CN101873059B - 功率因数校正电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率因数校正电路和一种功率因数校正方法。本发明接收关于输出功率的输出电压的信息和关于电感电压的信息来控制功率开关的切换操作，并根据所述功率开关的占空比估算输入电压。

Description

功率因数校正电路及其驱动方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年4月27日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2009-0036735的优先权和利益，其全部内容在此通过引用并入本文。

本发明的背景

(a)技术领域

本发明涉及一种功率因数校正电路及其驱动方法。

(b)背景技术

功率因数表示功率传输的效力。在功率传输中，实际传输的功率叫做实功率。功率因数表示为实功率除以视在功率，视在功率是功率的电压和电流实数值的乘积。本例中，当电压和电流为正弦波时，功率因数随着电压与电流间的相位差而变化。当相位差减小时，功率因数提高。因此，通常为了改善功率因数而进行的功率因数补偿的方式是将输入电流的波形修正为正弦波，并缩小电压和电流间的相位差。

常规的功率因数校正电路对输入的交流(AC)电源进行全波整流，以产生输入电压，并控制电感电流，使其相位和频率与输入电压相近。功率因数校正电路的输入电流是通过采用预定低通滤波器去除电感电流中的射频分量而生成的一个值。

图11示出一种功率因数校正电路的电感电流。如图11所示，该电感电流呈锯齿形，且其峰值具有如虚线所示的正弦波形。如图11所示，对该电感电流滤波可生成如图中的粗实线所示的光滑输入电流。

该功率因数校正电路通过控制与电感相连的一个开关的切换操作来控制电感电流。因为输入电流是根据电感电流来确定的，该功率因数校正电路通过控制所述切换操作来控制输入电流。根据一种驱动该功率因数校正电路的方法，可能不需要有关输入电压的信息。具体而言，一种临界导通模式功率因数校正电路(PFC)产生图11所示的电感电流和输入电流。所述临界导通模式功率因数校正电路采用流向所述开关的输出电压和电流来控制所述开关的切换操作。因此，无需另外的输入电压信息。

一般来说，控制所述功率因数校正电路的控制电路实现为一个芯片，现有的控制电路芯片包括一个附加的管脚用于接收所述输入电压。现有的控制电路芯片采用电阻来检测输入电压，但是电阻会消耗功率。

该背景技术部分中披露的上述信息只是为了加强对本发明背景的理解，因此，其中可能包含不是来自在本国为本领域的普通技术人员所知的现有技术的信息。

发明内容

本发明旨在提供一种不需要关于输入电压的信息的功率因数校正电路，及驱动该功率因数校正电路的方法。

具体地，本发明旨在提供一种用于估算输入电压而无需附加的管脚并降低功率消耗的功率因数校正电路，及其驱动方法。

本发明的一个示范实施例提供一种功率因数校正电路，包括：电感，用于接收输入电压和提供输出功率；功率开关，用于控制流向所述电感的输入电流，该功率开关与所述电感连接；以及一功率因数校正控制器，用于接收关于输出功率的输出电压的信息和关于电感电压的信息，以控制所述功率开关的切换操作，并根据所述功率开关的占空比估算输入电压。

所述功率因数校正控制器包括输入电压信息发生器，用于生成根据占空比而增大/减小的检示信号，并根据所述检示信号的电压范围生成输入电压信息，指示关于输入电压的信息。

所述输入电压信息发生器包括：放电开关，用于根据对应于所述占空比的信号执行切换操作；充电开关，用于根据对应于所述占空比的信号的反相信号执行切换操作；电容，用于产生所述检示信号，所述电容具有连接到所述放电开关和所述充电开关的一个节点的第一端；以及输入电压信息发生器，用于根据所述检示信号的电压范围生成所述输入电压信息。

所述对应于占空比的信号控制所述功率开关的切换操作。

当所述检示信号的电压范围接近地电压时，所述输入电压信息发生器生成一种用于指示所述输入电压低的输入电压信息，且当发生一段时间，在该段时间内所述检示信号达到最大检示电压时，其生成一种用于指示所述输入电压高的输入电压信息。

所述功率因数校正控制器还包括：误差放大器，用于通过放大对应于输出电压的差分电压与至少两个误差参考电压中根据输入电压产生的一个误差参考电压之间的差值来生成误差放大信号；斜坡信号发生器，用于产生斜率对应于输入电压的斜坡信号；和脉宽调制(PWM)控制器，用于根据所述斜坡信号与所述误差放大信号之间的比较结果切断所述功率开关，并根据关于电感电压的信息判断是否接通所述功率开关。

所述斜坡信号发生器包括：至少两个电流源；电容；和至少两个开关，连接在所述至少两个电流源和所述电容之间，其中所述至少两个开关之一在所述功率开关接通时接通，所述至少两个开关中的另一个根据所述输入电压执行切换操作。

当所述输入电压高时，所述另一个开关接通。

所述功率因数校正电路包括：接通控制信号发生器，用于生成接通控制信号，以便当对应于关于所述电感电压的信息的辅助电压小于预定的参考电压时接通所述功率开关；PWM比较器，用于比较所述斜坡信号和所述误差放大信号，并生成切断控制信号，以便根据比较结果切断所述功率开关；PWM触发器，用于生成门驱动控制信号，以便根据所述接通控制信号和所述切断控制信号控制所述功率开关的切换操作；以及门驱动器，用于生成门信号，以便根据所述门驱动控制信号切换所述功率开关。

所述辅助电压是一个辅助电感处的电压，该辅助电感与所述电感具有预定匝数比，并耦合至所述电感。

所述占空比通过采用所述接通控制信号、切断控制信号、门驱动控制信号、以及门信号之一来检测。

本发明的另一实施例提供一种功率因数校正电路的驱动方法，该功率因数校正电路包括用于接收输入电压并提供输出功率的电感，以及连接到所述电感并控制流向所述电感的输入电流的功率开关，所述方法包括：接收关于所述输出功率的输出电压的信息和关于所述电感电压的信息，并控制所述功率开关的切换操作；和根据所述功率开关的占空比估算所述输入电压。

估算所述输入电压包括：生成一个根据所述占空比而增大/减小的检示信号，并根据所述检示信号的电压范围估算输入电压。

生成所述检示信号包括：当所述功率开关接通时减小所述检示信号，而当所述功率开关切断时增大所述检示信号。

估算输入电压包括：当所述检示信号的电压范围接近地电压时判断所述输入电压低，而当发生一段时间，在该段时间内所述检示信号达到最大检示电压时，判断所述输入电压高。

控制所述切换操作包括：通过放大对应于输出电压的差分电压与至少两个误差参考电压中根据输入电压产生的一个误差参考电压之间的差值来生成误差放大信号；生成斜率对应于输入电压的斜坡信号；根据所述斜坡信号与所述误差放大信号之间的比较结果切断所述功率开关；以及根据关于电感电压的信息接通所述功率开关。

判断是否接通所述功率开关包括：当对应于关于所述电感电压的信息的辅助电压变得小于预定参考电压时接通所述功率开关。

本发明提供一种功率因数校正电路，用于估算输入电压，而无需附加的管脚和功率消耗，并提供一种用于驱动该功率因数校正电路的方法。

附图说明

图1示出根据本发明的一个示范实施例，包括输入电压检测装置的一种功率因数校正电路；

图2示出根据本发明的一个示范实施例的输入电压估算器；

图3示出输入电压、负载、和占空比之间的关系表；

图4示出当占空比在53％-79％之间变化时的占空比变化与检示信号(CHS)；

图5示出当占空比在53％-66％之间变化时的占空比变化与检示信号(CHS)；

图6示出当占空比在17％-29％之间变化时的占空比变化与检示信号(CHS)；

图7示出当占空比在17％-58％之间变化时的占空比变化与检示信号(CHS)；

图8示出当占空比在48％-57％之间变化时的占空比变化与检示信号(CHS)；

图9A和图9B示出在常规功率因数校正电路中对应于本发明示范实施例的输入电压、输入电流、斜坡信号、和误差放大信号的各种信号；

图10A和图10B示出在根据本发明的示范实施例的功率因数校正电路中误差放大信号、输入电流、斜坡信号、和输入电压的电压范围；

图11示出通用模式功率因数校正电路的电感电流和输入电流。

具体实施方式

在以下具体描述中，只是以例证方式描述了本发明的一些示范实施例。本领域的技术人员会认识到，可以对所描述的实施例通过各种不同方式进行修改，而不背离本发明的精神和范围。因此，附图和具体描述应当认为实质上是用于例证，而非限制。在整个描述中，类似的附图标记标示类似的部件。

在本说明书和权利要求书中，当描述一个元件“耦合到”另一个元件时，所述一个元件可以“直接耦合到”所述另一元件，也可以通过第三元件“电气耦合到”所述另一元件。此外，除非明确说明有相反的意思，术语“包括”应当理解为包括所陈述的元件，但不排除任何其它元件。

图1示出根据本发明的一个示范实施例，包括输入电压检测装置的功率因数校正电路1。

如图1所示，功率因数校正电路1包括功率因数校正控制器2、功率开关11、二极管电桥12、滤波器13、二极管D1、电容C1、电感L1、辅助电感L2、分压电阻R1和R2。根据本发明的示范实施例，功率开关11由n沟道金属氧化物半导体场效应三极管(NMOSFET)构成。在漏极和源极之间形成体二极管BD。下文中将把流向功率开关11的电流称为漏极电流IDS。

二极管电桥12由4个二极管(未示出)构成，对输入交流功率AC进行全波整流，以产生输入电压Vin。

二极管电桥12的输出端连接到电感L1的第一端。输入电压Vin提供给电感L1的第一端，电感L1的第二端连接到二极管D1的阳极。

增大或减小的电感电流IL变成经过滤波器13的全波整流的正弦波输入电流Iin。

功率开关11的漏极连接到二极管D1的阳极和电感L1的第二端。

电感L1接收输入电压Vin，并产生输出功率。流向电感L1的电感电流IL通过功率开关11的切换操作来控制。如图11所示，电感电流为锯齿波形。具体而言，当功率开关11接通时其增大，而当功率开关11切断时其减小。具体地，当功率开关11接通时，电感电流IL增大，电感L1储能。当功率开关11切断时，电感电流IL流过二极管D1，储存在电感L1中的能量传输到功率因数校正电路1的输出端。当功率开关11切断，且二极管D1导通时，电感电流IL流向连接到功率因数校正电路1输出端的负载，并对电容C1充电。当连接到功率因数校正电路1输出端的负载增大时，提供给负载的电感电流IL增大，因此，流向电容C1的电流相对减小，输出电压Vout相对降低。相反，当负载减小时，提供给负载的电感电流IL减小，因此，流向电容C1的电流相对增大，输出电压Vout相对升高。

当功率开关11接通时，二极管D1截止，电感电流IL流过功率开关11。功率因数校正控制器2利用通过根据分压电阻R1和R2的阻抗比(R2/(R1+R2))对输出电压Vout进行分压所产生的差分电压Vd产生误差放大信号Vcon，并通过比较误差放大信号Vcon与具有预定周期的斜坡信号Vramp来判断功率开关1的切断时间。所述功率开关11的接通时间是通过辅助电感2的辅助电压Vaux来确定的。

辅助电感L2耦合到电感L1，并与所述电感L1具有预定匝数比n。具体地，设电感L1的匝数为1，辅助电感L2的匝数为N，则匝数比n为N。当功率开关接通时，辅助电感处的电压Vaux为输入电压Vin与匝数比n的乘积。当功率开关切断时，辅助电压Vaux为匝数比n与通过从输入电压Vin减去输出电压Vout产生的电压Vin-Vout的乘积。

由于本发明的示范实施例是临界导通模式功率因数校正电路，因此当功率开关11断开，电感电流IL变为0后，电感L1和功率开关11的寄生电容(未示出)之间发生谐振。电感L1处的电压开始以正弦波形式降低，当辅助电压Vaux降低到预定参考电压时，达到同步，功率开关11再度接通。下面详细描述功率因数校正控制器2。

功率因数校正控制器2包括斜坡信号发生器21、输入电压估算器22、PWM控制器23、误差放大器24、以及参考电压发生器25。

误差放大器24通过放大差分电压Vd与由参考电压发生器25提供的误差参考电压EVR之间的差来产生误差放大信号Vcon。电容C2连接到误差放大器24的输出端。误差放大信号Vcon通过电容C2以预定增益放大，并被延迟预定时间，再进行控制校正。

参考电压发生器25根据输入电压信息IVT产生误差参考电压EVR1/EVR2。输入电压信息IVT是由输入电压Vin所确定的信号，是可以由输入电压Vin改变的电压信号。具体地，参考电压发生器25产生误差参考电压EVR，用于根据输入电压信息IVT产生输出电压，该输出电压比输入电压Vin的峰值大预定值。当输入电压Vin低，且发生大量升压以维持输出电压时，输入电流增大，这样会增大功率因数校正电路的损耗。为防止该问题，产生一参考电压，用于根据输入电压Vin的峰值来改变输出电压。具体地，当输入电压信息IVT增大时，参考电压发生器25增大误差参考电压EVR，而当输入电压信息IVT减小时减小所述误差参考电压EVR。

因为误差放大器24根据差分电压Vd与可以由输入电压Vin改变的误差参考电压EVR之间的差值来生成所述误差放大信号Vcon，误差放大信号Vcon可以由输入电压Vin改变。因为当输入电压Vin升高时误差参考电压EVR升高，误差放大信号Vcon增大。相反，当输入电压Vin降低时，误差参考电压EVR降低，误差放大信号Vcon减小。因此，误差放大信号Vcon的范围由误差参考电压根据输入电压信息IVT改变而变化。

斜坡信号发生器21在功率开关11接通时根据输入电压信息IVT产生具有不同斜率的斜坡信号。斜坡信号发生器21包括主电流源211、附加电流源212、开关213和214、开关控制器216、斜坡电容215。开关214和213的第一端连接到主电流源211和附加电流源212的第一端，开关214和213的第二端连接到斜坡电容215的第一端。电源Vcc为主电流源211和辅加电流源212提供电压，以产生电流。斜坡电容215的第二端接地。当功率开关11接通，并且当输入电压信息IVT大于输入参考电压时，开关214接通，当开关214接通时，开关213接通。开关213和214由信号S1和S2控制。开关控制器216接收输入电压信息IVT和门控信号Vgs以产生控制信号S1和S2。具体地，在门控信号Vgs为接通功率开关11的信号的期间，开关控制器216产生控制信号S1，用于接通开关214，并将该控制信号发送至开关214。同样，当输入电压信息IVT大于输入参考电压时，开关控制器216产生控制信号S2，用于接通开关213，并将该控制信号发送至开关213。当开关214接通时，主电流源211的电流IM对斜坡电容215充电，使得斜坡信号Vramp增加，其斜率由电流IM确定。当开关213在开关214接通期间接通时，斜坡电容215以电流IA+IM充电，电流IA+IM是附加电流源212的电流IA和电流IM之和，且斜坡信号Vramp的上升斜率变得更大。

斜坡信号发生器21包括一个附加电流源，但本发明不限于此，其还可以包括多个附加电流源，在所述多个附加电流源与斜坡电容215之间可提供多个开关。在该情况下，当输入电压信息IVT增加时，开关控制器216顺序接通上述多个开关，以进一步增大上升斜坡信号Vramp的斜率。开关217与电容并联连接，当功率开关11接通时其断开，而当功率开关11断开时其接通。

PWM控制器23利用辅助电压Vaux、斜坡信号Vramp、误差放大信号Vcon产生门控信号Vgs，用于控制功率开关11的切换操作。PWM控制器23包括PWM比较器231、控制信号发生器232、PWM触发器233、以及门驱动器234。

PWM比较器231通过比较斜坡信号Vramp和误差放大信号Vcon来产生切断控制信号FC。PWM比较器231包括用于接收斜坡信号Vramp的非倒相端(+)和用于接收误差放大信号Vcon的倒相端(-)。当斜坡信号Vramp大于误差放大信号Vcon时，PWM比较器231产生高电平切断控制信号FC，而当斜坡信号Vramp小于误差放大信号Vcon时，其产生低电平切断控制信号FC。因此，当上升斜坡信号Vream达到误差放大信号Vcon时，输出高电平切断控制信号FC。

当辅助电压Vaux变得小于预定参考电压时，接通控制信号发生器232产生接通控制信号NC，用于接通功率开关11。当功率开关11切断后，降低的辅助电压Vaux变得小于参考电压时，接通控制信号发生器232与接通控制时间同步，并且在所述接通控制时间，产生具有高脉冲的控制信号NC。

PWM触发器233根据接通控制信号NC和切断控制信号FC产生门驱动控制信号GDC，用于控制功率开关11的切换操作。PWM触发器233包括用于接收接通控制信号NC的置位端S，以及用于接收切断控制信号FC的复位端R。当置位端S接收到高电平信号时，PWM触发器233通过输出端Q输出高电平门驱动控制信号GDC。当复位端R接收到高电平信号时，PWM触发器233通过输出端Q输出低电平门驱动控制信号GDC。当提供给置位端S和复位端R的信号为低时，PWM触发器233维持当前的门驱动控制信号GDC。

门驱动器234根据门驱动控制信号GDC产生门信号Vgs，用于切换功率开关11。当接收到高电平的门驱动控制信号GDC时，门驱动器234产生高电平门信号Vgs，用于接通功率开关11，而当接收到低电平的门驱动控制信号GDC时，产生低电平门信号Vgs，用于切断功率开关11。

下面参考图2描述根据本发明示范实施例的输入电压估算器22。图2示出根据本发明示范实施例的输入电压估算器22。

输入电压估算器22不直接检测输入电压Vin，而是在预定周期中测量功率开关11的占空比，以估算所述输入电压Vin。

输入电压估算器22采用功率开关11的占空比估算输入电压。输入电压估算器22接收门信号Vgs，产生可以由功率开关11的占空比改变的检示信号CHS，利用该检示信号CHS估算输入电压，并对应于估算的输入电压产生输入电压信息IVT。输入电压估算器22包括反相器221、充电开关222、放电开关223、源极电流源224、反向电流源(Sink current source)225、电容226、以及输入电压信息发生器227。反相器221将门信号Vgs的电平反转，并输出反相的信号，由反相器221输出的反相信号控制充电开关222的切换操作。放电开关223的切换操作由门信号Vgs控制。具体地，充电开关222和放电开关223由高电平信号接通，由低电平信号切断。当门信号Vgs为高时，放电开关223接通，充电开关222断开。当门信号Vgs为低时，放电开关223断开，充电开关222接通。当放电开关223接通，充电开关222断开时，电容226连接到反向电流源225。当放电开关223断开，充电开关222接通时，电容226连接到源极电流源224。当电容226连接到反向电流源225时，其通过反向电流ISI放电，检示信号CHS的电压下降。当电容226连接到源极电流源224时，其通过源极电流ISO充电，检示信号CHS的电压上升。因此，当门信号Vgs为高电平且功率开关11接通时检示信号CHS减小，而当门信号Vgs为低电平且功率开关11断开时检示信号CHS增大。输入电压信息发生器227检测检示信号CHS的电平，以估算输入电压Vin，并根据估算结果产生输入电压信息IVT。

功率因数校正电路1被控制以维持输出电压Vout。当输出电压Vout升高时，差分电压Vd升高，误差放大信号Vcon降低。斜坡信号Vramp达到误差放大信号Vcon的时间缩短，PWM比较器231在较早的时间产生高电平切断控制信号FC。此时，功率开关11的占空比减小，以减少储存在电感L1中的能量。当功率开关11断开时，输入电流Iin流过二极管D1，并且由于L1中存储的能量减少，输入电流Iin也减小，从而减小对电容C1充电的电流。当二极管D1截止时，电容C1放电，并且由于在二极管D1导通期间的充电量减少，输出电压Vout降低。

相反，当输出电压Vout降低时，差分电压Vd降低，误差放大信号Vcon升高。斜坡信号Vramp达到误差放大信号Vcon的时间延长，PWM比较器231在较晚的时间产生高电平切断控制信号FC。功率开关11的占空比增大，以增加储存在电感L1中的能量。当功率开关11断开时，输入电流Iin流过二极管D1，并且由于L1中存储的能量增加，输入电流Iin也增大，从而增大对电容C1充电的电流。当二极管D1截止时，电容C1放电，并且由于在二极管D1导通期间的充电量增多，输出电压Vout升高。

在功率开关11的一次切换中，占空比根据输出电压Vout的升高/降低而进行的变化和输出电压Vout根据占空比的变化而进行的升高/降低按照有规律的间隔进行，从而维持了输出电压Vout。

占空比、输入电压、以及输出电压之间的关系满足公式1：

(公式1)

占空比＝1-(输入电压Vin/输出电压Vout)

当输出电压Vout维持不变时，功率开关11的占空比与输入电压Vin成反比。

图3示出根据公式1，算出输入交流功率AC的交流电压Vac、负载、占空比之间关系的结果。

因为输入电压Vin是整流正弦波，当输入电压Vin为最低电压，即零伏特(0V)时，不管交流电源AC的交流电压多大，占空比计算为100％。

输入电压Vin的峰值取决于所述交流电压。当该交流电压为115Vac时，峰值电压为163V，而当交流电压为230Vac时，峰值电压为325V。因此，输入电压Vin的峰值分别为163V和325V。当连接到功率因数校正电路1输出端的负载为100％和25％时，根据输入电压Vin测量的占空比示于图3的表中。

当交流电压为115Vac时，占空比大于50％，当交流电压为230Vac时，占空比小于50％。当输入电压Vin在相同负载条件下为低时，占空比增大。输入电压信息发生器227采用这一关系产生输入电压信息IVT。

也就是说，随着占空比增大，门信号Vgs为高电平的周期延长，放电开关223的接通状态周期延长。因此，由于电容226放电的周期延长，检示信号CHS的电压范围减小。相反，随着占空比减小，门信号Vgs为低电平的周期延长，充电开关223的接通状态周期延长。因此，由于电容226充电的周期延长，检示信号CHS的电压范围增大。

输入电压信息发生器227估算检示信号CHS的电压范围，并对应于估算的电压范围产生输入电压信息IVT。输入电压信息发生器227参考50％的占空比识别检示信号CHS。当检示信号CHS的电压范围大于50％的占空比时，输入电压信息发生器227产生用于指示低输入电压的输入电压信息IVT；而当检示信号CHS的电压范围小于50％的占空比时，产生用于指示高输入电压的输入电压信息IVT。

图4示出当占空比在53％-79％之间变化时的占空比变化与检示信号CHS。

图5示出当占空比在53％-66％之间变化时的占空比变化与检示信号CHS。如图4和5所示，当占空比大于50％时，检示信号CHS的电压范围接近地电压。当检示信号CHS的范围为地电压时，输入电压信息发生器227产生用于指示低输入电压的输入电压信息IVT。

图6示出当占空比在17％-29％之间变化时的占空比变化与检示信号CHS。如图6所示，当占空比小于50％时，检示信号CHS达到最大检示电压MCV。在本例中，最大检示电压MCV表示在电容226中可以由充电电流源224充电达到的最大电压。当检示信号达到最大检示电压MCV时，输入电压信息发生器227产生用于指示高输入电压的输入电压信息。

图7示出当占空比在17％-58％之间变化时的占空比变化与检示信号CHS。当占空比参考50％变化，且在单位时段T11中，占空比小于50％的时段T2比占空比大于50％的时段T1长时，就产生检示信号CHS达到最大检示电压MCV的时段T3。当存在检示信号CHS达到最大检示电压MCV的时段时，输入电压信息发生器227生成用于指示高输入电压的输入电压信息IVT。

图8示出当占空比在48％-57％之间变化时的占空比变化与检示信号CHS。当占空比参考50％变化，且在单位时段T12中，占空比小于50％的时段T4比占空比大于50％的时段T5短时，检示信号CHS的电压范围接近地电压。由于检示信号CHS的电压范围接近地电压，输入电压信息发生器227生成用于指示低输入电压的输入电压信息IVT。

因此，输入电压信息发生器227估算检示信号CHS的电压范围，以产生输入电压信息IVT。因此，发现输入电压Vin根据占空比而变高或变低。

图9A和图9B示出根据本发明的示范实施例，在常规功率因数校正电路中对应于输入电压、输入电流、斜坡信号、和误差放大信号的相应信号。为了比较常规功率因数校正电路和根据本发明示范实施例的功率因数校正电路，下面将利用与本发明示范实施例相同的术语来描述所述常规功率因数校正电路的相应信号。

如图9A和图9B所示，当输入电压Vin的峰值增大时，输入电流Iin的峰值按照等于输入电压Vin增大的比例的平方的比例减小。即：当输入电压Vin的峰值增大到三倍时，输入电流Iin的峰值减小到1/3，功率开关的接通时间减小到1/3²。功率开关的接通时间由电感电流除以电感电压获得的值确定。即：当输入电压Vin增大到三倍，电感电压也增大到三倍；且当输入电流Iin减小到1/3时，电感电流也减小到1/3。因此，功率开关的接通时间减小到1/3²。当在时段(period)TON1中上升的斜坡信号Vramp1达到误差放大信号Vcon1时，功率开关断开，电感电流IL1停止。当在时段TON2中上升的斜坡信号Vramp2达到误差放大信号Vcon2时，功率开关也断开，电感电流IL2停止。斜坡信号Vramp1、Vramp2的斜率在常规功率因数校正电路中是恒定的。当输入电流Iin的峰值减小时，误差放大信号Vcon的范围从误差放大信号Vcon的范围1减小到误差放大信号Vcon的范围2。在常规功率因数校正电路中，当输入电压Vin高，且负载低时(即：图9B中的时段T21)，误差放大电压Vcon2减小，达到突发阈值电平。此时，功率开关11以突发模式(Burst Mode)工作，其中产生一个切换时段和切换停止时段。在该突发模式，由于所述切换停止时段，输入电流的波形不能维持正弦波。此时，功率因数改善的效果显著恶化。

本发明的功率因数校正电路可以解决上述问题，因为误差放大信号Vcon和斜坡信号Vramp可以通过输入电压信息IVT改变。

图10A和10B示出根据本发明示范实施例的功率因数校正电路中的输入电流、斜坡信号、误差放大信号、以及输入电压的电压范围。

当输入电压Vin的峰值增大时，轻负载误差放大信号Vcon不会减小到小于图10B所示的突发阈值。即：误差放大信号Vcon的幅度(Vcon幅度4)与图9B所示的常规误差放大信号Vcon相比，向上放大。因此，由于该功率因数校正电路不工作在突发模式，输入电流Iin的波形得以维持正弦波。

斜坡信号Vramp4的斜率比斜坡信号Vramp3大。其目的是保持功率开关11的接通时间TON4，且其对应于误差放大信号Vcon增大斜坡信号Vramp4的斜率。

相应地，所述功率因数校正电路需要关于所述输入电压的信息。这是本发明的一个示范实施例，所述功率因数校正电路的输入电压信息IVT可以通过各种方式使用。因为所述功率因数校正电路采用所述占空比估算所述输入电压，其不需要附加的管脚来接收输入电压，从而防止测量输入电压时所发生的功率消耗。

在本发明的示范实施例中描述了占空比信息是采用门信号Vgs生成的，除此之外，也可以采用用于控制占空比的所有信号。具体地，其可以是PWM触发器233的输出信号、切断控制信号、接通控制信号中的一个，用来检测占空比。

尽管以上联系目前看来可行的示范实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所描述的实施例，而是意图覆盖包含在所附权利要求的精神和范围之内的各种变形和等效方案。

Claims (15)

1.一种功率因数校正电路，包括：

电感，用于接收输入电压和提供输出功率；

功率开关，用于控制流向所述电感的输入电流，该功率开关连接到所述电感；以及

功率因数校正控制器，用于接收关于输出功率的输出电压的信息和关于电感电压的信息，根据所述功率开关的占空比估算所述输入电压，并通过利用所述关于输出功率的输出电压的信息、所述关于电感电压的信息以及估算的所述输入电压控制所述功率开关的切换操作，

其中，所述功率因数校正控制器包括：

输入电压估算器，用于产生根据所述占空比的变化增大或减小的检示信号，使得所述检示信号的电压范围根据所述占空比的变化而改变，并基于所述输入电压和所述占空比之间的关系，根据该检示信号的所述电压范围产生用于指示关于输入电压的信息的输入电压信息，其中，在相同负载条件下，当所述输入电压低时，所述占空比增大；

参考电压发生器，用于根据输入电压信息产生至少两个误差参考电压，以产生比输入电压的峰值大预定值的输出电压；以及

斜坡信号发生器，用于产生斜率对应于所述输入电压的斜坡信号。

2.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其中所述输入电压估算器包括：

放电开关，用于根据对应于所述占空比的信号执行切换操作；

充电开关，用于根据对应于所述占空比的信号的反相信号执行切换操作；

电容，用于产生所述检示信号，该电容的第一端连接到所述放电开关和所述充电开关的节点；以及

输入电压信息发生器，用于根据所述检示信号的电压范围产生所述输入电压信息。

3.如权利要求2所述的功率因数校正电路，其中所述对应于占空比的信号控制所述功率开关的切换操作。

4.如权利要求2所述的功率因数校正电路，其中当所述检示信号的电压范围接近地电压时，所述输入电压信息发生器生成一种用于指示所述输入电压低的输入电压信息，且当发生一段时间，在该段时间内所述检示信号达到最大检示电压时，所述输入电压信息发生器生成一种用于指示所述输入电压高的输入电压信息。

5.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其中所述功率因数校正控制器进一步包括：

误差放大器，用于通过放大对应于输出电压的差分电压与至少两个误差参考电压中根据输入电压产生的一个误差参考电压之间的差值来生成误差放大信号；和

脉宽调制控制器，用于根据所述斜坡信号与所述误差放大信号之间的比较结果切断所述功率开关，以及根据关于电感电压的信息判断是否接通所述功率开关。

6.如权利要求5所述的功率因数校正电路，其中所述斜坡信号发生器包括：

至少两个电流源；

电容；以及

连接在所述至少两个电流源和所述电容之间的至少两个开关；

其中所述至少两个开关中的一个在所述功率开关接通时接通；所述至少两个开关中的另一个根据所述输入电压执行切换操作。

7.如权利要求6所述的功率因数校正电路，其中当所述输入电压为高时，所述另一个开关接通。

8.如权利要求5所述的功率因数校正电路，其中所述脉宽调制控制器包括：

接通控制信号发生器，用于生成接通控制信号，以便当对应于关于所述电感电压的信息的辅助电压小于预定的参考电压时接通所述功率开关；

脉宽调制比较器，用于比较所述斜坡信号和所述误差放大信号，并生成切断控制信号，以便根据比较结果切断所述功率开关；

脉宽调制触发器，用于生成门驱动控制信号，以便根据所述接通控制信号和所述切断控制信号控制所述功率开关的切换操作；以及

门驱动器，用于生成门信号，以便根据所述门驱动控制信号切换所述功率开关。

9.如权利要求8所述的功率因数校正电路，其中所述辅助电压是一辅助电感处的电压，该辅助电感与所述电感具有预定匝数比，且耦合到所述电感。

10.如权利要求8所述的功率因数校正电路，其中所述占空比通过采用所述接通控制信号、切断控制信号、门驱动控制信号、以及门信号之一来检测。

11.一种功率因数校正电路的驱动方法，所述功率因数校正电路包括：电感，用于接收输入电压和提供输出功率；和功率开关，连接到所述电感，并控制流向所述电感的输入电流；所述方法包括：

接收关于输出功率的输出电压的信息和关于电感电压的信息；

根据所述功率开关的占空比估算输入电压；以及

通过利用所述关于输出功率的输出电压的信息、所述关于电感电压的信息以及估算的所述输入电压控制所述功率开关的切换操作，

其中，估算所述输入电压包括：

生成根据所述占空比的变化增大或减小的检示信号，使得所述检示信号的电压范围根据所述占空比的变化而改变；

基于所述输入电压和所述占空比之间的关系，根据该检示信号的所述电压范围产生输入电压信息，其中，在相同负载条件下，当所述输入电压低时，所述占空比增大；且

其中，根据输入电压信息产生至少两个误差参考电压，以产生比输入电压的峰值大预定值的输出电压，

其中，生成斜率对应于所述输入电压的斜坡信号。

12.如权利要求11所述的驱动方法，其中生成所述检示信号包括：

当所述功率开关接通时减小所述检示信号；和

当所述功率开关断开时增大所述检示信号。

13.如权利要求12所述的驱动方法，其中估算所述输入电压还包括：

当所述检示信号的电压范围接近地电压时判断所述输入电压低；和

当发生一段时间，在该段时间内所述检示信号达到最大检示电压时，判断所述输入电压高。

14.如权利要求11所述的驱动方法，其中控制所述切换操作包括：

通过放大对应于输出电压的差分电压与至少两个误差参考电压中根据输入电压产生的一个误差参考电压之间的差值来生成误差放大信号；

根据所述斜坡信号与所述误差放大信号之间的比较结果切断所述功率开关；以及

根据关于电感电压的信息判断是否接通所述功率开关。

15.如权利要求14所述的驱动方法，其中判断是否接通所述功率开关包括：

当对应于关于所述电感电压的信息的辅助电压变得小于预定参考电压时，接通所述功率开关。