CN102185469A - 功率转换器的校正电路、校正装置、以及校正方法 - Google Patents

Abstract

功率转换器的校正电路、校正装置、以及校正方法。该校正电路，用于功率转换器，其包括采样电路、去磁时间电路、工作电路以及补偿电路。采样电路根据功率转换器的切换电流来生成平均电流信号。去磁时间电路根据切换信号与输入电压信号来生成放电时间信号。工作电路根据放电时间信号、切换信号的接通时间、以及切换信号的切换周期来生成工作信号。补偿电路接收平均电流信号以及工作信号来生成一校正信号。切换信号用来切换磁性装置以调节功率转换器的输出电压。放电时间信号与磁性装置的去磁时间相关联。输入电压信号与磁性装置的输入电压相关联。校正信号用来生成切换信号。

Description

功率转换器的校正电路、校正装置、以及校正方法

技术领域

本发明涉及一种功率转换器，尤其涉及一种升压功率转换器。

背景技术

图1是表示一已知功率因数校正(power factor correction，PFC)功率转换器，其以升压拓朴(boost topology)来实现。PFC功率转换器包括桥式整流器10、磁性装置15、控制器90、功率开关20、整流器40、电容器50、线电阻器35、电流感测电阻器25以及分压器。控制器90包括线电源端LN、输出端SW、反馈端FB、感测端VN以及接地端GND。桥式整流器10将交流线电压V_AC整流为一输入电压V_IN，磁性装置15例如为电感，其耦接于桥式整流器10的输出端以及整流器40的阳极端之间。功率开关20的第一端耦接整流器40的阳极端。功率开关20的第二端耦接参考接地。线电阻器35用来检测输入电压V_IN，以提供输入电压信号I_AC至控制器90的线电源端LN。电容器50耦接于整流器40的阴极与参考接地之间。控制器90通过其输出端SW生成跨于电容器50的输出电压V_O。由电阻器71与72所形成的分压器与电容器50并联耦接。电阻器71与72的共接点提供一反馈信号V_FB至控制器90的反馈端FB，其中，反馈信号V_FB与输出电压V_O成比例。电流感测电阻器25耦接于功率开关20的第二端以及控制器90的感测端VN。参阅图1，当功率开关20接通时，磁性装置15的切换电流I_L将等于流经功率开关30的充电电流I_W，且通过电流感测电阻器25返回至桥式整流器10(充电路径)。当功率开关20断开时，由于磁性装置15的极性反转，因此切换电流I_L将等于流经整流器40的放电电流I_DS，且亦通过电流感测电阻器25返回至桥式整流器10(放电路径)。电流感测电阻器25用来感测磁性装置15的切换电流I_L。由于电流感测电阻器25耦接于磁性装置15的充电路径上以及放电路径上，因此，电流感测电阻器25所感测的切换电流I_L可计算作为切换电流的平均值。因此，在图1的电路中所使用的技术为已知的“平均电流控制技术”。然而，利用这种技术的PFC功率转换器的缺点在于，电流感测电阻器25具有较大的功率消耗。此外，这些PFC功率转换器也不能如编号7,626,372标题为“Control Circuit for Multi-phase，Multi-channels PFC Converter with Variable Switching Frequency”的美国专利所提出的解决方案，通过并联以达到较高的效能。

发明内容

本发明提供一种校正方法与装置，用以校正操作在连续电流模式(continuous current mode，CCM)与非连续电流模式(discontinuous current mode，DCM)下的升压功率转换器的切换电流采样值。

本发明提供一种校正电路，用于功率转换器。此校正电路包括采样电路、去磁时间电路、工作电路以及补偿电路。采样电路根据功率转换器的切换信号来生成平均电流信号。去磁时间电路根据切换信号与输入电压信号来生成放电时间信号。工作电路根据放电时间信号、切换信号的接通时间以及切换信号的切换周期来生成工作信号。补偿电路接收平均电流信号以及工作信号来生成校正信号。切换信号用来切换磁性装置以调节功率转换器的输出电压。放电时间信号与磁性装置的去磁时间相关联。输入电压信号与磁性装置的输入电压相关联。校正信号用来生成切换信号。

平均电流信号根据在CCM操作下的切换电流而生成。当切换电流操作在DCM，工作信号用来校正平均电流信号以生成校正信号，且校正信号的最大值等于平均电流信号。功率转换器的输出电压耦合至去磁时间电路，以生成放电时间信号。校正电路也还包括周期时间电路，其根据切换信号的切换周期来生成周期信号。周期信号耦合至工作电路以生成该工作信号。工作电路包括有效时间电路，用以根据切换信号的接通时间以及放电时间信号来生成有效信号。

工作电路还包括工作时间电路。此工作时间电路包括电容器、电流源电路以及比较器。电流源电路根据周期信号生成充电电流。充电电流对电容器充电以生成斜坡信号。比较器接收斜坡信号以及有效信号以生成工作信号。功率转换器为升压功率转换器。

本发明也提供一种校正方法，适用于功率转换器，以校正切换电流采样值。此校正方法包括，包括：根据切换信号与输入电压信号生成放电时间信号；根据放电时间信号、切换信号的接通时间以及切换信号的切换周期生成工作信号；以及根据平均电流信号以及工作信号生成校正信号。切换信号用来切换磁性装置以调节功率转换器的输出电压。放电时间信号与磁性装置的去磁时间相关联。输入电压信号与磁性装置的输入电压相关联。平均电流信号根据功率转换器的切换电流而生成。校正信号用来生成切换信号。

平均电流信号根据在CCM操作下的切换电流而生成。当切换电流处于DCM操作下时，工作信号用来校正平均电流信号，平均电流信号是上述切换电流采样值，用以生成校正信号。校正信号的最大值等于平均电流信号。功率转换器的输出电压用来生成该放电时间信号。此校正方法还包括：根据切换信号的切换周期生成周期信号。周期信号用来生成工作信号。功率转换器为升压功率转换器。

本发明还提供一种校正装置，用以校正功率转换器的切换电流采样值。此校正装置包括去磁时间电路、工作电路以及补偿电路。去磁时间电路根据切换信号与输入电压信号来生成放电时间信号。工作电路根据放电时间信号以及切换信号来生成工作信号。补偿电路接收平均电流信号以及工作信号来生成校正信号。切换信号用来切换功率转换器的磁性装置。放电时间信号与磁性装置的去磁时间相关联。输入电压信号通过耦合磁性装置的输入电压的电阻器而生成。平均电流信号根据功率转换器的切换电流而生成。校正信号用来生成该切换信号。

平均电流信号根据在CCM操作下的切换电流而生成。当切换电流处于DCM操作下时，工作信号用来校正平均电流信号以生成校正信号。校正信号的最大值等于平均电流信号。

本发明还提供一种校正装置，用以校正功率转换器的切换电流采样值。此校正装置包括检测电路、工作电路以及补偿电路。检测电路耦接功率转换器的磁性装置的辅助线圈，以生成放电时间信号。工作电路根据放电时间信号以及切换信号来生成工作信号。补偿电路接收平均电流信号以及工作信号来生成校正信号。切换信号用来切换磁性装置。放电时间信号与磁性装置的去磁时间相关联。平均电流信号根据功率转换器的切换电流而生成。校正信号用来生成切换信号。

平均电流信号根据在CCM操作下的切换电流而生成。当切换电流处于DCM操作下时，工作信号用来校正平均电流信号以生成校正信号。校正信号的最大值等于平均电流信号。功率转换器为升压功率转换器。

本发明的一目的在于校正在DCM操作下功率转换器的切换电流采样值。

本发明的另一目的在于通过并联多个PFC转换器以及精确的平均电流控制来达到高效能。

附图说明

图1表示已知功率因数校正(PFC)功率转换器；

图2是表示根据本发明一实施例的功率因数校正(PFC)功率转换器；

图3表示在CCM操作下切换信号、切换电流、充电电流以及放电电流的波形；

图4表示在DCM操作下切换信号、切换电流、充电电流以及放电电流的波形；

图5表示在图2中PFC功率转换器的控制器；

图6表示电流感测信号的波形以及电流感测信号与平均电流信号间的关系；

图7表示在图5中控制器的工作周期电路；

图8表示锯齿信号、脉冲信号、采样信号以及清除信号的波形；

图9表示根据本发明实施例的工作周期电路的周期时间电路；

图10表示根据本发明实施例的工作周期电路的去磁时间电路；

图11表示根据本发明实施例的去磁时间电路的电流生成器；

图12表示根据本发明实施例的工作周期电路的有效时间电路；

图13表示根据本发明实施例的工作周期电路的工作时间电路；

图14表示根据本发明实施例的控制器的补偿电路；

图15表示根据本发明另一实施例的PFC功率转换器；

图16表示在图15中PFC功率转换器的控制器；以及

图17表示在图16中控制器的工作周期电路；

【主要组件符号说明】

图1：

10～桥式整流器；       15～磁性装置；

20～功率开关；         25～电流感测电阻器；

35～线电阻器；         40～整流器；

50～电容器；           71、72～电阻器；

90～控制器；           FB～反馈端；

GND～接地端；          I_AC～输入电压信号；

I_DS～放电电流；        I_L～切换电流；

I_W～充电电流；         LN～线电源端；

S_W～切换信号；         SW～输出端；

V_AC～交流线电压；      V_FB～反馈信号；

V_IN～输入电压；        V_O～输出电压；

VN～感测端；

图2：

10～桥式整流器；       15～磁性装置；

20～功率开关；         30～电流感测电阻器；

35～线电阻器；         40～整流器；

50～电容器；           71、72～电阻器；

100～控制器；          FB～反馈端；

GND～接地端；          I_AC～输入电压信号；

I_DS～放电电流；        I_L～切换电流；

I_W～充电电流；         LN～线电源端；

S_W～切换信号；         SW～输出端；

V_AC～交流线电压；      V_FB～反馈信号；

V_IN～输入电压；        V_O～输出电压；

VI～感测端；

图3及图4：

I_DS～放电电流；        I_L～切换电流；

I_W～充电电流；         S_W～切换信号；

T～切换周期；          T_DS～放电时间；

T_OFF～截止时间；       T_ON～接通时间；

图5：

100～控制器；

110～参考信号生成电路；

120～脉冲宽度调制(PWM)电路；

125～误差放大器；         127～电阻器；

128、129～电容器；        200～采样电路；

300～作周期电路；         700～补偿电路；

COMI～补偿信号；          DUTY～工作信号；

FB～反馈端；              I_AC～输入电压信号；

LN～线电源端；            PLS～脉冲信号；

S_W～切换信号；            SAW～锯齿信号；

SW～输出端；              V_CS～平均电流信号；

V_FB～反馈信号；           V_I～电流感测信号；

V_M～参考信号；            V_X～校正信号；

VI～感测端；

图6；

V_CS～平均电流信号；

V_I～电流感测信号；

V_IA～在CCM操作下电流感测信号V_I在每一切换周期开始时的初始值；

V_IB～电流感测信号V_I的峰值；

图7：

300～作周期电路；        310～振荡器；

320～周期时间电路；      400～去磁时间电路；

500～有效时间电路；      600～工作时间电路；

DUTY～作信号；           I_AC～输入电压信号；

PLS～脉冲信号；          S₁～采样信号；

S₂～清除信号；           S_D～放电时间信号；

S_W～切换信号；           SAW～锯齿信号；

V_B～信号；               V_FB～反馈信号；

V_ONDS～有效信号；        V_T～周期信号；

图8：

PLS～脉冲信号；          SAW～锯齿信号；

S₁～采样信号；           S₂～清除信号；

图9：

320～周期时间电路；        321～电流源；

322～开关；                325～电容器；

327～开关；                329～电容器；

I₃₂₁～电流；               S₁～采样信号；

S₂～清除信号；             V₃₂₅～电压；

V_CC～供电电压；            V_T～周期时间信号；

图10：

400～去磁时间电路；        410、415～开关；

420～电容器；              425～比较器；

430～反相器；              435～与门；

450～电流生成器；          I₁～第一电流；

I₂～第二电流；             I₃～第三电流；

I_AC～输入电压信号；        V₄₂₀～电压；

V_R2～参考电压；            S_D～放电时间信号；

S_W～切换信号；             V_B～信号；

V_CC～供电电压；

图11：

450～电流生成器；          451～运算放大器；

452～晶体管；              453～电阻器；

456...459、471、472、475...477～晶体管；

I₁～第一电流；             I₂～第二电流；

I₃～第三电流；             I_AC～输入电压信号；

V_B～信号；                 V_CC～供电电压；

图12：

500～有效时间电路；        510～触发器；

511～反相器；              520～与门；

521、522～反相器；         525～或非门；

530～触发器；              540～电流源；

541、542～开关；           545～电容器；

560～开关；                570～电容器；

S₁～采样信号；            S₂～清除信号；

S_D～放电时间信号；        S_ONDS～时间控制信号

S_W～切换信号；            V_CC～供电电压；

V_ONDS～有效信号；

图13：

600～工作时间电路；       611～运算放大器；

612、617、618～晶体管；   615～电阻器；

620～电容器；             625～开关；

635～比较器；             DUTY～工作信号；

I₆₁₈～充电电流            S₂～清除信号；

V₆₂₀～电压                V_CC～供电电压；

V_ONDS～有效信号；         V_T～周期时间信号；

图14：

700～补偿电路；           711～运算放大器；

712～晶体管；             715～电阻器；

719、720～晶体管；        731、732、735～开关；

750、760～电容器；        790～缓冲放大器；

DUTY～工作信号；          I₇₂₀～充电电流；

S₁～采样信号；            S₂～清除信号；

V_CC～供电电压；           V_CS～平均电流信号；

V_X～校正信号；

图15：

10～桥式整流器；          16～电感器；

20～功率开关；            30～电流感测电阻器；

36～线电阻器；            40～整流器；

50～电容器；              71、72～电阻器；

150～控制器；             FB～反馈端；

GND～接地端；             I_DS～放电电流；

I_L～切换电流；            I_W～充电电流；

LN～线电源端；            S_W～切换信号；

SW～输出端；              V_AC～交流线电压；

V_AU～辅助电压；       V_FB～反馈信号；

V_IN～输入电压；       V_O～输出电压；

VI～感测端；

图16：

150～控制器；

115～参考信号生成电路；

120～脉冲宽度调制(PWM)电路；

125～误差放大器；     127～电阻器；

128、129～电容器；    200～采样电路；

350～工作周期电路；   700～补偿电路；

COMI～补偿信号；      DUTY～作信号；

FB～反馈端；          LN～线电源端；

PLS～脉冲信号；       S_W～切换信号；

SAW～锯齿信号；       SW～输出端；

V_AU～辅助电压；       V_CS～平均电流信号；

V_FB～反馈信号；       V_I～电流感测信号；

V_M～参考信号；        V_X～校正信号；

VI～感测端；

图17：

310～振荡器；         320～周期时间电路；

350～工作周期电路；   361～触发器；

362～反相器；         363～比较器

500～有效时间电路；   600～工作时间电路；

DUTY～作信号；        PLS～脉冲信号；

S₁～采样信号；        S₂～清除信号；

S_D～放电时间信号；    S_W～切换信号；

SAW～锯齿信号；       V_AU～辅助电压；

V_CC～供电电压；       V_ONDS～有效信号；

V_T～周期信号；        V_TH～临界电压。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图2是表示根据本发明一实施例的功率因数校正(power factor correction，PFC)功率转换器。在此实施例中，PFC功率转换器以一升压功率转换器来实施。PFC功率转换器包括桥式整流器10、磁性装置15、控制器100、功率开关20、整流器40、电容器50、线电阻器35、电流感测电阻器30、以及分压器。控制器100包括线电源端LN、输出端SW、反馈端FB、感测端VI、以及接地端GND。桥式整流器10将交流线电压V_AC整流为一输入电压V_IN。磁性装置15，例如为电感，其耦接于桥式整流器10的输出端以及整流器40的阳极端之间。功率开关20的第一端耦接整流器40的阳极端。功率开关20的第二端通过电流感测电阻器30耦接参考接地。线电阻器35用来检测输入电压V_IN，以提供输入电压信号I_AC至控制器100的线电源端LN。输入电压信号I_AC与输入电压V_IN相关联。电容器50耦接于整流器的阴极端以及参考接地之间。控制器100通过其输出端SW生成一切换信号S_W，以控制功率开关20。切换信号S_W用来切换磁性装置，以调节PFC功率转换器的输出电压V_O。并于电容器50上获得输出电压V_O。由电阻器71与72所形成的分压器与电容器50并联耦接。电阻器71与72的共接点提供一反馈信号V_FB至控制器100的反馈端FB，其中，反馈信号V_FB与输出电压V_O成比例。电流感测电阻器30耦接于功率开关20的第二端与参考接地之间。不同于图1，电流感测电阻器30耦接于充电路径来对流经功率开关20的充电电流I_W进行采样，以生成电流感测信号V_I。充电电流I_W用来对磁性装置15充电，因此，其也是磁性装置15的充电电流。由于电流感测电阻器30只耦接磁性装置15的充电路径，因此，在连续电流模式(continuous current mode，CCM)操作下，切换电流采样较为精确，但是在非连续电流模式(discontinuous current mode，DCM)操作下则不精确。因此，在DCM操作下需要执行误差校正。

图3是表示在CCM操作下切换信号S_W、切换电流I_L、充电电流I_W以及放电电流I_DS的波形。图4是表示在DCM操作下切换信号S_W、切换电流I_L、充电电流I_W以及放电电流I_DS的波形。在切换信号S_W的接通时间T_ON期间功率开关20接通。充电电流I_W只在切换信号S_W的接通时间T_ON期间内有效。切换电流I_L是流经磁性装置15的电流，其包括当功率开关20接通时的充电电流I_W以及当功率开关20关闭时的放电电流I_DS。放电电流I_DS在磁性装置15的去磁时间(放电时间T_DS)期间内有效，其中，去磁时间(放电时间T_DS)等于在CCM操作下切换信号S_W的截止时间T_OFF。T是表示切换信号S_W的切换周期。如图3所示，在CCM操作下，在切换电流I_L放电至零之前，切换信号S_W被使能。在此情况下，切换电流I_L在切换周期内是连续的(未放电至零)，因此，切换电流I_L的平均值可通过电流感测电阻器30来采样。如图4所示，在DCM操作下，在切换电流I_L放电至零之后，切换信号S_W才被使能。在此情况下，切换电流I_L在切换周期内是非连续的(已放电至零)。切换电流I_L的工作周期D.C.可由以下式子来表示：

$D.C.=\frac{(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{T}---\left(1\right)$

其中，切换电流I_L的工作周期D.C.在CCM操作下等于1，而在DCM操作下小于1。

参阅图3、图4、以及式子(1)，在DCM操作下与在CCM操作下的放电时间T_DS不同，且耦接磁性装置15的充电路径上电流感测电阻器30无法采样放电电流I_DS而得知放电时间T_DS。因此，切换电流I_L的工作周期D.C.信息将不完整，使得无法计算切换电流I_L的平均值且无法获得在DCM操作下的切换电流采样误差，这成为本发明所要解决的主要议题。

图5是表示根据本发明实施例的控制器100。控制器100包括参考信号生成电路110、工作周期(duty-cycle)电路300、采样电路200、补偿电路700、脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)电路120、误差放大器125、以及低通滤波器。参考信号生成电路110耦接线电源端LN以及反馈端FB，以分别接收输入电压信号I_AC以及反馈信号V_FB。工作周期电路300接收输入电压信号I_AC、反馈信号V_FB以及切换信号S_W，以生成工作信号DUTY。工作周期电路300更提供脉冲信号PLS以及锯齿信号SAW。脉冲信号PLS用来使能切换信号S_W且提供停滞时间(dead time)给切换信号S_W。换句话说，在脉冲信号PLS的使能期间，切换信号S_W被禁用。根据电流感测信号V_I，采样电路200生成平均电流信号V_CS，其也是一切换电流采样值。根据工作信号DUTY，补偿电路700对平均电流信号V_CS进行校正，以当充电电流I_W操作在DCM操作下时生成一校正信号V_X。校正信号V_X的最大值等于平均电流信号V_CS。校正信号V_X可由以下式子来表示：

$V_X=V_{\mathrm{CS}}\×\mathrm{DUTY}=V_{\mathrm{CS}}\×\frac{(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{T}---\left(2\right)$

误差放大器125的正端接收参考信号V_M。误差放大器125的负端接收校正信号V_X。电阻器127与电容器128及129形成一低通滤波器，作为PFC功率转换器的频率补偿。电阻器127与电容器128串联于误差放大器125的输出端与参考接地之间。电容器129耦接于误差放大器125的输出端与与参考接地之间。根据参考信号V_M以及校正信号V_X，误差放大器125的输出端生成补偿信号COMI。PWM电路120根据脉冲信号PLS以及补偿信号COMI生成切换信号S_W。参考信号V_M的波形跟随着输入电压信号I_AC的波形变化，在本发明的一实施例中，其波形为正向正弦曲线。

图6是表示在CCM操作下电流感测信号V_I的波形以及电流感测信号V_I与平均电流信号V_CS间的关系。电流感测信号V_I根据功率开关20的充电电流I_W而于电流感测电阻器30上生成。

$V_{\mathrm{CS}}=\frac{V_{\mathrm{IA}}+V_{\mathrm{IB}}}{2}---\left(3\right)$

其中，V_IA是表示在CCM操作下电流感测信号V_I在每一切换周期开始时的初始值，V_IB是表示电流感测信号V_I的峰值，且V_CS是表示平均电流信号。

图7是表示根据本发明实施例的控制器100的工作周期电路300。工作周期电路300包括振荡器310、周期时间电路320、去磁时间电路400、以及工作电路。振荡器310生成脉冲信号PLS、锯齿信号SAW、采样信号S₁以及清除信号S₂。周期时间电路320根据采样信号S₁与清除信号S₂来生成周期信号V_T。去磁时间电路400接收切换信号S_W、输入电压信号I_AC以及信号V_B，以生成放电时间信号S_D。放电时间信号S_D与磁性装置15的放电时间T_DS相关联。信号V_B与反馈信号V_FB成比例或仅为一参考信号。工作电路包括有效时间(available-time)电路500以及工作时间(duty-time)电路600。工作电路根据放电时间信号S_D、切换信号S_W的接通时间T_ON以及切换信号S_W的切换周期T来生成工作信号DUTY。有效时间电路500根据放电时间信号S_D以及切换信号S_W的接通时间T_ON来生成有效信号V_ONDS。有效信号V_ONDS的振幅与切换信号S_W的接通时间T_ON加上放电时间T_DS而获得的总和期间T_ONDS相关联。工作时间电路600根据周期信号V_T以及有效信号V_ONDS来生成工作信号DUTY。

图8是表示锯齿信号SAW、脉冲信号PLS、采样信号S₁以及清除信号S₂的波形。

图9是表示根据本发明实施例的周期时间电路320。周期时间电路320包括开关322与327、电容器325与329以及电流源321。电流源321可简单地以电压-电流转换器来实施，此电压-电流转换器具有接收供电电压V_CC的输入端以及生成电流I₃₂₁的输出端。电容器325耦接于电流源321与参考接地之间。开关322与电容器325并联。开关322的控制端接收清除信号S₂。开关327与电容器329串联于电流源321与参考接地之间。开关327的控制端接收采样信号S₁。周期信号V_T由电容器329上而获得。一旦清除信号S₂被禁用，电流源321将开始对电容器325充电。当采样信号S₁被使能，跨于电容器325的电压V₃₂₅将传导至电容器329，以生成周期时间信号V_T。周期时间电路320根据采样信号S₁与清除信号S₂来生成周期信号V_T。由于自清除信号S₂的上升沿起至采样信号S₁的下降沿为止的期间几乎等于切换信号S_W的切换周期T，周期信号V_T的振幅将与换信号S_W的切换周期相关联。

图10是表示根据本发明实施例的去磁时间电路400。去磁时间电路400的详细操作原理可在编号7,471,523标题为“Method and Apparatus for Detecting Demagnetizing Time of Magnetic Device”的美国专利中获得。去磁时间电路400包括电流生成器450、开关410与415、电容器420、反相器430、比较器425以及与门435。电流生成器450根据信号V_B与输入电压信号I_AC来生成第一电流I₁、第二电流I₂、以及第三电流I₃。信号V_B与反馈信号V_FB相关联，其又与输出电压V_O相关联。信号V_B也可以仅是一参考信号。输入电压信号I_AC与输入电压V_IN相关联。开关410的第一端接收第一电流I₁。开关410的第二端耦接开关415的第一端。开关415的第二端耦接参考接地。电容器420耦接开关410与415间的共接点。电压V₄₂₀于电容器420上而生成。比较器425的正端接收电压V₄₂₀。比较器425的负端接收参考电压V_R2。切换信号S_W被提供至开关410的控制端以及反相器430的输入端。反相器430的输出端以及比较器425的输出端分别耦接与门435的两输入端。与门425的输出端生成放电时间信号S_D，其被提供至开关415的控制端。一旦切换信号S_W被使能，第一电流I₁开始对电容器420充电。当电压V₄₂₀大于参考电压V_R2且切换信号S_W正被禁用时，放电时间信号S_D将被使能。被使能的放电时间信号S_D将接通开关415。第三电流I₃被耦合至第二电流I₂，以使电容器420放电。一旦电压V₄₂₀低于参考电压V_R2，放电时间信号S_D将再次被禁用。由于信号V_B与PFC功率转换器的输出电压V_O相关联，去磁时间电路400因此根据PFC功率转换器的输出电压V_O生成放电时间信号S_D。放电时间信号S_D与放电时间T_DS相关联。磁性装置15的放电时间T_DS可由以下式子来表示：

$T_{\mathrm{DS}}=T_{\mathrm{ON}}\×k\×\frac{V_{\mathrm{IN}}}{(V_O-V_{\mathrm{IN}})}---\left(4\right)$

其中，k为常数。

图11是表示根据本发明实施例的电流生成器450。电流生成器450基本上包括电压-电流转换器以及多个电流镜，以根据输入电压信号I_AC来生成第一电流I₁及第三电流I₃且根据信号V_B来生成第二电流I₂。电压-电流转换器包括运算放大器451、晶体管452以及电阻器453。晶体管456-459、471-472、以及475-477形成这些电流镜。电压-电流转换器与电流镜的操作为本领域技术人员所熟知，因此在此省略说明。

图12是表示根据本发明实施例的有效时间电路500。有效时间电路500。包括时间控制电路以及采样保持电路。时间控制电路包括触发器510与530、反相器511与521-522、与门520、以及或非门525。采样保持电路包括电流源540、开关541-542与560、以及电容器545与570。触发器510与530的输入端D接收供电电压V_CC。触发器510的时钟输入端ck接收放电时间信号S_D。触发器530的时钟输入端ck接收切换信号S_W。触发器510由清除信号S₂通过反相器511来重置。触发器510的输出端Q耦接与门520的第一输入端。与门520的第二输入端通过反相器521接收切换信号S_W。与门520的第三输入端通过反相器522接收放电时间信号S_D。与门520的输出与清除信号S₂提供至或非门525的两输入端以重置触发器530。触发器530的输出端Q生成时间控制信号S_ONDS。开关541耦接于电流源540与电容器545之间。开关542与电容器545并联。开关560与电容器570串联于开关541与电容器545间的共接点与参考接地之间。开关542由清除信号S₂所控制。开关560由采样信号S₁所控制。有效信号V_ONDS于电容器570上而生成。时间控制信号S_ONDS的使能期间与放电时间信号S_D与切换信号S_W的使能期间相关联。有效信号V_ONDS的振幅与时间控制信号S_ONDS的使能期间相关联。因此，有效信号V_ONDS的振幅与切换信号S_W的接通时间T_ON加上放电时间T_DS而获得的总和期间T_ONDS相关联。

图13是表示根据本发明实施例的工作时间电路600。工作时间电路600包括电流源电路、电容器620、开关625以及比较器635。电流源电路包括运算放大器611、晶体管612、617与618以及电阻器615。电流源电路的操作基本上可由电压-电流转换器以及电流镜来达成，此为此技术领域中具有通常知识者所熟知，因此在此省略说明。电流源电路根据周期信号V_T生成充电电流I₆₁₈，周期信号V_T输入至前述电压-电流转换器。电容器620耦接电流源电路的输出端，以接收充电电流I₆₁₈。开关625与电容器620并联且由清除信号S₂所控制。电压V₆₂₀于电容器620上而生成。电压V₆₂₀被提供至比较器635的负端。比较器635的正端接收有效信号V_ONDS。比较器635通过比较电压V₆₂₀与有效信号V_ONDS来生成工作信号DUTY。

图14是表示根据本发明实施例的补偿电路700。补偿电路700包括电压-电流转换器、缓冲放大器790、电流镜、开关731、732与735以及电容器750与760。电压-电流转换器由运算放大器711、晶体管712以及电阻器715所组成。电流镜由晶体管719与720所组成。如同图13的电流源电路，图14的电压-电流转换器与电流镜用以根据输入至图14中电压-电流转换器的平均电流信号V_CS来生成充电电流I₇₂₀。缓冲放大器790的负端耦接其本身的输出端。缓冲放大器790的正端接收平均电流信号V_CS。开关731与732串联于电流镜的输出端与参考接地之间。缓冲放大器790的输出端耦接开关731与732的共接点。开关732与电容器750并联。开关735与与电容器760串联耦接于开关731与732的共接点与参考接地之间。校正信号V_X于电容器760上而生成。开关731受控于工作信号DUTY。开关735受控于采样信号S₁。开关732受控于清除信号S₂。缓冲放大器790具有开漏极输出(open-drain output)，以将校正信号V_X的最大振幅限制为与平均电流信号V_CS相同。

根据本发明实施例的补偿电路700，校正信号V_X将等于平均电流信号V_CS。在DCM操作下，校正信号V_X将根据工作信号DUTY的使能期间而生成，以校正切换电流采样值的误差。

本发明的理论可由式子(2)-(13)来获得。参阅图2，

$V_{\mathrm{FB}}=V_O\×\frac{R_{72}}{R_{71}+R_{72}}$

其中，R₇₁及R₇₂分别表示电阻器71及72的电阻值。

参阅图11，

$I_2=\left\{\right[V_O\×\frac{R_{72}}{R_{71}+R_{72}}]\÷R_{453}\}\×k_1$

其中，k₁是表示由晶体管456与457所组成的电流镜的比例，R₄₅₃则表示电阻器453的电阻值。

I₁＝I_AC×k₂

其中，k₂表示由晶体管475与476所组成的电流镜的比例。

I₃＝I_AC×k₃

其中，k₃表示由晶体管475与477所组成的电流镜的比例。

参阅图2，

$I_{\mathrm{AC}}=\frac{V_{\mathrm{IN}}}{R_{35}}$

其中，R₃₅是表示电阻器35的电阻值。

参阅图10，

$V_{R2}=\frac{I_1\×T_{\mathrm{ON}}}{C_{420}}=\frac{(I_2-I_3)\×T_{\mathrm{DS}}}{C_{420}}---\left(5\right)$

其中，C₄₂₀是表示电容器420的电容值。

因此，可获得：

I₁×T_ON＝(I₂-I₃)×T_DS

根据上述式子，可表示为：

$(\frac{V_{\mathrm{IN}}}{R_{35}}\×k_2)\×T_{\mathrm{ON}}=[(\frac{V_O}{R_{453}}\×\frac{R_{72}}{R_{71}+R_{72}})\×k_1]-(\frac{V_{\mathrm{IN}}}{R_{35}}\×k_3)\×T_{\mathrm{DS}}$

设定

接着，其可表示为：

V_IN×T_ON＝(V_O-V_IN)×T_DS，且接着

$T_{\mathrm{DS}}=\frac{V_{\mathrm{IN}}}{(V_O-V_{\mathrm{IN}})}\×T_{\mathrm{ON}}---\left(6\right)$

参阅图12，

T_ONDS＝T_ON+T_DS

其中，T_ONDS是表示T_ON与T_DS的总和。于是，

$V_{\mathrm{ONDS}}=\frac{I_{540}\×T_{\mathrm{ONDS}}}{C_{545}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×T_{\mathrm{ONDS}}}{R_{540}\×c_{545}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{R_{540}\×C_{545}}---\left(7\right)$

参阅图9，

$V_T=\frac{I_{321}\×T}{C_{325}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×T}{R_{321}\×C_{325}}---\left(8\right)$

参阅图13。

$V_{\mathrm{ONDS}}=\frac{I_{618}\×T_{\mathrm{DUTY}}}{C_{620}}=\frac{V_T\×k_4\×T_{\mathrm{DUTY}}}{R_{615}\×C_{620}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×T}{R_{321}\×C_{325}}\×\frac{k_4\×t_{\mathrm{DUTY}}}{R_{615}\×C_{620}}---\left(9\right)$

其中，T_DUTY是表示工作信号DUTY的周期，k₄是表示由晶体管617与618所组成的电流镜的比例，R₆₁₅是表示电阻器615的电阻值，C₆₂₀是表示电容器620的电容值，以及电流I₃₂₁由V_REF/R₃₂₁来表示。

根据式子(6)及(8)，

$V_{\mathrm{ONDS}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{R_{540}\×C_{545}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}\×T}{R_{321}\×C_{325}}\×\frac{K_4\×T_{\mathrm{DUTY}}}{R_{615}\×C_{620}}---\left(10\right)$

在式子(9)方面设定

生成以下式子：

$T_{\mathrm{DUTY}}=\frac{(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{K_4\×T}\×(R_{615}\×C_{620})---\left(11\right)$

参阅图14，

$V_X=\frac{I_{720}\×T_{\mathrm{DUTY}}}{C_{750}}=\frac{V_{\mathrm{CS}}\×T_{\mathrm{DUTY}}}{R_{715}\×C_{750}}---\left(12\right)$

将式子(11)的T_DUTY带入式子(12)，生成以下式子：

$V_X=\frac{I_{720}\×T_{\mathrm{DUTY}}}{C_{750}}=\frac{V_{\mathrm{CS}}}{R_{715}\×C_{750}}\×\frac{(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{k_4\×T}\×(R_{615}\×C_{620})---\left(13\right)$

设定 $\frac{R_{615}\×C_{620}}{k_4\×R_{715}\×C_{750}}=1$

$V_X=V_{\mathrm{CS}}\×\frac{(T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{DS}})}{T}---\left(14\right)$

如式子(14)所示，通过与切换信号S_W的接通时间T_ON、放电时间T_DS以及切换信号S_W的切换周期T相关的校正信号V_X，使得全工作周期(full duty cycle)信息完整。由于上述参数的完整信息，在CCM操作与DCM操作下都可获得切换电流I_L的平均值。无法通过电流感测电阻器30来采样放电电流I_DS以获得放电时间T_DS的问题可因此解决。

图15是表示根据本发明另一实施例的PFC功率转换器。不同于图2的实施例，具有辅助线圈的电感器16用来检测其去磁时间(放电时间T_DS)。检测放电时间T_DS的详细操作可在编号7,116,090标题为“Switching Control Circuit for Discontinuous Mode PFC Converters”的美国专利中获得。控制器150通过线电阻器36接收辅助电压V_AU，其由电感器16的辅助线圈耦合至控制器150。

图16是表示根据本发明实施例的控制器150。不同于图5的实施例，参考信号生成电路115(功能等效于图5的参考信号生成器110)只接收反馈信号V_FB以生成参考信号V_M。另一不同点在于，工作周期电路350(功能等效于图5的工作周期电路300)接收反馈信号V_FB、辅助电压V_AU、以及切换信号S_W，以生成工作信号DUTY。

图17是表示控制器150的工作周期电路350。不同于图7的实施例，图7的去磁时间电路400被一检测电路所取代。此检测电路包括比较器363、反相器362、以及触发器361。比较器363的正端接收辅助电压V_AU。比较器363的负端接收临界电压V_TH。触发器361的输入端D接收供应电压V_CC。触发器361的时钟输入端ck由切换信号S_W通过反相器362来驱动。触发器361的输出端Q生成放电时间信号S_D。当辅助电压V_AU低于临界电压V_TH时，放电时间信号S_D被禁用。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (18)

1.一种校正电路，用于功率转换器，包括：

采样电路，根据所述功率转换器的切换信号来生成平均电流信号；

去磁时间电路，根据切换信号与输入电压信号来生成放电时间信号；

工作电路，根据所述放电时间信号、所述切换信号的接通时间以及所述切换信号的切换周期来生成工作信号；以及

补偿电路，接收所述平均电流信号以及所述工作信号来生成校正信号；

其中，所述切换信号用来切换磁性装置以调节所述功率转换器的输出电压，所述放电时间信号与所述磁性装置的去磁时间相关联，所述输入电压信号与所述磁性装置的输入电压相关联，且所述校正信号用来生成所述切换信号。

2.如权利要求1所述的校正电路，其中，所述平均电流信号根据在连续电流模式操作下的所述切换电流而生成。

3.如权利要求1所述的校正电路，其中，当所述切换电流为非连续电流模式操作，所述工作信号用来校正所述平均电流信号以生成所述校正信号，且所述校正信号的最大值等于所述平均电流信号。

4.如权利要求1所述的校正电路，其中，所述功率转换器的所述输出电压耦合至所述去磁时间电路，以生成所述放电时间信号。

5.如权利要求1所述的校正电路，还包括周期时间电路，根据所述切换信号的所述切换周期来生成周期信号，其中，所述周期信号耦合至所述工作电路以生成所述工作信号。

6.如权利要求1所述的校正电路，其中，所述工作电路包括有效时间电路，用以根据所述切换信号的所述接通时间以及所述放电时间信号来生成有效信号。

7.如权利要求6所述的校正电路，其中，所述工作电路还包括工作时间电路，包括：

电容器；

电流源电路，根据所述周期信号生成充电电流，其中，所述充电电流对所述电容器充电以生成斜坡信号；以及

比较器，接收所述斜坡信号以及所述有效信号以生成所述工作信号。

8.如权利要求1所述的校正电路，其中，所述功率转换器为升压功率转换器。

9.一种校正方法，适用于功率转换器，以校正切换电流采样值，包括：

根据切换信号与输入电压信号生成放电时间信号；

根据所述放电时间信号、所述切换信号的接通时间以及所述切换信号的切换周期生成工作信号；以及

根据平均电流信号以及所述工作信号生成校正信号；

其中，所述切换信号用来切换磁性装置以调节所述功率转换器的输出电压，所述放电时间信号与所述磁性装置的去磁时间相关联，所述输入电压信号与所述磁性装置的输入电压相关联，所述平均电流信号根据所述功率转换器的切换电流而生成，且所述校正信号用来生成所述切换信号。

10.如权利要求9所述的校正方法，其中，所述平均电流信号根据在连续电流模式操作下的所述切换电流而生成，当所述切换电流处于非连续电流模式操作下时，所述工作信号用来校正所述平均电流信号，所述平均电流信号是所述切换电流采样值用以生成所述校正信号，且所述校正信号的最大值等于所述平均电流信号。

11.如权利要求9所述的校正方法，其中，所述功率转换器的所述输出电压用来生成所述放电时间信号。

12.如权利要求9所述的校正方法，还包括：

根据所述切换信号的所述切换周期生成周期信号，其中，所述周期信号用来生成所述工作信号。

13.如权利要求9所述的校正方法，其中，所述功率转换器为升压功率转换器。

14.一种校正装置，用以校正功率转换器的切换电流采样值，包括：

去磁时间电路，根据切换信号与输入电压信号来生成放电时间信号；

工作电路，根据所述放电时间信号以及所述切换信号来生成工作信号；以及

补偿电路，接收平均电流信号以及所述工作信号来生成校正信号；

其中，所述切换信号用来切换所述功率转换器的磁性装置，所述放电时间信号与所述磁性装置的去磁时间相关联，所述输入电压信号通过耦合所述磁性装置的输入电压的电阻器而生成，所述平均电流信号根据所述功率转换器的切换电流而生成，且所述校正信号用来生成所述切换信号。

15.如权利要求14所述的校正装置，其中，所述平均电流信号根据在连续电流模式操作下的所述切换电流而生成，当所述切换电流处于非连续电流模式操作下时，所述工作信号用来校正所述平均电流信号以生成所述校正信号，且所述校正信号的最大值等于所述平均电流信号。

16.一种校正装置，用以校正功率转换器的切换电流采样值，包括：

检测电路，耦接所述功率转换器的磁性装置的辅助线圈，以生成放电时间信号；

工作电路，根据所述放电时间信号以及切换信号来生成工作信号；以及

补偿电路，接收平均电流信号以及所述工作信号来生成校正信号；

其中，所述切换信号用来切换所述磁性装置，所述放电时间信号与所述磁性装置的去磁时间相关联，所述平均电流信号根据所述功率转换器的切换电流而生成，且所述校正信号用来生成所述切换信号。

17.如权利要求16所述的校正装置，其中，所述平均电流信号根据在连续电流模式操作下的所述切换电流而生成，当所述切换电流处于非连续电流模式操作下时，所述工作信号用来校正所述平均电流信号以生成所述校正信号，且所述校正信号的最大值等于所述平均电流信号。

18.如权利要求16所述的校正装置，其中，所述功率转换器为升压功率转换器。

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