具有有源阻尼的功率因数校正的制作方法

本公开大体上涉及功率因数校正，且更具体但非排他地，涉及在emi滤波器中制造用于阻尼谐振的有源阻尼电阻，同时在阻尼电阻中不耗散功率。

背景技术：

功率电平高于75瓦的开关模式电源(“smps”)需要功率因数校正(“pfc”)，然而，对于功率电平高于300瓦的smps，可以使用连续传导模式(“ccm”)操作，因为使用ccm操作能使用较小的emi滤波器。

pfc在ccm操作中使用固定频率。靠近电源过零点的ccm操作可能无法维持，并且当无法维持时，可能会随着频率上升而发生转换到边界传导模式(“bcm”)或不连续传导模式(“dcm”)操作，因此在靠近电源过零点的地方效率较低。

技术实现要素：

下面呈现各种实施例的简要概述。实施例解决了创建具有有源阻尼的功率因数校正的需要。

为了克服现有技术的这些和其它缺点，并且鉴于需要创建具有有源阻尼的功率因数校正，呈现了各种示例性实施例的简要概述。在以下概述中可以作出一些简化和省略，以下概述意在突出和介绍各种示范性实施例的一些方面，但不限制本发明的范围。

在随后的部分中将详细描述足以允许本领域的普通技术人员制作和使用本发明概念的优选示范性实施例。

各种实施例涉及一种用于功率因数校正(“pfc”)的电路，所述电路包括：电源滤波器和整流器，所述电源滤波器和整流器被配置成产生用于功率因数校正的输入电压并将所述输入电压传输到pfc控制器和负载块；电压调节器，所述电压调节器被配置成调节输出电压并将控制信号输出到加法器；电源电压传感器，所述电源电压传感器被配置成感测电源电压并输出已感测的电源电压；带通滤波器，所述带通滤波器被配置成滤除在所述已感测的电源电压的谐振频率范围内的频率并输出额外信号；以及加法器，所述加法器被配置成将所述额外信号与所述控制信号相加并将所需的输入电流输出到所述pfc控制器。

描述了各种实施例，其中控制信号设置瞬时输入电流电平。

描述了各种实施例，其中电压调节器验证了瞬时输入电流电平与输入电压成比例。

描述了各种实施例，其中额外信号提供有源阻尼。

描述了各种实施例，其中电源电压的感测在电源滤波器和整流器的输入处。

描述了各种实施例，其中电源电压的感测在电源滤波器和整流器的输出处。

描述了各种实施例，其中pfc级包括将功率从输入电压传输到负载。

另外各种实施例涉及一种用于功率因数校正(“pfc”)的方法，所述方法包括以下步骤：通过电源滤波器和整流器产生用于功率因数校正的输入电压，并将功率从所述输入电压传输到pfc控制器和负载块；通过电压调节器调节所述输入电压并将控制信号输出到加法器；通过电源电压传感器感测电源电压；通过带通滤波器滤除在谐振频率范围内的频率并输出额外信号；以及通过加法器将所述额外信号与所述控制信号相加并将所需的输入电流输出到所述pfc控制器。

描述了各种实施例，其中控制信号设置瞬时输入电流电平。

描述了各种实施例，其中电压调节器验证了瞬时输入电流电平与输入电压成比例。

描述了各种实施例，其中额外信号提供有源阻尼。

描述了各种实施例，其中电源电压的感测位于电源滤波器和整流器的输入处。

描述了各种实施例，其中电源电压的感测在电源滤波器和整流器的输出处，电源滤波器和整流器产生用于功率因数校正的输入电压并将功率从输入电压传输到pfc和负载块。

描述了各种实施例，其中pfc级包括将功率从输入电压传输到负载。

附图说明

附图和以下详细描述并入在说明书中并且形成说明书的一部分，其中类似的附图标记在通篇的不同视图中指相同或功能相似的元件，附图和以下详细描述用于进一步说明包括所要求的发明概念的实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优点。

在下面的说明书中，将参考附图更全面地公开这些以及其它更详细且特定的特征，附图中：

图1示出了基本转换器级的电路图；

图2示出了当前实施例的退化电阻器的电路图；以及

图3示出了在当前实施例的电源滤波器后方的vmains感测的电路图。

具体实施方式

应理解，附图仅是示意性的且没有按比例绘制。还应理解，通篇的图使用相同附图标记来指示相同或相似的部分。

描述和附图示出了各种示例实施例的原理。因此，将了解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，尽管本文中未明确地描述或展示，但所述布置体现本发明的原理且包括在本发明的范围内。另外，本文中所述的所有例子主要明确地意在用于教学目的，以辅助读者理解本发明的原理和由发明人所提供的以深化所属领域的概念，并且应被解释为不限于此类特定地所述的例子和条件。此外，除非另外指出(例如，“或其它”或“或替代地”)，否则本文所用的术语“或”是指非排他性的或(即，和/或)。而且，本文中所描述的各种实施例不一定相互排斥，因为一些实施例可与一个或多个其它实施例组合以形成新实施例。例如“第一”，“第二”，“第三”等的描述词不是意图限制所论述的元件的顺序，而是用于区分一个元件与下一个元件，并且通常可以互换。

因此，为了产生高功率因数和低总谐波失真(“thd”)，需要由pfc汲取的输入电流iin与由定义因数k2表示的瞬时电源电压成比例，其中：

iin＝k2·vmains

pin＝vmains·iin

pin＝vmains·(k2·vmains)

pin＝vmains²·k2

因此，瞬时输入电流等于瞬时电源电压乘以因数k2，而且瞬时输入功率与瞬时输入电压的平方成比例。对于电源半周期内的平均功率pin_av(k2，vmainspeak)，功率的平均值pin_av是正弦波平方的峰值vmainspeak的一半：

因此，因为k2值是固定的，所以功率电平与电源电压幅度vmainspeak的平方成比例，并且封闭回路增益与电源电压幅度vmainspeak的平方成比例。

然而，由于恒定增益阻止封闭回路的0db回路增益频率的移位，因此可能有必要使整个控制回路具有固定的增益，并且因此在维持回路稳定性的同时，通用电源电压可能有动态响应。

k2值包括1/vmains²的电源电压补偿，所述电源电压补偿使从控制到输出功率的增益由电源电压幅度补偿。

通过使所需的输入电流与电源电压成比例，可能会发生动态行为，这样可能会在电源滤波器中引起不良谐振。

图1示出了包括电源滤波器102的pfc控制器101的基本转换器级的电路图100。

电路图100包括电源电压、电源-l105和电源-n106、电阻器r1103和电阻器r2104、电源滤波器102、桥式二极管107、电感器108以及开关109。

pfc控制器101的基本转换器级包括电源滤波器102。需要电源滤波器102来抑制电磁干扰(emi)，并且使用电阻器r1103和电阻器r2104来感测瞬时电源电压、电源-l105和电源-n106。

由于电感器电容器，即电源滤波器102的lc结构，谐振可能会引起pfc控制器101输入电压的变化或已感测输入电压的变化。结合用于将输入电流调节为所需输入电流的快速算法，谐振可能会变得不稳定。

当前实施例防止了由于电源滤波器中的谐振而引起的不稳定性，并且在不阻止不稳定性的情况下，可能无法实现所需的输入电流。在当前实施例中，pfc101可进行dcm或ccm操作，其中输入电流被定义为与瞬时电源电压有关，以满足功率因数校正和总谐波失真(“thd”)的要求规范，并且用于产生与pfc101输入电压处的检测到的谐振同相的用于pfc101的额外输入电流。

电源电压、电源-l105和电源-n106是pfc从其获得功率的输入。由于切换了顺序，将高频分量注入电源中。为了满足针对电源污染的要求，需要额外的过滤。因此，添加了滤波器102，所述滤波器102包括表现为共模和差模滤波器的两个耦合电感。滤波器前后的电容器也有助于滤波。整流器107产生所需的dc电压，作为实际pfc开关单元(108，109)的输入，所述实际pfc开关单元将来自入口电源-l105和电源-n106的能量经由二极管转换成输出电压vboost。pfc控制器101设置s1的时序。

图2示出了当前实施例的退化电阻器的电路图200。

电路图包括入口201、电阻器r1202、电阻器r2203、电源滤波器和整流器204、vmains感测205、带通滤波器206、加法器207、pfc208、负载209以及vbus调节器210。

电源滤波器和整流器204级产生用于pfc208级的输入电压。pfc208级在电压vbus211处将功率传送到负载209。

通过vbus调节器210将vbus211调节到所需值。vbus调节器210将控制信号212传送回pfc208，在pfc208处控制信号212设置瞬时输入电流电平。vbus调节器210确认瞬时输入电流与电源电压成比例，从而汲取与电源电压成比例的电流，这给予了高功率因数所需的电阻行为。额外信号213提供有源阻尼，所述有源阻尼是电源感测块205的输出，所述电源感测块205之后是带通滤波器206。带通滤波器206仅使由电源滤波器中的谐振引起的已感测的电源电压的频率分量通过。当感测电阻器202、203感测到与控制器接地有关的电压时，感测电阻器感测到谐振分量的一半。通过将信号213(仅表示谐振分量)添加到所需的输入电流，pfc使得额外输入电流分量与信号213成比例。实际上，这表现为有源电阻器，从而减弱谐振，然而从谐振取得的能量不会耗散，而是转换成输出。

图3示出了在当前实施例的电源滤波器后方的vmains感测的电路图300。

电路图300包括电源电压、电源-l303和电源-n304、电源滤波器301、电阻器r1305和电阻器r2306、二极管桥307、电感器308以及开关309。

当前实施例针对在电源滤波器301之前和之后的感测。

当前实施例可以被应用在各种应用(例如，具有较高功率的游戏或pc台式机)中，例如需要pfc301功能且满足thd要求的具有超过大约300瓦的功率电平且包括不同负载范围的电源。

在另一实施例中，可以经由二极管桥307的输出和电感器308之间的感测电阻器来感测电源电压。

从前面的描述可以明显看出，本发明的各种示例性实施例可以在硬件中实施。另外，各种示范性实施例可实施为存储在非暂时性机器可读存储介质(例如，易失性或非易失性存储器)上的指令，所述非暂时性机器可读存储介质可由至少一个处理器读取和执行以执行本文中详细描述的操作。非暂时性机器可读存储介质可以包括用于以机器可读形式存储信息的任何机制，例如个人或膝上型计算机、服务器或其它计算装置。因此，非暂时性机器可读存储介质可以包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备以及相似的存储介质，且不包括暂时性信号。

本领域技术人员应了解，本文的任何框图表示体现本发明原理的说明性电路的概念图。类似地，应了解，任何流程图表、流程图、状态转变图、伪代码等都表示各种过程，这些过程基本上可以在机器可读介质中表示并且无论是否明确地示出此类计算机或处理器，都由计算机或处理器执行。

因此，应理解，以上描述意图为说明性的而非限制性的。在阅读上述描述时，除了所提供的例子之外的许多实施例和应用将是显而易见的。不应参照上面的描述或下面的摘要来确定范围，而是应该参照所附的权利要求书以及赋予此类权利要求的等效物的全部范围来确定范围。预期并打算在本文所讨论的技术中进行未来的研发，并且所公开的系统和方法将被并入此类未来实施例中。总而言之，应理解，本申请能够进行修改和变化。

所述益处、优点、对问题的解决方案以及可使任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何特征都不应被理解为任何或所有权利要求的关键、必需或必要的特征。本发明仅由所附权利要求书限定，所附权利要求书包括在本申请待决期间进行的任何修改以及所发布的那些权利要求的所有等效物。

除非本文做出相反的明确指示，否则权利要求书中使用的所有术语均旨在赋予其最广泛、合理的结构以及熟悉本文所述技术的人员所理解的一般含义。具体地，除非权利要求书中指出相反的明确限制，否则应将单数冠词“一”，“该”，“所述”等的使用理解为列举一个或多个所指示的要素。

提供本公开的摘要以使读者快速地确定技术公开的性质。应理解，本公开的摘要不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在前述实施方式中，可以看出，出于简化本公开的目的，在各个实施例中的各个特征被分组在一起。本公开的方法不应被解释为反映这样一种意图，即所要求保护的实施例需要比每一权利要求中明确叙述的特征更多的特征。相反，如所附权利要求所反映的，本发明的主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，所附权利要求书特此并入到具体实施方式中，其中每一权利要求作为单独的权利要求标的物独立存在。