用于轻负载的pfc停机电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容总体涉及功率转换器(power converter)，且更具体而言，涉及使用功率因数校正(power factor correct1n) (PFC)级的交流-直流开关模式功率转换器和/或直流-直流开关模式功率转换器。
【背景技术】
[0002]许多电子设备(诸如，蜂窝电话、个人数字助理(PDA’ s)、膝上型电脑等)使用电力来运行。因为通常通过壁式插座以高压交流(ac)来递送功率，所以通常使用功率转换器来将通过电气插口提供的交流(“ac”)功率转换成直流(“dc”)以供应电气设备或负载。
[0003]为了校正功率转换器从交流源汲取的电流的非正弦波形，许多功率转换器采用一个功率因数校正(PFC)级。如果输入交流电流和电压波形是正弦的且完全同相的，则功率转换器的功率因数是I ο在世界的许多地方，针对功率转换器制造商的法律要求确保功率转换器具有大于0.9的功率因数。在高压应用中，功率转换器通常具有75瓦或更大的额定输出功率。安全机构通常要求额定输出功率为75瓦或更高的功率转换器包括PFC级。
[0004]通常存在可以与功率转换器一起使用的两种类型的PFC级，即，无源PFC电路和有源PFC电路。无源PFC级通常由无源器件(诸如，电阻器、电容器以及电感器)组成。有源PFC电路通常由无源器件和有源器件(诸如，电容器、电感器和M0SFET)的组合组成。更具体而言，有源PFC级包括降压转换器(buck converter)、升压转换器(boost converter)、或降压-升压转换器。在高功率应用中，增大功率转换器的功率因数的一般方法包括使用一个有源 PFC 级(active PFC stage)。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种功率转换器，包括:
[0006]—个前端级(front end stage)，包括一个功率因数校正控制器；
[0007]一个输出级，包括一个直流/直流控制器；以及
[0008]轻负载检测电路系统，被耦合以检测所述输出级的输出上的一个负载的相对低的功率消耗，并响应于所述检测，关断所述前端级中的所述功率因数校正控制器。
[0009]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述双级功率转换器的最大功率负载的5%或更少的功率消耗。
[0010]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述双级功率转换器的最大功率负载的2.5%或更少的功率消耗。
[0011 ] 在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述双级功率转换器(dual stage power converter)的最大功率负载(maximum power load)的I %或更少的功率消耗。
[0012]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述前端级包括一个有源功率因数校正升压级。
[0013]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自包括一个反激转换器。
[0014]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自包括一个功率开关(power switch)，所述直流/直流控制器响应于轻负载(lightload)状况降低所述功率开关的开关频率。
[0015]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述轻负载检测电路系统包括频率感测电路系统，以感测所述开关频率被所述直流/直流控制器降低。
[0016]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述轻负载检测电路系统将响应于检测到所述负载的相对低的功率消耗而输出轻负载检测信号。
[0017]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个晶体管，该晶体管被耦合到所述功率因数校正控制器的供应输入，所述晶体管响应于所述轻负载检测信号断开来自所述功率因数校正控制器的所述供应输入的功率供应。
[0018]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个整流器，该整流器被耦合以对输入交流信号进行整流并且向所述前端级输出第一直流信号；所述前端级或所述升压功率因数校正级各自运行以将所述第一直流信号转换成第二直流信号，所述第二直流信号具有的峰量级大于所述第一直流信号；以及所述输出级或所述直流/直流级各自被配置成将所述第一直流信号或所述第二直流信号转换成经调节的输出。
[0019]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述输入交流信号是90Vac到260Vac之间的商业线路电压；且所述经调节的输出在3伏特到20伏特之间。
[0020]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自还包括一个能量传递元件，所述能量传递元件具有一个初级绕组、一个次级绕组以及一个三级绕组；以及所述轻负载检测电路系统被耦合至所述三级绕组以检测所述负载的相对低的功率消耗。
[0021]在根据本发明的第一方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器是双级功率转换器。
[0022]本发明的第二方面提供一种功率转换器，包括:
[0023]一个升压功率因数校正级(boost power factor correct1n stage)，包括一个功率因数校正控制器；
[0024]—个直流/直流级(DC/DC stage)，包括一个直流/直流控制器；以及
[0025]轻负载检测电路系统，被耦合以检测所述直流/直流级的输出上的一个负载的相对低的功率消耗，并响应于所述检测，关断所述升压功率因数校正级中的所述功率因数校正控制器。
[0026]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是双级功率转换器的最大功率负载的5%或更少的功率消耗。
[0027]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述前端级包括一个有源功率因数校正升压级。
[0028]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自包括一个反激转换器。
[0029]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自包括一个功率开关，所述直流/直流控制器响应于轻负载状况降低所述功率开关的开关频率。
[0030]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述轻负载检测电路系统包括频率感测电路系统，以感测所述开关频率被所述直流/直流控制器降低。
[0031]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述轻负载检测电路系统将响应于检测到所述负载的相对低的功率消耗而输出轻负载检测信号。
[0032]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个晶体管，该晶体管被耦合到所述功率因数校正控制器的供应输入，所述晶体管响应于所述轻负载检测信号断开来自所述功率因数校正控制器的所述供应输入的功率供应。
[0033]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个整流器，所述整流器被耦合以对输入交流信号进行整流并向所述前端级输出第一直流信号；所述前端级或所述升压功率因数校正级各自运行以将所述第一直流信号转换成第二直流信号，所述第二直流信号具有的峰量级大于所述第一直流信号；以及所述输出级或所述直流/直流级各自被配置成将所述第一直流信号或所述第二直流信号转换成经调节的输出。
[0034]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述输入交流信号是90Vac到260Vac之间的商业线路电压；且所述经调节的输出在3伏特到20伏特之间。
[0035]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述输出级或所述直流/直流级各自还包括一个能量传递元件，所述能量传递元件具有一个初级绕组、一个次级绕组以及一个三级绕组；以及所述轻负载检测电路系统被耦合到所述三级绕组以检测所述负载的相对低的功率消耗。
[0036]在根据本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器是双级功率转换器。
[0037]本发明的第三方面提供一种功率转换器，包括:
[0038]—个整流器，被耦合以对输入交流信号进行整流且输出具有第一峰幅度的第一直流?目号;
[0039]—个功率因数校正前端级，被配置成:
[0040]在第一状态中，接收从所述整流器输出的所述第一直流信号并输出第二直流信号，所述第二直流信号具有的峰幅度大于所述第一峰幅度，以及
[0041]在第二状态中，接收所述第一直流信号并输出第三直流信号，所述第三直流信号具有的峰幅度小于所述第一峰幅度，
[0042]—个输出级，被耦合以接收来自所述功率因数校正前端级的所述第二直流信号或所述第三直流信号，并输出经调节的直流信号以向一个负载供电；以及
[0043]负载检测电路系统，被耦合以响应于检测到所述负载的相对低的功率消耗而输出一个低负载信号，所述功率因数校正前端级被配置成响应于所述低负载信号而切换到所述第二状态。
[0044]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述功率转换器的最大功率负载的5%或更少的功率消耗。
[0045]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述功率转换器的最大功率负载的2.5%或更少的功率消耗。
[0046]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述相对低的功率消耗是所述功率转换器的最大功率负载的I%或更少的功率消耗。
[0047]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率因数校正前端级包括一个功率因数校正控制器；以及在所述功率因数校正前端级的所述第二状态中，所述功率因数校正控制器是关断的。
[0048]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率因数校正前端级包括一个有源功率因数校正升压级。
[0049]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述输出级包括一个反激转换器。
[0050]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述输出级包括一个功率开关，其中响应于轻负载状况所述功率开关的开关频率被降低。
[0051]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述负载检测电路系统包括频率感测电路系统，以感测所述功率开关的所述开关频率的降低。
[0052]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述输入交流信号是90Vac到260Vac之间的商业线路电压；且输出到所述负载的所述经调节的直流信号在3伏特到20伏特之间。
[0053]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率因数校正前端级包括:
[0054]一个功率因数校正控制器；以及
[0055]—个晶体管，被耦合到所述功率因数校正控制器的供应输入，所述晶体管响应于所述低负载信号断开来自所述供应输入的功率供应。
[0056]在根据本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器是双级功率转换器。
【附图说明】
[0057]参照下面的附图描述本发明的非限制和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则在各个视图中相同的参考数字指相同的部分。
[0058]图1A是根据本发明的教导的包括有源PFC升压级的示例性反激转换器、负载检测电路(该负载检测电路还包括频率测量电路)的功能框图。
[0059]图1B是根据本发明的教导的包括有源PFC级(该有源PFC级还包括PFC控制器和欠电压检测电路)的示例性直流-直流转换器、负