功率因数校正电路的制作方法
【技术领域】
[0001]各个实施例一般涉及功率因数校正电路。此外，各个实施例涉及交错转换器的功率因数校正电路。
【背景技术】
[0002]现今，用于功率因数校正(以下为PFC)的电路在电流和/或电压转换器中起到重要作用。对于小到中功率范围(例如25W至150W)，通常使用对三角形的电流有效的功率因数校正器，其中在每个开关周期中完全释放电感器中存储的磁能，并在完全释放磁能之后立即发起新的开关周期，这可以经由电感器的辅助线圈而检测到。依赖于三角形电流的功率因数校正器的优势在于整流器中的电流改变的相对慢的速率，这使得可以使用不昂贵的整流二极管。然而，所涉及的缺陷在于可变的操作频率以及输入电流的较高波纹。后一种问题可以通过使用对梯形的电流有效的功率因数校正器而解决，该功率因数校正器大多用于150W与500W之间的功率范围。操作频率通常是固定的，并由时钟发生器设置。使用对梯形的电流有效的功率因数校正器的主要缺点在于需要使用相对昂贵的快速整流二极管。
[0003]为了实现甚至更高的功率范围，使用了对梯形的电流有效的多相功率因数校正器，其中多相时钟发生器给分离的功率因数校正级提供相对于彼此以360° /N相移的相移时钟信号，其中N表示也与不同相的数目相等的功率因数校正级的数目。
[0004]过去，对三角形的电流有效的多相功率因数校正器已变得越来越有吸引力，并在从150W起的范围内的一些应用中部分地替代了对梯形的电流有效的单相功率因数校正器。相比于对梯形的电流有效的单相功率因数校正器，对三角形的电流有效的多相功率因数校正器提供了多个优势。开关损耗显著更低，这例如允许更高的操作频率，进而可以得到更小的磁组件或更高的效率。由于磁组件可以具有减小的高度，因此可以以更紧凑的方式构造总体电路，因此例如可以简化这些磁组件至平面屏幕中的集成。
[0005]在包括对三角形的电流有效的多于一个PFC级的交错PFC电路的情况下，PFC级相对于彼此的同步是待解决的非平凡任务，这是由于每个PFC级是与交变频率发生器独立地操作的自激振荡系统。
[0006]在用于将对三角形的电流有效的多相功率因数校正器进行同步的传统方法中，彼此独立地操作对三角形的电流有效的两个功率因数校正器。用于设置每个功率因数校正器级的接通时间的持续时间的信号是根据这些信号之间的平均相移来调制的，使得通过相位控制，功率因数校正器级达到异相运行的状态。在另一方案中，两个功率因数校正器级之一的过零检测器的信号是根据这两个功率因数校正器级之间的平均相位差来延迟的。
【发明内容】
[0007]根据各个实施例，提供了一种功率因数校正电路(以下为PFC电路)。所述PFC电路可以包括具有第一电感器的第一开关式转换器电路、包括第二电感器的至少一个第二开关式转换器电路、与第一和第二开关式转换器电路耦合的控制电路，其中所述控制电路被配置为在满足以下条件时启动所述第二开关式转换器电路的开关脉冲:所述第二开关式转换器电路的第二电感器具有预定义磁化状态并且自所述第一开关式转换器电路的开关脉冲启动起已经过预定义时间段，其中所述预定义时间段是从所述第二开关式转换器电路的先前开关脉冲的启动至所述第二开关式转换器电路的第二电感器具有所述预定义磁化状态的时刻的时间段的预定义部分(fract1n)。
【附图说明】
[0008]在附图中，贯穿不同视图，相似的参考标记一般指代相同的部分。附图不必按比例绘制，而是重点一般在于示意本发明的原理。在以下描述中，参照以下附图来描述本发明的各个实施例，在这些附图中:
图1示出了单相功率因数校正器的实施方式；
图2示出了根据各个实施例的两相功率因数校正器的实施方式；
图3A至3K示出了根据各个实施例的在图2的两相功率因数校正器的操作期间各个接口处的信号序列；
图4A至4K示出了根据各个实施例的在图2的两相功率因数校正器的操作期间各个接口处的另外的信号序列；
图5示出了根据各个实施例的控制电路内的斜坡发生器的实施方式；
图6A至6C示出了根据各个实施例的在两相功率因数校正器的操作期间各个接口处的信号序列的集合；
图7示出了根据各个实施例的用于调整导通时间的控制电路的校正电路的实施方式。
【具体实施方式】
[0009]以下详细描述参照了附图，附图以示意的方式示出了其中可以实施本发明的具体细节和实施例。
[0010]这里使用了词语“示例性”来意指“用作示例、实例或示意”。这里被描述为“示例性”的任何实施例或设计不必解释为比其他实施例或设计优选或有利。
[0011]图1示出了对三角形的电流有效的单相PFC电路100的实施方式。在以下中，将概述PFC电路100的结构及其功能，由于对其的理解将对理解根据在本申请中描述的各个实施例的功率因数校正电路的功能来说有用。贯穿下面将更详细描述的所有各个实施例，将参照该基本功能并且该基本功能适用。
[0012]在各个实施例中，PFC电路100可以包括与整流器104耦合的至少一个输入102。整流器104可以包括四个二极管的装置，其统称为全波桥式整流器。整流器104的一个输出耦合至参考电势(例如地电势)，整流器104的另一输出耦合至第一电感器106的一端。电感器106的另一端经由二极管108耦合至PFC电路100的输出118。开关110的一侧耦合至第一电感器106的一端与二极管108之间的电气路径，开关110的另一侧親合至参考电势(例如至地电势)。电容器112的一侧耦合至二极管108与功率因数校正器电路100的输出118之间的电气路径，电容器112的另一侧親合至地。包括串联親合的第一电阻器114和第二电阻器116的分压器的一端耦合至功率因数校正器电路100的输出118，其另一侧耦合至参考电势(例如地电势)。第一电阻器114与第二电阻器116之间布置的抽头耦合至稳压器122的第一输入。稳压器122可以是具有差分输入的稳压放大器。例如，稳压器122可以被配置为具有延迟的比例积分(PI)控制器并可以具有PITl滤波器特性。稳压器122的第二输入耦合至电压源120的输出，该电压源120被配置为提供参考电压。稳压器122的输出耦合至脉冲发生器124的第一输入。脉冲发生器124的第二输入耦合至存储元件126的输出。存储元件126的第一输入耦合至阈值检测器128的输出。阈值检测器128的输入親合至辅助电感器130的一端，该辅助电感器130电感親合至电感器106。辅助电感器130的另一端耦合至参考电势(例如地电势)。脉冲发生器124的输出耦合至开关110的控制输入和存储元件126的第二输入。脉冲发生器124的输出可以经由栅极驱动器(未示出)耦合至开关110的控制输入。
[0013]对PFC电路100的至少一个输入102施加的AC或DC电压(或者等效地，AC或DC电流)可以首先由电磁干扰滤波器(未示出)滤波，然后由整流器104整流。对充当能量贮存器的电感器106的一端施加整流后的电压，然后经由二极管108在PFC电路100的输出118处提供电压。电感器106、二极管108、开关110和电容器112形成升压功率级的基本组件，所述升压功率级也被称为升压转换器，被配置为将DC电压转换为更高值的DC电压。电容器112是作为能量贮存器而提供的，并可以用于减小在PFC电路100的输出118处提供的输出电压的波纹。
[0014]经由包括第一电阻器114和第二电阻器116的电阻分压器来对PFC电路100的输出电压进行采样，并通过稳压器112将该输出电压与参考电压进行比较。将指示比较后的信号的偏差的信号传输至脉冲发生器124，并将该信号用于设置由脉冲发生器124生成的脉冲的脉冲宽度。由脉冲发生器124生成的脉冲被传输至开关110的控制输入并控制开关110的状态。即，根据从脉冲发生器124传输至开关110的信号的值，开关110打开(S卩，设置为非导通状态)或闭合(即，设置为导通状态)。脉冲发生器124还被配置为从存储元件126接收信号，该存储元件126可以被实现为触发器，诸如例如RS触发器。存储元件126中存储的信号与从阈值检测器128传输至存储元件126的信号相对应。阈值检测器128与辅助电感器130 —起被配置为检测其中电感器106完全消磁的状态。在电感器106完全消磁时，反转辅助电感器130中的电压的极性。电压的这种反转被阈值检测器128检测为电压的过零并且指示电感器106的状态的对应信号被传输至存储元件126并被存储在其中。存储元件126中存储的信号被传递至脉冲发生器124并触发信号脉冲的生成，该信号脉冲的宽度是基于由脉冲发生器124从稳压器122接收的信号来调整的。在PFC电路100中，在设置了存储元件126之后立即(即，在存储元件126已从阈值检测器128接收到指示电感器106已达到完全消磁的状态的信号之后立即)生成脉冲。将来自脉冲发生器124的脉冲信号传输至开关110的控制输入，开关110被切换至与其在从脉冲发生器124接收脉冲信号之前所处的状态不同的状态。该开关在与从脉冲发生器124接收的脉冲信号的持续时间相等的时间段内保持处于该状态。在与从脉冲发生器124接收的脉冲的持续时间相等的时间段之后，该开关返回至其在从脉冲发生器124接收脉冲之前所处的状态。脉冲发生器124的脉冲信号还使存储元件被重置，即返回至其在从阈值检测器128接收指示电感器106的状态的信号之前所处的状态。因此，实际上在存储元件126已被设置之后立即重置存储元件126。存储元件126保持设置所在的时间段主要由“寄生”延迟定义，例如由脉冲发生器124和/或存储元件126自身的开关时间和/或信号传输延迟定义。
[0015]图2示出了根据各个实施例的PFC电路200的实施方式。图2中的PFC电路可以通过将如图1所示的两个PFC电路100进行组合而获得。因此，关于基本组件及其功能，参照以上对图1的描述。图2所示的PFC电路200的实施方式对应于包括两个独立开关式转换器电路(在以下中为转换器电路)的根据各个实施例的PFC电路的两相实施方式。
[0016]在PFC电路200中，第一开关式转换器电路由图1所示的PFC电路100形成，因此其组件是利用相同参考标号来参考的。然而，至少一个输入102、整流器104(以及可能的其他电路模块，诸如未不出的EMI滤波器)、电容器112、第一电阻器114、第二电阻器114、稳压器122、电压源120和输出118 (参见图1)是与第二开关式转换器共享的共享组件，该第二开关式转换器实质上与图1所示的PFC电路100相对应，区别在于:省去了仅列出的共享组件，这是由于这些共享组件被这两个转换器电路共享并仅需要在PFC电路200中被提供一次。在以下中，将通过添加术语“第一”和“第二”来区分被分配给相应开关式转换器电路的组件。从该转换中排除PFC电路200内的共享组件，这是由于这些共享组件不能被分配给相应开关式转换器电路。如从图2中可见，(共享)整流器104的另一输出耦合至第一电感器106的一端和第二电感器206的一端，第一电感器106的另一端和第二电感器206的另一端分别经由第一二极管108和第二二极管208耦合至PFC电路200的(共享)输出118。换言之，