专利名称：并联功率因子校正转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转换器，特别是涉及一功率因子校正(power factorcorrection, PFC)转换器。
背景技术：
功率因子校正(power factor correction, PFC)转换器用来改善交流(AC)电源 的功率因子。功率因子校正的目的在于控制一 AC线输入电流的波形使其具有正弦曲线， 并维持波形变化正相于AC线输入电压。经由桥式整流器，获得相对于PFC转换器的参考 接地为正值的一直流输入电压。PFC转换器的详细技术可在多个现有技术中获得，例如美 国专利号 7，116，090，标题为”Switching Control Circuit for Discontinuous Mode PFC Converters”的专利。高电流需求减少了 PFC转换器的效率。参阅以下式子，PFC转换器的 功率损失PMSS与其输入电流成指数比例。PLOss = I2 X R--------------------------------(1)其中，I表示PFC转换器的输入电流，而R表示切换装置的阻抗，例如电感器与晶 体管等等的电阻。因此，需要减少功率损失以提高PFC转换器的效率。
发明内容
本发明提供一种并联功率因子校正(power factor correction, PFC)转换器，其 包括第一功率因子校正电路、第二功率因子校正电路、分压器、第一电阻器、以及一第二电 阻器。第一功率因子校正电路在并联功率因子校正转换器的输出端上产生输出电压。第二 功率因子校正电路与第一功率因子校正电路并联，用以产生输出电压。分压器接收输出电 压以产生第一回授信号以及第二回授信号。第一回授信号被提供给第一功率因子校正电 路，且第二回授信号被提供给第二功率因子校正电路。第一回授信号高于第二回授信号。第 一功率因子校正电路包括第一切换控制电路，用以产生第一切换信号来调整该输出电压。 第一切换信号的最大导通时间被限制以决定第一功率因子校正电路的最大输出功率。第一 功率因子校正电路包括第一最大导通时间电路，用以决定第一切换信号的最大导通时间。 第一切换信号的最大导通时间可被编程。第一电阻器耦接第一切换控制电路，用以编程第 一切换信号的最大导通时间。第一功率因子校正电路包括第一限流电路，用以限制第一功 率因子校正电路的最大切换电流。第二功率因子校正电路包括第二切换控制电路，用以产 生一第二切换信号来调整该输出电压。第二切换信号的最大导通时间被限制以决定第二功 率因子校正电路的最大输出功率。第二功率因子校正电路包括第二最大导通时间电路，用以决定第二切换信号的最 大导通时间。第二电阻器耦接第二切换控制电路，用以编程第二切换信号的最大导通时间。 第二功率因子校正电路包括第二限流电路，用以限制第二功率因子校正电路的最大切换电流。
3
本发明的目的在于降低功率损失以改善功率因子校正转换器的效率。
图1示出了根据本发明实施例的并联功率因子校正(PFC)
图2示出了根据本发明实施例的PFC电路；
图3示出了根据本发明实施例的切换控制电路；
图4示出了根据本发明实施例的延迟电路；
图5示出了根据本发明实施例的斜坡产生器；以及
图6示出了根据本发明实施例的混波电路。
附图符号说明
图1
10 4 乔式整流器；20、30、50 PFC 电路；
25、35、55 编程电阻器
70 -电容器；71、72、73、75 电阻器；
T - 丄AC- AC线输入电流；Vi、V2、VN 回授信号；
VAC-- AC线输入电压；VIN 整流输入电压；
V0 DC输出电压；
图2
60 -电感器；80 晶体管；
85 -整流器；86 电容器；
90 -电阻器；93 电容器；
100 切换控制电路；VD 检测电压；
VG 切换信号；Vs 切换电流信号；
图3
110、115、116 比较器；
120 误差放大器；130 与门；
131 反相器；135 或门；
140 触发器；200 延迟电路；
300 斜坡产生器；350 混波电路；
INH 禁制信号；MD 最大工作周期信号；
RMP 斜波信号；VD 检测电压；
V - VFB-回授信号；VK 参考电压；
VK1、VK2 临界电压；vff 混波信号；
图4
205 电阻器；
210,215 运算放大器；220、230、231 晶体管；
250 电流源；260 电容器；
270 晶体管；280 反相器；
^231、I25Q 电流； Ic 充电电流；
〃临界电压；
图5
310 ‘ 运算放大器；
315、316、317、318 晶体管
319 ‘ 电容器；320 与非门；
325 ‘ 比较器；330 触发器；
331 ‘ 反相器；VE4' 参考电压；
vK5 〃临界电压；T - J-317吣电流；
图6
361 ‘ 运算放大器；362 缓冲放大器
373、374、375 晶体管；
391 ‘ 电阻器；392 电阻器；
T - J-375吣电流。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结 合附图详细说明如下。图1示出了根据本发明实施例的一并联功率因子校正(power factorcorrection,PFC)转换器。通过PFC转换，交流(AC)线输入电压VAC转换为直流(DC) 输出电压I。桥式整流器10接收AC线输入电压\c以及AC线输入电流IAC以产生整流输 入电压VIN。PFC电路20在PFC转换器的输出端产生DC输出电压V。。电容器70耦接于PFC 转换器的输出端，以维持DC输出电压VQ。PFC电路30与PFC电路50与第一 PFC电路20并 联，以产生上述DC输出电压V。。一分压器包括串联的电阻器71、72、73、及75。此分压器接 收DC输出电压V。以分别产生回授信号Vi、V2、以及VN。回授信号义通过PFC电路20的回授 端FB而提供至PFC电路20。回授信号V2通过PFC电路30的回授端FB而提供至PFC电路 30。回授信号乂1<通过PFC电路50的回授端FB而提供至PFC电路50。回授信号力高于回 授信号V2，且回授信号V2高于回授信号VN。PFC电路20包括第一切换控制电路，其产生第 一切换信号以调整PFC电路20的输出。第一切换信号的最大导通时间受限于PFC电路20 的一最大导通时间电路，以决定PFC电路20的最大输出功率。第一切换信号的最大导通时 间为可编程的。编程电阻器25耦接PFC电路20的第一切换控制电路，以编程第一切换信 号的最大导通时间。PFC电路20还包括一限流电路，以决定PFC电路20的最大切换电流。图2示出了根据本发明实施例的一 PFC电路，例如图1的PFC电路20、30、及50。 晶体管80通过电感器60与整流器85，切换来自PFC电路的整流输入电压VIN的能量，以产 生跨于电容器86的DC输出电压V。。切换控制电路100在其输出端OUT上产生一切换信号 VG,以驱动晶体管80。电容器93耦接切换控制电路100的补偿端COM，以提供频率补偿给低 于线频率的低频带。当晶体管80被切换信号\所导通时，电感器60将通过晶体管80而 充电。电阻器90耦接晶体管80，以将流经晶体管80的电感器电流转换为一切换电流信号 \。切换电流信号vs接着被提供至切换控制电路100的感测端VS。一旦切换电流信号vs 超过一临界电压VK2时，切换信号Ve被禁能以截止晶体管80，这实现了对PFC电路的逐周期(cycle-by-cycle)的电流限制。当晶体管80被切换信号V。截止时，储存在电感器60的能 量将被释放，以通过整流器85在PFC电路的输出端OUT上产生DC输出电压V。。当电感器 60的放电电流下降至零时，将在电感器60的辅助线圈上检测到零电压。切换控制电路100 的检测端VD通过电阻器91耦接电感器60的辅助线圈，用来检测上述零电流状态。在检测 到零电流状态后，将产生检测电压VD。图3示出了根据本发明实施例的切换控制电路100。斜坡产生器300相应切换信 号\来产生一斜坡信号RMP与最大工作周期信号MD。切换控制电路100的端点MOT耦接 斜坡产生器300，以决定斜坡信号RMP的上升斜率(slew rate)并决定切换信号\的最大 导通时间。图1的编程电阻器25、35、及55分别耦接PFC电路20、30、及50的端点M0TR，以 决定各自切换信号\的最大导通时间。PFC电路20、30、及50的切换控制电路的端点MOT 分别耦接PFC电路20、30、及50的端点M0TR。切换信号V。的最大导通时间也决定了切换信号V。的最小切换频率，其避免切换频 率落入音频频带。误差放大器120的正端接收参考电压VK。误差放大器120的负端通过切 换控制电路100的回授端VFB来耦接PFC转换器的输出。切换控制电路100的回授端VFB 接收回授信号VFB，例如回授信号\、V2、VN。误差放大器120的输出端产生一误差信号，用 以调整PFC转换器的DC输出电压V。。误差放大器120为一转导误差放大器。误差放大器 120的输出端还耦接切换控制电路100的补偿端COM。混波电路350产生一混波信号Vw，其 与斜坡信号RMP与切换电流信号Vs成比例。比较器115的负端耦接误差放大器120的输出 端。比较器115的正端接收混波信号Vw。比较器115的输出端产生第一重置信号，其被提 供至或门135的第一输入端。比较器116产生第二重置信号，其被提供至或门135的第二 输入端。或门135的第三输入端接收最大工作周期信号MD。比较器116作为限流电路，其 比较临界电压VK2与切换电流信号Vs，以实现逐周期的电流限制。或门135的输出端用来重 置触发器140。触发器140则用来产生切换信号\。比较器110比较在检测端VD上的检 测电压VD与临界电压VK1。当检测电压VD低于临界电压VK1时，在比较器110的输出端上产 生一检测信号。检测信号被提供至与门130的第一输入端。触发器140由该检测信号通过 与门130来致能。因此，切换信号\相应于检测信号而被致能，且一旦混波信号乂 高于误 差信号时，切换信号\则被禁能。此外，一延迟电路200于切换信号\被禁能时用来产生 一禁制信号INH。通过反相器131，该禁制信号INH被提供至与门130的第二输入端。禁制 信号INH提供一延迟时间来延迟致能切换信号\，且因此决定了切换信号\的最大切换频 率。在图3中，斜坡产生器300、或门135、触发器140、以及耦接各自PFC电路20/30/50的 端点M0TR的编程电阻器25/35/55形成了一最大导通时间电路，用以限制切换信号\的最 大导通时间。图4示出了根据本发明实施例的延迟电路200。运算放大器210与215的正端分 别连接补偿端COM与接收临界电压VK3。运算放大器215的负端与输出端彼此连接。运算 放大器210的输出端耦接晶体管220的栅极。晶体管220的源极耦接运算放大器210的负 端。电阻器205耦接于晶体管220的源极与运算放大器215的输出端之间，晶体管230与 231形成一电流镜。电流镜的输入端耦接晶体管220的漏极，电流源250与晶体管231并 联。电流镜的输出端耦接晶体管270的漏极与反相器280的输入端。晶体管270的栅极接 收切换信号\。晶体管270的源极耦接参考接地。电容器260与晶体管270并联。运算放大器210接收由图3的误差放大器120所产生的误差信号。运算放大器210及215、电阻 器205、以及晶体管220、230、及231相耦接以产生电流1231。电流源250提供电流125(1。藉 由加总电流1231与电流125(1来产生充电电流Ic。电流125(1确保充电电流的最小量。电流 1231与误差信号成比例。由延迟电路200所产生的延迟时间由充电电流与电容器260的 电容值来决定。因此，延迟时间随着误差信号的减少而增加。相对于负载的减少，误差信号 则相应比例地减少。临界电压VK3定义了误差信号的一轻载条件。当切换信号\被致能而 导通晶体管270时，电容器260将被放电。当切换信号\被禁能时，电容器260则将被充 电。反相器280连接电容器260以产生禁制信号INH。图5示出了根据本发明实施例的斜坡产生器300。运算放大器310、晶体管315、316 及317、以及编程电阻器(例如图1的编程电阻器25)形成第一电压转电流转换器。第一电 压转电流转换器接收参考电压VK4以产生电流1317。电流1317用来对电容器319充电，以产 生斜坡信号RMP。电流1317决定斜坡信号RMP的上升斜率。与非门320的第一输入端接收 切换信号I。与非门320的输出端耦接晶体管318的栅极，当切换信号\被禁能时，用以使 电容器319放电。此外，一旦跨于电容器319的电压高于临界电压VK5时，电容器319将被 放电。这决定了切换信号\的最大导通时间。比较器325的输出端用来重置触发器330。 反相器331由比较器325的输出端来驱动，以产生最大工作周期信号MD。触发器330由切 换信号\来设定。触发器330的输出端耦接与非门320的第二输入端。因此，电流1317、电 容器319、以及临界电压VK5决定了斜坡信号RMP的最大持续期间，更决定了切换信号\的 最大导通时间。图6示出了根据本发明实施例的混波电路350。运算放大器361、电阻器391、以及 晶体管373、374及375形成第二电压转电流转换器。第二电压转电流转换器接收斜坡信号 RMP以产生电流1375。切换电流信号Vs被提供至缓冲放大器362。电流1375被提供至电阻器 392，其中，电阻器392耦接缓冲放大器362的输出端。因此，自电阻器392获得的混波信号 Vff与斜波信号RMP和切换电流信号\的总合成比例。切换电流信号\的上升斜率随着整 流输入电压VIN的增加而增加。因此，混波信号Vw的上升斜率随着整流输入电压VIN的增加 而增加。因此，相对于整流输入电压VIN的减少，切换信号\的导通时间成比例地增加。调 变切换信号\的导通时间有助于减少PFC转换器的输入电流谐波。本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动与润饰，因此本发明的保 护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
一种并联功率因子校正转换器，包括第一功率因子校正电路，用以在所述并联功率因子校正转换器的输出端上产生输出电压；第二功率因子校正电路，与所述第一功率因子校正电路并联，用以产生所述输出电压；以及分压器，接收所述输出电压，用以产生第一回授信号以及第二回授信号；其中，所述第一回授信号被提供给所述第一功率因子校正电路，且所述第二回授信号被提供给所述第二功率因子校正电路；以及其中，所述第一回授信号高于所述第二回授信号。
2.如权利要求1所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第一功率因子校正电路 包括第一切换控制电路，用以产生第一切换信号来调整所述输出电压，所述第一切换信号 的最大导通时间被限制以决定所述第一功率因子校正电路的最大输出功率。
3.如权利要求2所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第一功率因子校正电路 包括第一最大导通时间电路，用以决定所述第一切换信号的所述最大导通时间。
4.如权利要求2所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第一切换信号的所述最 大导通时间可被编程。
5.如权利要求2所述的并联功率因子校正转换器，还包括第一电阻器，耦接所述第一 切换控制电路，用以编程所述第一切换信号的所述最大导通时间。
6.如权利要求1所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第一功率因子校正电路 包括第一限流电路，用以限制所述第一功率因子校正电路的最大切换电流。
7.如权利要求1所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第二功率因子校正电路 包括第二切换控制电路，用以产生第二切换信号来调整所述输出电压，所述第二切换信号 的最大导通时间被限制以决定所述第二功率因子校正电路的最大输出功率。
8.如权利要求7所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第二功率因子校正电路 包括第二最大导通时间电路，用以决定所述第二切换信号的所述最大导通时间。
9.如权利要求7所述的并联功率因子校正转换器，还包括第二电阻器，耦接所述第二 切换控制电路，用以编程所述第二切换信号的所述最大导通时间。
10.如权利要求1所述的并联功率因子校正转换器，其中，所述第二功率因子校正电路 包括第二限流电路，用以限制所述第二功率因子校正电路的最大切换电流。
全文摘要
一种并联功率因子校正(PFC)转换器，其包括第一PFC电路、第二PFC电路、以及分压器。第二PFC电路与第一PFC电路相并联，用以产生并联PFC转换器的输出电压。分压器接收输出电压以产生第一回授信号及第二回授信号。第一回授信号高于第二回授信号。第一PFC电路与第二PFC电路分别包括第一切换控制电路与第二切换控制电路，用以调整输出电压。本发明的目的在于降低功率损失以改善PFC转换器的效率。
文档编号H02M1/42GK101800468SQ20101015528
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月2日 优先权日2009年8月14日
发明者张建, 李铭轩, 杨世仁, 杨大勇 申请人:崇贸科技股份有限公司