CN101399494A - 功率因子修正器的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种控制电路，用于一功率因子修正器，功率因子修正器将一交流输入电压经整流后转换成一整流电压，控制电路输出一切换讯号控制一功率开关，其包含一分压滤波电路，根据整流电压经分压与滤波后产生一有效值电压讯号与一输入电流讯号，输入电流讯号的波形与整流电压的波形相同，并且提升一直流位准。一增益调变电路，根据输入电流讯号、有效值电压讯号与一误差讯号产生一控制讯号，误差讯号由功率因子修正器的一输出端所产生，以及一切换电路，耦接于增益调变电路，根据控制讯号与一锯齿波讯号输出切换讯号。其中，具有直流位准的输入电流讯号可以提高功率因子与降低总谐波失真。

Description

功率因子修正器的控制电路
技术领域
本发明是关于电源控制技术，尤其关于一种应用于功率因子控制的控制电路。
背景技术
许多电源转换器应用功率因子修正(Power FactorCorrection，PFC)电路，以校正电源端的输入电流，请参阅图1，其为现有技术的功率因子修正器。功率因子修正器是以一升压拓扑结构以连续或非连续的电感电流模式运作，并且以固定或可变的切换频率运作，用以将交流输入电压VAC透过桥式整流器10整流后转换成一整流电压VREC，整流电压VREC经由一输入电感LIN、一功率开关Q1、以及一整流器DB整流产生一输出电压VO。输出电压VO是为一较高的直流电压，而功率开关Q1的切换则通过由一控制电路所输出的一切换讯号VG所控制。
控制电路包含一分压滤波电路、一增益调变电路20、一电压误差放大器30与一切换电路。分压滤波电路是由电阻R1、R2、RRMS与电容C1、C2所组成。整流电压VREC经过分压滤波电路的降压与滤波后，输出一有效值电压讯号VRMS。增益调变电路20透过一侦测电阻RAC将整流电压VREC转换成一输入电流讯号IAC1并传送至增益调变电路20。透过分压电阻RO1与RO2，电压误差放大器30根据输出端的输出电压VO而产生的一电压回授讯号VFB，电压回授讯号VFB与一默认电压VREF透过误差放大后而输出一误差讯号VEA，并传送至增益调变电路20。增益调变电路20接收输入电流讯号IAC1、有效值电压讯号VRMS与误差讯号VEA，经由内部运算后输出一控制讯号VCON。切换电路包含一电流感测电阻RS1、一放大器40与一比较器50。电流感测电阻RS1耦接于该功率开关Q1，用于感测一输入电感电流ILIN而产生一切换电流讯号VS。放大器40的一端透过电阻RREF形成虚接地，放大器40的另一端根据控制讯号VCON与切换电流讯号VS加总后，透过误差放大后输出一放大讯号VERR。比较器50耦接于该放大器40，根据放大讯号VERR与一锯齿波讯号VSAW比较后输出该切换讯号VG，用以控制该功率开关Q1的切换与该工作周期的调整。
请一并参阅图2，图2是显示输入电流讯号IAC1、整流电压VREC以及输入电感电流ILIN的波形。输入电流讯号IAC1是表示整流电压VREC透过侦测电阻RAC转换所得到的讯号，输入电感电流ILIN是表示流经输入电感LIN的高频切换电流。习知技术所使用的输入电流讯号IAC1是透过整流电压VREC转换而来，因此，每隔半个电源周期，输入电流讯号IAC1的弦波电流零点即为整流电压VREC的电压波谷。如此的设计方式将造成输入电感电流ILIN每隔半个电源周期，对应于整流电压VREC的电压波谷处，其切换讯号VG的工作周期太小无法进行切换，进而使得输入电感LIN无法充放电。这段期间无法输出该输入电感电流ILIN，造成输入电流波形失真、功率因子降低与总谐波失真提高的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供在于提供一种控制电路，可在一输入电感电流的零点处增加一切换讯号的一工作周期，通过此提高功率因子与降低总谐波失真。
为实现本发明的目的及解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的。
本发明所述的一种控制电路，用于一功率因子修正器，该功率因子修正器是将一交流输入电压经整流后转换成一整流电压，该控制电路输出一切换讯号控制一功率开关，其包含一分压滤波电路，根据该整流电压经分压与滤波后产生一有效值电压讯号与一输入电流讯号，其中该输入电流讯号的波形与该整流电压的波形相同，并且提升一直流位准。一增益调变电路，根据该输入电流讯号、该有效值电压讯号与一误差讯号产生一控制讯号，其中该误差讯号是由该功率因子修正器的一输出端所产生，以及一切换电路，耦接于该增益调变电路，根据该控制讯号与一锯齿波讯号，输出该切换讯号。其中，具有该直流位准的该输入电流讯号用于在一输入电感电流的零点处增加该切换讯号的一工作周期，通过此提高功率因子与降低总谐波失真。
本发明提供另一种控制电路，用于一功率因子修正器，该功率因子修正器将一交流输入电压经整流后转换成一整流电压，控制电路输出一切换讯号控制一功率开关，其包含一位准提升电路，其根据该整流电压与一定电流讯号而产生一输入电流讯号，其中该输入电流讯号的波形与该整流电压的波形相同，并且提升一直流位准，一增益调变电路，其根据该输入电流讯号、一有效值电压讯号与一误差讯号产生一控制讯号，其中该有效值电压讯号是由该整流电压经分压与滤波后产生，该误差讯号是由该功率因子修正器的一输出端所产生，一切换电路，其耦接于该增益调变电路，根据该控制讯号与一锯齿波讯号，输出该切换讯号。其中，具有该直流位准的该输入电流讯号用以在一输入电感电流的零点处增加该切换讯号的一工作周期，通过此提高功率因子与降低总谐波失真。
本发明具有以下有益效果：本发明所述功率因子修正器的控制电路，可在一输入电感电流的零点处增加一切换讯号的一工作周期，通过此提高功率因子与降低总谐波失真。
附图说明
图1现有技术的功率因子修正器的电路图；
图2是表示图1中的输入电流讯号、整流电压与输入电感电流的波形；
图3是表示本发明一较佳实施例的功率因子修正器的电路图；
图4是表示图3中的输入电流讯号、整流电压与输入电感电流的波形；以及
图5是表示本发明另一较佳实施例的功率因子修正器的电路图；以及
图6是表示本发明一较佳实施例的位准提升电路的电路图。
【图号简单说明】
10    桥式整流器                         20     增益调变电路
30    电压误差放大器                     40     放大器
50    比较器                             100    位准提升电路
110   放大器                             111    晶体管
112   晶体管                             113    晶体管
115   电流源                             C1     电容
C2     电容                        DB         整流器
I1     第一电流讯号                I2         第二电流讯号
I3     定电流讯号                  IAC1       输入电流讯号
IAC2   输入电流讯号                IAC3       输入电流讯号
ILIN   输入电感电流                LIN        输入电感
Q1     功率开关                    R1         电阻
R2     电阻                        RA         分压电阻
RAC    侦测电阻                    RB         分压电阻
RD     电阻                        RO1        分压电阻
RO2    分压电阻                    RREF       电阻
RRMS   电阻                        RS1        电流感测电阻
RS2    电阻                        VAC        交流输入电压
VCC    供应电压                    VCON       控制讯号
VEA    误差讯号                    VERR       放大讯号
VFB    电压回授讯号                VG         切换讯号
VO     输出电压                    VREC       整流电压
VREC1  整流电压                    VREC2      降压讯号
VREF   默认电压                    VRMS       有效值电压讯号
VS     切换电流讯号                VSAW       锯齿波讯号
Z1     阻抗组件                    Z2         阻抗组件
具体实施方式
为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
请参阅图3，其为本发明应用于功率因子修正器的一较佳实施例的电路图。如图所示，一交流输入电压VAC输入而透过桥式整流器10整流后转换成整流电压VREC，该整流电压VREC经由输入电感LIN、功率开关Q1、以及整流器DB整流产生一输出电压VO。该输出电压VO是为一较高的直流电压，而该功率开关Q1的切换则通过由一控制电路所输出的切换讯号VG所控制。控制电路透过电阻RO1和RO2耦接到功率因子修正器的输出端以接收一电压回授讯号VFB。当切换讯号VG启用，功率开关Q1因而被驱动导通，输入电感LIN于是因功率开关Q1的导通而进行充电储能。而当切换讯号VG停用，功率开关Q1截止，输入电感LIN中储存的能量便透过整流器DB释放出来。一旦输入电感LIN的放电电流降到零，紧接着进行下一切换周期的循环动作。
控制电路是包括一分压滤波电路、一增益调变电路20以及一切换电路。分压滤波电路包含电阻R1、R2、RRMS与电容C1、C2。整流电压VREC经过分压滤波电路的降压与滤波后，在电容C1上输出一有效值电压讯号VRMS。并且，整流电压VREC经过分压滤波电路的降压与滤波后，在一分压节点上透过一侦测电阻RAC产生一输入电流讯号IAC2并传送至增益调变电路20。通过此不但可以得到与整流电压VREC相同波形的输入电流讯号IAC2，同时可垫高一直流位准，而直流位准的大小可由分压电阻R1、R2、RRMS的电阻值所决定。增益调变电路20接收输入电流讯号IAC2、有效值电压讯号VRMS与误差讯号VEA，经由内部运算后输出一控制讯号VCON，其中该误差讯号VEA是由功率因子修正器的输出端所产生。
切换电路耦接于增益调变电路20，包含一电流感测电阻RS1、一放大器40与一比较器50。一电流感测电阻RS1耦接于该功率开关Q1，用于感测输入电感LIN的输入电感电流ILIN而产生一切换电流讯号VS。放大器40的一输入端透过电阻RREF形成虚接地，放大器40的另一输入端根据控制讯号VCON与切换电流讯号VS加总后，透过误差放大后输出一放大讯号VERR。放大器40的输入端与增益调变电路20的输出端耦接一电阻RS2，电阻RS2并耦接于电流感测电阻RS1。比较器50耦接于放大器40，并根据放大讯号VERR与一锯齿波讯号VSAW透过比较后输出该切换讯号VG，用以控制功率开关Q1的切换与工作周期的调整。放大器40的输出端与比较器50的输入端耦接一阻抗组件Z2，用以对放大器40进行补偿。
控制电路更包括一电压误差放大器30，其耦接于功率因子修正器的输出端与增益调变电路20之间。透过分压电阻RO1与RO2，电压误差放大器30根据功率因子修正器的该输出端的输出电压VO而产生电压回授讯号VFB，电压回授讯号VFB与一默认电压VREF透过误差放大后而输出误差讯号VEA，并传送至增益调变电路20。其中误差讯号VEA与回授讯号VFB相关。电压误差放大器30的输出端与增益调变电路20耦接有一阻抗组件Z1，用以对电压误差放大器30进行补偿。
请参阅图4所示的输入电流讯号、整流电压与输入电感电流的波形，并配合参考图3。由图中可知，输入电流讯号IAC2与整流电压VREC的波形相同，且具有一直流位准。由于输入电流讯号IAC2提升一个直流位准，使得控制讯号VCON亦相对升高，透过放大器40的误差放大使得放大讯号VERR下降，较低的放大讯号VERR与锯齿波讯号VSAW比较之后，切换讯号VG的导通时间增加，并且加大工作周期。因此，输入电感电流ILIN在整流电压VREC的电压波谷处仍可进行切换。
请参阅图5，其为本发明另一较佳实施例的功率因子修正器的电路图。其大部分电路与前一实施例相同，在此不再赘述。本实施例与前一实施例主要不同处是输入电流讯号IAC3的取得是透过一位准提升电路100输入至增益调变电路20，并未透过侦测电阻RAC(参阅图3)耦接至分压滤波电路的分压节点。位准提升电路100经由分压电阻RA与RB耦接至桥式整流器10并耦接增益调变电路20，整流电压VREC1经由分压电路的分压电阻RA与RB分压后，产生一降压讯号VREC2，位准提升电路100根据降压讯号VREC2产生输入电流讯号IAC3，其中输入电流讯号IAC3的波形与整流电压VREC1的波形相同，并且提升一直流位准。
请参阅图6，其为本发明一较佳实施例的位准提升电路的电路图。该位准提升电路100包含一电压/电流转换电路、一电流镜与一电流源115。该电压/电流转换电路是包含放大器110、晶体管111以及电阻RD，用以将该整流电压VREC1转换成对应的一第一电流讯号I1，其将相关于整流电压VREC1的降压讯号VREC2转换成对应的第一电流讯号I1。放大器110的正输入端接收降压讯号VREC2，而输出端耦接晶体管111的闸极，放大器110的负输入端耦接晶体管111的源极，电阻RD耦接于晶体管111的源极与接地端之间，晶体管111的汲极产生该第一电流讯号I1。
该电流镜耦接于电压/电流转换电路并包含晶体管112与113，用以将该第一电流讯号I1转换成对应的一第二电流讯号I2。其中，该第二电流讯号I2比例或相等于该第一电流讯号I1。晶体管112与113耦接于一供应电压VCC。该电流源115是为一定电流源并耦接供应电压VCC，而提供一定电流讯号I3，以与该第二电流讯号I2加总后产生该输入电流讯号IAC3，其中该直流位准的大小是由该定电流讯号I3所决定。该位准提升电路100所产生的输入电流讯号IAC3的波形亦与图4的输入电流讯号IAC2相同，具有直流位准，其中该直流位准的大小是由该定电流讯号I3的大小所决定。
由于输入电流讯号IAC3提升一个直流位准，使得控制讯号VCON亦相对升高，透过放大器40(参阅图5)的误差放大使得放大讯号VERR下降，较低的放大讯号VERR与锯齿波讯号VSAW比较之后，切换讯号VG的导通时间增加，并且加大工作周期。因此，输入电感电流ILIN在整流电压VREC1的电压波谷处仍可进行切换。
综上所述，每隔半个电源周期，对应于整流电压VREC与VREC1的电压波谷处，本发明可以避免切换讯号VG的工作周期太小无法进行切换，而同时无法输出该输入电感电流ILIN的问题。具有直流位准的输入电流讯号IAC2与IAC3可以达成在输入电感电流ILIN的零点处增加该切换讯号VG的工作周期，进而使得输入电感LIN可以进行充放电。通过此避免输入电流波形失真、提高功率因子与降低总谐波失真。
综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种控制电路，其特征在于，用于一功率因子修正器，该功率因子修正器是将一交流输入电压经整流后转换成一整流电压，该控制电路输出一切换讯号控制一功率开关，其包含：
一分压滤波电路，根据该整流电压经分压与滤波后产生一有效值电压讯号与一输入电流讯号，其中该输入电流讯号的波形与该整流电压的波形相同，并且提升一直流位准；
一增益调变电路，根据该输入电流讯号、该有效值电压讯号与一误差讯号产生一控制讯号，其中该误差讯号是由该功率因子修正器的一输出端所产生；以及
一切换电路，耦接于该增益调变电路，根据该控制讯号与一锯齿波讯号，输出该切换讯号；
其中，具有该直流位准的该输入电流讯号用以在一输入电感电流的零点处增加该切换讯号的一工作周期。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包含一电压误差放大器，耦接于该功率因子修正器的该输出端与该增益调变电路之间，该电压误差放大器根据该输出端所产生的一电压回授讯号以及一默认电压透过误差放大后，而输出该误差讯号并传送至该增益调变电路。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其特征在于，其中该切换电路包含：
一电流感测电阻，耦接于该功率开关，用于感测该输入电感电流而产生一切换电流讯号；
一放大器，根据该控制讯号与该切换电流讯号加总后，并透过误差放大后输出一放大讯号；以及
一比较器，耦接于该放大器，根据该放大讯号与该锯齿波讯号透过比较后输出该切换讯号，用以控制该功率开关的切换与该工作周期的调整。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包含一侦测电阻，耦接于该分压滤波电路的一分压节点，以产生该输入电流讯号。
5.一种控制电路，用于一功率因子修正器，其特征在于，该功率因子修正器是将一交流输入电压经整流后转换成一整流电压，该控制电路输出一切换讯号控制一功率开关，其包含：
一位准提升电路，根据该整流电压与一定电流讯号而产生一输入电流讯号，其中该输入电流讯号的波形与该整流电压的波形相同，并且提升一直流位准；
一增益调变电路，根据该输入电流讯号、一有效值电压讯号与一误差讯号产生一控制讯号，其中该有效值电压讯号是由该整流电压经分压与滤波后产生，该误差讯号是由该功率因子修正器的一输出端所产生；以及
一切换电路，耦接于该增益调变电路，根据该控制讯号与一锯齿波讯号，输出该切换讯号；
其中，具有该直流位准的该输入电流讯号用以在一输入电感电流的零点处增加该切换讯号的一工作周期。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，其中该位准提升电路包含：
一电压/电流转换电路，根据该整流电压转换成对应的一第一电流讯号；
一电流镜，将该第一电流讯号转换成对应的一第二电流讯号；以及
一电流源，提供该定电流讯号，以与该第二电流讯号加总后产生该输入电流讯号，其中该直流位准的大小是由该定电流讯号所决定。
7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，更包含一电压误差放大器，耦接于该功率因子修正器的该输出端与该增益调变电路之间，该电压误差放大器根据该输出端所产生的一电压回授讯号以及一默认电压透过误差放大后，而输出该误差讯号并传送至该增益调变电路。
8.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，其中该切换电路包含：
一电流感测电阻，耦接于该功率开关，用于感测该输入电感电流而产生一切换电流讯号；
一放大器，根据该控制讯号与该切换电流讯号加总后，并透过误差放大后输出一放大讯号；以及
一比较器，耦接于该放大器，根据该放大讯号与该锯齿波讯号透过比较后输出该切换讯号，用以控制该功率开关的切换与该工作周期的调整。
9.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，更包含一分压滤波电路，根据该整流电压经分压与滤波后产生该有效值电压讯号。
10.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，更包含一分压电路，分压该整流电压，以供该位准提升电路产生该输入电流讯号。
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