在启动期间对于负温度系数热敏电阻器的有效使用的功率因数校正级控制的制作方法

本发明涉及电源单元的功率因数校正(powerfactorcorrection，pfc)级。更具体地，本发明涉及在启动期间使用负温度系数(negativetemperaturecoefficient，ntc)热敏电阻器来限制起动电流并有效地降低ntc热敏电阻器的电阻。

背景技术：

本章节提供关于本发明的背景信息，该背景信息不一定为现有技术。

启动问题(尤其在全负荷和低环境温度的情况下)对于电源设计者来说是已知的。例如，ntc热敏电阻器通常被用作起动电流限制器以减小触动保险丝或损坏电源单元组成部分的可能性。ntc热敏电阻器被设计成使得其电阻随着设备升温而下降。如果ntc热敏电阻器的电阻在启动时过高，例如如果环境温度特别冷，则pfc级输出端处的高压降可以阻止电源单元正常地通电和起作用。

已知的是延迟开启pfc电路，直到大容量存储电容器被完全充电为止。在大容量存储电容器充电期间，这导致ntc热敏电阻器升温及其电阻下降。这允许ntc热敏电阻器的电阻下降到足以允许电源单元正常通电；然而，为大容量存储电容器充电所需的时间可能长到难以接受。例如，参看美国专利申请公布us2013/0223120的背景。

还已知的是主动地控制起动电流，这与ntc热敏电阻器的被动控制截然相反。然而，主动控制需要更多组成部分且可能增大pfc电路和电源单元的成本。

技术实现要素：

本章节提供本发明的概括性总结，且不是本发明的全部范围或本发明的所有特征的全面公开。

一种电源单元的功率因数校正(pfc)级具有pfc电路，所述pfc电路包括：整流电路，所述整流电路用于连接到输入电源；pfc控制器电路，所述pfc控制器电路连接到所述整流电路，其中，所述pfc控制器电路包括pfc开关；电流传感器，所述电流传感器连接到所述pfc开关；至少一个高频旁路电容器，所述至少一个高频旁路电容器连接在所述pfc控制器电路和所述整流电路之间；以及至少一个大容量存储电容器，所述至少一个大容量存储电容器连接在所述pfc控制器电路和所述pfc级的输出端之间。所述pfc级还具有负温度系数(ntc)热敏电阻器，所述ntc热敏电阻器与所述pfc开关和所述电流传感器串联连接。在所述电源单元的启动期间，所述pfc控制器电路使所述pfc开关接通，直到通过所述电流传感器的电流被感测为等于或大于预设值之后，所述pfc控制器电路使所述pfc开关断开。

一种控制电源单元的功率因数校正(pfc)级的方法包括如下步骤：开启所述电源单元；接通pfc开关；当通过所述pfc开关的电流小于预设值时，保持所述pfc开关接通；当通过所述pfc开关的所述电流等于或大于所述预设值时，断开所述pfc开关；以及在断开所述pfc开关之后，正常地操作所述pfc级。

从本文中提供的描述，其它应用领域将变得明显。本总结中的描述和具体示例意图仅用于说明性目的且不意图限制本发明的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，且不意图限制本发明的范围。

图1为电源单元的示例性pfc级；以及

图2为用于图1示例的示例性逻辑流程。

贯穿附图的多个视图，对应的附图标记指示对应的部分。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。

图1示出电源单元12的功率因数校正(pfc)级10。电源单元12可以包括pfc级10和可连接到负载16的转换器14。转换器14可以包括llc电路和降压型转换器，或者根据设计标准和预期负载16，转换器14可以为如所知的另一类型的转换器。

pfc级10可以包括pfc电路11，该pfc电路11包括用于连接到输入电源(如虚线框20所示)的整流电路18。pfc控制器电路(总体在虚线框22内所示)可以连接到整流电路18。pfc控制器电路22可以包括pfc开关24且可以至少还包括数字pfc控制器26、至少一个电感器28、和二极管30。电流传感器32可以连接到pfc开关24且也可以形成pfc控制器电路22的一部分。电流传感器32可以替选地连接在使得其不是pfc控制器电路22的一部分的位置处。pfc电路11还可以包括连接在pfc控制器电路22和整流电路18之间的至少一个高频旁路电容器34。pfc电路11还可以包括连接在pfc控制器电路22和pfc级的输出端38之间的至少一个大容量存储电容器36。pfc级10还可以包括负温度系数(ntc)热敏电阻器40，该ntc热敏电阻器40与pfc开关24和电流传感器32串联连接。在所公开示例中，pfc电路11包括与pfc级10相同的所有部件，除了ntc热敏电阻器40。

在电源单元12的启动期间，pfc控制器电路22使pfc开关24接通，直到在通过电流传感器32的电流被感测为等于或大于预设值之后，pfc控制器电路22使pfc开关24断开。在启动时接通pfc开关24，绕开了大容量存储电容器36并允许电流直接开始流经ntc热敏电阻器40，而不等待由大容量存储电容器36的初始充电引起的任何延迟。这允许ntc热敏电阻器40快速且有效地升温以使得电源单元12能够更早通电并正常操作。

例如，pfc级10在输出端38的输出在28伏特和3.2安培的峰值电流下可以为90瓦特。ntc热敏电阻器的初始电阻在25℃的环境温度(室温)下可以很低，例如10欧姆；然而，如果环境温度非常低(例如-40℃)，则相比于室温电阻，同一ntc热敏电阻器的初始电阻可以超出更大的数量级，例如150欧姆。大的初始ntc热敏电阻器电阻在启动时导致输出端38处的显著压降；在低环境温度下的全负荷情况下尤其如此。负载和ntc热敏电阻器的组合电阻必须足够低，以使在输出端38供应的功率足以允许转换器14正常启动。针对该示例，为了在输出端38处的功率达到90瓦特，负载和ntc热敏电阻器的组合电阻应当小于大约22.5欧姆。

在启动时使用上文所公开的控制方案，持续地接通pfc开关，直到通过pfc开关和ntc热敏电阻器的电流达到预设值。这反过来允许ntc热敏电阻器升温及其电阻有效地下降，而无需任何附加部件，从而允许紧凑的、简单的、且有成本效益的设计。可以基于所选的特定ntc热敏电阻器的性能和规格设置预设值。例如，5安培的电流可能足以引起ntc热敏电阻器电阻下降到低水平，例如大约18欧姆。采用所公开示例的电源单元可以以各种各样的电源来有效地实现，例如适配器和充电器。

输入电源20可以为交流源。

pfc开关可以为mosfet器件或其它合适的开关，如可以适合于pfc级10和电源单元12的预期应用和使用。

电流传感器32被公开为电阻器，但是可以为如已知的其它类型的传感器。例如，其它类型的电流传感器可以包括光纤传感器、霍尔效应传感器、电流感测集成电路、直接或间接传感器、或甚至电流估计器，该电流估计器不感测电流而是基于其它已知的电路参数估计电流。

ntc热敏电阻器40还可以包括与ntc热敏电阻器40并联连接的旁路开关，以虚线42示出。一旦在启动时断开pfc开关24，则可以接通旁路开关42。旁路开关42可以通过减小总电阻来提高pfc级10的功率效益，减小总电阻的方式为，一旦初始起动电流受限且ntc热敏电阻器40已实现其预期目的，则将ntc热敏电阻器40从电路中去除。

在通过电流传感器32的电流等于或大于预设值之后，pfc控制器电路11还可以使pfc开关24被接通达电源的至少最小数量的电力周期。基于性能需求、在使电源单元14通电时可接受的时间延迟、和设计者对ntc热敏电阻器的电阻将会充分下降的信心，可以在pfc控制器26中预定和设置最小数量的电力周期。

所公开的示例示出了单一电感器28；然而，注意，特定pfc级设计可以包括多个电感器、具有多个绕组的电感器、或组合，这取决于设计规格。同样地，高频旁路电容器34和/或大容量存储电容器36可以由一个或多个电容器形成。而且，除了所公开的图1示例，pfc级分布还可以有效地采用所公开的控制方案。

图2示出控制电源单元12的功率因数校正(pfc)级10的示例性方法100。方法100可以包括在102处开启电源单元12以及在104处接通pfc开关24。方法100例如可以被编程到pfc控制器26中，其中在106处，确定通过pfc开关24的电流是否等于或大于预设值。当通过pfc开关的电流小于预设值时，通过循环回到104，106保持pfc开关24接通。当通过pfc开关24的电流等于或大于预设值时，106前进到108并断开pfc开关24。可以选择预设值使得该预设值指示pfc级10的负温度系数(ntc)热敏电阻器40的电阻足够低，以允许电源单元12正常操作。在108之后，在断开pfc开关24之后，110正常地操作pfc级10。

方法100还可以包括：使旁路开关42与ntc热敏电阻器40并联连接，以及一旦断开pfc开关24，则接通旁路开关42。

方法100还可以包括：在通过电流传感器32的电流等于或大于预设值之后，使pfc控制器电路22接通pfc开关24达电源20的至少最小数量的电力周期。

出于说明和描述的目的已经提供了实施方式的如上描述。不意图是详尽的或限制本发明。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用的情况下是可互换的以及可以被用在所选择的实施方式中，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这些变化不应当被视为背离本发明，并且所有这些修改意图被包括在本发明的范围内。

提供示例性实施方式，使得本发明将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节，诸如具体部件、设备、和方法的示例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，具体细节不需要被采用，示例性实施方式可以以许多不同形式来体现，以及具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，没有详细地描述熟知的过程、熟知的设备结构、和熟知的技术。

本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用，单数形式“一”和“该”可以意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行，除非具体被认定为执行次序。也将理解，可以采用附加或替选步骤。

当一个元件或层被称为在另一个元件或层“之上”、“接合到”另一个元件或层、“连接到”另一个元件或层、或“联接到”另一个元件或层时，该一个元件或层可以直接在另一个元件或层之上、接合到另一个元件或层、连接到另一个元件或层、或联接到另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一个元件被称为“直接在”另一个元件或层“之上”、“直接接合到”另一个元件或层、“直接连接到”另一个元件或层、或“直接联接到”另一个元件或层时，可以不存在有中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词应当以相同方式来理解(例如，“在...之间”对比“直接在...之间”、“相邻”对比“直接相邻”等)。如在本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一者或多者中的任何和全部组合。