具有高效功率因数和thd的功率因数校正器的定时控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及功率因数校正器（PFC)，尤其涉及用于PFC的控制器。
【背景技术】
[0002] AC/DC功率转换用于许多工业、商业和个人电子应用设备中。AC/DC转换固有地涉 及在AC输入和DC输出之间的功率损失方面的一些低效率。尽管这些低效率中的一些是不 可避免的，但一些低效率也可以由于电压和电流之间的相位角差，由于与交流电流相抗衡 的电感和/或电容引起，这可以通过功率因数校正器（PFC)降低或消除。
[0003] 已知的一种重要的AC/DC转换器为开关模式电源（SMPS)转换器。SMPS转换器可 以在AC/DC电源的前端使用升压转换器PFC以对AC输入电流整形以校正功率因数（PF) 和取得理想的PF，使其尽可能接近1或单位一，S卩，以减小或消除电压和电流之间的相位角 差。功率转换的另一种不合需要的效应包括总谐波失真（THD)，并且增大PF的设计因数也 经常包括减小THD。既增大PF又减小THD的设计考虑可以联合起来作为改进PF/THD性能 的考虑。
[0004] 功率转换器包括多个设计约束，所述多个设计约束包括PF/THD性能的权衡，例如 开关电压和电磁干扰（EMI)噪音校正。功率转换器也经常被设计有降低开关电压和降低 EMI噪音的特征，以降低PF/THD性能作为代价。由于在轻负荷下处理可变负荷花费了许多 运行时间、汲取其峰值电流的一部分，所以在应对这些各种方面的限制中所涉及的这些权 衡中进行优化进一步变得复杂。在提供以中等的额定功率（例如，约300瓦特以下）的AC/ DC电源的许多流行应用中，例如TV、膝上计算机和台式计算机，电负荷可能变化相当大，并 且该应用可能花费大量的运行时间在其峰值电负荷上。典型地，运行负荷越低，PF/THD性 能的缺点越恶化。PFC可以被设计来通过使用控制器缓解PF/THD性能的缺点，该控制器使 在AC到DC开关中能够采用不同的开关定时技术的操作模式。这些可以包括临界导通模式 (CrCM)和不持续导通模式（DCM)。PFC控制器还可以反应于不同的负荷并且基于负荷变化 而应用CrCM或DCM，这种情形被称作多模式。
【发明内容】
[0005] 一般地，本公开的各种例子涉及一种功率因数校正器开关定时控制器，其提供改 进的PF/THD性能，同时还提供降低的开关电压和降低的EMI噪音。在本公开的各个例子中， PFC在接通时间、磁通复位时间以及开关延迟时间执行电压切换，并且PFC控制器可以至少 部分基于该开关延迟时间改变接通时间，从而维持平均电流接近与输入电压成比例，甚至 当负荷变化时。这可以显著地增大PF并降低THD，并使得AC/DC功率转换更有能量效率，特 别地在轻操作负荷时。
[0006] 一个例子涉及一种用于控制功率因数校正定时开关中的开关定时的装置。在该例 子中，该装置被配置用于接收一个或多个功率因数校正电路参数的一个或多个指示。该装 置被配置用于至少部分基于一个或多个功率因数校正电路参数确定开关延迟时间。该装置 被进一步配置用于产生用于功率因数校正定时开关的接通时间的指示，其中该接通时间至 少部分基于该开关延迟时间。
[0007] 另一个例子涉及一种用于控制功率因数校正定时开关中的开关定时的方法。在一 些例子中，该方法可以由装置或电路实现或实施。在一个例子中，一种方法包括接收一个或 多个功率因数校正电路参数的一个或多个指示。该方法进一步包括至少部分基于一个或多 个功率因数校正电路参数确定开关延迟时间。该方法进一步包括产生用于功率因数校正定 时开关的接通时间的指示，其中该接通时间至少部分基于该开关延迟时间。
[0008] 另一个例子涉及一种用于控制功率因数校正定时开关中的开关定时的集成电路。 在该例子中，一种集成电路包括参数识别控制单元、比例积分微分（PID)调节器以及接通 时间控制器。该参数识别控制单元被配置用于接收一个或多个功率因数校正电路参数的一 个或多个指示，以及至少部分基于一个或多个功率因数校正电路参数确定开关延迟时间。 该PID调节器，被配置用于接收所述输出电压与参考电压的比较，并且用于至少部分基于 所述输出电压与所述参考电压的比较而产生PID调节器输出；该接通时间控制器，被配置 用于至少部分基于所述开关延迟时间和所述校正因数而确定接通时间。
[0009] 本发明的一个或多个例子的细节在所带附图和下面的描述中阐述。本发明其他的 特征、目标和优点将从该说明和附图以及从权利要求中变得明显。
【附图说明】
[0010] 图1为示出根据本公开的例子的功率因数转换器（PFC)的框图，包括PFC电路和 PFC开关控制器。
[0011] 图2示出PFC电路在说明性的操作模式中的电压和电流的曲线图。
[0012] 图3示出在说明性例子中，在高频滤波之后当相位角0从0到180°、开关延迟时 间tDelay为例示值时，AC输入平均电流I_的曲线图。
[0013] 图4示出在说明性例子中，开关延迟时间tDelay为相同的例示值时，PF关于输入功 率Pin的曲线图。
[0014] 图5示出在说明性例子中，开关延迟时间tDelay为相同的例示值时，THD关于输入 功率Pin的曲线图。
[0015] 图6示出在另一个说明性操作模式的PFC电路中，电压和电流的曲线图。
[0016] 图7示出根据本公开的例子的由PFC开关控制器在PFC电路中实施的可变开启控 制模式下的AC输入电压Vin(单位在左轴上）、AC输入电流Iave (单位在右轴上）相对于相 位角（底轴）的曲线图。
[0017] 图8示出根据本公开的例子的可以在PFC电路中由PFC开关控制器实施的可变接 通时间控制模式和峰值电流模式下，带有峰值电流ipe;ak (单位在左轴上）和接通时间1^(单 位在右轴上）关于相位角（底轴）的曲线图。
[0018] 图9示出根据本公开的例子的结合了PFC电路和被配置为实施可变接通时间控制 模式的PFC开关控制器的例示AC/DC功率转换器的框图。
[0019] 图10示出根据本公开的例子的PFC开关控制器的框图，被配置为实施可变接通时 间模式。
[0020] 图11为示出根据本公开的例子的用于在功率因数校正定时开关中控制开关定时 的方法的流程图以及其他优势。
【具体实施方式】
[0021] 图1为示出根据本公开的例子的功率因数校正器（PFC)IOO的框图，包括PFC电 路102和PFC开关控制器110。在该例子中，PFC电路102具有升压转换器拓扑，带有一组 电压输入管脚120、电容器（PFC扼流电感器）122、开关（PFC开关）124、二极管（升压二极 管）126、以及一组电压输出管脚128。PFC电路102还可以经由信号线路132将一个或多个 相关参数的指示发送到PFC开关控制器110。PFC开关控制器110可以通过PFC电路102 估计被发送到其的参数，并且可以至少部分地基于一个或多个这些参数，确定和产生开关 定时信号以用于操作开关124。在相同的例子中开关124可以被实施为金属氧化物半导体 场效应晶体管（MOSFET)，但是其他类型的开关也可以被使用，例如其他基于MOS的开关、基 于金属氧化物半导体（MES)的开关、基于氮化镓（GaN)的开关、双极结型晶体管或其他类型 的开关器件。开关124还可以被称为定时开关，PFC定时开关，或PFC开关，并且实施PFC电 路102的开关定时，在PFC开关控制器110的控制下。开关定时信号的形式可以为或者被 合并入开关栅极电压，从而开关控制器110经由信号线路134将开关栅极电压发送到开关 124以控制开关124的打开和关闭，从而控制定时开关124的开关定时。
[0022] 如上所提及的，开关模式电源（SMPS)转换器可以在AC/DC电源的前端使用升压转 换器PFC以对整流的输入电流整形以校正功率因数，并且达到理想的功率因数，尽可能接 近1或单位1，即，减小或消除谐波电流，同时也典型地突出其他性能目标，例如开关电压和 EMI噪音校正。PFC开关124在例示的操作模式中对于PFC电路102中电流和电压的影响 在图2中示出。
[0023] 如上面所介绍的，在本公开的各个例子中，PFC控制器110可以至少部分地基于 PFC开关124的开关延迟时间改变PFC开关124的接通时间，从而将平均电流维持在更接近 与输入电压成比例，甚至当负荷改变时。这可以显著地增加PF并且降低THD，并且使得AC/ DC功率转换更有能量效率，尤其在轻操作负荷下。下面参照各个例子进一步描述PFC电路 102和PFC开关控制器110的各方面。
[0024] 图2示出在例示性操作模式下的PFC电路102的电压和电流的曲线图200。特别 地，曲线图200示出当PFC开关控制器110在控制PFC开关124使得PFC电路102操作在 临界导通模式（CrCM)时，PFC开关124两端的降落电压Vds(或漏源电压），以及经过电感器 122的电流Ip图2的各方面也被用来示出其他操作模式。
[0025] 如图2中所示，PFC开关124可以具有接通时间tm202、磁通重置时间tMset204、以 及开关延迟时间tDelay206,并且开关状态时间的序列可以重复。在接通时间202期间，开关 124被接通并且容许电流为电感器122充电。在磁通重置时间204期间，开关124被关断并 且允许该电感器放电。在接通时间期间，电感