CN103780074A - 信号峰值检测器及方法及pfc转换器的控制ic及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种PFC转换器的控制IC，具有一脚位供检测输入信号的交流信息及直流信息。该控制IC包括信号峰值检测器检测该脚位上的输入信号的峰值进而取得该输入信号的直流信息，由于该输入信号的交流信息及直流信息可以由相同脚位取得，因此可以减少脚位的数量。

Description

信号峰值检测器及方法及PFC转换器的控制IC及控制方法
技术领域
本发明是有关一种信号峰值检测器及方法，特别是关于一种应用在功率因数校正(Power Factor Correction；PFC)转换器以减少脚位(Pin)数量的信号峰值检测器及方法。
背景技术
目前的PFC转换器通常需要取得输入信号的交流信息以及直流信息以达成各种应用，例如利用该交流信息取得与输入信号波形具有比例关系的电流、检测输入信号的谷值、判断总谐波失真(Total Harmonic Distortion；THD)改善失误(trip)点等，而该直流信息可以用来判断输入信号的大小、达成电压过低关断(brown in/brown out)保护等。传统检测直流信息的方法通常是通过检测输入信号的峰值或方均根值来取得。
图1显示传统PFC转换器的控制集成电路(IC)2，供给PFC转换器的交流电压Vac经由桥式整流器4整流后得到输入信号Vin，分压电路6分压输入信号Vin产生输入信号Vd至控制IC2的脚位MULT，控制IC2可以通过脚位MULT上的输入信号Vd取得输入信号Vin的交流信息。此PFC转换器使用信号峰值检测器8来检测输入信号Vd的峰值以取得输入信号Vin的直流信息，在信号峰值检测器8中，由二极管及运算放大器组成的理想二极管10将输入信号Vd提供给电容C1，因而产生峰值信号Vpeak，转换电路12再根据峰值信号Vpeak取得输入信号Vin的直流信息，与电容C1并联的电阻Rff作为放电路径供电容C1缓慢放电。然而，传统的检测直流信息方法需要大电容C1来稳定峰值信号Vpeak，而大电容C1无法制作在控制IC2中，因此需要另一支脚位VFF来外挂大电容C1，也就是说，传统的PFC转换器需要二支脚位MULT及VFF来取得输入信号Vin的交流信息及直流信息。
此外，这种使用电容C1来取得峰值信号Vpeak的方法，在输入信号Vin的峰值由高转低时，峰值信号Vpeak具有较慢的暂态响应。具体而言，参照图2，在时间t1至t2时，输入信号Vin由低峰值转为高峰值，电容C1上的峰值信号Vpeak很快由第一准位VL1上升至第二准位VL2，但是当输入信号Vin由高峰值变回低峰值时，如时间t3至t4所示，由于电容C1无法快速放电，因此峰值信号Vpeak需要经过数个周期TP后才能由第二准位VL2下降至第一准位VL，其中周期TP为输入信号Vin的周期，故图1的信号峰值检测器8在输入信号Vin的峰值由高转低时，其峰值信号Vpeak具有较慢的暂态响应。
为了减少脚位数量，在某些应用中，PFC转换器可能放弃交流信息的取得而仅取得直流信息。图3、图4及图5显示在不取得交流信息时用以检测直流信息的检测器。图3显示现有的方均根检测器14，其包括由电阻R3及R4及电容C1组成滤波器用以取得输入信号Vin的方均根值Vrms给控制IC2，方均根值Vrms具有输入信号Vin的直流信息，故控制IC2可以据以取得输入信号Vin的直流信息。图4显示另一种信号峰值检测器8，其包括电容C1、电阻R3、R4及Rff以及二极管D1，电阻R3及R4分压输入信号Vin产生输入信号Vd经二极管D1对电容C1充电产生峰值信号Vpeak给控制IC2，使控制IC2据以取得输入信号Vin的直流信息，与电容C1并联的电阻Rff作为放电路径供电容C1缓慢放电。在图4的信号峰值检测器8中，二极管D1的顺向偏压将使峰值信号Vpeak与输入信号Vd的峰值之间产生误差，为了消除此误差，可以在二极管D1的阳极及电阻R4之间增加二极管D2，如图5所示。然而，图3、图4及图5所示的检测器在输入信号Vin的峰值由高转低时，也同样会出现较慢暂态响应的问题。
美国专利第6731230号教示一种信号峰值的检测方法，其检测输入信号产生输出峰值信号，其中在输入信号上升期间，若输出峰值信号小于输入信号，则以较快速度调升输出峰值信号，在输入信号下降期间，为了让输出峰值信号维持在输入信号的峰值电压准位，使用参考电压来检测输入信号，当输入信号低于参考电压超过数个预设的工作时脉时，阻止输出峰值信号随着输入信号的下降而下降。然而，此检测方法在输入信号的峰值由高转低时，同样具有较慢暂态响应的问题。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种PFC转换器的控制集成电路及控制方法，利用单一脚位取得输入信号的交流信息及直流信息。
本发明的目的之一，在于提出一种应用在PFC转换器的信号峰值检测器及方法。
本发明的目的之一，在于提出一种具有快速暂态响应的信号峰值检测器及方法。
根据本发明，一种功率因数校正转换器的控制集成电路包括：脚位，接收输入信号以供该控制集成电路取得该输入信号的交流信息；以及信号峰值检测器，连接该脚位，检测该输入信号的峰值产生具有该输入信号的直流信息的输出峰值信号。该信号峰值检测器包括：第一比较器在该输入信号大于一内部峰值信号时产生比较信号；第一计数器根据该比较信号调升其所输出的计数值，以及根据重置信号重置该计数值；第一数字模拟转换器将该计数值转换为该内部峰值信号；储存单元根据取样信号从该第一计数器取得并储存该计数值；第二比较器在该输入信号低于一参考电压时，产生该取样信号，并在该取样信号结束后产生该重置信号；以及第二数字模拟转换器根据储存在该储存单元的计数值产生该输出峰值信号。该控制集成电路可以通过单一脚位取得该输入信号的交流信息及直流信息，故可以减少脚位数量。该信号峰值检测器的该第一计数器在该输入信号的每个周期都重新计数以使该输出峰值信号在下个周期能立即调整至目标准位，因此不论该输入信号的峰值由低转高或由高转低时，该信号峰值检测器具有快速的暂态响应。
根据本发明，一种功率因数校正转换器的控制集成电路包括：脚位，接收输入信号以供该控制集成电路取得该输入信号的交流信息；以及信号峰值检测器，连接该脚位，检测该输入信号的峰值产生具有该输入信号的直流信息的输出峰值信号。该信号峰值检测器包括：比较器比较该输入信号及一输出峰值信号，以产生上升信号或下降信号；计数器根据该上升信号或下降信号调升或调降其输出的计数值；以及数字模拟转换器根据该计数值产生具有该输入信号的直流信息的该输出峰值信号。其中，该计数值以第一频率调升，以低于该第一频率的第二频率调降。该控制集成电路可以通过单一脚位取得该输入信号的交流信息及直流信息，故可以减少脚位数量。
根据本发明，一种信号峰值检测器包括：第一比较器，在该信号峰值检测器的输入信号高于一内部峰值信号时产生比较信号；第一计数器根据该比较信号调升其所输出的计数值，以及根据重置信号重置该计数值；第一数字模拟转换器将该计数值转换为该内部峰值信号；储存单元根据取样信号从该第一计数器取得并储存该计数值；第二比较器在该输入信号低于一参考电压时，产生该取样信号，并在该取样信号结束后产生该重置信号；以及第二数字模拟转换器将储存在该储存单元的计数值转换为与该输入信号的峰值相关的输出峰值信号。该信号峰值检测器的该第一计数器在该输入信号的每个周期都重新计数以使该输出峰值信号在下个周期能立即调整至目标准位，因此不论该输入信号的峰值由低转高或由高转低，该信号峰值检测器都具有快速的暂态响应。
根据本发明，一种信号峰值检测器包括：比较器，比较该信号峰值检测器的输入信号及输出峰值信号，产生上升信号或下降信号；计数器，连接该比较器，根据该上升信号或下降信号以调升或调降其所输出的计数值；以及数字模拟转换器，连接该计数器及该比较器，转换该计数值产生该输出峰值信号。其中，该计数值以第一频率调升，以低于该第一频率的第二频率调降。
根据本发明，一种功率因数校正转换器的控制方法包括下列步骤：藉一脚位接收该输入信号以取得该输入信号的交流信息；提供计数值；转换该计数值产生内部峰值信号；在该输入信号大于该内部峰值信号时，调升该计数值；当该输入信号小于参考电压时，储存该计数值；根据该储存的计数值产生具有该输入信号的直流信息的输出峰值信号；以及在储存该计数值后，重置该计数值。该控制方法是利用单一脚位取得输入信号的交流信息及直流信息，故可以减少脚位数量，而且在该输入信号的每个周期都重新计数以使该输出峰值信号在下个周期能立即调整至目标准位，因此不论该输入信号的峰值由低转高或由高转低，该控制方法都具有快速的暂态响应。
根据本发明，一种功率因数校正转换器的控制方法包括下列步骤：藉一脚位接收该输入信号以取得该输入信号的交流信息；提供计数值；转换该计数值产生具有该输入信号的直流信息的输出峰值信号；在该输入信号大于该输出峰值信号时，以第一频率调升该计数值；以及在该输入信号小于该输出峰值信号时，以小于该第一频率的第二频率调降该计数值。该控制方法是利用单一脚位取得输入信号的交流信息及直流信息，故可以减少脚位数量。
根据本发明，一种检测输入信号的峰值产生输出峰值信号的信号峰值检测方法包括下列步骤：提供计数值；转换该计数值产生内部峰值信号；在该输入信号大于该内部峰值信号时，调升该计数值；当该输入信号小于一参考电压时，储存该计数值；根据该储存的计数值产生该输出峰值信号；以及在储存该计数值后，重置该计数值。该信号峰值检测方法在该输入信号的每个周期都重新计数以使该输出峰值信号在下个周期能立即调整至目标准位，因此不论该输入信号的峰值由低转高或由高转低，该控制方法都具有快速的暂态响应。
根据本发明，一种检测输入信号的峰值产生输出峰值信号的信号峰值检测方法包括下列步骤：提供计数值；转换该计数值产生该输出峰值信号；在该输入信号大于该输出峰值信号时，以第一频率调升该计数值；以及在该输入信号小于该输出峰值信号时，以小于该第一频率的第二频率调降该计数值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1显示传统PFC转换器的控制集成电路；
图2显示图1中峰值信号Vpeak的暂态响应；
图3显示现有应用在PFC转换器的方均根检测器；
图4显示现有应用在PFC的信号峰值检测器；
图5显示现有另一种应用在PFC的信号峰值检测器；
图6显示本发明控制集成电路；
图7显示图6中信号的波形图；
图8显示图6中输出峰值信号Vpeak在输入信号Vin的峰值变化时的暂态响应；
图9显示图6中峰值信号检测器的另一实施例；以及
图10显示图9中输入信号Vd及输出峰值信号Vpeak的波形。
附图标号：
2  控制IC
4  桥式整流器
6  分压电路
8  峰值检测器
10 理想二极管
12 转换电路
14 方均根检测器
20 信号峰值检测器
22 第一比较器
24 第二比较器
26 第一计数器
28 第一数字模拟转换器
29 储存单元
30 第二计数器
32 第二数字模拟转换器
40 时脉产生器
42 比较器
44 计数器
46 数字模拟转换器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图6显示本发明控制IC2的实施例。参照图1，交流电压Vac经由桥式整流器4整流后得到输入信号Vin，分压电路6分压输入信号Vin产生输入信号Vd至控制IC2的脚位MULT，以供控制IC2的内部电路获得输入信号Vin的交流信息。在图6中，控制IC2包括信号峰值检测器20利用脚位MULT检测输入信号Vd的峰值产生输出峰值信号Vpeak以供取得输入信号Vin的直流信息，由于使用同一支脚位MULT来取得输入信号Vin的交流信息及直流信息，因此本发明的控制IC2能减少脚位数量。在图6的信号峰值检测器20中，第一比较器22连接脚位MULT用以比较输入信号Vd及内部峰值信号Vpeako，当输入信号Vd高于内部峰值信号Vpeako时，第一比较器22产生比较信号Sc，第一计数器26根据比较信号Sc调升计数值COT，第一数字模拟转换器28将计数值COT转换为内部峰值信号Vpeako，第二比较器24连接脚位MULT用以比较参考电压Vref及输入信号Vd，并在输入信号Vd低于参考电压Vref时，依序产生取样信号S/H及重置信号Reset分别给储存单元29及第一计数器26，储存单元29包括开关SWA及第二计数器30，第二计数器30经由开关SWA连接第一计数器26，在取样信号S/H导通开关SWA时，第二计数器30从第一计数器26取得及储存计数值COT，第二数字模拟转换器32根据第二计数器30所储存的计数值COT产生输出峰值信号Vpeak。其中第一比较器22及第二比较器24的工作频率由工作时脉CLK决定。
图7显示图6中信号的波形图。参照图6及图7，当输入信号Vin上升时，如图7的时间t1至t2，输入信号Vin大于内部峰值信号Vpeako，因此在第一比较器22的工作时脉CLK控制下输出比较信号Sc给第一计数器26以调升计数值COT，进而调高内部峰值信号Vpeako，内部峰值信号Vpeako因而随着输入信号Vin上升。当输入信号Vin到达峰值后开始下降，如时间t2所示，输入信号Vin在下降期间小于内部峰值信号Vpeako，因此第一比较器22停止输出比较信号Sc，计数值COT因而不再上升，由于计数值COT维持不变，内部峰值信号Vpeako也保持不变。当输入信号Vin小于参考电压Vref时，如时间t3所示，第二比较器24先产生取样信号S/H导通开关SWA，使第二计数器30取得及储存计数值COT，第二数字模拟转换器32再依据第二计数器30所储存的计数值COT产生输出峰值信号Vpeak，在取样信号S/H结束后，第二比较器24再送出重置信号Reset至第一计数器26以重置计数值COT，内部峰值信号Vpeako也因而重置。信号峰值检测器20在每个周期开始时重新计数计数值COT以检测输入信号的峰值，并根据所得的计数值COT决定下个周期的输出峰值信号Vpeak，因此无论输入信号Vin的峰值是由低转高还是由高转低，信号峰值检测器20都具有快速的暂态响应。
更具体而言，参照图6及图8，在输入信号Vin的周期TP1时，输入信号Vin的峰值比前一个周期高，在周期TP1开始时，计数值COT重新计数，以取得与输入信号Vin的峰值相关的计数值COT，在周期TP1的下个周期TP2开始时，第二计数器30储存在周期TP1所得到的计数值COT以产生对应周期TP1中输入信号Vin的峰值的输出峰值信号Vpeak。相对的，在周期TP3时，输入信号Vin的峰值比前一个周期TP2低，在周期TP3开始时，计数值COT重新计数，在周期TP3的下个周期TP4开始时，第二计数器30储存在周期TP3所得到的计数值COT以产生对应该周期TP3中输入信号Vin的峰值的输出峰值信号Vpeak。由图8可知，无论输入信号Vin的峰值是由低转高还是由高转低，信号峰值检测器20都只需要一个周期便能将输出峰值信号Vpeak调整至目标准位，故具有快速的暂态响应。
图9是信号峰值检测器20的另一实施例，其同样利用检测交流信息的脚位MULT来检测输入信号Vd的峰值产生输出峰值信号Vpeak以供取得输入信号Vin的直流信息，由于使用同一支脚位MULT来取得输入信号Vin的交流信息及直流信息，因此能减少脚位数量。图9的信号峰值检测器20包括时脉产生器40、比较器42、计数器44及数字模拟转换器46。比较器42连接控制IC2的脚位MULT用以比较输出峰值信号Vpeak以及输入信号Vd产生上升信号UP或下降信号DN，当输入信号Vd大于输出峰值信号Vpeak时，比较器42送出上升信号UP，当输入信号Vd小于输出峰值信号时，比较器42送出下降信号DN。计数器44根据上升信号UP调升计数值COT或根据下降信号DN调降计数值COT。数字模拟转换器46根据计数值COT产生输出峰值信号Vpeak。时脉产生器40提供工作时脉CLK1或CLK2给比较器42，以决定比较器42的工作频率，其中工作时脉CLK1的频率高于工作时脉CLK2的频率。在输入信号Vd大于输出峰值信号Vpeak时，如图10的时间t1至t2及时间t3至t4所示，比较器42送出上升信号UP，当时脉产生器40收到上升信号UP时提供工作时脉CLK1给比较器42，因此比较器42具有较高的工作频率，计数值COT因而以较快的频率调升，使得输出信号峰值Vpeak能快速的随输入信号Vin上升。在输入信号Vd小于输出峰值信号Vpeak时，如图10的时间t2至t3所示，比较器42送出下降信号DN，当时脉产生器40收到下降信号DN时提供工作时脉CLK2给比较器42，故比较器42的工作频率下降，计数值COT将以缓慢的频率调降，输出峰值信号Vpeak因而稳定在峰值。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让本领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想由权利要求范围及其均等来决定。

Claims (16)

1.一种功率因数校正转换器的控制集成电路，其特征在于，包括：
脚位，接收输入信号以供所述控制集成电路取得所述输入信号的交流信息；以及
信号峰值检测器，连接所述脚位，检测所述输入信号的峰值产生具有所述输入信号的直流信息的输出峰值信号，所述信号峰值检测器包括：
第一比较器，连接所述脚位，在所述输入信号大于一内部峰值信号时产生比较信号；
第一计数器，连接所述第一比较器，根据所述比较信号调升其所输出的计数值，以及根据重置信号重置所述计数值；
第一数字模拟转换器，连接所述第一比较器及所述第一计数器，将所述计数值转换为所述内部峰值信号；
储存单元，连接所述第一计数器，根据取样信号从所述第一计数器取得并储存所述计数值；
第二比较器，连接所述脚位，在所述输入信号低于一参考电压时，产生所述取样信号，并在所述取样信号结束后产生所述重置信号；以及
第二数字模拟转换器，连接所述储存单元，根据储存在所述储存单元的计数值产生所述输出峰值信号。
2.如权利要求1所述的控制集成电路，其特征在于，所述第一比较器及所述第二比较器的工作频率由一时脉决定。
3.如权利要求1所述的控制集成电路，其特征在于，所述储存单元包括：
开关，连接所述第一计数器，因应所述取样信号而导通；以及
第二计数器，经由所述开关连接所述第一计数器以及连接所述第二数字模拟转换器，在所述开关导通时，从所述第一计数器取得并储存所述计数值。
4.一种功率因数校正转换器的控制集成电路，其特征在于，包括：
脚位，接收输入信号以供所述控制集成电路取得所述输入信号的交流信息；以及
信号峰值检测器，连接所述脚位，检测所述输入信号的峰值产生具有所述输入信号的直流信息的输出峰值信号，所述信号峰值检测器包括：
比较器，连接所述脚位，比较所述输入信号及一输出峰值信号，以产生上升信号或下降信号；
计数器，连接所述比较器，根据所述上升信号或下降信号调升或调降其输出的计数值；以及
数字模拟转换器，连接所述比较器及所述计数器，根据所述计数值产生具有所述输入信号的直流信息的所述输出峰值信号；
其中，所述计数值以第一频率调升，以低于所述第一频率的第二频率调降。
5.如权利要求4所述的控制集成电路，其特征在于，更包括时脉产生器连接所述比较器，在收到所述上升信号时提供具有所述第一频率的第一时脉决定所述比较器的工作频率，在收到所述下降信号时提供具有所述第二频率的第二时脉决定所述比较器的工作频率。
6.一种信号峰值检测器，其特征在于，用以检测输入信号的峰值以产生输出峰值信号，所述信号峰值检测器包括：
第一比较器，在所述输入信号高于一内部峰值信号时产生比较信号；
第一计数器，连接所述第一比较器，根据所述比较信号调升其所输出的计数值，以及根据重置信号重置所述计数值；
第一数字模拟转换器，连接所述第一比较器及所述第一计数器，将所述计数值转换为所述内部峰值信号；
储存单元，连接所述第一计数器，根据取样信号从所述第一计数器取得并储存所述计数值；
第二比较器，连接所述第一计数器及所述储存单元，在所述输入信号低于一参考电压时，产生所述取样信号，并在所述取样信号结束后产生所述重置信号；以及
第二数字模拟转换器，连接所述储存单元，将储存在所述储存单元的计数值转换为所述输出峰值信号。
7.如权利要求6所述的信号峰值检测器，其特征在于，所述第一比较器及所述第二比较器的工作频率由一时脉决定。
8.如权利要求6所述的信号峰值检测器，其特征在于，所述储存单元包括：
开关，连接所述第一计数器，因应所述取样信号而导通；以及
第二计数器，经由所述开关连接所述第一计数器以及连接所述第二数字模拟转换器，在所述开关导通时，从所述第一计数器取得并储存所述计数值。
9.一种信号峰值检测器，其特征在于，用以检测输入信号的峰值以产生输出峰值信号，所述信号峰值检测器包括：
比较器，比较所述输入信号及所述输出峰值信号，产生上升信号或下降信号；
计数器，连接所述比较器，根据所述上升信号或下降信号以调升或调降其所输出的计数值；以及
数字模拟转换器，连接所述计数器及所述比较器，转换所述计数值产生所述输出峰值信号；
其中，所述计数值以第一频率调升，以低于所述第一频率的第二频率调降。
10.如权利要求9所述的信号峰值检测器，其特征在于，更包括时脉产生器连接所述比较器，在收到所述上升信号时提供具有所述第一频率的第一时脉决定所述比较器的工作频率，在收到所述下降信号时提供具有所述第二频率的第二时脉决定所述比较器的工作频率。
11.一种功率因数校正转换器的控制方法，其特征在于，利用单一脚位取得输入信号的交流信息及直流信息，所述控制方法包括下列步骤：
(a)藉所述脚位接收所述输入信号以取得所述输入信号的交流信息；
(b)提供计数值；
(c)转换所述计数值产生内部峰值信号；
(d)在所述输入信号大于所述内部峰值信号时，调升所述计数值；
(e)当所述输入信号小于参考电压时，储存所述计数值；
(f)根据所述储存的计数值产生具有所述输入信号的直流信息的输出峰值信号；以及
(g)在储存所述计数值后，重置所述计数值。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(d)包括以一频率调升所述计数值。
13.一种功率因数校正转换器的控制方法，其特征在于，利用一脚位取得输入信号的交流信息及直流信息，所述控制方法包括下列步骤：
(a)藉所述脚位接收所述输入信号以取得所述输入信号的交流信息；
(b)提供计数值；
(c)转换所述计数值产生具有所述输入信号的直流信息的输出峰值信号；
(d)在所述输入信号大于所述输出峰值信号时，以第一频率调升所述计数值；以及
(e)在所述输入信号小于所述输出峰值信号时，以小于所述第一频率的第二频率调降所述计数值。
14.一种信号峰值检测方法，其特征在于，用以检测输入信号的峰值产生输出峰值信号，所述信号峰值检测方法包括下列步骤：
(a)提供计数值；
(b)转换所述计数值产生内部峰值信号；
(c)在所述输入信号大于所述内部峰值信号时，调升所述计数值；
(d)当所述输入信号小于一参考电压时，储存所述计数值；
(e)根据所述储存的计数值产生所述输出峰值信号；以及
(f)在储存所述计数值后，重置所述计数值。
15.如权利要求14所述的信号峰值检测方法，其特征在于，所述步骤(c)包括以一频率调升所述计数值。
16.一种信号峰值检测方法，其特征在于，用以检测输入信号的峰值产生输出峰值信号，所述信号峰值检测方法包括下列步骤：
(a)提供计数值；
(b)转换所述计数值产生所述输出峰值信号；
(c)在所述输入信号大于所述输出峰值信号时，以第一频率调升所述计数值；以及
(d)在所述输入信号小于所述输出峰值信号时，以小于所述第一频率的第二频率调降所述计数值。
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