CN106655751B - 功率因数校正电路及其控制方法、以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种功率因数校正电路及其控制方法、以及开关电源，该电路具有：整流单元；开关单元，其具有串联连接的电抗器以及开关元件；导通时间控制单元，其设定开关元件的关断时刻；电抗器零电流检测单元，其用于检测流过电抗器的再生电流为零的时刻；临界周期检测单元，其用于根据电抗器零电流检测单元的检测结果以及开关元件的导通或关断状态，输出与再生电流的临界周期相关的控制信号；时间常数选择单元，其用于根据临界周期检测单元输出的控制信号设定时间常数；最高频率限制单元，其用于根据时间常数控制开关元件导通和关断的频率。根据本申请，能够降低开关元件的开关频率，降低电路的复杂度。

Description

功率因数校正电路及其控制方法、以及开关电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率因数校正电路及其控制方法，以及开关电源。

背景技术

目前，为了提高电源的利用效率，在开关电源产品上大多会加装功率因数校正电路(Power Factor Corrector，PFC)。

现有技术中常见的功率因数校正电路包括临界模式功率因数校正电路(CriticalMode PFC)和连续导通模式功率因数校正电路(Continue Conduction Mode PFC)，其中，临界模式的功率因数校正电路在运行时，具有下述问题：伴随着负载的减小，开关的导通和关断的频率增加，由此使得开关损耗增大。

上述问题可以通过图1来进行说明，图1是功率因数校正电路的负载电流与开关频率的关系的一个示意图。在图1中，横轴可以表示功率因数校正电路的负载电流值(单位：安培，A)，纵轴可以表示开关频率f(单位：赫兹，Hz)。如图1所示，在曲线1表示的阶段，随着负载电流值的增加，开关频率f降低；当负载电流值到达i1时，负载电流与开关频率的关系切换为曲线2，并且，在曲线2表示的阶段，随着负载电流值的增加，开关频率f降低；当负载电流值到达i2时，负载电流与开关频率的关系切换为曲线3，并且，在曲线3表示的阶段，随着负载电流值的增加，开关频率f降低。

在现在技术中，通常在低负载的情况下降低开关的频率，从而减小开关损耗。

例如，现有技术1(US2014/0078798)公开了下述方法：检测功率因数校正电路的输入电流或者输入功率，随着输入电流或者输入功率减小，控制电抗器电流的停滞时间，降低开关的频率。

现有技术2(JP特开2014-239620)公开了下述方法：检测功率因数校正电路的负载，根据负载的减小，阶段性地降低开关的频率。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，在现有技术1中，是根据功率因数校正电路的输入电流或者输入功率的样本值的降低来降低开关频率，其中虽然公开了用于获得输入电流以及输入功率的样本值的具体方法，但是，在输入到功率因数校正电路的电压的瞬时值产生变化的情况下，难以获得稳定的输入电流或者输入功率的样本值，因此，难以有效地降低开关的频率；在现有技术2中，虽然公开了根据功率因数校正电路的负载阶段性降低开关频率的方法，但是可能会出现控制比较复杂的情况，并且会增大安装时的电路规模；此外，现有技术1和2都需要在通常的功率因数校正电路中增加用于检测负载状态的电路，因此，会导致电路规模的增大。

本申请的实施例提供一种功率因数校正电路及其控制方法、以及开关电源，该功率因数校正电路能够根据再生电流的临界周期，设定时间常数，并根据时间常数控制开关元件导通和关断的频率，由此，在临界周期较短时，能够延迟开关元件导通的时间，从而降低开关元件的频率，减少开关损耗。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种功率因数校正电路，包括：

整流单元，其用于将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；

开关单元，其具有串联连接的电抗器以及开关元件，所述开关元件通过导通和关断对所述直流电压进行开关，从而对流过所述电抗器的再生电流进行整流滤波以得到输出电压；

导通时间控制单元，其用于根据所述输出电压设定所述开关元件的关断时刻；

电抗器零电流检测单元，其用于检测流过所述电抗器的再生电流为零的时刻；

临界周期检测单元，其用于根据所述电抗器零电流检测单元的检测结果以及所述开关元件的导通或关断状态，输出与所述再生电流的临界周期相关的控制信号；

时间常数选择单元，其用于根据所述临界周期检测单元输出的控制信号设定时间常数；以及

最高频率限制单元，其用于根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率。

根据本发明实施例的第二方面，其中，所述最高频率限制单元根据所述时间常数设定从所述开关元件关断时刻起的延时期间，并且，在从所述开关元件关断时刻起经过所述延时期间后，当所述电抗器零电流检测单元检测到流过所述电抗器的再生电流为零时，所述开关元件导通。

根据本发明实施例的第三方面，其中，所述时间常数选择单元选择第一时间常数或第二时间常数，

第一时间常数对应的临界周期长于第二时间常数对应的临界周期，

并且，

所述最高频率限制单元仅根据所述第一时间常数所设定的所述延时期间，小于所述最高频率限制单元仅根据所述第二时间常数所设定的所述延时期间。

根据本发明实施例的第四方面，其中，在所述开关元件关断以后，所述最高频率限制单元根据所述第一时间常数设定延时期间，

并且，在根据所述第一时间常数设定的所述延时期间内，在检测到所述再生电流为零的情况下，从检测到所述再生电流为零的时刻起，所述时间常数选择单元选择所述第二时间常数，所述最高频率限制单元根据所述第二时间常数变更根据所述第一时间常数所设定的所述延时期间。

根据本发明实施例的第五方面，其中，所述时间常数选择单元包括电流源，所述第一时间常数和所述第二时间常数与所述电流源输出的电流值相关。

根据本发明实施例的第六方面，其中，所述第一时间常数对应的所述电流值大于所述第二时间常数对应的所述电流值。

根据本发明实施例的第七方面，其中，所述电抗器零电流检测单元检测的所述电抗器的再生电流为零的时刻是指所述再生电流从大于零的值衰减为零的时刻。

根据本发明实施例的第八方面，提供一种开关电源，其具有上述实施例第一方面-第七方面任意一项所述的功率因数校正电路。

根据本发明实施例的第九方面，提供一种功率因数校正电路的控制方法，包括：

将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；

利用开关元件的导通和关断以对所述直流电压进行开关，从而对流过电抗器的再生电流进行整流滤波以得到输出电压，所述开关元件和所述电抗器串联连接；以及

根据所述输出电压设定所述开关元件的关断时刻；

其特征在于，所述方法还包括：

检测流过所述电抗器的再生电流为零的时刻；

根据对所述再生电流为零的时刻的检测结果以及所述开关元件的导通或关断状态，生成与所述再生电流的临界周期相关的控制信号；

根据所述控制信号选择时间常数；以及

根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率。

根据本发明实施例的第十方面，其中，根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率包括：根据所述时间常数选择所述开关元件从关断时刻起的延时期间；并且，在经过所述延时期间后，当检测到流过所述电抗器的再生电流为零时，使所述开关元件导通。

本发明的有益效果在于：无需检测功率因数校正电路的负载或输入功率，而是根据再生电流的临界周期，设定时间常数，并根据时间常数控制开关元件导通和关断的频率，由此，在临界周期较短时，能够延迟开关元件导通的时间，从而降低开关元件的频率，减少开关损耗。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是功率因数校正电路的负载电流与开关频率的关系的一个示意图；

图2是本实施例1的功率因数校正电路的一个电路结构图；

图3是本实施例2的功率因数校正电路的一个电路结构图；

图4是本实施例2的功率因数校正电路的一个工作时序图；

图5是本实施例3的功率因数校正电路的一个电路结构图；

图6是本实施例3的功率因数校正电路的一个工作时序图；

图7是本实施例5的功率因数校正电路控制方法的一个流程示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种功率因数校正电路，图2是本实施例1的功率因数校正电路的一个电路结构图。如图2所示，该功率因数校正电路包括整流单元101，开关单元，导通时间控制单元103，电抗器零电流检测单元104，临界周期检测单元105，时间常数选择单元106，以及最高频率限制单元107。

其中，整流单元101用于将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；开关单元可以具有串联连接的电抗器L以及开关元件Q1，开关元件Q1通过导通和关断对该直流电压进行开关，从而对流过电抗器L的再生电流进行整流滤波以得到输出电压；导通时间控制单元103根据输出电压设定开关元件Q1的关断时刻；电抗器零电流检测单元104用于检测流过电抗器L的再生电流为零的时刻；临界周期检测单元105根据电抗器零电流检测单元104的检测结果以及开关元件Q1的导通或关断状态，输出控制信号；时间常数选择单元106根据临界周期检测单元105输出的控制信号设定时间常数；最高频率限制单元107根据时间常数控制所述开关元件Q1导通和关断的频率。

根据本实施例的功率因数校正电路，该功率因数校正电路能够与再生电流的临界周期相关地设定时间常数，并根据时间常数控制开关元件导通和关断的频率，由此，在临界周期较短时，能够延迟开关元件导通的时间，从而降低开关元件的频率，减少开关损耗。

如图2所示，在本实施例中，整流单元101例如可以是有多个整流二极管构成的桥式整流器D1。本实施并不限于此，整流单元101还可以具有其他结构。关于整流单元101的结构和原理可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

如图2所示，导通时间控制单元103可以包括导通时间控制电路1031和误差放大电路1032，其中，该误差放大电路1032中的放大器A1可以根据由电阻R1和R2分压所得到的电压与Vref的关系来输出误差放大值，并且，导通时间控制电路1031可以根据放大器A1输出的误差放大值，输出控制信号，该控制信号可以被输入到触发器FF1的复位输入端R，以决定开关元件Q1的关断时刻，从而控制Q1的导通时间，因此，Q1的导通时间可以是由R1、R2和Vref决定的目标值。关于导通时间控制单元103的工作原理，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

在本实施例中，电抗器零电流检测单元104可以与设置于电抗器L中的辅助绕组D连接，该辅助绕组D中能够产生与电抗器L成比例的电流，因此，电抗器零电流检测单元104通过检测辅助绕组D中的电流，就可以检测流过电抗器L的再生电流为零的时刻。

在本实施例中，在再生电流的一个临界周期中，有两个再生电流为零的时刻，该电抗器零电流检测单元104检测的是该再生电流从大于零的值衰减为零的时刻。在检测到该再生电流为零的时刻，该电抗器零电流检测单元104可以输出零电流检测信号，用于指示一个临界周期的开始或结束，因此，该电抗器零电流检测单元104输出相邻的两个检测信号的期间，对应于一个临界周期。检测再生电流为零的时刻的具体方法，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

临界周期检测单元105可以根据电抗器零电流检测单元104的检测信号以及开关元件Q1的导通或关断状态，输出控制信号，由于零电流检测信号反映了临界周期，因此，该控制信号与临界周期相关。例如，当临界周期较长时，在电抗器零电流检测单元104输出零电流检测信号的时刻，开关元件Q1处于导通状态，临界周期检测单元105输出第一控制信号；当临界周期较短时，在电抗器零电流检测单元104输出零电流检测信号的时刻，开关元件Q1仍然处于关断状态，临界周期检测单元105输出第二控制信号。

在本实施例中，时间常数选择单元106可以用于选择第一时间常数或第二时间常数，其中，该第一时间常数对应的临界周期长于该第二时间常数对应的临界周期，例如，当临界周期较长时，临界周期检测单元105输出第一控制信号，时间常数选择单元106在接收到该第一控制信号时，选择第一时间常数，当临界周期较短时，临界周期检测单元105输出第二控制信号，时间常数选择单元106在接收到该第二控制信号时，设定该第二时间常数。当然，本实施例并不限于此，时间常数选择电路106还可以设定其它的时间常数。

在本实施例中，可以采用多种电路来实现该时间常数选择单元106的功能，例如，该时间常数选择单元106可以包括电流源，该第一时间常数和第二时间常数可以与该电流源输出的电流值相关，其中，该第一时间常数对应的电流值可以大于该第二时间常数对应的电流值。

在本实施例中，最高频率限制单元107可以根据时间常数选择单元106所选择的时间常数，设定从开关元件Q1关断时刻起的延时期间。在从该开关元件Q1关断时刻起的延时期间内，开关元件Q1不导通；在从该开关元件Q1关断时刻起经过了该延时期间后，当电抗器零电流检测单元104检测到流过电抗器L的再生电流为零时，开关元件Q1导通。

在本实施例中，最高频率限制单元107仅根据该第一时间常数所设定的延时期间，小于该最高频率限制单元107仅根据该第二时间常数所设定的延时期间。

下面，对最高频率限制单元107如何控制开关元件导通和关断的频率进行说明。

在负载较大的情况下，临界周期较长，在开关元件关断以后，最高频率限制单元107首先根据该第一时间常数设定延时期间，并且，在根据该第一时间常数设定的延时期间内，如果没有检测到再生电流为零，那么，在经过了延时期间后，当检测到再生电流为零时，即临界周期结束时，开关元件Q1被导通。

在负载较低的情况下，临界周期较短，在开关元件关断以后，最高频率限制单元107首先根据该第一时间常数设定延时期间，并且，在根据该第一时间常数设定的延时期间内，如果检测到再生电流为零，即一个临界周期结束，那么，从检测到再生电流为零的时刻起，临界周期检测单元105输出该第二控制信号，并且时间常数选择单元106选择第二时间常数，最高频率限制单元107根据该第二时间常数对根据该第一时间常数所设定的延时期间进行变更，变更后的延时期间大于根据该第一时间常数所设定的延时期间，并且，在经过了变更后的延时期间后，当检测到再生电流为零时，开关元件Q1被导通。

如果负载进一步降低，临界周期进一步缩短，时间常数选择单元106将在更早的时刻选择第二时间常数，经过最高频率限制单元107变更后的延时期间进一步加长，开关的频率进一步降低。

根据本实施例，在临界周期较短时，最高频率限制单元107设定的延时期间较长，因此，限制了开关元件Q1导通和关断的频率，避免开关元件Q1的频繁开关导致的开关损耗，并且，无需检测负载或输入功率，降低了电路复杂度。

此外，在本实施例中，如图2所示，该功率因数校正电路还可以包括与门U1、触发器FF1、开关元件驱动电路108、二极管D2、以及电容C1等。

U1的一个输入端与电抗器零电流检测单元104的输出端连接，U1的另一个输入端与最高频率限制单元的输出端连接，U1的输出端与触发器FF1的设置输入端S连接。

触发器FF1的输出端Q可以经由开关元件驱动电路108来驱动开关元件Q1的栅极，并且，FF1的输出端Q还连接到临界周期检测单元105的一个输入端，以将开关元件Q1的导通或关断状态输入到临界周期检测单元105；触发器FF1的复位输入端R可以连接导通时间控制电路1031中的比较器CP1的输出端，触发器FF1的输出端Q可以经由开关元件驱动电路来驱动开关元件Q1的栅极，触发器FF1的输出端Q可以连接导通时间控制电路1031中的开关元件Q2的栅极，或者，可以将U1的输出端与该开关元件Q2的栅极连接。

关于二极管D2、以及电容C1的说明，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

实施例2

本申请实施例2提供一种功率因数校正电路，是实施例1的功率因数校正电路的一个具体的实现方式。

图3是实施例2的功率因数校正电路的电路结构图。如图3所示，该导通时间控制电路1031可以包括电流源I1、比较器CP1、电容C3和开关Q2，该误差放大电路1032可以包括放大器A1以及相位补偿电容C2，在放大器A1的非反相输入端连接有基准电压Vref。临界周期检测单元105可以由触发器FF2构成；时间常数选择单元106可以包括电流源I2、电流源I3、二极管D3、开关Q4以及反相器U2；最高频率限制单元107可以包括电容C4、开关Q3以及比较器CP2，比较器CP2的输出端作为该最高频率限制单元107的输出端，并且在比较器CP2的反相输入端连接有基准电压Vth。

图4是图3的电路的时序图。下面，结合图3、图4来说明本申请实施例2的功率因数校正电路的工作原理。

输出电压通过电阻R1和R2被分压，并输入到放大器A1的反相输入端中。

放大器A1的输出连接有相位补偿电容器C2，对电容C2充电。放大器A1的输出还与导通时间控制单元的比较器CP1的反相输入端连接。

在开关元件Q1导通期间，触发器FF2的输出端Q输出低电平，导通时间控制单元103的开关Q2关断，期间通过电流源I1对C3进行充电，C3的电压为图4所示的斜坡波形。

比较器CP1比较放大器A1的输出电压与C3的电压，如果一致，则重置触发器FF1，使触发器FF1的Q端输出低电平，从而终止开关元件Q1的导通期间，同时使Q2导通，通过Q2使C3放电。

通过该动作，导通时间控制单元103控制开关元件Q1的关断时刻，从而控制Q1的导通时间，以使输出电压成为由R1，R2，Vref决定的特定值。

电抗器零电流检测单元104的输出与临界周期检测单元的FF2的复位输入端R和与门U1的一个输入端连接。

如果U1的另一端的输入为高电平时，通过零电流检测单元104在检测到零电流时输出的高电平信号来设置FF1，使开关元件Q1导通。

在临界周期较大的情况下，通过零电流检测单元104决定开关元件Q1的导通时刻，通过导通时间控制单元103决定开关元件Q1关断的时刻，由此，图3的功率因数校正电路作为一般的临界模式功率因数校正电路进行动作。

下面，以时刻T0到时刻T3的期间为例，来说明在临界周期较大的情况下的电路动作。

在时刻T0，FF1的S端被输入高电平信号，由此，FF1的Q端输出高电平，Q1导通。

在时刻T1，C3的电压大于A1的输出电压，CP1输出高电平信号，FF1被复位，Q1关断。

在本实施例中，临界周期检测单元105的FF2的置位输入端S中输入用于驱动开关元件Q1的栅极的信号，FF2的输出端Q输出的控制信号进入反相器U2。结果，在开关元件Q1导通期间，以及Q1关断后的一段时间内，临界周期检测电路的FF2的Q端输出高电平，即，第一控制信号。

临界周期检测电路的FF2的Q端输出通过时间常数选择电路106的反相器U2与开关Q4的栅极连接。由此，FF2的Q端输出高电平期间，Q4关断。

时间常数选择电路106的电流源I2和I3通过二极管D3连接，在Q4关断期间，从时间常数选择电路106输出电流源I3和I2的电流总和，且电流源I2和I3的电流总和对应第一时间常数。

结果，临界周期检测电路15输出高电平信号的期间，时间常数选择电路106输出电流源I3和I2的电流总和，对最高频率限制单元107中的电容C4充电。

在负载较大，临界周期比较长的情况下，在T0-T3的临界周期中，C4被I3和I2充电，并且在T2时刻，C4的电压到达Vth，由此，比较器DP2输出端输出高电平信号到U1的一个输入端。时刻T1到时刻T2的期间，是延时期间，在该延时期间内，比较器CP2输出低电平，U1始终输出低电平信号，开关Q1不会被打开。

在时刻T2之后，由于在U1的一个输入端被CP2输入高电平，因此，当零电流检测单元104在T3时刻检测到零电流而输出高电平脉冲信号时，U1的输出端输出高电平信号到FF1的置位输入端S，使开关元件Q1导通。

此外，开关Q3的栅极连接U1的输出端，因此，当U1输出高电平时，Q3被导通，从而为电容C4放电，以使电容C4能够被重新充电，同时比较器CP2输出低电平信号。

根据本实施例，在时刻T0到时刻T3的期间内，临界周期较长，在T1-T2的延时期间内没有检测到再生电流为零的情况，所以，在该延时期间内一直以电流源I2和I3的电流总和为C4充电，使C4的电压较快地到达Vth，延时期间较短，并且，开关的周期与临界周期相同。

下面，以时刻T3到时刻T7的期间为例，来说明在负载较小且临界周期较小的情况下的电路动作。

在时刻T3，Q1导通。

在时刻T4，C3的电压大于A1的输出电压，CP1输出高电平信号，FF1被复位，Q1关断。

在时刻T4到时刻T5的期间内，FF2的输出端Q的输出信号维持在高电平，因此，开关Q4不导通，以电流I2和I3为电容C4充电。

由于临界周期较小，在C4的电压尚未到达Vth的时刻T5，电抗器零电流检测单元104检测到再生电流为零，输出高电平脉冲，该高电平脉冲被输入FF2的R端。此时，由于FF2的S端被输入低电平，R端被输入高电平，因此，FF2被复位，从FF2的Q端输出低电平信号，即第二控制信号。该第二控制信号经过反相器U2后成为高电平，并使开关Q4打开。该开关Q4打开后，电流源I3的电流经由开关Q4流走，仅由电流源I2为电容C4充电，该电流源I2的电流值对应第二时间常数。

在时刻T5之后，由于仅由电流源I2为电容C4充电，充电速度变慢。

在时刻T6，C4的电压到达Vth。在T6时刻以后，比较器CP2输出高电平信号。时刻T4到时刻T6的期间，是延时期间，在该延时期间内，比较器CP2输出低电平，U1始终输出低电平信号，开关Q1不会被打开。

在时刻T6之后，由于在U1的一个输入端被CP2输入高电平，因此，当零电流检测单元104在T7时刻检测到零电流而输出高电平脉冲时，U1的输出端输出高电平信号到FF1的置位输入端S，使开关元件Q1导通。

根据本实施例，时刻T3到时刻T7期间内的临界周期较短，在时刻T4到时刻T6的延时期间内，首先以电流源I2和I3的电流总和为C4充电，在C4的电压还没有到达的Vth时，就在T5时刻检测到再生电流为零的情况，并从T5时刻开始，切换为以电流源I2的电流继续为C4充电，直到时刻T6。在时刻T5到时刻T6期间的充电电流较小，充电速度较慢，因此，与一直以电流源I2和I3的电流总和为C4充电的情况相比，延时期间T4-T6更长，由此，开关的周期要长于临界周期。也就是说，原本由电流源I2和I3的电流总和所决定的延时期间中，在时刻T5以后的部分被变更为由I2决定。

在本实施例中，在临界周期进一步缩短的情况下，时刻T5到来的更早，采用电流源I2+I3对C4充电的时间更短，采用电流源I2对C4充电的时间更长，因此，延时期间T4-T6的时间更长才能使C4的电压到达Vth，由此，开关的周期被进一步延长，开关频率被进一步降低，所以能够防止低负载时的开关损耗的增大。

实施例3

本申请实施例3提供一种功率因数校正电路，与实施例2类似，是实施例1的功率因数校正电路的另一个具体的实现方式。

图5是实施例3的功率因数校正电路的电路结构图，图5中与图3中相同的单元用相同的标号表示，下面仅针对不同之处进行说明。

如图5所示，该导通时间控制单元103a的导通时间控制电路1031a可以包括比较器CP1、电容C3和开关Q2。时间常数选择单元106a可以包括电流源I2、电流源I1、二极管D3、开关Q3以及反相器U2。最高频率限制单元107a可以包括电容C3以及比较器CP2，比较器CP2的输出端作为该最高频率限制单元107a的输出端。其中，电容C3是时间常数选择单元106a和最高频率限制单元107a共用。

图6是图5的电路的时序图。由于是实施例3与实施2的电路工作原理类似，此处，结合图5和图6对实施例3的电路的工作原理进行简要说明。

下面，以时刻T0a到时刻T3a的期间为例，来说明在临界周期较大的情况下的电路动作。

在时刻T0a，FF1的S端被输入高电平信号，由此，FF1的Q端输出高电平，Q1导通。

在时刻T1a，C3的电压大于A1的输出电压，CP1输出高电平信号，FF1被复位，Q1关断。

在时刻T1a到时刻T2a的期间，临界周期检测电路的FF2的Q端输出高电平，Q3关断，时间常数选择电路106a的电流源I2和I1对的电容C3充电，并且，在时刻T2a充电到Vth。

根据本实施例，在时刻T0a到时刻T3a的期间内，临界周期较长，在T1a-T2a的延时期间内没有检测到再生电流为零的情况，所以，在该延时期间内一直以电流源I2和I1的电流总和为C3充电，使C3的电压较快地到达Vth，延时期间较短，并且，开关的周期与临界周期相同。

此外，在本实施例中，开关Q2的栅极与U1的输出端连接，由此，当U1输出高电平信号使开关元件Q1导通时，开关Q2也导通，从而对电容C3放电。

下面，以时刻T3a到时刻T7a的期间为例，来说明在负载较小且临界周期较小的情况下的电路动作。

在时刻T3a，Q1导通。

在时刻T4a，C3的电压大于A1的输出电压，CP1输出高电平信号，FF1被复位，Q1关断。

在时刻T4a到时刻T5a的期间内，FF2的输出端Q的输出信号维持在高电平，因此，开关Q3不导通，以电流I2和I3为电容C3充电。

由于临界周期较小，在C3的电压尚未到达Vth的时刻T5a，电抗器零电流检测单元104检测到再生电流为零，输出高电平脉冲，使开关Q3打开。该开关Q3打开后，电流源I2的电流经由开关Q3流走，仅由电流源I1为电容C3充电。

在时刻T5a之后，由于仅由电流源I1为电容C3充电，充电速度变慢。

在时刻T6a，C3的电压到达Vth。在T6a时刻以后，比较器CP2输出高电平信号。时刻T4a到时刻T6a的期间，是延时期间。

在时刻T6a之后，当零电流检测单元104在T7a时刻检测到零电流而输出高电平脉冲时，U1的输出端输出高电平信号到FF1的置位输入端S，使开关元件Q1导通。

根据本实施例，时刻T3a到时刻T7a期间内的临界周期较短，在时刻T4a到时刻T6a的延时期间内，首先以电流源I2和I1的电流总和为C3充电，在C3的电压还没有到达的Vth时，就在T5a时刻检测到再生电流为零的情况，并从T5a时刻开始，切换为以电流源I1的电流继续为C3充电，直到时刻T6a。在时刻T5a到时刻T6a期间的充电电流较小，充电速度较慢，因此，与一直以电流源I2和I1的电流总和为C3充电的情况相比，延时期间T4a-T6a更长，由此，开关的周期要长于临界周期。

在本实施例中，在临界周期进一步缩短的情况下，时刻T5a到来的更早，采用电流源I2和I1对C3充电的时间更短，采用电流源I1对C3充电的时间更长，因此，C3的电压到达Vth所需的延时期间T4a-T6a更长，由此，开关的周期被进一步延长，开关频率被进一步降低，所以能够防止低负载时的开关损耗的增大。

实施例4

本申请实施例4提供一种开关电源，该开关电源具有实施例1、实施例2或实施例3所述的功率因数校正电路。

根据本实施例，开关电源中功率因数校正的开关元件的开关频率能够得到限制，由此，能够防止低负载时的开关损耗的增大。

实施例5

本申请实施例5提供一种功率因数校正电路的控制方法，与实施例1、实施例2和实施例3的功率因数校正电路对应。

图7是本实施例5的功率因数校正电路的控制方法的一个流程示意图，如图7所示，该方法包括：

S701、将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；

S702、利用开关元件的导通和关断以对所述直流电压进行开关，从而对流过电抗器的再生电流进行整流滤波以得到输出电压，所述开关元件和所述电抗器串联连接；

S703、根据所述输出电压设定所述开关元件的关断时刻；

S704、检测流过所述电抗器的再生电流为零的时刻；

S705、根据对所述再生电流为零的时刻的检测结果以及所述开关元件的导通或关断状态，生成与所述再生电流的临界周期相关的控制信号；

S706、根据所述控制信号选择时间常数；以及

S707、根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率。

在本实施例中，步骤S704检测的所述电抗器的再生电流为零的时刻是指所述再生电流从大于零的值衰减为零的时刻。

在本实施例中，步骤S704选择的时间常数可以是第一时间常数或第二时间常数，第一时间常数对应的临界周期长于第二时间常数对应的临界周期。

在本实施例中，S707可以包括，根据所述时间常数选择所述开关元件从关断时刻起的延时期间；并且，在经过所述延时期间后，当检测到流过所述电抗器的再生电流为零时，使所述开关元件导通。

在步骤S707中，仅根据所述第一时间常数所设定的延时期间，小于仅根据第二时间常数所设定的延时期间。

在本实施例的控制方法中，在开关元件关断以后，可以根据第一时间常数设定延时期间，并且，在根据第一时间常数设定的延时期间内，在检测到再生电流为零的情况下，从检测到再生电流为零的时刻起，选择第二时间常数，并根据第二时间常数变更根据第一时间常数所设定的延时期间。

根据本实施例，无需检测负载或输入电流，在临界周期较短时，将延时期间设置得较长，因此，限制了开关元件导通和关断的频率，避免开关元件的频繁开关导致的开关损耗。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正电路包括：

整流单元，其用于将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；

开关单元，其具有串联连接的电抗器以及开关元件，所述开关元件通过导通和关断对所述直流电压进行开关，从而对流过所述电抗器的电流进行整流滤波以得到输出电压；

导通时间控制单元，其用于根据所述输出电压设定所述开关元件的关断时刻；

电抗器零电流检测单元，其用于检测流过所述电抗器的电流为零的时刻；

周期检测单元，其用于根据所述电抗器零电流检测单元的检测结果以及所述开关元件的导通或关断状态，输出与所述电流的周期相关的控制信号；

时间常数选择单元，其用于根据所述周期检测单元输出的控制信号设定时间常数；以及

最高频率限制单元，其用于根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率。

2.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述最高频率限制单元根据所述时间常数设定从所述开关元件关断时刻起的延时时间段，

并且，在从所述开关元件关断时刻起经过所述延时时间段后，当所述电抗器零电流检测单元检测到流过所述电抗器的电流为零时，所述开关元件导通。

3.如权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述时间常数选择单元选择第一时间常数或第二时间常数，

第一时间常数对应的周期长于第二时间常数对应的周期，

并且，

所述最高频率限制单元仅根据所述第一时间常数所设定的所述延时时间段，小于所述最高频率限制单元仅根据所述第二时间常数所设定的所述延时时间段。

4.如权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

在所述开关元件关断以后，所述最高频率限制单元根据所述第一时间常数设定延时时间段，

并且，在根据所述第一时间常数设定的所述延时时间段内，在检测到所述电流为零的情况下，从检测到所述电流为零的时刻起，所述时间常数选择单元选择所述第二时间常数，所述最高频率限制单元根据所述第二时间常数变更根据所述第一时间常数所设定的所述延时时间段。

5.如权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述时间常数选择单元包括电流源，所述第一时间常数和所述第二时间常数与所述电流源输出的电流值相关。

6.如权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述第一时间常数对应的所述电流值大于所述第二时间常数对应的所述电流值。

7.如权利要求1-6中任一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述电抗器零电流检测单元检测的所述电抗器的电流为零的时刻是指所述电流从大于零的值衰减为零的时刻。

8.一种开关电源，其具有权利要求1-7中任意一项所述的功率因数校正电路。

9.一种功率因数校正电路的控制方法，所述方法包括：

将输入的交流电源的交流电压整流为直流电压；

利用开关元件的导通和关断以对所述直流电压进行开关，从而对流过电抗器的电流进行整流滤波以得到输出电压，所述开关元件和所述电抗器串联连接；以及

根据所述输出电压设定所述开关元件的关断时刻；

其特征在于，所述方法还包括：

检测流过所述电抗器的电流为零的时刻；

根据对所述电流为零的时刻的检测结果以及所述开关元件的导通或关断状态，生成与所述电流的周期相关的控制信号；

根据所述控制信号选择时间常数；以及

根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率。

10.如权利要求9所述的功率因数校正电路的控制方法，其特征在于，根据所述时间常数控制所述开关元件导通和关断的频率包括：

根据所述时间常数选择所述开关元件从关断时刻起的延时时间段；并且，

在经过所述延时时间段后，当检测到流过所述电抗器的电流为零时，使所述开关元件导通。