一种用于升压功率因数校正变换电路的控制电路及其方法
【专利摘要】本申请公开了一种用于升压功率因数校正变换电路的控制电路及其方法。所述控制电路包括：峰值保持电路、锯齿波产生电路、第一比较器、逻辑单元、逻辑或非电路、电压转换单元、电压电流转化器、第一充电电容、充电开关、误差放大器、第二比较器、以及逻辑电路。采用所述控制电路的升压功率因数校正变换电路在实现PFC功能的同时减小了其在过零点附近的频率，从而保证了整体运行效率。
【专利说明】-种用于升压功率因数校正变换电路的控制电路及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种开关电路，更具体地说，本发明涉及一种升压功率因数校正（PFC) 变换电路及其方法。
【背景技术】
[0002] 升压PFC变换电路常常采用恒定导通模式。在该控制模式下，升压PFC变换电路 在每个开关周期中，其开关在电感电流过零时被导通，并导通一固定时间。在该控制模式 下，升压PFC变换电路运行于临界模式，从而减小开关损耗。然而，采用这种控制方式，升压 PFC变换电路的开关频率在输入线电压过零时其峰值特别高，参见图1所示的现有升压PFC 变换电路的电感电流込和开关频率f sw的时序波形图。尤其在高的输入线电压和轻载状态 下，效率将随着开关频率的变高而恶化。
【发明内容】
[0003] 因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的用于升压 功率因数校正变换电路的控制电路及其方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明提出了一种用于升压功率因数校正变换电路的控制电 路，所述升压功率因数校正变换电路接收交流输入信号、提供输出信号，所述升压功率因数 校正变换电路包括整流单元、储能元件、第一功率开关开关、第二功率开关、提供表征流过 储能元件电流过零情况的过零检测信号的过零检测器，所述控制电路包括：峰值保持电路， 接收表征流过储能元件的电流的电流检测信号，产生表征流过储能元件的峰值电流的峰值 保持信号；锯齿波产生电路，产生锯齿波信号；第一比较器，接收峰值保持信号、锯齿波信 号和参考电平，所述第一比较器将峰值保持信号与锯齿波信号之和与参考电平进行比较， 并根据比较结果产生比较信号；逻辑单元，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子， 其第一输入端子耦接至第一比较器接收比较信号，第二输入端子接收过零检测信号，所述 逻辑单元根据比较信号和过零检测信号产生死区时间信号；逻辑或非电路，具有第一输入 端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子耦接至逻辑单元的输出端子接收死区时 间信号，第二输入端子接收过零检测信号，所述逻辑或非电路根据死区时间信号和过零检 测信号产生置位信号；电压转换单元，接收固定电压和死区时间信号，产生转换电压；电压 电流转化器，耦接至电压转换单元接收转换电压，并将转换电压转化为与之成比例的电流 信号；第一充电电容和充电开关，并联耦接在电压电流转换器和参考地之间，所述充电开关 的开关状态与第一功率开关的开关状态相反；误差放大器，具有第一输入端子、第二输入端 子和输出端子，其第一输入端子接收表征输出信号的反馈信号，其第二输入端子接收电压 参考信号，所述误差放大器将反馈信号和电压参考信号的差值放大并积分，在其输出端子 产生补偿信号；第二比较器，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端 子接收第一充电电容两端的电压，其第二输入端子耦接至误差放大器的输出端子接收补偿 信号，所述第二比较器比较第一充电电容两端电压和补偿信号的大小，并根据比较结果产 生复位信号；逻辑电路，具有置位输入端子、复位输入端子和输出端子，其置位输入端子耦 接至逻辑或非电路的输出端子接收置位信号，复位输入端子耦接至第二比较器的输出端子 接收复位信号，所述逻辑电路基于所述置位信号和复位信号，在其输出端子产生开关控制 信号，用以控制第一功率开关。
[0005] 为实现上述目的，本发明还提出了一种用于升压功率因数校正变换电路的方法， 所述升压功率因数校正变换电路接收交流输入信号，提供输出信号，所述升压功率因数校 正变换电路包括储能元件和功率开关，所述方法包括：采样流过所述储能元件或功率开关 的电流，得到电流采样信号；提供表征流过所述储能元件电流过零情况的过零检测信号； 对电流采样信号与锯齿波信号之和与参考电平进行比较，得到比较信号；响应所述比较信 号和过零检测信号，得到死区时间信号；对所述死区时间信号和过零检测信号进行逻辑运 算，得到置位信号；响应所述死区时间信号和固定电压，得到转换电压；将所述转换电压转 化为与之成比例的电流信号；响应开关控制信号，在开关控制信号将所述功率开关导通时 所述电流信号对第一充电电容进行充电，在开关控制信号将所述功率开关断开时将第一充 电电容短接放电；产生表征输出信号的反馈信号；将反馈信号和电压参考信号的差值放大 并积分，得到补偿信号；比较第一充电电容两端电压与补偿信号的大小，得到复位信号；响 应所述置位信号和复位信号，得到所述开关控制信号，用以控制所述功率开关；其中所述转 换电压与所述固定电压和死区时间信号的关系为：
【权利要求】
1. 一种用于升压功率因数校正变换电路的控制电路，所述升压功率因数校正变换电路 接收交流输入信号、提供输出信号，所述升压功率因数校正变换电路包括整流单元、储能元 件、第一功率开关、第二功率开关、提供表征流过所述储能元件电流过零情况的过零检测信 号的过零检测器，所述控制电路包括： 峰值保持电路，接收表征流过储能元件的电流的电流检测信号，产生表征流过储能元 件的峰值电流的峰值保持信号； 锯齿波产生电路，产生锯齿波信号； 第一比较器，接收峰值保持信号、锯齿波信号和参考电平，所述第一比较器将峰值保持 信号与锯齿波信号之和与所述参考电平进行比较，并根据比较结果产生比较信号； 逻辑单元，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子耦接至第一 比较器接收比较信号，第二输入端子接收过零检测信号，所述逻辑单元根据比较信号和过 零检测信号产生死区时间信号； 逻辑或非电路，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子耦接至 逻辑单元的输出端子接收死区时间信号，第二输入端子接收过零检测信号，所述逻辑或非 电路根据死区时间信号和过零检测信号产生置位信号； 电压转换单元，接收固定电压和死区时间信号，产生转换电压； 电压电流转化器，耦接至电压转换单元接收转换电压，并将转换电压转化为与之成比 例的电流信号； 第一充电电容和充电开关，并联耦接在电压电流转换器和参考地之间，所述充电开关 的开关状态与第一功率开关的开关状态相反； 误差放大器，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子接收表征 输出信号的反馈信号，其第二输入端子接收电压参考信号，所述误差放大器将反馈信号和 电压参考信号的差值放大并积分，在其输出端子产生补偿信号； 第二比较器，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子接收第 一充电电容两端的电压，其第二输入端子耦接至误差放大器的输出端子接收补偿信号，所 述第二比较器比较第一充电电容两端电压和补偿信号的大小，并根据比较结果产生复位信 号； 逻辑电路，具有置位输入端子、复位输入端子和输出端子，其置位输入端子耦接至逻辑 或非电路的输出端子接收置位信号，复位输入端子耦接至第二比较器的输出端子接收复位 信号，所述逻辑电路基于所述置位信号和复位信号，在其输出端子产生开关控制信号，用以 控制第一功率开关。
2. 如权利要求1所述的控制电路，其中所述峰值保持电路包括： 运算放大器，具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其第一输入端子接收所述 电流检测信号； 二极管，具有阳极端和阴极端，其阳极端耦接至运算放大器的输出端子，阴极端耦接至 运算放大器的第二输入端子； 采样保持电阻，耦接在二极管的阴极端和参考地之间； 采样保持电容，耦接在二极管的阴极端和参考地之间；其中采样保持电容两端的电压 为所述峰值保持信号。
3. 如权利要求1所述的控制电路，其中所述锯齿波产生电路接收死区时间信号，并响 应死区时间信号的上升沿开始上升，响应死区时间信号的下降沿快速下降。
4. 如权利要求1所述的控制电路，其中在所述电压转换单元处， 所述转换电压和固定电压以及死区时间信号的关系为：
其中Vdt代表转换电压的电压值、Vk代表固定电压的电压值、T代表死区时间信号的周 期，tH代表死区时间信号在一个周期内的逻辑高电平时长。
5. 如权利要求1所述的控制电路，其中在所述逻辑单元处，死区时间信号响应过零检 测信号的下降沿变为高电平，响应比较信号的下降沿变为低电平。
6. 如权利要求1所述的控制电路，还包括：短脉冲电路，耦接在所述逻辑或非电路的输 出端子和逻辑电路的置位输入端子之间，所述短脉冲电路接收置位信号，并根据置位信号 产生短脉冲信号至逻辑电路的置位输入端子。
7. 如权利要求1所述的控制电路，还包括：运算器，接收峰值保持信号和锯齿波信号， 所述运算器对峰值保持信号和锯齿波信号执行相加运算，并将运算结果提供至第一比较 器。
8. -种用于升压功率因数校正变换电路的方法，所述升压功率因数校正变换电路接收 交流输入信号，提供输出信号，所述升压功率因数校正变换电路包括储能元件和功率开关， 所述方法包括： 采样流过所述储能元件或功率开关的电流，得到电流采样信号； 提供表征流过所述储能元件电流过零情况的过零检测信号； 对电流采样信号与锯齿波信号之和与参考电平进行比较，得到比较信号； 响应所述比较信号和过零检测信号，得到死区时间信号； 对所述死区时间信号和过零检测信号进行逻辑运算，得到置位信号； 响应所述死区时间信号和固定电压，得到转换电压； 将所述转换电压转化为与之成比例的电流信号； 响应开关控制信号，在开关控制信号将所述功率开关导通时所述电流信号对第一充电 电容进行充电，在开关控制信号将所述功率开关断开时将第一充电电容短接放电； 产生表征输出信号的反馈信号； 将反馈信号和电压参考信号的差值放大并积分，得到补偿信号； 比较第一充电电容两端电压与补偿信号的大小，得到复位信号； 响应所述置位信号和复位信号，得到所述开关控制信号，用以控制所述功率开关；其中 所述转换电压与所述固定电压和死区时间信号的关系为：
其中Vdt代表转换电压的电压值、Vk代表固定电压的电压值、T代表死区时间信号的周 期，tH代表死区时间信号在一个周期内的逻辑高电平时长。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述锯齿波信号响应死区时间信号进行变化：当死 区时间信号由逻辑低电平转为逻辑高电平时，锯齿波信号开始上升；当死区时间信号由逻 辑高电平转为逻辑低电平时，锯齿波信号快速下降。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述步骤"响应所述比较信号和过零检测信号得到 死区时间信号"包括：死区时间信号响应过零检测信号的下降沿变为高电平，响应比较信号 的下降沿变为低电平。
【文档编号】H02M1/42GK104467408SQ201410494335
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】林思聪 申请人:成都芯源系统有限公司