功率因数校正电路的制作方法_3

文档序号:8433226阅读:来源:国知局
差相对应)之后在时刻t3处重新发起第二开关电路的操作时,同步完成,这是由于两个转换器电路之间的相位差现在等于360° /N(S卩,在该示例中为180° ),使得一个开关电路相对于另一个开关电路异相操作。引入了等待时间以便允许第一开关电路将其相对于第二开关电路的相位差进一步增大至360° /N(即,180° )。经由在转换速率上以因数N(S卩,在该示例中为2)不同的斜坡信号的比较来实现相位的比较。要求斜坡信号Rll等于斜坡信号R22的值,其中斜坡信号Rll具有为斜坡信号R22两倍高的转换速率,直接转换为要求第二开关电路的周期的末端与第一开关电路的周期的中部一致。当考虑具有相等周期的两个转换器电路时,这种要求定义了异相操作。
[0027]在该示例中与存在第一和第二开关电路之间的180°期望相移相对应的成功同步使其自身表现在对应开关电路的相应脉冲发生器输出新脉冲信号之前检验前述条件的时间点处缺少等待时间。在图3J中的图338中以及在图3K中的图344中可见,在时刻t5处针对第二转换器电路不存在等待时间,因此在重置斜坡信号R22和R21之后立即启动斜坡信号R22和R21。通过将图3G中的图326中的第二存储元件的输出处的信号F2的结构352进行比较,可见,等待时间直接转换(忽略开关和传输时间)为设置存储元件所在(即,其中将信号F2保持在其高值)的时间。换言之,信号F2的高电平表示第一条件,控制电路240中的斜坡信号的比较表示第二条件。仅当这两个条件都满足时,才生成相应触发信号Tl或T2。同时(当忽略开关和传输时间时),重置存储元件126或226。示意性地,相应存储元件的输出处的信号保持为高所在的等待时间与满足第一条件所在的时间相对应,并且控制电路等待在允许对应的等待转换器电路开始新周期之前要满足的第二条件。
[0028]要注意,与第一和第二开关式转换器电路相关地使用的术语“第一”和“第二”决不意味着根据各个实施例的PFC电路200的操作模式中的层级。即,第一和第二开关式转换器电路均为不受制于主和从关系的独立转换器电路。即,就其硬件实现而言,第一转换器电路和第二转换器电路可能无法区分。在本申请的上下文中指代相应转换器电路的术语“第一”和“第二”可以更确切地被视为指代转换器电路被激活所按的时间顺序的术语。然而,在图2所示的PFC电路200的实施例的情况下,首先激活的转换器电路可以是这两个转换器电路中的任一个。
[0029]图3A至3K中的信号序列的示例表示在相同频率处操作的两个转换器电路的理想情况。然而,这要求组件具有在现实生活中几乎不可实现的相同参数。由于所涉及的制造容限,转换器电路的脉冲信号的脉冲宽度可以彼此不同。具有更短接通时间的转换器电路将以更快的速率操作。转换器电路的接通时间是稳步增大的电流流经对应电感器以及电感器的磁能不断增大所在的时间。一般来讲,在N相PFC电路的假设下,具有最短接通时间的转换器电路(其也将最快地达到完全消磁状态)可能必须等待其他转换器级,因此将操作于非连续模式(其一般对PFC电路的总体效率有害)。非连续模式可以由进入完全消磁状态与开始多相PFC电路的给定转换器电路的新控制开关脉冲之间的时间间隙来标识。为了改进效率,以迭代的方式通过多个循环在根据各个实施例的PFC电路中消除该间隙。为了消除该间隙,可以将具有最短接通时间的转换器电路的接通时间相对于其他一个或多个转换器电路的接通时间以小的步长迭代地延长,直到消除该间隙为止。在图4Α至4Κ中显示了包括具有其中转换器电路之一操作于非连续模式的不同接通时间的两个转换器电路的两相PFC电路的示例性脉冲序列。
[0030]与图3Α至3Κ类似,在按图的相同顺序表示相同参数的图4Α至4Κ中示出了脉冲序列集合。因此,相同的参考标号用于相应的图和信号的对应表不。然而,在图4Α至41(所示的脉冲序列的情况下,第二电感器206的接通时间比第一电感器106的接通时间短。已经关于图3Α至3Κ所示的信号脉冲描述了图4Α至4Κ所示的信号彼此影响的机制,不会重复该机制,由于它在结构上相同。
[0031]与图3Α至3Κ中描述的情形类似,在第一转换器电路已经处于操作中时的任意时刻t0处发起第二转换器电路的操作。在时刻t6和/或t9前不久,第一电感器106达到完全消磁状态,这使其自身表现在图4A中的图300中的零电平处的电流信号I (LI)的短平稳时期中。在时刻t6和t9处斜坡信号R21与斜坡信号R12的比较产生了以下结果:如图4K中的图344中可见,在时刻t6和/或时刻t9处斜坡信号R21大于斜坡信号R12。与图3A至3K中示出的情形类似,这意味着:第一转换器电路的操作处于第二转换器电路的操作之前不大于180°的相位。因此,第一转换器电路的操作继续,而没有任何等待时间或滞后施加于其上。在时刻t7和/或tlO前不久,第二电感器206达到完全消磁状态。然而,由于在时刻t7和/或tlO处斜坡信号Rll小于斜坡信号R22,因此暂停第二转换器电路,直到第一电感器已将其相位超前增大至180°为止。如图4J中的图338中可见,在时刻t8和/或til处满足这种要求,其中斜坡信号Rll已增大至斜坡信号R22的电平。因此,时刻t7和t8和/或tlO和til之间的相应时间差对应于在控制电路420可以在时刻t8和/或til处输出脉冲信号G2之前引入的等待时间(参见图41中的图334中的信号结构)。从时刻t7持续至t8和/或从时刻tlO持续至til的等待时间还以图4J中的图338中以及在图4K中的图344中处于其高值H2的斜坡信号R22和R21的短平稳时期的形式表现其自身。要注意,每个等待时间再次等于存储元件保持设置在其高值的时间段,即第二转换器电路的每个等待时间等于以图4G中的图326中的信号F2为特征的矩形脉冲352的对应宽度。
[0032]在由图4A至4K所示的信号脉冲表示的潜在情形中,具有较长接通时间的转换器电路设置PFC电路内的转换器电路的操作频率,而具有较短接通时间的转换器电路被调整为使得迫使其操作于非连续模式。因此,可以建立两个转换器电路之间的期望相位差180°。然而,与由图3A至3K中的信号脉冲表示的情形相比,在具有最短接通时间的转换器电路的每个周期的末端要求等待时间以便维持异相操作,如参照图4A至4K所说明。
[0033]根据各个实施例,可以在以下情况下采取对策:PFC电路的转换器电路之一的操作要求重复的等待时间,而另一转换器电路在无等待时间的情况下进行操作。在这种情况下,在迭代过程中,可以将由较快转换器电路的对应脉冲发生器生成的相应脉冲信号的持续时间相对于由(一个或多个)较慢转换器电路的(一个或多个)脉冲发生器生成的脉冲的持续时间延长。由于由N个脉冲发生器生成的脉冲信号的所有N个脉冲信号持续时间之和由重叠控制电路预置并因此可以被保持恒定,所以可以延长要求等待时间的转换器电路的脉冲持续时间、或者减小在没有等待时间的情况下操作的转换器电路的脉冲持续时间、或者根据等待时间的出现频率以相反方式(即,延长一个,减小另一个)调整脉冲持续时间。该属性可能对消除在具有多于两个开关式转换器电路的PFC电路中周期性出现的等待时间是有用的。在这种情况下,例如可以延长其中出现等待时间的转换器电路中的每一个的脉冲持续时间。备选地,可以仅延长具有最长等待时间的转换器电路的脉冲持续时间,并可以以相反方式减小暂时不要求等待时间的转换器电路的脉冲持续时间。
[0034]一般来讲,可以将使对三角形的电流有效的多相PFC电路的PFC级或转换器电路同步的过程分为多个步骤。首先,与定义相应转换器电路的电感器的磁化时间的控制信号脉冲的开始同步地启动时间相关信号(例如,通过斜坡信号或数字计数器而实现)。在各个实施例中,该信号脉冲是由脉冲发生器生成的信号脉冲。然后,当检测到对应电感器已达到完全消磁状态时,停止时间相关信号和/或存储时间相关信号的状态或条件(例如,通过关断加载斜坡电容器的电流或者将数字计数器的状态(例如数字数据字)存储在寄存器中)。如上所述,可以经由被配置为检测横跨辅助电感器的电压的反转(即,其过零)的阈值检测器来实现检测过程。在停止时间相关信号时,将信号(关于其值)的1/N与其相位在前的另一转换器电路的时间相关信号进行比较。在以上示例中,将一个转换器电路的斜坡信号(具有正常转换速率的斜坡信号)的一半α/Ν,其中N = 2)与另一转换器电路的斜坡信号(具有两倍转换速率的斜坡信号)进行比较。如果划分后或缩减后的时间相关信号小于或等于其相位在前的另一转换器电路的(未划分或未缩减的)时间相关信号,则生成新控制信号脉冲。在生成新控制信号的情况下,重置并重启时间相关信号。在另一种情况下,即,如果划分后或缩减后的时间相关信号大于其相位在前的另一转换器电路的(未划分或未缩减的)时间相关信号,则引入等待时间或滞后,直到其相位在前的另一转换器电路的(未划分或未缩减的)时间相关信号已达到划分后或缩减后的时间相关信号为止。在等待时间的末端,即当划分后或缩减后的时间相关信号和其相位在前的另一转换器电路的(未划分或未缩减的)时间相关信号相等时,生成新控制信号脉冲。在生成新控制信号的情况下,重置并重启时间相关信号。在引入了等待时间的情况下,可以将对应转换器电路的接通时间延长小部分和/或可以将另一转换器电路的接通时间减小小部分。
[0035]换言之,当满足以下两个条件时生成N相(即,具有N个相的多相)PFC电路的开关式转换器电路中的新控制信号脉冲:
-对应电感器的电感器完全消磁(在以下中将被称为第一条件),以及-自其相位在前的转换器电路的控制信号脉冲的开始起已经过的时间总计为控制信号脉冲的启动与在前一周期期间确定的电感器的完全消磁之间的时间跨度的至少1/Ν(在以下中将被称为第二条件)。
[0036]可以调整接通时间的小部分可以与等待时间自身相对应或者与PFC电路的操作的多于一个周期内的平均等待时间相对应。该小部分还可以是转换器电路的等待时间的差升。
[0037]通过在比较中使用冻结的或保存的划分后(即,缩减后)的时间相关信号,在彼此之间使多个转换器电路非常快地同步,理想地在两个操作周期内同步。当使用相同转换器级(关于组件及其参数)时,这些转换器级以相对于彼此360° /N的相位差进行操作并且不要求等待时间,这是由于相同操作参数导致相等接通时间。
[0038]如上所述,通过将控制电路240内的斜坡信号进行比较来执行PFC电路的转换器电路的相应相位的比较。图5示出了斜坡生成电路500的类似实施方式,该斜坡生成电路500可以是在图2的两相PFC电路200的控制电路240中提供的并可以被配置为生成相应转换器电路的斜坡信号以及也生成等待时间。
[0039]斜坡生成电路500可以包括与控制电路240 (参见图2)的第二输入244耦合的第一反相器502和第二反相器506。然而,第一和第二反相器也可以被形成为一个反相器。此夕卜,控制电路240的第二输入244親合至第一与门522的一个输入。第一反相器502 f禹合至第一电流源504,并被配置为根据从第一存储元件126提供的信号Fl来接通或关断第一电流源504。第一电流源504親合至第一电容器514的一侧,该第一电容器514的另一侧耦合至参考电势。第二反相器506耦合至第二电流源508,并被配置为根据从第二存储元件226提供的信号F2来接通或关断第二电流源
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