三電路設(shè)備的高電壓機(jī)動(dòng)化家電，其中，所述LLC向一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)繞組提供高電壓。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解包括上述組合的其他實(shí)施方式。

附圖說明

圖1示出了控制吊扇的實(shí)施方式中的現(xiàn)有技術(shù)功率管理多芯片模塊。

進(jìn)一步示出了圖1的現(xiàn)有技術(shù)的圖2呈現(xiàn)了功率管理集成電路(PMIC)晶片的 一個(gè)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。

圖3是向控制開關(guān)操作的控制電路供給啟動(dòng)電流的啟動(dòng)電路包括恒流電路的、用于執(zhí)行功率的現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源設(shè)備電路。

圖4是在電源開關(guān)接通(ON)時(shí)產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線上升或增大的電路。

圖5是在電源開關(guān)斷開(OFF)時(shí)產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線減小的電路。

圖6是臨界模式導(dǎo)電PFC中處于圖4、圖5的兩個(gè)操作狀態(tài)下產(chǎn)生的電流波形。

圖7是可期望的電源實(shí)施方式的框圖。

圖8是電源的代表電路圖。

圖9是可期望的電源實(shí)施方式的時(shí)序。

圖10是PFC和LLC一起啟動(dòng)的實(shí)施方式的時(shí)序。

圖11是電源的代表電路圖。

具體實(shí)施方式

在實(shí)施方式中，微處理器控制的家電使用來自電源的調(diào)整后的功率，其中，啟動(dòng)電路與用于順序供電的控制器部、可選驅(qū)動(dòng)器部、功率因數(shù)校正(PFC)以及DC-DC轉(zhuǎn)換器一起使用。

圖7示出了啟動(dòng)電路120位于輸入電壓V1與控制器110之間的實(shí)施方式?？刂破鞑?10在實(shí)施方式中可以直接向PFC或DC-DC轉(zhuǎn)換器(“DD”)輸出控制信號，并且許多實(shí)施方式使用該附圖中被示出為130的中間驅(qū)動(dòng)器部?？蛇x驅(qū)動(dòng)器部130通常具有高壓驅(qū)動(dòng)器PFC和驅(qū)動(dòng)器DD 132。PFC通過連接到驅(qū)動(dòng)器部(或者在一些實(shí)施方式中直接連接到控制器)來控制。PFC和DD經(jīng)由從PFC獲得的中間電壓連接在一起。

項(xiàng)100為包括微處理器或其他控制芯片(如CPU)、以及可選驅(qū)動(dòng)器130和啟動(dòng)電路120的控制模塊。功率控制電路與稱作PFC的第二電路200相互作用，并且與稱作DC-DC轉(zhuǎn)換器(“DD”)的第三電路300“LLC”相互作用。

功率因數(shù)

功率因數(shù)修正(PFC)電路使離線電源的輸入電流成形，以使來自主電源的可用實(shí)際功率最大化。為了獲得最佳性能，電器應(yīng)呈現(xiàn)沒有無功成分的純電阻負(fù)載。換言 之，電器應(yīng)引起零無功功率。理想領(lǐng)域還具有與電壓(諸如正弦波電壓)同相的電流。進(jìn)一步地，將沒有輸入電流諧波，使得電流為電壓的完美復(fù)制品。

功率因數(shù)被計(jì)算為實(shí)際功率(瓦特)除以視在功率(單位為VA)。1.0的功率因數(shù)出現(xiàn)在電流和電壓這兩者是同相正弦波時(shí)。如果電流和電壓不同相，則功率因數(shù)為相位角的余弦。

電源中采用PFC電路，以修正這些各種因數(shù)，以使它們盡可能接近于理論理想狀況。將PFC電路用于電源中的另一個(gè)原因是符合適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。例如，被稱為IEC61000-3-2的法規(guī)要求闡述了對于歐洲和日本的電氣設(shè)備的一致性要求，并且適用于具有高于75瓦特的輸入功率的家電。能源之星認(rèn)證也經(jīng)常帶有PFC要求。

在操作中，輸入電壓V1為被轉(zhuǎn)換成饋送給輸出輸出電壓V3的DC-DC轉(zhuǎn)換器的中間電壓V2的功率因數(shù)。輸出電壓V3前進(jìn)到耗電裝置(諸如家電)?？刂破鞑靠蛇x擇地具有向微控制器饋送信號的檢測器113，微控制器轉(zhuǎn)而控制驅(qū)動(dòng)器。啟動(dòng)電路以如下所述的排序方式向控制器部提供早期功率。

進(jìn)一步關(guān)于PFC電路，MOSFET用作PFC中的開關(guān)部件給出可以處于低電壓的導(dǎo)通，這有利地減少PFC開關(guān)損耗。PFC可以在電流模式控制或電壓模式控制下操作。

升壓轉(zhuǎn)換器經(jīng)常用于可以以不同模式(諸如連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)以及臨界導(dǎo)電(或邊界或界線導(dǎo)電)模式(CrM或BCM))操作的PFC電路中。

操作的基本態(tài)(電源開關(guān)接通(ON)和電源開關(guān)斷開(OFF))可以通過考慮例如CrM PFC轉(zhuǎn)換器操作模式來展示。

圖4是產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線上升或增大的、用于電源開關(guān)接通(ON)時(shí)的基本電路。

圖5是產(chǎn)生線圈電流Icoil的直線減小的、用于電源開關(guān)斷開(OFF)時(shí)的基本電路。

圖6中示出了臨界模式導(dǎo)電PFC中兩個(gè)操作狀態(tài)下產(chǎn)生的電流波形，“A”是線圈電流Icoil(y軸)處于它的峰值的位置(或者Icoil＝Ipeak)。點(diǎn)“B”指示復(fù)位作為芯的嵌套循環(huán)(nest cycle)的時(shí)間。圖4、圖5以及圖6的關(guān)系例示了PFC轉(zhuǎn)換器的電壓模式控制的基礎(chǔ)的一個(gè)示例，該示例用于臨界導(dǎo)電模式(CrM)下的操作。

控制器部

控制器部響應(yīng)于經(jīng)由檢測器獲得的輸出電壓和其他所檢測的參數(shù)，并且輸出控制信號，例如作為如圖7中舉例說明的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號。種種控制器用于各種實(shí)施方式中。如圖8所示，控制器可以與可編程接口控制器、微處理器或任意其他種類的存儲(chǔ)程序執(zhí)行電路一樣簡單。在實(shí)施方式中，控制器為具有純粹由電路執(zhí)行的功能的純硬件。在優(yōu)選實(shí)施方式中，使用本身內(nèi)存儲(chǔ)器如圖8所示的微處理器。在實(shí)施方式中，微處理器的Vcc與地面之間使用在連接到電源時(shí)被充電到預(yù)定電壓的外電容器。

在實(shí)施方式中，控制器包括可以限制流動(dòng)以對連接到Vcc端子的外電容器進(jìn)行充電的電流的恒流啟動(dòng)電路。在啟動(dòng)時(shí)，在實(shí)施方式中，微處理器可以要求數(shù)十毫安(優(yōu)選地大約為10毫安)，但種種微處理器現(xiàn)在和將來可以根據(jù)微處理器使用何種技術(shù)和微處理器驅(qū)動(dòng)什么而要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于這個(gè)值?？刂破鞑堪ㄖ辽僖粋€(gè)CPU(諸如微芯片或微處理器)。如技術(shù)人員容易理解的，種種CPU可用。優(yōu)選地，CPU被設(shè)計(jì)為處理信號輸入、信號比較、更高層次的功能(諸如具有誤差反饋控制和控制信號輸出的PWM生成)。

檢測器可以包括一個(gè)或更多個(gè)外側(cè)部件(諸如串聯(lián)電阻器、用于檢測電流的霍爾效應(yīng)裝置、采樣和保持檢測器、到采樣電壓的電阻器電橋、儀表放大器等)。在實(shí)施方式中，檢測器制造在與微處理器相同的基板上，甚至可以為微處理器的一部分。在實(shí)施方式中，PWM輸出形成在CPU外部，但在另一個(gè)實(shí)施方式中，PWM輸出來自CPU本身?？刂破鞑績?yōu)選地為低電壓，并且例如可以由12伏特、5伏特或3.3伏特來驅(qū)動(dòng)?？刂破鲌?zhí)行所檢測信息(諸如輸出電壓、輸出電流等)的檢測、處理，并且輸出控制信號。

高壓驅(qū)動(dòng)器部和啟動(dòng)電路

相反，可選驅(qū)動(dòng)器部和啟動(dòng)電路優(yōu)選地為高電壓，并且可以位于單獨(dú)的晶片上。驅(qū)動(dòng)器部接收來自控制器部的控制信號并向PFC和DD輸出驅(qū)動(dòng)信號。驅(qū)動(dòng)器可以包括離散有源裝置(諸如晶體管或驅(qū)動(dòng)器芯片)。已知通常可以由來自控制器的各種邏輯電平控制信號驅(qū)動(dòng)的種種驅(qū)動(dòng)器。

啟動(dòng)電路連接到輸入電壓，并且響應(yīng)于一個(gè)或更多個(gè)其他部的電壓變化。

在圖7中所示的實(shí)施方式中，PFC 200連接到DC-DC(即，“LLC”)轉(zhuǎn)換器300并向DC-DC轉(zhuǎn)換器300供給功率?？刂颇K100具有向控制器110內(nèi)部的控制器CPU 111供給功率的啟動(dòng)電路120?？刂破?10生成到DC-DC轉(zhuǎn)換器300的驅(qū)動(dòng)功率。DC-DC轉(zhuǎn)換器300使用這種功率并在接收功率時(shí)緩慢增大輸入電壓。當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器300和PFC 200這兩者同時(shí)接收要啟動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號時(shí)，微處理器經(jīng)歷延時(shí)。

圖7中所示的電路組合通過對外電路的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行排序來減輕該問題。驅(qū)動(dòng)器130確保最早的功率在向DC-DC轉(zhuǎn)換器300提供之前向控制器110提供。DC-DC轉(zhuǎn)換器300連接到控制DC-DC轉(zhuǎn)換器300的功率的控制器110。

如將被技術(shù)人員理解的，圖7中所述的該電路組合可以以各種方式來構(gòu)造。優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)器130和控制器110制造在單個(gè)晶片中，并且優(yōu)選地，PFC 200和DC-DC轉(zhuǎn)換器300處于另一個(gè)晶片上。兩個(gè)或更多個(gè)電路可以共享同一容器甚至同一底板。優(yōu)選地，組合被制造為在單獨(dú)安裝功率閥(諸如MOSFET、IGBT等)的情況下安裝在受控家電中或附近的單個(gè)單元。

部件的概述

PFC種種功率因數(shù)控制電路被考慮為用于實(shí)施方式。PFC可以與并聯(lián)電容一樣簡單，但如對電源電路設(shè)計(jì)方面有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)電子工程師容易清晰的，可以采用各種電感、電容以及開關(guān)。

通常，對于與從交流電源供電的機(jī)動(dòng)化家電一起或與LCD驅(qū)動(dòng)器一起的使用，一個(gè)或更多個(gè)電容器可以無源使用或經(jīng)由切換來使用。在另一個(gè)類型中，供給有整流后AC電壓的電感或線圈用輸入電流來充電，或者由接通或斷開的可控開關(guān)來放電。電感的放電電流經(jīng)由二極管流到轉(zhuǎn)換器的輸出，所述輸出耦合到輸出電容，使得相對于輸入電壓增大的DC電壓可以從輸出處分接出。同樣可以使用其它類型的轉(zhuǎn)換器。

功率因數(shù)修正電路可以以不同的操作模式來操作。具體地，已知借助上述電感用連續(xù)電流進(jìn)行操作(所謂的“連續(xù)導(dǎo)電模式”，CCM)、用不連續(xù)電感電流或線圈電流操作(“不連續(xù)導(dǎo)電模式”，DCM)或借助電感在連續(xù)電流與不連續(xù)電流之間的界線或邊界范圍中操作(“界線導(dǎo)電模式”或“邊界導(dǎo)電模式”，BCM)。在BCM操作中，在線圈的放電階段期間線圈電流降至零可以被認(rèn)為是為了重新對線圈進(jìn)行充電而 開啟新切換循環(huán)并再次接通開關(guān)的原因。

功率因數(shù)修正電路可以經(jīng)由期間在不同情況下接通開關(guān)的持續(xù)時(shí)間來控制或調(diào)節(jié)。相反，在DCM操作中，在放電階段期間線圈電流的過零之后，首先在預(yù)定義的額外等待時(shí)間期間存在等待，直到重新閉合開關(guān)為止。

代表PFC的細(xì)節(jié)可以在2013年4月15日由Hans Auer提交的美國第20150054421號和2014年7月17日由Sanken Electric Co.,Ltd的Yoichi Terasawa提交的第20150023067號中找到。具體以引證的方式將這些文檔中所示的PFC的內(nèi)容(具體地為電路細(xì)節(jié))并入。

圖8中示出了特別優(yōu)選的PFC。PFC在該圖的左側(cè)中被指出為部200。這里所示的PFC由控制模塊100來控制。

DC-DC轉(zhuǎn)換器

種種DC-DC轉(zhuǎn)換器已知并且可以用于實(shí)施方式中。典型構(gòu)造例如包括降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器。然而，優(yōu)選的實(shí)施方式采用LLC型共振電路，以便更大的效率?！癓LC”被廣泛地定義為電壓轉(zhuǎn)換電路(諸如串聯(lián)諧振電路或反激轉(zhuǎn)換器)，并且作為實(shí)施方式，可以經(jīng)由各種電路來實(shí)現(xiàn)。特別是具有允許主開關(guān)的零電壓開關(guān)的諧振拓?fù)涞?、顯著降低開關(guān)損耗并增加效率的種種LLC電路是有用的。對于實(shí)施方式考慮的有用諧振轉(zhuǎn)換器例如包括2013年1月17日由Sanken Electric Co.,Ltd的Keita Ishikura發(fā)布的美國第20130016534號中示教的那些諧振轉(zhuǎn)換器，具體以引證的方式將上述的內(nèi)容(特別是諧振轉(zhuǎn)換器的電路細(xì)節(jié))并入。

優(yōu)選地是反激轉(zhuǎn)換器(諸如圖8的區(qū)域300內(nèi)所示的反激轉(zhuǎn)換器)。各種反激轉(zhuǎn)換器為技術(shù)人員所知。例如，參見2015年3月19日由Milan Jovanovic發(fā)布的美國第20150078036號、2014年8月21日由Sanken Electric Co.,Ltd.的Mitsutomo Yoshinaga發(fā)布的第20140233273號以及2009年1月29日由Sanken Electric,Co.,Ltd的Hiroshi Usui發(fā)布的第20090027930號。具體以引證的方式將這些記錄的全部內(nèi)容(特別是電壓轉(zhuǎn)換電路細(xì)節(jié))全文并入。

電路示例

圖8示出了代表電路。進(jìn)入的交流電壓310在301處整流，并且向控制模塊100 供給啟動(dòng)功率。PFC 200由控制模塊100來控制，并且向DC-DC轉(zhuǎn)換器(“LLC”)300供給功率?？刂颇K100切換參與DC-DC轉(zhuǎn)換器電路300的功率晶體管308。反激變壓器305在作用時(shí)向控制模塊100的Vcc提供整流后的功率。

通用啟動(dòng)操作

當(dāng)向圖7的廣義電路拓?fù)涫┘咏涣麟姇r(shí)，借助二極管或二極管電橋，對PFC 200輸入處的電容(未示出)充電。同時(shí)，向CPU 111的啟動(dòng)電路120供給電壓。因此，啟動(dòng)電路120開始操作，并且對控制模塊100的Vcc處的電容(未示出)充電，并且Vcc處的電壓增大。當(dāng)Vcc處的電壓達(dá)到CPU 111的有效開啟電壓時(shí)，微處理器開始工作。

不存在這里所示教的先進(jìn)電路時(shí)，因?yàn)樵摮潆姷难舆t，所以需要的電流充分增長，使得控制器110的PFC控制單元和LLC控制單元部分可以操作。然而，所有該額外電流消耗需要更大的啟動(dòng)和操作電流，使得Vcc電容器必須更大。但這引起更長的啟動(dòng)時(shí)間，并且需要為更大的電容器充電。進(jìn)一步地，LLC的輸出電壓的啟動(dòng)取決于作為PFC的輸出電壓的LLC的輸入電壓。由此，當(dāng)PFC電壓低時(shí)，LLC啟動(dòng)時(shí)間變長。因此，這個(gè)簡單的構(gòu)造具有數(shù)個(gè)缺點(diǎn)，接著描述的優(yōu)選構(gòu)造解決了這些缺點(diǎn)。

改進(jìn)的啟動(dòng)操作

在可期望的實(shí)施方式中，在更早的啟動(dòng)時(shí)間僅啟動(dòng)控制器中的PFC控制單元。在該場景中，在可期望的實(shí)施方式中，“控制單元”指示包括圖7中的CPU 111和SYSC 112的微處理器。此外，術(shù)語“控制電路”可期望地包括圖7中的控制器110、PWM PFC以及PWM DD的一部分。更進(jìn)一步地，“控制器”在優(yōu)選實(shí)施方式中指示圖7中的“控制器”塊。

PFC輸出電壓的建立在PFC輸出電壓對于專用于LLC控制單元的啟動(dòng)操作的排序操作充分上升之后執(zhí)行。在實(shí)施方式中(參見圖7)，PFC控制單元對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器PFC 131和PWM PFC115。在實(shí)施方式中，PFC控制單元的一部分處于控制器中，并且整個(gè)PFC控制單元處于PFC 200外部。

示例1

如圖8中的電路圖中所實(shí)施的，圖9示出了理想的啟動(dòng)實(shí)施方式的時(shí)刻。

如從圖8的結(jié)構(gòu)看出的，在接通時(shí)，PFC輸出電壓增大。首先，因?yàn)殡妷涸龃?，所以?qū)動(dòng)PFC 200中的開關(guān)元件到占空比常數(shù)。當(dāng)PFC輸出電壓超過目標(biāo)電壓時(shí)，PFC的反饋控制開始。因此，在啟動(dòng)電路中，僅在需要PFC的控制時(shí)供給電流，并且這降低初始啟動(dòng)電流需求。例如，僅對于必要條件(Sysc)供給電流，以進(jìn)行啟動(dòng)順序。術(shù)語Sysc指的是控制啟動(dòng)控制器中所包括的電路塊的順序的系統(tǒng)控制器。由此，控制單元的功耗通過限制執(zhí)行系統(tǒng)處理的CPU的電源供應(yīng)來降低。這種處理例如可以包括異常情況檢測、保護(hù)措施、與外部的通信以及數(shù)據(jù)日志。功率的該處理用途可以控制Vcc壓降率。

此外，DSP的功耗可以通過在PFC啟動(dòng)開始時(shí)假定占空比中的恒定工作周期(ON)來最小化。當(dāng)PFC電壓超過特定值時(shí)，PFC的反饋控制開始(參見圖9)。當(dāng)PFC電壓經(jīng)由反饋控制來穩(wěn)定時(shí)，LLC開始操作。優(yōu)選地，LLC操作開始的時(shí)刻與PFC的反饋控制開始相同。剛在發(fā)起LLC的啟動(dòng)后不久，可以驅(qū)動(dòng)LLC的開關(guān)元件為占空比中的恒定工作周期(ON)，并且可以控制反饋。在這發(fā)生且LLC開始操作的同時(shí)，連接到插腳3的備用電容器315開始充電。備用電容器對應(yīng)于連接到控制模塊100的Vcc端子的Vcc電容器。感測電容器315上的電壓，并且當(dāng)確定足夠的電壓時(shí)，斷開包括啟動(dòng)電路的開關(guān)。在實(shí)施方式中，該開關(guān)包括在啟動(dòng)電路中，并且連接在插腳1與插腳3之間。當(dāng)該開關(guān)接通時(shí)，Vcc電容器由輸入電壓來充電。然后，當(dāng)LLC開始對Vcc電容器(備用電容器315)充電時(shí)，將斷開該開關(guān)。

由此，電流被排序并向控制模塊的控制部件供給。初始接通時(shí)，僅對于PFC控制單元才消耗電流。然后，另外，LLC控制單元操作。因此，使初始啟動(dòng)電流最小化，這縮短LLC輸出提高之前的時(shí)間。該方案抑制啟動(dòng)時(shí)間的增加，并且加強(qiáng)內(nèi)置到微計(jì)算機(jī)本身中的啟動(dòng)電路機(jī)構(gòu)。

電壓的時(shí)刻關(guān)系

圖9示出了功率模塊的各種部分之間的理想的電壓初始化。雖然圖8的電路可以用于該系統(tǒng)結(jié)果，但技術(shù)工程師可以在閱讀該說明書時(shí)建立維護(hù)該輸出方案的各種修改例，并且所有這種實(shí)施方式被考慮為本公開的示例。

如圖9所示，在交流功率“AC源接通(ON)”施加時(shí)，Vcc立即開始增大。在 實(shí)施方式中，Vcc插腳3經(jīng)由啟動(dòng)電路和插腳1連接到輸入。在特定電壓電平下，控制器(諸如控制模塊或其他微處理器)開始工作，并且小Icc電流用于啟動(dòng)PFC。在x軸上的該“啟動(dòng)PFC“時(shí)間，PFC電壓開始上升，而Vcc所充電的電容器放一點(diǎn)電，并且控制器上的Vcc逐漸下降。當(dāng)PFC電壓變得足夠高，以致觸發(fā)在點(diǎn)“開啟PFC的FB控制”處的反饋時(shí)，更多的Icc電流用于控制器以控制PFC電壓穩(wěn)定。當(dāng)PFC電壓經(jīng)由反饋控制趨平時(shí)，然后啟動(dòng)LLC(“x軸上的“啟動(dòng)LLC”點(diǎn)”)。這消耗多得多的功率，但LLC可以更利索地啟動(dòng)。LLC向控制模塊提供備用電壓，該控制模塊然后將Vcc升壓至它的正常穩(wěn)態(tài)電平。

另外的構(gòu)造

可以實(shí)施對圖9中所示的方案進(jìn)行的變更。如圖10所示，可以同時(shí)初始啟動(dòng)PFC和LLC電壓。在一個(gè)實(shí)施方式中，在處于x軸上所示的點(diǎn)“PFC&LLC啟動(dòng)”處，Vcc在電流用于驅(qū)動(dòng)PFC和LLC這兩者時(shí)下降，這如點(diǎn)虛線中所示緩慢地增大它們的輸出電壓。在實(shí)施方式中，一起驅(qū)動(dòng)PFC和LLC引起對Vcc存儲(chǔ)電荷的更大需求，并且Vcc電壓可以急劇地下降到控制模塊最小接通電壓之下。在這種情況下，具有更長的Vcc電壓充電時(shí)間的更大電容器可以用于以高電壓充分接通PFC和LLC，使得控制器繼續(xù)停留足夠長的時(shí)間，以接受由LLC形成的備用電壓(參見x軸上的點(diǎn)“生成備用電壓”)。

圖11示出了不同種類的組合PFC和DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，其中，微計(jì)算機(jī)如圖10所示的同時(shí)控制PFC和DC-DC轉(zhuǎn)換器這兩者。在理想的實(shí)施方式中，CPU與制造在單個(gè)低電壓芯片或芯片組晶片上的各種外部部件(諸如存儲(chǔ)器、A-D轉(zhuǎn)換器、PWM控制器、UART、模擬網(wǎng)絡(luò)開關(guān)以及發(fā)送器)交互配合。CPU理想地與高電壓芯片或芯片組晶片交互配合，該高電壓芯片或芯片組晶片具有輸出Vcc、其他電壓調(diào)節(jié)和輸出、低功率晶體管驅(qū)動(dòng)信號和高功率晶體管驅(qū)動(dòng)信號的啟動(dòng)調(diào)節(jié)器、PFC驅(qū)動(dòng)器和LLC驅(qū)動(dòng)器。

技術(shù)人員在閱讀該說明書時(shí)將容易地理解種種實(shí)施方式，并且空間限制排除另外的詳述。這些和其他實(shí)施方式旨在處于隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。