专利名称：具有电源开关和升压变流器的单周期控制连续传导模式的pfc升压变流器集成电路的制作方法
背景技术：
控制转换电路的单周期控制(OCC)技术目前已为公知。在美国专利No.5278490中描述了该常规技术。在美国专利No.5886586中该技术应用于PFC(功率因数校正)升压变流器电路。在OCC技术中，就应用于PFC升压变流器电路而言，变流器的输出电压被检测，与基准电压进行比较并且被提供给积分器级，该电压如同由系统时钟设定那样在每一个周期被重置。然后在比较器中将积分器的输出与变流器中的被检测的输入电流进行比较，并且将比较器的输出用于控制脉宽调制器，脉宽调制器的输出控制升压变流器开关。该开关控制提供给负载的电流使得输入ac线电流与输入ac线电压同相，即，配有连接负载的变流器的功率因数基本上为1，因此表现出完全电阻性，由此产生最佳的功率效率和减少的谐波。
在OCC技术之前，乘法器技术因被用于升压变流器电路中的PFC而知名。图1描述了一个系统级框图，其表示典型的现有技术的在一个固定频率下、连续传导模式(CCM)升压变流器技术的有源功率因数校正系统操作。该系统包括基于乘法器方法的连续传导模式控制集成电路1，系统具有分立的门驱动电路3和分立的电力开关5。这种基于电流模式的控制方法利用乘法器电路，输入电流检测，输入电压检测和输出电压检测。模拟的乘法器通过用电压误差放大器的输出倍增校正的线电压产生电流程序化信号，使得电流程序化信号具有输入电压的形状和平均振幅，平均振幅最终控制升压变流器的输出电压。电流回路由校正的线电压编程，使得变流器的输入呈现电阻性。通过改变电流程序化信号的平均幅度控制输出电压。其结果是产生受调整的输出电压和同相的并且与输入电压成比例的正弦输入电流。
上述利用乘法器的方法的先有技术的缺点是高分立的元件数目和复杂的设计以及需要研制工作以实现高性能的连续传导模式功率因数校正变流器。另外，因为高的元件数目和有限的管脚，因此实现在其中开关被封装在控制电路中的“单个封装”的设计更加困难。
现有技术的采用乘法器技术的PFC升压变流器的一个例子在美国专利No.6,445,600中披露。人们希望为PFC，CCM升压变流器提供一种集成电路，其具有集成的开关和OCC控制器，并且其减少了利用乘法器技术的PFC升压变流器中固有的复杂性。
发明内容
与传统的基于“乘法器”的CCM PFC控制器例如先有技术Unitrode/TI UC3854相比，OCC技术显著地简化了连续传导模式(CCM)PFCC控制功能。由于OCC技术不需要线电压检测，并且不需要复杂的带有相关的外部部件的乘法器电路，所以封装的管脚数目显著减少。这个控制方法简单，因此为了将CCM升压PFC控制器连同电源开关元件整体集成在一个封装件中，允许使用实际已有的电源封装方法的同时允许高水平的集成。可以采用的封装方法的一个例子在2001年5月31日公布的国际公开文本WO01/39266中披露了。
本发明因此涉及一种在连续传导模式(CCM)中的单相有源功率因数校正升压变流器操作。本发明优选的实施于连续传导模式，因为这是最复杂的PFC电路，其通常需要用于控制器的许多外部部件和封装管脚。本发明包括IC，该IC包括基于OCC技术的有源功率因数校正控制器，集成的门驱动电路和集成的电源开关装置，电源开关装置优选的是封装在多管脚电源TO-220和TO-247封装中。IC优选的采用上述的WO01/39266中的方法封装MOSFET或IGBT。
按照本发明，提供一种连续传导模式(CCM)功率因数校正的升压变流器电路，其包括整流器，可以与ac输入连接并且具有通过dc总线提供的整流的dc输出；电感，具有被连接到dc总线的一个引线上的第一和第二端，电感的第一端连接到所述整流器的输出；集成电路，其包括控制电路和被该控制电路控制的开关，该集成电路包括封入控制电路和开关的外壳，该集成电路包括供电端，接地端，连接到变流器电路的输出的第一控制输入端，和连接到用于感测dc总线的电流的传感器的第二控制输入端，集成电路还具有连接于开关上和连接电感的第二端的输出端；升压二极管，其具有连接到所述输出端的第一端并且具有第二端；和连接到二极管的第二端的存储电容器，其中，控制电路包括具有积分器的单周期控制电路，积分器通过时钟信号在时钟信号的每个周期进行重置，积分器接收第一控制输入端提供的信号作为输入。
本发明还涉及一种用于CCM PFC升压变流器的集成电路控制器。
本发明的其它特征和优点通过以下参照附图对本发明的描述变得明显。
图1是先有技术的CCM PFC升压变流器电路的框图；图2是按照本发明采用OCC技术的CCM PFC升压变流器电路的框图，其中开关和控制器封装在一个模块中；图3表示本发明的集成电路的一个实施方式；图4是表示本发明的集成电路的框图；和图4A表示集成电路的功率和基准电压是怎样产生的。
具体实施例方式
图2描述了本发明的一个系统级框图，其表示在一个固定频率下、连续传导模式的升压变流器技术的基于OCC的有源的功率因数校正技术操作。
在CCM中，电感中的电流决不允许变为零。按照本发明，电力开关10和基于PFC控制电路20的OCC与电力开关驱动器30被集成在能够从装置向散热器散出适当热量的单个封装40中。因为需要用来实现完整的CCM PFC升压变流器的管脚的数目由于使用了OCC技术而被减少了，所以使用这种技术可以采用各种电源封装。
控制电路20是根据OCC的方法，其中不需要先有技术中提到的乘法器和输入电压检测。这使IC 40的封闭的管脚和外部部件减少。OCC的概念可以用一个简单的包括积分重置控制的线性电路实现，其中开关10的工作周期被实时控制，使得在每个周期转换变量的平均值等于控制基准或与控制基准成比例。特别是，通过一个误差放大器将变流器的输出电压与控制基准相比较。误差信号被积分。误差的幅度控制积分器输出的斜率，积分器的输出与检测的输入电流相比较以控制开关的工作周期。这个控制方法促使变流器显现出电阻性，因此使正弦输入电流同相并且与输入电压成比例，并且提供一个调整的DC输出电压。与传统的分立的基于CCM的乘法器控制器相比，将控制器与电力开关集成在一个封装中简化了设计连续传导模式PFC电路的复杂的工作。
再次参照图2，整流部分R提供整流的dc电压给dc总线。输入电容Cin过滤高频分量。当开关10闭合时，电磁能量被存储在电感L中。当开关10关闭时，电感L中存储的能量通过高频二极管D传送到为负载提供动力的存储电容器Cout中。当开关10被再次闭合时，二极管D被反向偏置并且存储电容器Cout为负载提供动力。开关10的工作周期由OCC电路20控制，使得ac输入电流与ac线电压同相。变流器和负载因此具有接近1的功率因数并且呈现出纯电阻性，因此产生最大的功率效率。检测电阻RS用于检测输入电流。
图3显示出应用于PFC CCM升压变流器的集成电路40的一个实施方式的细节，图4表示IC 40的框图。IC40优选的是由电源PS提供的电力，电源PS从DC总线接收电力。在IC40的内部，包括电阻Rx和齐纳二极管DZ1的电压调节电路能构用于提供内部电力(VCC 5V)。见图4A，如图4A所示，通过包括电阻RY和齐纳二极管DZ2的简单的电路也能构提供用于误差放大器的基准电压Vref。
还参照图4，通过电阻R1和R2检测输出电压并且输出电压提供给IC 40的输入VFB，输入VFB为误差放大器50的一个输入。误差放大器50的另一个输入是基准电压Vref。误差放大器50产生一个误差信号Ve。被放大的误差信号Ve提供给积分器级70的输入。积分器的输出被提供给比较器75的一个输入，在其中它与检测的输入电流相比较，该检测电流由电流缓冲器78的输出提供，电流缓冲器78由电流检测放大器79提供供给。输入电流通过Rs转换成电压并且提供给输入ISNS。峰值电流限制器81用于将被检测的电流限制到预定的峰值电流。峰值电流限制器81的输出被提供给比较器75的输出。比较器75的输出提供给驱动级，例如，时钟控制SR触发器80，时钟控制SR触发器80的输出用于控制开关10的导通时间。系统时钟85控制该系统的频率。因此触发器80的输出是脉宽调制信号，其脉冲宽度决定了开关10的闭合时间。通过比较器75将积分器70的输出与输入电流的波形(由Rs两端的电压降决定的)进行比较，以当积分器的输出超过检测的输入电流时对触发器80重置，其中积分器70的输出响应期望的基准Vref的输出电压的变化的平均值。这样调节了开关10的闭合时间，使输入电流与输入电压同相位并且调整输出电压以使误差信号Ve最小化。时钟设定系统频率，保证在每个时钟周期，积分器被重置。积分器的重置是通过在触发器80的输出被重置时重置控制器72实现的。
本发明的优点是(a)低元件数；(b)由于较低的元件数导致更高的可靠性；(c)更简化的PCB实施；(d)由于控制和电力开关部件的关键部件的紧凑的封装而使设计版面最小化；和(e)与基于PFC控制器的更为复杂的乘法器的方法相反，基于更简单的OCC的方法简化设计和研制工作。
另外，IC40包括其它标准化功能，例如欠电压/低压(UVLO)检测电路101，软启动电路102，必要的偏压和基准电压发生器，热保护104，具有自动重启的电路保护逻辑105(如用于过电流保护和输出过电压保护107的作用)。另外，还包括集成驱动控制30，电平转换电路35和峰值电流限制门驱动电路37。
尽管相对于其具体实施方式
对本发明进行了详细描述，但是许多其它变化和修改以及其它用途对本领域技术人员来说是显而易见的。因此本发明不局限于这里具体披露的内容，而只限于所附的权利要求。
权利要求
1.一种连续传导模式(CCM)功率因数校正的升压变流器电路，包括整流器，其可以与ac输入连接并且具有通过dc总线提供的整流dc输出；电感，其具有被连接到dc总线的一个引线上的第一和第二端，电感的第一端连接到所述整流器的输出；集成电路，其包括控制电路和由该控制电路控制的开关，该集成电路包括封入控制电路和开关的外壳，该集成电路包括电源端，接地端，连接到变流器电路的输出的第一控制输入端，和连接到用于感测dc总线电流的传感器的第二控制输入端，该集成电路进一步具有连接于所述开关和连接所述电感的第二端的输出端；升压二极管，其具有连接到集成电路的输出端的第一端并且具有第二端；和存储电容器，其连接到二极管的第二端；其中，控制电路包括具有积分器的单周期控制电路，积分器由时钟信号在时钟信号的每个周期进行重置，积分器接收在所述第一控制输入端提供的信号作为输入。
2.如权利要求1所述的变流器电路，其中集成电路包括门驱动器，该门驱动器用于驱动接收来自控制电路的输出的开关。
3.如权利要求1所述的变流器电路，其中开关包括MOSFET或IGBT。
4.如权利要求1所述的变流器电路，进一步包括一个跨接在变流器的输出的电压分压器电路，电压分压器电路用于提供输出电压感测信号给所述第一控制输入端。
5.如权利要求1所述的变流器电路，进一步包括在所述dc总线的一个引线上的感测电阻，所述感测电阻的一端被连接到所述第二输入端。
6.如权利要求1所述的变流器电路，其中外壳包括有TO-220或TO-247封装。
7.一种用于连续传导模式(CCM)功率因数校正的升压变流器电路的集成电路，该升压变流器电路包括整流器，其可以与ac输入连接并且具有通过dc总线提供的整流dc输出；电感，具有被连接到dc总线的一个引线上的第一和第二端，电感的第一端连接到所述整流器的输出；升压)整流二极管，具有连接到电感的第二端的一第一端并且具有一第二端；和存储电容器，连接到二极管的第二端；该集成电路包括控制电路和由该控制电路控制的开关，该集成电路包括封入控制电路和开关的外壳，该集成电路具有电源端，接地端，用于连接变流器电路的输出的第一控制输入端，和用于连接到用于感测dc总线电流的传感器的第二控制输入端，并且所述控制电路进一步具有用于连接电感的第二端而连接于开关上的输出端；其中，控制电路包括具有积分器的单周期控制电路，积分器由时钟信号在时钟信号的每个周期进行重置，积分器接收第一控制输入端提供的信号作为输入。
8.如权利要求7所述的集成电路，其中集成电路包括门驱动器，该门驱动器用于驱动接收来自控制电路的输出的开关。
9.如权利要求7所述的集成电路，其中开关包括MOSFET或IGRT。
10.如权利要求7所述的集成电路，其中升压变流器电路进一步包括跨接在变流器的输出的电压分压器电路，电压分压器电路用于向所述第一控制输入端提供输出电压感测信号。
11.如权利要求7所述的集成电路，其中升压变流器电路进一步包括在所述dc总线的一个引线上的感测电阻，所述感测电阻的一端连接到所述第二输入端。
12.如权利要求7所述的集成电路，其中外壳包括有TO-220或TO-47封装。
全文摘要
一种用于连续传导模式(CCM)功率因数校正的升压变流器电路的集成电路，该升压变流器电路包括整流器，可以与ac输入连接并且具有跨接在dc总线上的整流的dc输出；电感，具有被连接到dc总线的一个引线上的第一和第二端，电感的第一端连接到所述整流器的输出；升压(boost)整流二极管，具有连接到电感的第二端的第一端并且具有第二端；和存储电容器，连接到二极管的第二端；该集成电路包括控制电路和被该控制电路控制的开关，该集成电路包括封入控制电路和开关的外壳，该集成电路具有供电端，接地端，连接到变流器电路的输出的第一控制输入端，和用于连接到用于感测dc总线的电流的传感器的第二控制输入端，进一步具有为了连接电感的第二端而连接于开关上的输出端；其中，控制电路包括具有积分器的单周期控制电路，积分器通过时钟信号在时钟信号的每个周期进行重置，积分器接收作为输入信号，该输入信号是第一控制输入端提供的。
文档编号G05F1/40GK1742246SQ200380109048
公开日2006年3月1日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月16日
发明者F·阿瑟里, R·布朗, J·亚当斯 申请人:国际整流器公司