CN107565817B - 用具有可变接通时间的控制信号控制的开关功率转换器 - Google Patents

用具有可变接通时间的控制信号控制的开关功率转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用具有可变接通时间的控制信号控制的开关功率转换器。控制电路被配置成感测开关功率转换器中的功率因数校正(PFC)电源电路的AC输入电压，向PFC电源电路的至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，并且响应于检测AC输入电压的峰值电压，基于在从AC输入电压的峰值电压开始且以AC输入电压的峰值电压之后的下一个零交叉结束的间隔期间所感测的AC输入电压，增加控制信号的接通时间，以提高开关功率转换器的功率因数。还公开了用于控制一个或多个电源开关的其它示例性的开关功率转换器、PFC电源电路和控制电路。

Description

用具有可变接通时间的控制信号控制的开关功率转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月30日递交的美国临时申请No.62/356,927的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用具有可变接通时间的控制信号控制的开关功率转换器。
背景技术
本部分提供与本发明相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
开关功率转换器使用一个或多个电源开关转换电功率。开关功率转换器通常包括用于校正AC电压和AC电流之间的功率因数的功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)电路。有时，可以控制PFC电路以在一种或多种模式下操作，该模式包括例如连续导通模式、临界导通模式等。
发明内容
本部分提供了本发明的概括性总结，且不是本发明的全部范围或本发明的所有特征的全面公开。
概念1：一种开关功率转换器，包括：
功率因数校正PFC电源电路，所述PFC电源电路能够被控制以提高所述开关功率转换器的功率因数，所述PFC电源电路包括至少一个电源开关和用于接收AC输入电压和AC输入电流的输入端；以及
控制电路，所述控制电路联接到所述PFC电源电路以控制所述至少一个电源开关，所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的所述AC输入电压，向所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，以及响应于检测所述AC输入电压的峰值电压，基于在从所述AC输入电压的所述峰值电压开始且以所述AC输入电压的所述峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间感测的所述AC输入电压，增加所述控制信号的所述接通时间，以提高所述开关功率转换器的所述功率因数。
概念2：根据概念1所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路被配置成在整个所述间隔期间增加所述控制信号的所述接通时间。
概念3：根据概念1-2中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路被配置成基于感测的所述AC输入电压的斜率来增加所述控制信号的所述接通时间。
概念4：根据概念1-3中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述开关功率转换器是包括第一级和联接到所述第一级的第二级的多级功率转换器，所述多级功率转换器的所述第一级包括所述PFC电源电路，以及所述多级功率转换器的所述第二级包括电源电路。
概念5：根据概念1-4中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路被配置成将所述控制信号提供给所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关，以及所述第二控制电路被配置成将可变信号提供给所述第一控制电路以增加所述控制信号的所述接通时间。
概念6：根据概念1-5中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述可变信号包括占空比，并且所述第二控制电路被配置成响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压而减小所述可变信号的所述占空比。
概念7：根据概念1-6中任一项所述的开关功率转换器，其中，来自所述控制电路的所述控制信号包括脉冲宽度调制信号。
概念8：根据概念1-7中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述开关功率转换器是包括第一级和联接到所述第一级的第二级的多级功率转换器，所述多级功率转换器的所述第一级包括整流电路，并且所述多级功率转换器的所述第二级包括所述PFC电源电路。
概念9：根据概念1-8中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路被配置成控制所述PFC电源电路以基本上在临界导通模式下操作。
概念10：根据概念1-9中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
概念11：一种用于控制开关功率转换器的PFC电源电路中的至少一个电源开关的控制电路，所述PFC电源电路能够被控制以提高所述开关功率转换器的功率因数，所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的AC输入电压，向所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，以及响应于检测所述AC输入电压的峰值电压，基于在从所述AC输入电压的所述峰值电压开始且以所述AC输入电压的所述峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间感测的所述AC输入电压，增加所述控制信号的所述接通时间，以提高所述开关功率转换器的所述功率因数。
概念12：根据概念11所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于感测的所述AC输入电压的斜率来增加所述控制信号的所述接通时间。
概念13：根据概念11-12中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路被配置成将所述控制信号提供给所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关，以及所述第二控制电路被配置成将可变信号提供给所述第一控制电路以增加所述控制信号的所述接通时间。
概念14：根据概念11-13中任一项所述的控制电路，其中，所述可变信号包括占空比，并且所述第二控制电路被配置成响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压而减小所述可变信号的所述占空比。
概念15：根据概念11-14中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成在整个所述间隔期间增加所述控制信号的所述接通时间。
概念16：根据概念11-15中任一项所述的控制电路，其中，来自所述控制电路的所述控制信号包括脉冲宽度调制信号。
概念17：根据概念11-16中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成控制所述PFC电源电路以基本上在临界导通模式下操作。
概念18：根据概念11-17中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
根据本发明的一个方面，一种开关功率转换器，包括：PFC电源电路，该PFC电源电路包括至少一个电源开关和用于接收AC输入电压和AC输入电流的输入端；和联接到所述PFC电源电路以控制所述至少一个电源开关的控制电路。所述PFC电源电路是可控制的以提高开关功率转换器的功率因数。所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的AC输入电压，向所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，并且响应于检测AC输入电压的峰值电压，基于在从AC输入电压的峰值电压开始且以AC输入电压的峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间所感测的AC输入电压，增加控制信号的接通时间，以提高所述开关功率转换器的功率因数。
根据本发明的另一方面，公开了一种用于控制开关功率转换器的PFC电源电路中的至少一个电源开关的控制电路。PFC电源电路是可控制的以提高开关功率转换器的功率因数。所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的AC输入电压，向所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，并且响应于检测AC输入电压的峰值电压，基于在从AC输入电压的峰值电压开始且以AC输入电压的峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间所感测的AC输入电压，增加控制信号的接通时间，以提高所述开关功率转换器的功率因数。
从本文提供的描述中，其它方面和应用范围将变得明显。应当理解，本发明的各个方面可以单独实施或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文的描述和具体示例仅仅是为了说明性目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于所选的实施方式而不是所有可能的实现方式的说明性目的，且并不旨在限制本发明的范围。
图1是根据本发明的一个示例性实施方式的开关功率转换器的框图，该开关功率转换器包括具有电源开关的PFC电源电路和联接到PFC电源电路以控制电源开关的控制电路。
图2是根据另一示例性实施方式的提供给图1的PFC电源电路的AC输入电压和AC输入电流的曲线图，其中控制电源开关的控制信号的接通时间没有被调节。
图3是根据又一示例性实施方式的提供给图1的PFC电源电路的AC输入电压和AC输入电流的曲线图，其中控制电源开关的控制信号的接通时间被调节。
图4是根据另一示例性实施方式的开关功率转换器的电路图，该开关功率转换器包括全波桥式整流器，具有电源开关的PFC电源电路，感测整流后的AC电压的控制电路，以及调节控制电源开关的控制信号的接通时间的另一控制电路。
图5是根据又一示例性实施方式的图4的开关功率转换器的电路图，其中两个控制电路是系统控制器中的部件。
图6是根据另一示例性实施方式的开关功率转换器的电路图，该开关功率转换器包括PFC电源电路以及具有数字信号处理器和数模转换器的控制电路，该控制电路用于调节控制PFC电源电路中的电源开关的控制信号的接通时间。
图7是根据又一示例性实施方式的图1的开关功率转换器的框图，但是包括联接到PFC电源电路的输出端的电源电路。
贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记表示对应的部分和/或特征。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
提供了示例性实施方式，使得本发明将是透彻的且将向本领域的技术人员充分地传达范围。对大量的特定细节(诸如特定部件、设备和方法的示例)进行陈述，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。对本领域的技术人员显而易见的是，不一定采用特定细节，示例性实施方式可以体现为许多不同的形式，并且示例性实施方式不应该被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，没有对公知的过程、公知的设备结构和公知的技术进行详细描述。
本文中所使用的术语仅出于描述具体示例性实施方式的目的而不旨在进行限制。如本文中所使用的，单数形式“一”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的且因此指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序来执行，除非特别指出了执行顺序。还应当理解的是，可以采用额外的或替选的步骤。
尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。当诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示次序或顺序，除非上下文有明确地说明。因而，在不脱离示例性实施方式的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于说明，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的方位之外，空间相对术语可以旨在包括设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在上述其它元件或特征的“上方”。因而，示例性的术语“下方”可以包括上方和下方两种方位。该设备可以被另外地取向(旋转90度或在其它方向上)且本文中所使用的空间相对描述符可以被相应地解释。
根据本发明的一个示例性实施方式的开关功率转换器在图1中示出，且通常用附图标记100表示。如图1所示，开关功率转换器100包括PFC电源电路102以及联接到PFC电源电路102以控制电源开关104的控制电路108，PFC电源电路102包括电源开关104和用于接收AC输入电压Vac和AC输入电流Iac的输入端106。PFC电源电路102被控制以提高开关功率转换器100的功率因数。控制电路108感测PFC电源电路102的AC输入电压Vac，向电源开关104提供具有接通时间和关断时间的控制信号110，并且响应于检测AC输入电压Vac的峰值电压，基于在从AC输入电压的峰值电压开始且以AC输入电压的该峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间所感测的AC输入电压Vac，增加控制信号110的接通时间，以提高开关功率转换器100的功率因数。
例如，PFC电源电路102中的AC输入电压Vac与AC输入电流Iac之间的功率因数可能是不令人满意的。在一些示例中，并且如本发明人所认识到的，AC输入电流Iac可以导致AC输入电压Vac和/或AC输入电流Iac可以具有小于AC输入电压Vac的振幅的振幅，如图2的曲线图200所示。例如，当PFC电源电路102以其临界导通模式被控制时，可能会发生不令人满意的功率因数。该超前电流和/或振幅差可以由例如滤波电容器(例如，X-电容器)、固定接通时间控制方案等引起。如图2所示，关于AC输入电压的下降沿(通常由附图标记202表示)的功率因数比关于AC输入电压的上升沿(通常由附图标记204表示)的功率因素差。
如本发明的发明人所认识到的，功率因数可以通过例如增加AC输入电流Iac使得该电流变得与AC输入电压Vac更一致来提高。这可以通过在AC输入电压的下降沿期间增加用于PFC电源电路102中的电源开关104的控制信号110的接通时间来实现，如下面进一步解释的。例如，如图3所示，如果控制信号110的接通时间增加，则AC输入电流Iac可能增加(如图3中的箭头所示)，以更好地与AC输入电压Vac一致，从而提高功率转换器100的功率因数。
如上所解释的，图1的控制电路108可以检测AC输入电压Vac的峰值电压。可以以各种方式检测该峰值电压。例如，控制电路108可以基于感测的AC输入电压Vac来确定峰值电压。在这样的示例中，控制电路108监控AC输入电压Vac，并确定电压何时达到其峰值(例如，在其上升沿和下降沿之间)。控制电路108可以通过例如重复监控瞬时AC输入电压并识别瞬时AC输入电压何时开始减小来确定峰值电压。在其它实施方式中，控制电路108可以通过确定AC输入电压的斜率(其对应于AC输入电压的瞬时值)何时开始减小、基本为零等，来检测峰值电压。
在一些实施方式中，控制电路108可以检测AC周期中的每个峰值电压。例如，控制电路108可以检测AC周期中正半周期的峰值电压(例如振幅)和负半周期的峰值电压(例如振幅)。例如，如果AC输入被整流(如下面进一步说明的)，则控制电路108可以检测正半周期的两个峰值电压(例如，基本上相差180度)、四个峰值电压(例如，基本上相差90度)等。附加地和/或可替选地，如果需要，控制电路108可以检测每个AC周期的单个峰值电压(例如，每360度一次)。
如上所解释的，基于感测的AC输入电压Vac，控制信号110的接通时间增加。例如，控制电路108可以基于感测的AC输入电压Vac的斜率而增加控制信号110的接通时间。在这样的示例中，控制信号110的接通时间可以随着感测的AC输入电压Vac的斜率增加而增加。例如，感测的AC输入电压Vac在其峰值电压处的斜率基本上为零，并且可以增加预定的时段(例如，在峰值电压和过零点之间，等)。在该时段期间，控制信号110的接通时间可以基于感测的AC输入电压Vac的该增加的斜率而增加。因此，控制信号110可以是基于AC输入电压Vac而自适应的。
在一些实施方式中，控制电路108可以包括具有用于确定适当的接通时间的对应斜率和接通时间的查找表(例如，保存在存储器中)。在这样的示例中，可以基于所确定的感测的AC输入电压Vac的斜率，从查找表中确定(例如，选择)特定的接通时间。在其它实施方式中，控制电路108可以基于感测的AC输入电压Vac的斜率来计算适当的接通时间，和/或使用确定适当的接通时间的另一种合适的方法。
如上所解释的，在从AC输入电压的峰值电压开始且以该AC输入电压的峰值电压之后的下一个过零点结束的间隔期间，控制电路108增加控制信号110的接通时间。之后，如果需要，控制信号110的接通时间可以恢复到正常状态。
在一些示例中，控制电路108可以在整个间隔期间增加控制信号110的接通时间。例如，控制电路108可以在检测峰值电压之后增加控制信号110的接通时间，直到检测到AC输入电压Vac的下一个过零点。如上所解释的，感测的AC输入电压Vac的斜率持续增加，直到AC输入电压Vac达到过零点。因此，由于控制信号110的接通时间可以基于感测的AC输入电压Vac的该增加的斜率，所以控制信号110的接通时间增加直到AC输入电压Vac达到其下一个过零点。在AC输入电压Vac达到其下一个过零点之后，控制电路108可以以控制信号的正常模式控制控制信号110(例如，不增加其接通时间)。然后，在以AC输入电压的另一峰值电压(例如，下一个峰值电压)开始且以下一个零点结束的另一间隔(例如，下一个间隔)期间，控制电路108可以再次增加控制信号110的接通时间。
在一些实施方式中，当AC输入电压Vac基本上接近其过零点时，控制信号110的接通时间可以增加到最大值。例如，控制信号110的接通时间通常可以为约5μs(例如，在AC输入电压的上升沿期间)。在检测AC输入电压Vac的峰值电压后，可以增加约0.25μs的附加的接通时间。因此，控制信号110的总接通时间可以增加到大约5.25μs。之后，随着AC输入电压接近其过零点，附加的接通时间可再次增加到约0.6μs，然后增加到约1.2μs。在这样的示例中，控制信号110的总接通时间可分别增加到约5.6μs和约6.2μs。因此，在AC输入电压信号的下降沿期间，控制信号110的附加的接通时间(以及因此总接通时间)持续增加。
另外，控制信号110的接通时间可以基于感测的AC输入电压Vac的斜率而持续增加。可替选地，控制信号110的接通时间可以基于感测的AC输入电压Vac的斜率而间歇地(例如，周期性地或随机地)增加。控制信号接通时间的连续增加或间歇性增加可以持续直到AC输入电压Vac已达到其下一个过零点(如上所解释的)和/或达到另一适当的参数。
在一些实施方式中，可能需要对提供给PFC电源电路102的AC输入进行整流。例如，图4示出了包括PFC电源电路402和联接到PFC电源电路402的电感元件L1(例如，输入端)的整流电路BR1的开关功率转换器400，该PFC电源电路402具有电感元件L1、二极管D1、以及联接在电感元件L1和二极管D1之间的电源开关Q1。在一些示例中，开关功率转换器400可以被认为是具有联接在一起的两级(例如，整流电路BR1和PFC电源电路402)的多级功率转换器。
如图4所示，开关功率转换器400包括两个控制电路。具体地，功率转换器400包括PFC控制电路410和联接到PFC控制电路410的接通时间调节控制电路412。如图所示，PFC控制电路410向PFC电源电路402提供控制信号414(例如，脉冲宽度调制(PWM)信号等)，用于控制电源开关Q1，如上所解释的。
接通时间调节控制电路412感测PFC电源电路402的经整流的AC输入电压，并向PFC控制电路410提供可变信号416。该可变信号416可以被调节以增加控制信号414的接通时间，转而增加如上所解释的AC输入电流。因此，控制信号414可以是基于AC输入电压而自适应的。
可变信号416可以以多种方式调节。例如，控制电路412可以根据需要调节可变信号416的占空比，以增加控制信号414的接通时间。例如，基于与AC输入电压相关的信号，控制信号414可以改变状态(例如，高和低之间转变)。在这样示例中，当信号处于和/或高于限定值(例如，基于控制电路410的参数)时，控制信号414可以是高的，当信号处于另一限定值时(例如，基于控制电路410的参数)，控制信号414可以是低的。可变信号416的占空比可以相应地调节，以确保控制控制信号414的状态的信号在较长的时段内保持是高的。这转而增加了控制信号414的接通时间。
例如，控制电路412可以减小可变信号416的占空比，以增加控制信号414的接通时间。仅通过示例，开关功率转换器400的AC电源(V1)可提供约115VAC RMS的输入电压。因此，115VAC波形的峰值电压为约162.6V(即115×1.414)。在AC输入电压的下降沿期间(例如，在检测到峰值电压之后)，电压可从约145V下降到约125V。基于该降低的输入电压，可变信号416的占空比可以从约80％降低到约65％。如果AC输入电压从约125V下降到约105V，则可变信号416的占空比可以从约65％降低到约45％。如果AC输入电压从约105V下降到约55V，则可变信号416的占空比可以从约45％降低到约10％。在该时间期间，可变信号416的开关频率可以保持固定(例如，在大约20kHz处)。如上所解释的，占空比的该减小可以持续直到AC输入电压达到其过零点。可变信号416的占空比的每次减小导致控制信号414的接通时间的相应增加。
同样，如果开关功率转换器400的AC电源(V1)提供约230VAC RMS的输入电压，则波形的峰值电压为约325.22V(即230×1.414)。如果AC输入电压从其峰值电压下降到约315V，则可变信号416的占空比可以降低到约75％(在固定频率处，诸如20kHz)。如果AC输入电压从约315V下降到约210V，则可变信号416的占空比可以从约75％降低到约45％。如果AC输入电压从约210V下降到约110V，则可变信号416的占空比可以从约45％降低到约10％。如上所解释的，占空比的该减少可以持续直到AC输入电压达到其过零点。
可替选地，控制信号414的接通时间可以以其它合适的方式增加。例如，控制电路410(和/或另一个合适的控制电路)可以设计成使得可变信号416的占空比的增大增加控制信号414的接通时间。
如图4所示，整流电路BR1包括布置成全波桥式整流器的四个二极管。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其它合适的整流电路(包括半波桥式整流器、具有开关的整流器等)。
另外，尽管PFC控制电路410和接通时间调节控制电路412在图4中被示出为单独的控制电路，然而，对于本领域技术人员显而易见的是，一个或两个控制电路410、412的至少一部分可以是结合在一个控制电路中的系统控制电路的部件。例如，图5示出与图4的开关功率转换器400基本类似的开关功率转换器500，但是控制电路410、控制电路412是系统控制电路502的部件。
本文公开的特征可以在一个或多个硬件部件和/或软件中实现。例如，用于执行本文公开的任何一个或多个特征的指令可以存储在非瞬时计算机可读介质等中和/或从非瞬时计算机可读介质等转移到一个或多个现有的控制电路、新控制电路等。在这样的示例中，一个或多个指令可以存储在易失性存储器、非易失性存储器、ROM、RAM、一个或多个硬盘、磁盘驱动器、光盘驱动器、移动式存储器、不可移动式存储器、磁带盒、闪存卡、CD-ROM、DVD、云存储等中。
例如，计算机可读介质可以包括用于至少感测具有至少一个电源开关的PFC电源电路的AC输入电压的指令，向该至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号的指令，以及响应于检测AC输入电压的峰值电压，基于感测的AC输入电压增加控制信号的接通时间，以增加AC输入电流的指令。
本文公开的控制电路可以包括模拟控制电路、数字控制电路(例如，数字信号控制器(Digital Signal Controller，DSC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等)或混合控制电路(例如，数字控制单元和模拟电路)。另外地，整个控制电路、一些控制电路、或者没有控制电路可以定位在集成电路上。
在一些实施方式中，特定功率转换器的控制电路优选地包括数字控制电路和模拟控制电路。例如，图6示出基本上类似于图4的开关功率转换器400的开关功率转换器600，但是包括具有数字控制电路的控制电路。例如，开关功率转换器600包括图4的PFC电源电路402、DSP 602、模拟PFC控制电路604、及联接在DSP602和模拟控制电路604之间的数模(D/A)转换器606。控制电路604在功能上可基本上类似于图4的控制电路410。D/A转换器606可以是任何合适的D/A转换器。
类似于图4的接通时间调节控制电路412，图6的DSP 602感测PFC电源电路402的经整流的AC输入电压。然后，DSP 602将数字信号608输出到D/A转换器606。D/A转换器606将数字信号608转换成可变的模拟信号610并将转换后的信号610输出到模拟控制电路604。然后，控制电路604向电源开关Q1提供控制信号612，如上所解释的。来自DSP 602的数字信号608可以根据需要而调节，以增加控制信号612的接通时间，转而增加如上所解释的AC输入电流。
可替选地，控制电路604可以包括数字控制电路和/或DSP 602可以是模拟控制电路。在这样的示例中，D/A转换器606可以被去除和/或用模数(A/D)转换器代替。
本文公开的功率转换器均可以包括联接到其各自的PFC电源电路的附加的电源电路。例如，图7示出包括图1的PFC电源电路102和联接到PFC电源电路102的电源电路702的开关功率转换器700。在一些示例中，功率转换器700可以被认为是具有联接在一起的两级(例如，PFC电源电路102和电源电路702)的多级功率转换器。
如图7所示，电源电路702联接到PFC电源电路102的输出端。如图7所示，电源电路702包括用于将输入(例如，来自PFC电源电路102的输入电压)转换成输出的电源开关704。
附加地，如图7所示，功率转换器700包括基本上类似于图1的控制电路108的控制电路706。然而，如上所解释的，控制电路706除了可以控制PFC电源电路102的电源开关(未示出)之外还可以控制电源电路702的电源开关704。例如，基于感测的输出电压和/或感测的输出电流，控制电路706可以控制电源开关704以调节电源电路在输出端处的输出电压。
本文公开的电源电路(例如，图1和图7的PFC电源电路102，图4的PFC电源电路402，图7的电源电路702等)可以具有任何合适的功率转换器拓扑。例如，本文公开的PFC电源电路可以包括如图4-6所示的升压转换器拓扑，降压转换器和/或另一合适的功率转换器拓扑。同样，联接到PFC电源电路的电源电路可以包括各种不同的功率转换器拓扑，包括例如具有LLC谐振电路的谐振功率转换器(例如，准谐振功率转换器)等。在一些实施方式中，功率转换器中的任一者可以是开关模式电源(例如，AC-DC开关模式电源等)和/或另一合适电源的一部分。
附加地，本文公开的PFC电源电路可以由控制电路来控制，以基本上以控制电路的临界导通模式操作。例如，PFC电源电路中的任一者可以包括谐振部件(例如，电感元件和/或电容元件)，以确保当电流降至零时在该PFC电源电路中的电源开关接通(例如，软开关)。
如图2以及图4-7中所示的PFC电源电路均包括至少一个电源开关。因此，PFC电源电路可以被认为是有源PFC电源电路。附加地，尽管图2和图4-7所示的PFC电源电路和电源电路包括一个电源开关，对于本领域技术人员显而易见的是，PFC电源电路和/或电源电路中的任一者可以包括多于一个电源开关。此外，尽管图4-6的PFC电源电路示出为单相PFC转换器，显而易见的是，PFC电源电路中的任一者可以包括多相PFC转换器，其中，如果需要，各个相包括至少一个电源开关。
本文公开的控制电路可以以任何合适的方式感测AC输入电压和/或AC整流电压。例如，可以用电压传感器感测电压，电压传感器可以是或可以不是控制电路中的部件。在一些示例中，电压传感器向控制电路提供表示感测电压的一个或多个信号。
如本文所解释的，通过适应地调节控制信号的接通时间，可以增加去往PFC电源电路的AC输入电流，该控制信号控制PFC电源电路中的电源开关。因此，PFC电源电路中的AC输入电流和AC输入电压之间的功率因数以及电流总谐波失真(iTHD)百分比会提高。例如，测试表明，当按照本文所公开的适应地调节控制信号的接通时间时，在10％负载下，AC输入电流和AC输入电压之间的功率因数从约0.872增加到约0.924，在20％负载下，从约0.952增加到约0.978，在50％负载下，从约0.989增加到约0.995，以及在100％负载下，从约0.994增加到约0.998。同样，测试表明，当按照本文所公开的适应地调节控制信号的接通时间时，在10％负载下，PFC电源电路中的iTHD从约13.63％减小到约12.69％，在20％负载下，从约11.87％减小到约8.25％，在50％负载下，从约7.33％减小到约4.75％，在100％负载时，从约8.52％减小到约4.09％。
出于说明和描述的目的，已经提供了前述的实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本发明。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用时，可以互换并且可以在所选择的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这些变化不应当视为背离本发明，并且所有这些修改旨在被包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种开关功率转换器，包括：
功率因数校正PFC电源电路，所述PFC电源电路能够被控制以提高所述开关功率转换器的功率因数，所述PFC电源电路包括至少一个电源开关和用于接收AC输入电压和AC输入电流的输入端；以及
控制电路，所述控制电路联接到所述PFC电源电路以控制所述至少一个电源开关，所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的所述AC输入电压，检测所述AC输入电压的峰值电压，向所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，以及响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压，基于在从所述AC输入电压的所述峰值电压开始且以所述AC输入电压的所述峰值电压之后的下一个过零点结束的整个间隔期间感测的所述AC输入电压，增加所述控制信号的所述接通时间，以提高所述开关功率转换器的所述功率因数。
2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中，所述开关功率转换器是包括第一级和联接到所述第一级的第二级的多级功率转换器，所述多级功率转换器的所述第一级包括所述PFC电源电路，以及所述多级功率转换器的所述第二级包括电源电路。
3.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路被配置成将所述控制信号提供给所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关，以及所述第二控制电路被配置成将可变信号提供给所述第一控制电路以增加所述控制信号的所述接通时间。
4.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中，所述可变信号包括占空比，并且所述第二控制电路被配置成响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压而减小所述可变信号的所述占空比。
5.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中，来自所述第一控制电路的所述控制信号包括脉冲宽度调制信号。
6.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中，所述开关功率转换器是包括第一级和联接到所述第一级的第二级的多级功率转换器，所述多级功率转换器的所述第一级包括整流电路，并且所述多级功率转换器的所述第二级包括所述PFC电源电路。
7.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路被配置成控制所述PFC电源电路以在临界导通模式下操作。
8.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的开关功率转换器，其中，所述控制电路被配置成基于感测的所述AC输入电压的斜率来增加所述控制信号的所述接通时间。
10.一种用于控制开关功率转换器的功率因数校正PFC电源电路中的至少一个电源开关的控制电路，所述PFC电源电路能够被控制以提高所述开关功率转换器的功率因数，所述控制电路被配置成感测所述PFC电源电路的AC输入电压，检测所述AC输入电压的峰值电压，向所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关提供具有接通时间和关断时间的控制信号，以及响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压，基于在从所述AC输入电压的所述峰值电压开始且以所述AC输入电压的所述峰值电压之后的下一个过零点结束的整个间隔期间感测的所述AC输入电压，增加所述控制信号的所述接通时间，以提高所述开关功率转换器的所述功率因数。
11.根据权利要求10所述的控制电路，其中，所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路被配置成将所述控制信号提供给所述PFC电源电路的所述至少一个电源开关，以及所述第二控制电路被配置成将可变信号提供给所述第一控制电路以增加所述控制信号的所述接通时间。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其中，所述可变信号包括占空比，并且所述第二控制电路被配置成响应于检测所述AC输入电压的所述峰值电压而减小所述可变信号的所述占空比。
13.根据权利要求11所述的控制电路，其中，来自所述第一控制电路的所述控制信号包括脉冲宽度调制信号。
14.根据权利要求10所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成控制所述PFC电源电路以在临界导通模式下操作。
15.根据权利要求10所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于感测的所述AC输入电压的斜率来增加所述控制信号的所述接通时间。
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