CN102624212A - 控制装置、控制方法和电源装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种控制装置，包括控制单元，所述控制单元被配置为当从整流器电路输出的电压电平低于阈值电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止功率因数校正电路的操作的停止信号输出到控制电路，其中所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电，并且所述控制电路用于控制功率因数校正电路的操作。

Description

控制装置、控制方法和电源装置
技术领域
本公开涉及控制装置、控制方法和电源装置。
背景技术
已经提出了具有PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路的电源装置(例如，参见JP 2010-261862A)。
PFC电路之中的升压型(boost-type)PFC电路包括电感器、二极管和切换元件，其可以设置高于输入电压的输出电压。
发明内容
在具有PFC电路的这种电源装置中，优选的是，PFC电路恒定地操作以稳定地提供输出电压。
然而，当PFC电路恒定地操作时，例如存在这样的可能性：一旦出现交流电源的瞬间中断，则可能出现PFC电路中的切换元件的恶化或损坏。
鉴于前述情况，期望提供新的且改进的控制装置、控制方法和电源装置，其可以稳定地提供输出电压，并且可以避免元件的恶化或损坏的可能性。
根据本公开的实施例，提供了一种控制装置，包括控制单元，所述控制单元被配置为当从整流器电路输出的电压电平低于阈值电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止功率因数校正电路的操作的停止信号输出到控制电路，其中所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电，并且所述控制电路用于控制功率因数校正电路的操作。
所述控制单元可以包括比较单元，将从所述整流器电路输出的电压电平与阈值电压的电平进行比较；时间测量单元，基于由所述比较单元执行的比较结果，测量从所述整流器电路输出的电压电平低于所述阈值电压的电平的第一时间；以及输出单元，基于由所述时间测量单元执行的时间测量的结果，当所述第一时间已经达到所述阈值时间时，将停止信号输出到所述控制电路。
所述阈值电压的电平可以等于所述功率因数校正电路能够操作的最小输入电压的电平。
所述阈值时间可以等于具有最低频率的交流电的一半周期的时间。
所述控制装置可以进一步包括：功率因数校正电路以及控制电路。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种控制方法，包括：将从整流器电路输出的电压电平与阈值电压的电平进行比较，所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电；测量从所述整流器电路输出的电压电平低于所述阈值电压的电平的第一时间；以及当所述第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止功率因数校正电路的操作的停止信号输出到控制电路，所述控制电路控制所述功率因数校正电路的操作。
根据本公开的又一个实施例，提供了一种电源装置，包括：功率因数校正电路；控制电路，控制所述功率因数校正电路的操作；以及控制装置，当从整流器电路输出的电压电平低于阈值电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止所述功率因数校正电路的操作的停止信号输出到所述控制电路，其中所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电。
根据上述本公开的实施例，可以稳定地提供输出电压，并避免元件的恶化和损坏的可能性。
附图说明
图1是图示根据本公开实施例的电源装置的配置的说明图；
图2是图示图1中的控制电路的示例的说明图；
图3是图示图2中的控制电路的操作的流程图；
图4是图示停止PFC电路的操作的情况的说明图；
图5是图示不停止PFC电路的操作的情况的说明图；
图6是图示具有传统PFC电路的电源装置的配置的说明图；
图7是图示出现交流电源的瞬间中断的情况的说明图；以及
图8是图示在交流电源中出现突变的情况的说明图。
具体实施方式
下文参照附图详细描述本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本上同一功能和结构的结构组成部分由同一附图标记表示，并且这些结构组成部分的重复说明予以省略。
注意，将以如下顺序给出描述。
1.具有传统PFC电路的电源装置
2.根据本公开实施例的电源装置
[1.具有传统PFC电路的电源装置]
首先描述具有传统PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路的电源装置。图6是图示具有传统PFC电路的电源装置的配置的说明图。
在图6中，电源装置600包括整流器电路602、电感器604、二极管606、切换元件608、块电容器610和控制电路612。电源装置600包括升压型PFC电路，所述升压型PFC电路具有电感器604、二极管606和切换元件608，电源装置600可以根据控制电路612的控制而具有高于输入电压Vi的输出电压Vo。
整流器电路602整流经由输入端子614从交流电源700提供的交流电流。交流电源700例如是商用电源。
电感器604在其一端连接到整流器电路602的输出，并且在其另一端经由二极管606连接到输出端子616。来自输出端子616的输出电压提供到负载702。负载702例如是电子装置。电子装置例如对应于游戏机或电视接收器。
切换元件608连接在电感器604的另一端与基准电位点618之间。切换元件608例如是场效应晶体管。块电容器610连接在输出端子616与基准电位点618之间。
控制电路612控制切换元件608。控制电路612例如可以通过产生高频驱动脉冲并将产生的驱动脉冲施加到切换元件608的栅极而使得切换元件608快速导通和截止。
电源装置600在如图7所示那样正常地提供输入电压Vi时具有高于输入电压Vi的输出电压Vo(时间t＜A)。当来自交流电源700的供电中断时(时间t＝A)，输出电压Vo将逐渐减小(A＜时间t＜B)。然后，来自交流电源700的供电恢复(时间t＝B)。在恢复后输入电压Vi高于输出电压Vo的时段中(C＜时间t＜D)，电流与PFC电路的升压操作独立地经由电感器604和二极管606流向输出端子616一侧。当在该时段中切换元件608导通时，极大的电流将流经切换元件608，这可能引起切换元件608的恶化或损坏。下文将如下现象称为“瞬间中断”：当来自交流电源700的供电短的时段期间，例如在来自交流电源700的供电中断之后且在输出电压Vo变为0的时段期间，电力中断。
为了避免上述切换元件608的恶化或损坏的可能性，电源装置600可以例如另外地提供有整流器电路(未示出)和控制电路(未示出)，所述整流器电路用于整流从交流电源700提供的交流电。然后，控制电路将从整流器电路输出的经整流的波形与通过对经整流的波形进行峰值保持而获得的波形进行比较，并且当经整流的波形有规律地超过峰值保持值的预定百分比(例如，65％)时，确定来自交流电源700的供电是正常的，而当经整流的波形未规律地超过峰值保持值的预定百分比时，确定来自交流电源700的供电已经中断。当控制电路确定来自交流电源700的供电已经中断时，将用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号输出到控制电路612以停止PFC电路的操作。于是，可以避免在来自交流电源700的供电恢复时在输入电压Vi高于输出电压Vo的时段中切换元件608导通。因此，可以避免极大的电流可能流经切换元件608的可能性，从而避免切换元件608的恶化或损坏的可能性。
然而，在通过当前面提及的经整流的波形未超过峰值保持值的预定百分比时确定来自交流电源700的供电已经中断来停止PFC电路的操作的方法中，即使当从交流电源700提供的交流电的幅度突然减小并且经整流的波形的峰值未超过峰值保持值的预定百分比(例如，65％)(如图8所示)时，也停止PFC电路的操作。因此，存在的问题在于，输出电压Vo可能未充分地下降。下文将交流电源700提供的交流电的幅度突然减小并且输入电压Vi突然下降的现象称为“突变”。
[2.根据本公开实施例的电源装置]
接着描述根据本公开实施例的电源装置。图1是图示根据本公开实施例的电源装置的配置的说明图。
在图1中，电源装置100包括整流器电路102、电感器104、二极管106、切换元件108、块电容器110和控制电路112。电源装置100包括升压型PFC电路，所述升压型PFC电路具有电感器104、二极管106和切换元件108，电源装置100可以根据控制电路112的控制而具有高于输入电压Vi的输出电压Vo。升压型PFC电路是权利要求中所述的功率因数校正电路的示例。
整流器电路102整流经由输入端子114从交流电源300提供的交流电。交流电源300例如是商用电源。
电感器104在一端连接到整流器电路102的输出，在另一端经由二极管106连接到输出端子116。将来自输出端子116的输出电压提供到负载302。负载302例如是电子装置。电子装置例如对应于游戏机或电视接收器。
切换元件108连接在电感器104的另一端与基准电位点118之间。切换元件108例如是场效应晶体管。块电容器110连接在输出端子116与基准电位点118之间。
控制电路112控制切换元件118。控制电路112可以通过例如产生高频驱动脉冲并将产生的驱动脉冲施加到切换元件108的栅极而使得切换元件108快速地导通和截止。控制电路112一旦接收到高电平PFC电路停止信号时，则停止驱动脉冲向切换元件108的施加，从而停止PFC电路的操作。同时，控制电路112一旦接收到低电平PFC电路停止信号时，则继续或开始驱动脉冲向切换元件108的施加，从而继续或开始PFC电路的操作。
另外，电源装置100包括控制装置200，其将用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号输出到控制电路112。PFC电路停止信号是权利要求中所述的停止信号的示例。控制装置200是权利要求中所述的控制单元的示例。
控制装置200包括整流器电路202、电阻器204和206以及控制电路208。
整流器电路202是权利要求中所述的整流器电路的示例，并且整流经由输入端子114从交流电源300提供的交流电。注意，控制装置200可以具有用于在没有整流器电路202的情况下向电阻器204提供整流器102的输出的配置。
电阻器204在一端连接到整流器电路202的输出，并且在另一端连接到控制电路208的输入端子210。电阻器206在一端连接到控制电路208的输入端子210，并且在另一端连接到基准电位点118。整流器电路202的输出由电阻器204和206分压，并且经由输入端子210输入到控制电路208。
控制电路208例如具有下面描述的图2中所示的电路，并且可以经由输出端子212将PFC电路停止信号输出到控制电路112。
图2是图示图1中的控制电路208的示例的说明图。
在图2中，控制电路208包括比较器214和224、恒压源216和226、切换元件218、恒流源220、电容器222和SR锁存电路228。
比较器214是权利要求中所述的比较器的示例，并且具有连接到输入端子210的正输入端子和经由恒压源216连接到基准电位点230的负输入端子。比较器214将经由输入端子210提供的输入电压Via的电平与恒压源216提供的电压的电平进行比较。当输入电压Via的电平高于恒压源216提供的电压的电平时，比较器214将高电平信号输出到切换元件218的栅极。同时，当输入电压Via的电平低于由恒压源216提供的电压的电平时，比较器214将低电平信号输出到切换元件218的栅极。
恒压源216提供具有与PFC电路可操作的最小输入电压Vi(下文称为“最小操作电压”)相等电平的电压。例如，恒压源216提供1.95V的电压。PFC电路可操作的最小输入电压Vi是权利要求中所述的阈值电压的示例。
切换元件218连接在恒流源220的一端与基准电位点230之间。切换元件218例如是场效应晶体管。当将高电平信号施加到切换元件218的栅极时，切换元件218导通。同时，当将低电平信号施加到切换元件218的栅极时，切换元件218截止。
恒流源220提供用于对电容器222进行充电的电流I。恒流源220提供的电流I的量值根据如下公式1加以计算。注意，Vth表示恒压源226提供的阈值电压，C表示电容器222的电容。另外，下文具有最低频率的交流电的一半周期的时间称为“阈值时间”。例如，假设具有最低频率的交流电是具有45Hz的交流电，阈值时间是11毫秒。具有最低频率的交流电的一半周期的时间是权利要求中所述的阈值时间的示例。
[公式1]
Figure BDA0000132919160000061
电容器222连接在恒流源220的一端与基准电位点230之间。当切换元件218截止时，通过来自恒流源220的电流I对电容器222进行充电。同时，当切换元件218导通时，电容器222被放电。切换元件218、恒流源220和电容器222是权利要求中所述的时间测量单元的示例。
比较器224是权利要求中所述的输出单元的示例，其具有连接到恒流源220的一端的正输入端子和经由恒压源226连接到基准电位点230的负输入端子。比较器224将输入到正输入端子的电压的电平与恒压源226提供的电压的电平进行比较。当输入到正输入端子的电压的电平高于恒压源226提供的电压的电平时，比较器224将高电平信号输出到SR锁存电路228的置位端子。同时，当输入到正输入端子的电压的电平低于恒压源226提供的电压的电平时，比较器224将低电平信号输出到SR锁存电路228。
恒压源226提供阈值电压Vth。SR锁存电路228具有连接到比较器224的输出的置位端子，并且具有连接到输出端子212的Q端子。当将低电平信号施加到SR锁存电路228的置位端子时，SR锁存电路228从Q端子输出低电平PFC电路停止信号。同时，当将高电平信号施加到SR锁存电路228的置位端子时，SR锁存电路228从Q端子输出高电平PFC电路停止信号。比较器224和SR锁存电路228是权利要求中所述的输出单元的示例。
接着描述图2中所示的控制电路208的操作。图3是图示图2中的控制电路208的操作的流程图。
在图3中，控制电路208首先确定经由输入端子210提供的输入电压Via的电平是否低于最小操作电压的电平(步骤S102)。例如，控制电路208在比较器214中将经由输入端子210提供的输入电压Via的电平与恒压源216提供的最小操作电压的电平进行比较。
当在步骤S102确定输入电压Via的电平不低于最小操作电压的电平时(步骤S102中的“否”)，再次执行步骤S102的处理。例如，当输入电压Via的电平高于最小操作电压时，比较器214将高电平信号输出到切换元件218的栅极。当将高电平信号施加到切换元件218的栅极时，切换元件218导通，从而电容器222被放电。此时，输入到比较器224的正输入端子的电压的电平变为0，并且比较器224将低电平信号输出到SR锁存电路228的置位端子。当将低电平信号施加到SR锁存电路228的置位端子时，SR锁存电路228从其Q端子输出低电平PFC电路停止信号，并且经由输出端子212将低电平PFC电路停止信号提供到控制电路112。当控制电路112接收到低电平PFC电路停止信号时，控制电路112继续PFC电路的操作。
同时，当在步骤S102确定输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平时(步骤S102中的“是”)，流程进行到下面的步骤S104的处理。例如，当输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平时，比较器214将低电平信号输出到切换元件218的栅极。当将低电平信号施加到切换元件218的栅极时，切换元件218截止，从而通过来自恒流源220的电流对电容器222充电。
在下面的步骤S104，控制电路208测量输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的时间(下文称为“第一时间”)，并确定第一时间是否达到阈值时间(步骤S104)。输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的时间是权利要求中所述的第一时间的示例。
当在步骤S104未确定第一时间已经达到阈值时间时(步骤S104中的“否”)，再次执行步骤S104的处理。例如，在输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的同时对电容器222进行充电。然而，当第一时间尚未达到阈值时间时，电容器222的恒流源220侧的电位(即，输入到比较器224的正输入端子的电压的电平)低于阈值电压Vth的电平。此时，比较器224将低电平信号输出到SR锁存电路228的置位端子，并且SR锁存电路228经由输出端子212将低电平PFC电路停止信号从其Q端子输出到控制电路112。
同时，当在步骤S104确定第一时间已经达到阈值时间时(步骤S104中的“是”)，控制电路208经由输出端子212将PFC电路停止信号输出到控制电路112(步骤S106)。例如，在输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的同时对电容器222进行充电，并且当第一时间已经达到阈值时间时，电容器222的恒流源220侧的电位(即，输入到比较器224的正输入端子的电压的电平)变得高于阈值电压Vth。此时，比较器224将高电平信号输出到SR锁存电路228的置位端子。当将高电平信号施加到SR锁存电路228的置位端子时，SR锁存电路228从其Q端子输出高电平PFC电路停止信号，并且高电平PFC电路停止信号经由输出端子212提供到控制电路112。当控制电路112接收高电平PFC电路停止信号时，控制电路112停止PFC电路的操作。
根据此实施例，当经由输入端子210提供的输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，经由输出端子212将用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号输出到控制电路112。例如，如图4所示，当经由输入端子210提供的输入电压Via的电平低于1.95V(其为最小操作电压)的第一时间已经达到11毫秒(其为阈值时间)时，经由输出端子112将用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号输出到控制电路112，从而PFC电路的操作停止。因此，可以避免切换元件108在来自交流电源300的供电恢复中在输入电压Vi高于输出电压Vo的时段中导通。因此，可以避免极大电流可能流经切换元件108的可能性，从而避免切换元件108的恶化或损坏的可能性。
另外，根据此实施例，当经由输入端子210提供的输入电压Via的电平低于最小操作电压的电平的第一时间尚未达到阈值时间时，用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号不经由输出端子212输出到控制电路112。例如，如图5所示，当在输入电压Via的电平低于1.95V的时间已经达到11毫秒(其为阈值时间)之前经由输入端子210提供的输入电压Via的电平变为高于1.95V(其为最小操作电压)时，用于停止PFC电路的操作的PFC电路停止信号不经由输出端子212输出到控制电路112，从而PFC电路的操作继续。因此，即使当如参照图8所述那样，从交流电源300提供的交流电的幅度突然减小并且输入电压Vi突然下降时，PFC电路的操作仍继续，只要交流电的峰值在最小操作电压以上即可。因此，可以避免输出电压不充分地下降。
即，根据此实施例，可以在出现交流电电源300的中断时，通过停止PFC电路的操作来避免切换元件108的恶化或损坏的可能性，并且还可以通过继续PFC电路的操作来避免在交流电源300中出现突变时，输出电压Vo可能不充分地下降的可能性。
尽管已经参照附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于此。对于本领域技术人员显而易见的是，各种修改或变型是可能的，只要它们在所附权利要求或其等同体的技术范围内即可。应当理解，这种修改或变型也在本公开的技术范围内。
例如，尽管图2中所示的控制电路208适配为通过使用诸如比较器214和224之类的硬件来输出PFC电路停止信号，但是也可以通过将已经经由输入端子210提供的信号进行A/D转换并使用软件处理所获得的数字信号以输出PFC电路停止信号。
另外，例如，控制装置200可以包括PFC电路和控制PFC电路的操作的控制电路。
进一步，尽管控制电路208包括SR锁存电路228，但是SR锁存电路228也可以省略，并且可以将比较器224的输出经由输出端子212提供到控制电路112。
本公开包含与2011年1月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-016667中公开的主题相关的主题，其全部内容通过引用的方式合并在此。

Claims (7)

1.一种控制装置，包括控制单元，所述控制单元被配置为当从整流器电路输出的电压的电平低于阈值电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止功率因数校正电路的操作的停止信号输出到控制电路，其中所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电，并且所述控制电路用于控制功率因数校正电路的操作。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中
所述控制单元包括
比较单元，其将从所述整流器电路输出的电压的电平与阈值电压的电平进行比较，
时间测量单元，其基于所述比较单元执行的比较的结果，测量从所述整流器电路输出的电压的电平低于所述阈值电压的电平的第一时间，以及
输出单元，基于所述时间测量单元执行的时间测量的结果，当所述第一时间已经达到所述阈值时间时，将停止信号输出到所述控制电路。
3.如权利要求1所述的控制装置，其中，所述阈值电压的电平等于所述功率因数校正电路能够操作的最小输入电压的电平。
4.如权利要求1所述的控制装置，其中，所述阈值时间等于具有最低频率的交流电的一半周期的时间。
5.如权利要求1所述的控制装置，进一步包括：
功率因数校正电路；以及
控制电路。
6.一种控制方法，包括：
将从整流器电路输出的电压的电平与阈值电压的电平进行比较，所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电；
测量从所述整流器电路输出的电压的电平低于所述阈值电压的电平的第一时间；以及
当所述第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止功率因数校正电路的操作的停止信号输出到控制电路，所述控制电路控制所述功率因数校正电路的操作。
7.一种电源装置，包括：
功率因数校正电路；
控制电路，其控制所述功率因数校正电路的操作；以及
控制装置，其在从整流器电路输出的电压的电平低于阈值电压的电平的第一时间已经达到阈值时间时，将用于停止所述功率因数校正电路的操作的停止信号输出到所述控制电路，其中所述整流器电路用于整流从交流电源提供的交流电。
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