CN100549804C - 功率因子校正电路以及相关的投影机 - Google Patents

Abstract

一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，调整单元用于目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，控制开关元件的工作周期，以调整直流输出电压与整流后的电压间的电压差。

Description

功率因子校正电路以及相关的投影机

技术领域

本发明涉及电源供应电路，特别涉及一种应用于投影机的电源供应电路。

背景技术

一般的显示装置，例如阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器(LCD)，最多仅能显示30-40英寸的影像，且由于其庞大的尺寸而难于携带。投影机由于够能显示数十或上百英寸的影像，且体积上又小，因此在娱乐效果(entertainment purpose)和商业演示文稿(business briefing)方面上，都优于阴极射线管显示器或液晶显示器。

传统投影机都包括功率因子控制电路(power factor correctioncircuit)，用于供应一个与温度无关的固定直流电压至直流/直流转换器以及点灯器。由于功率因子控制电路提供了整个投影机绝大部分的电力，所以若能提高功率因子控制电路的效率且减少功率损失，便能进一步减少投影机于散热设计(thermal design)上所需附出的努力。

发明内容

本发明提供一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，调整单元用于目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，控制开关元件的工作周期，以调整直流输出电压与整流后的电压间的电压差。

本发明还提供一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将整流后的电压转换成直流输出电压，该公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表整流后的电压、V_O代表直流输出电压，而D(t)代表开关元件的工作周期，其中V(t)以及D(t)均为时间的函数，V(t)即为整流后的电压，D(t)会因为控制单元侦测V(t)电压大小而随着改变；分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，分压电路用于根据目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，在开关元件或电感元件的温度上升时，缩短开关元件的工作周期，以降低直流输出电压。

本发明还提供一种投影机，包括前述的功率因子校正电路、灯泡，以及安定器，用于耦接直流输出电压，用于启动该灯泡的照明。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1所示为本发明的投影机的实施例。

图2所示为本发明的功率因子校正电路的实施例。

具体实施方式

图1所示为本发明的投影机的实施例。如图所示，投影机100包括整流器10、功率因子校正电路20、点灯器30、直流/直流(DC/DC)转换器40以及系统控制单元50以及灯泡60。

整流器10用于对系统交流电进行全波整流，以便输出整流后的电压V(t)，整流器10为全桥式整流器，但不是用于限定本发明。在本实施例中，整流器10所输出的电压V(t)应为具有涟波的电压，其涟波大小与电容C0的大小有关，还可以和时间有关。

功率因子校正电路20，用于将整流器10所输出的整流后的电压V(t)，转换成直流输出电压V_O，例如为380VDC，提供至点灯器30与直流/直流转换器40。举例而言，功率因子校正电路20为主动式功率因子校正电路。如图1中所示，功率因子校正电路20包括升压转换单元21、控制单元23以及调整单元25。

升压转换单元21，用于将来自整流器10的整流后的电压V(t)转换成直流输出电压V_O，举例而言，升压转换单元21包括开关元件Q1(显示于图2中)，并用于接收来自控制单元的控制，调整所输出的直流输出电压V_O。

控制单元23，用于根据调整单元25所产生的调整信号SAD，控制升压转换单元21中开关元件Q1的工作周期，以调整直流输出电压V_O与整流后的电压V(t)的电压差。举例而言，控制单元23根据调整信号SAD，在温度上升时，产生控制信号SC，用于缩短开关元件Q1的工作周期，以降低该直流输出电压V_O。

调整单元25，根据目前温度与直流输出电压V_O产生调整信号SAD，举例而言调整单元25为分压电路，并且包括具有正温度系数的热敏电阻(未显示图中)。

点灯器30利用功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O启动灯管60发光，并维持功率因子输出于稳定状态。举例而言，点灯器30为具有输入电压范围为220VDC～400VDC的电子安定器(Ballast)，但不是用于限定本发明。换言之，只要功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O在220VDC～400VDC的范围内，点灯器30就可以启动灯管60发光。

直流/直流转换器40，用于将功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O，转换成直流电压VDC2，例如12VDC、5VDC或3.3VDC，供系统控制单元50使用。此外，系统控制单元50用于控制整个投影机100的动作。

图2所示为本发明功率因子校正电路的实施例。如图所示，升压转换单元21由电阻R0、电感L1、开关元件Q1与二极管D1所构成。调整单元25为分压电路，由第一电阻R1、第二电阻R2、热敏电阻R3构成，第一电阻R1具有第一端，其耦接该直流输出电压，和第二端；第二电阻R2，具有第一端，其耦接该第一电阻的第二端，和第二端，其耦接至接地电位；以及热敏电阻R3，其与该第二电阻并联连接，其中该第二电阻R2的第一端与第二端间的压降(voltage drop)作为该调整信号，电阻R3为具有正温度系数的热敏电阻，并且电阻R3在布局时最好设置于电感L1或开关元件Q1这类具有大功率损失的元件的接脚(pin)的附近。

此外，整流器10用于对系统交流电VAC进行全波整流，以便输出整流后的电压V(t)，在本实施例中，整流器10所输出的电压V(t)应为具有涟波的电压，其涟波大小与电容C0的大小有关，还可以和时间有关。

根据升压转换单元21的电路结构，其输入电压V(t)与输出电压V_O的关系，可用方程式 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right)$ 来表示，其中D(t)代表开关元件Q1的工作周期。由此可知，若要越高的输出电压V_O，开关元件Q1的工作周期D(t)也要越大。然而，开关元件Q1的工作周期越大，流经电感L1的电流I_P也会越大，便会使得开关元件Q1切换时造成更大的功率损失，同时造成元件温度上升。

一般而言，在输入电压由240VAC变成100VAC的情形下，若升压转换单元21仍要将输出电压V_O维持在380VDC，开关元件Q1的工作周期要很大才能达成。由于流通于电感L1的电流I_P正比于开关元件Q1的工作周期，于是开关元件Q1切换时将造成更大的功率损失，使得效率下降和元件温度上升。

为了克服这个问题，本实施例通过具有热敏电阻的调整单元25根据目前温度与升压转换元件21所输出的输出电压V_O，来产生调整信号SAD，并提供至控制单元23以控制开关元件Q1的工作周期。换言之，当升压转换单元21由于开关元件Q1的切换而产生功率损失且温度升高时，控制单元23会据调整信号SAD产生控制信号SC，缩短开关元件Q1的工作周期，以便减少流经电感L1的电流I_P和切换时造成的功率损失。

调整单元25耦接升压转换单元21的输出电压V_O，以产生分压Vref作为调整信号SAD输出至控制单元23，并且输出电压V_O与电压Vref间的关系可表示成 $V_O=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{RS}}\×r1+\mathrm{Vref},$ 其中r1代表电阻R1的电阻值、RS代表电阻R2与R3并联后的电阻值，即而r2代表电阻R2的电阻值，r3代表电阻R3的电阻值。

由于电阻R3(热敏电阻)具有正温度系数，且设置于电感L1或开关元件Q1的接脚(pin)的附近(未示于图中)。举例而言，电阻R3(热敏电阻)可邻近于电感L1的第一端或第二端，或者邻近于开关元件Q1的第一端或第二端。因此当电感L1与开关元件Q1的温度上升时，电阻R3的阻值r3会变大，阻值RS也会变大，使得输出电压V_O变小。于是控制单元23会根据调整单元25所产生的调整信号SAD，缩小开关元件Q1的工作周期，以减少切换时造成的功率损失，最后升压转换元件21的输出电压V_O，将与温度维持平衡。

由于本实施例中点灯器30为具有输入电压范围为220VDC～400VDC的电子安定器(镇流器)，因此即使功率升压转换单元21所产生的输出电压V_O降低，但只要在220VDC～400VDC的范围内，点灯器30就可以启动灯管60发光。

虽然本发明已经以优选实施例披露如上，但其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不背离本发明的精神和范围内，可以进行一些更改和变化，因此本发明的保护范围以所附的权利要求所界定的为准。

主要元件符号说明

10：整流器              20：功率因子校正电路

21：升压转换单元        23：控制单元

25：调整单元            30：点灯器

40：直流/直流转换器     50：系统控制单元

60：灯管                100：投影机

VAC：系统交流电         V(t)：整流后的电压

V_O：直流输出电压        SAD：调整信号

SC：控制信号        C0～C1：电容

R0～R3：电阻        Q1：开关元件

L1：电感元件        D1：二极管

Vref：分压          I_P：充电电流

Claims (23)

1.一种功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；

调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述调整单元根据所述开关元件或电感元件的温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，控制所述开关元件的工作周期，以调整所述直流输出电压与所述整流后的电压之间的电压差。

2.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其中所述控制单元根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压。

3.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其中所述调整单元包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻，其与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

4.根据权利要求2所述的功率因子校正电路，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端、第二端以及控制端，其中所述开关元件的第一端耦接所述电感元件的第二端，所述开关元件的第二端耦接接地电压，所述开关元件的控制端耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件的第二端和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

5.根据权利要求4所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

6.根据权利要求4所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

7.一种功率因子校正电路，包括；

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将整流后的电压转换成直流输出电压，所述公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表整流后的电压、V_O代表直流输出电压，而D(t)代表开关元件的工作周期；

分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述分压电路根据所述开关元件或电感元件的温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压。

8.根据权利要求7所述的功率因子校正电路，其中所述分压电路包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻，其与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

9.根据权利要求7所述的功率因子校正电路，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端、第二端以及控制端，其中所述开关元件的第一端耦接所述电感元件的第二端，所述开关元件的第二端耦接接地电压，所述开关元件的控制端耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件的第二端和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

10.根据权利要求9所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

11.根据权利要求9所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

12.一种投影机，包括：

整流器，耦接交流电压，并输出整流后的电压；

功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将所述整流后的电压转换成直流输出电压；

调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述调整单元根据所述开关元件或电感元件的温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，控制所述开关元件的工作周期，以调整所述直流输出电压与所述整流后的电压之间的电压差；

灯管；以及

点灯器，用于耦接所述直流输出电压，用于启动所述灯管的照明。

13.根据权利要求12所述的投影机，还包括直流/直流转换器，用于将所述直流输出电压转换成第二直流电压，供电至系统控制单元，其中所述直流输出电压高于所述整流后的电压的峰值，而所述第二直流电压低于所述直流输出电压。

14.根据权利要求12所述的投影机，其中所述点灯器为电子安定器。

15.根据权利要求12所述的投影机，其中

所述调整单元包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻，其与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

16.根据权利要求12所述的投影机，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端、第二端以及控制端，其中所述开关元件的第一端耦接所述电感元件的第二端，所述开关元件的第二端耦接接地电压，所述开关元件的控制端耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件的第二端和所述开关元件的第一端，及阴极端；以及

第一电容，耦接在所述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

17.根据权利要求16所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

18.根据权利要求16所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

19.一种投影机，包括；

整流器，耦接交流电压，并输出整流后的电压；

功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将所述整流后的电压转换成直流输出电压，所述公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表所述整流后的电压、V_O代表所述直流输出电压，而D(t)代表所述开关元件的工作周期；

分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述分压电路根据所述开关元件或电感元件的温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压；

灯管；以及

安定器，用于耦接所述直流输出电压，用于启动所述灯管的照明。

20.根据权利要求19所述的投影机，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端、第二端以及控制端，其中所述开关元件的第一端耦接所述电感元件的第二端，所述开关元件的第二端耦接接地电压，所述开关元件的控制端耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件的第二端和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

21.根据权利要求20所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

22.根据权利要求20所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

23.根据权利要求19所述的投影机，其中所述分压电路包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻，其与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

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