CN114123756B - 一种图腾柱pfc电路及其控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种图腾柱PFC电路的控制电路和控制方法。所述图腾柱PFC电路的控制电路，通过设置主控管的导通时长，来达到电感电流上升阶段时对主控管的控制，从而可以在电流检测电阻放置于低端，即接地端时，使图腾柱PFC电路工作在连续电流模式下。本发明提供的图腾柱PFC电路，无需采用高压器件，有效降低了电路成本，并且图腾柱PFC电路可以工作在连续电流模式、断续电流模式和临界电流模式下，极大地提高了电路效率。

Description

一种图腾柱PFC电路及其控制电路和控制方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种开关电源，更具体地说，尤其涉及一种图腾柱PFC电路。

背景技术

在电源研发领域，为提高电路效率，PFC(Power Factor Correction)，即功率因数校正拓扑的设计变得越来越重要。功率因数指的是电路有效功率与视在功率的比值，用于衡量电力被有效利用的程度，功率因数值越大，代表其电力利用率越高。为了提高用电设备功率因数的技术就被称为功率因数校正。现有的PFC拓扑包括传统桥式PFC、半无桥式PFC和无桥式PFC。在无桥式PFC中，图腾柱PFC具有低传导损耗，高电路效率的优点。

图1示出了现有的图腾柱PFC电路10的拓扑结构示意图。如图1所示，图腾柱PFC电路10包括：耦接至输入交流电源Vsource的电感L1、包含开关管P1和P2的第一桥臂、包含开关管P3和P4的第二桥臂以及输出电容Cout。在常用的峰值电流控制或平均电流控制方式中，为了控制开关管P1-P4的开关，图腾柱PFC电路10需要对流过电感L1的电流IL进行采样以形成反馈机制。在图1中，检测电阻Rcs与电感L1串联耦接，电流检测电路101耦接至检测电阻Rcs的两端，基于检测电阻Rcs两端的电压来输出表征交流输入电流的电流检测信号Vcs。在图1的应用中，电阻Rcs的一端通过电感L1耦接至输入交流电源Vsource，另一端通过开关管P1耦接至输出电压Vout。由于输入交流电源Vsource和输出电压Vout的电压都较高，电流检测电路101需要用到高压隔离器件或霍尔器件，导致电路的成本较高。

图2示出了现有的图腾柱PFC电路20的拓扑结构示意图。与图1相比，图2中的检测电阻Rcs被放置在接地端，不涉及高压。因此，电流检测电路201不需要用到高压器件。然而图2中检测电阻Rcs的位置，仅能检测到同步开关管导通时的电流，即在输入交流电源Vsource的电压正半段仅能检测到流过开关管P1的电流，在输入交流电源Vsource的电压负半段仅能检测到流过开关管P2的电流。无论在哪种情况下，检测电阻Rcs都只能检测到电感电流IL下降时的电流。由于缺乏电感电流IL上升阶段的电流信息，无法实现峰值电流控制或平均电流控制，也就意味着图腾柱PFC电路20无法工作在连续电流模式下，导致电路效率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种图腾柱PFC电路的控制电路，可以在检测电阻放置于低端，即接地端时，使图腾柱PFC电路工作在连续电流模式下。

根据本发明的实施例，提出了一种图腾柱PFC(功率因数校正)电路的控制电路，包括：误差放大电路，接收表征图腾柱PFC电路的输出电压的反馈信号和反馈基准信号，并且基于所述反馈信号和所述反馈基准信号，输出反馈调节信号；电流谷底基准产生电路，接收所述反馈调节信号，并且基于所述反馈调节信号输出电流谷底基准信号；延时电路，接收所述反馈调节信号，并且基于所述反馈调节信号，输出延时信号；谷底检测电路，接收开关电压，基于所述开关电压，输出谷底检测信号；以及控制信号产生电路，接收表征流过图腾柱PFC电路的检测电阻的电流的电流检测信号、所述电流谷底基准信号、所述延时信号、所述谷底检测信号、模式判断信号和输入至图腾柱PFC电路的交流电压，基于所述电流检测信号、电流谷底基准信号、延时信号、谷底检测信号、模式判断信号和交流电压，输出控制信号用于控制图腾柱PFC电路的各开关管。

根据本发明的实施例，还提出了一种图腾柱PFC电路，包括前述图腾柱PFC电路的控制电路，还包括：第一开关管，耦接在图腾柱PFC电路的输出电压与图腾柱PFC电路的电感之间；第二开关管，耦接在所述第一开关管与接地端之间；第三开关管，耦接在图腾柱PFC电路的输入交流电源与接地端之间；以及第四开关管，耦接在第三开关管和图腾柱PFC电路的输出电压之间；其中，在交流电压的正半周，所述第二开关管为图腾柱PFC电路的主控管，在交流电压的负半周，所述第一开关管为图腾柱PFC电路的主控管。

根据本发明的实施例，还提出了一种图腾柱PFC电路的控制方法，所述图腾柱PFC电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述控制方法包括：在图腾柱PFC电路工作于连续电流模式，基于电流检测信号与电流谷底基准信号的比较结果以及连续电流模式导通时长信号，来控制第一开关管和第二开关管；以及在图腾柱PFC电路工作于断续电流模式或临界电流模式时，基于延时信号、开关谷底检测信号、断续电流模式导通时长信号和电流检测信号，来控制第一开关管和第二开关管。

在一个实施例中，前述图腾柱PFC电路的控制方法还包括：接收并判断交流电压处于正半周还是负半周；当交流电压处于正半周时，关断第四开关管，导通第三开关管，将第二开关管为主控管，将第一开关管为同步管；以及当交流电压处于负半周时，关断第三开关管，导通第四开关管，第一开关管为主控管，第二开关管为同步管。

本发明提供的图腾柱PFC电路，无需采用高压隔离器件或霍尔器件，有效降低了电路成本，并且图腾柱PFC电路可以工作在连续电流模式、断续电流模式和临界电流模式下，极大地提高了电路效率。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1示出了现有的图腾柱PFC电路10的电路结构示意图；

图2示出了现有的图腾柱PFC电路20的拓扑结构示意图；

图3示出了现有的图腾柱PFC电路在输入交流电源Vsource的正负电压阶段的开关管P1-P4的工作状态；

图4示出了根据本发明一实施例的图腾柱PFC电路40及其控制电路400的电路结构示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的电流谷底基准信号Vvalley_ref与反馈调节信号Vcomp的关系示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的控制信号产生电路405的电路结构示意图；

图7示出了根据本发明一实施例的当控制电路400工作在CCM模式下控制信号G1和G2、电感电流IL和电流谷底基准信号Vvalley_ref的波形示意图；以及

图8示出了根据本发明一实施例的当控制电路400工作在DCM模式下控制信号G1和G2、电感电流IL和电流谷底基准信号Vvalley_ref的波形示意图。

图9示出了根据本发明一实施例的控制信号产生电路405的工作流程90的示意图；

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

为更清晰地说明本发明电路的工作原理，图3示出了现有的图腾柱PFC电路在输入交流电源Vsource的正负电压阶段的开关管P1-P4的工作状态，其中图3(a)和3(b)示出了在输入交流电源Vsource提供正向电压阶段的开关管P1-P4的工作情况，图3(c)和3(d)示出了在输入交流电源Vsource提供负向电压阶段的开关管P1-P4的工作情况。在图3(a)和3(b)中，第四开关管P4保持断开，第三开关管P3保持导通，第二开关管P2为主控管，第一开关管P1为同步管。在图3(a)中，第二开关管P2导通，第一开关管P1断开，流过电感L1的电流IL逐渐增大，并且其方向如图3(a)中所示，即Vsource->L1->P2->P3->Vsource。在图3(b)中，第二开关管P2断开，第一开关管P1导通，流过电感L1的电流IL逐渐减小，并且其方向如图3(b)中所示，即Vsource->L1->P1->Cout->P3->Vsource。在图3(c)和3(d)中，第三开关管P3保持断开，第四开关管P4保持导通，第一开关管P1为主控管，第二开关管P2为同步管。在图3(c)中，第一开关管P1导通，第二开关管P2断开，流过电感L1的电流IL逐渐增大，并且其方向如图3(c)中所示，即Vsource->P4->P1->L1->Vsource。在图3(d)中，第一开关管P1断开，第二开关管P2导通，流过电感L1的电流IL逐渐减小，并且其方向如图3(d)中所示，即Vsource->P4->Cout->P2->L1->Vsource.

图4示出了根据本发明一实施例的图腾柱PFC电路40及其控制电路400的电路结构示意图。所述控制电路400控制图腾柱PFC电路40如图3所示过程工作。如图4所示，所述图腾柱PFC电路40包括：电感L1，耦接至输入交流电源Vsource；第一开关管P1，耦接在电感L1与图腾柱PFC电路40的输出电压Vout之间；第二开关管P2，耦接在电感L1与图腾柱PFC电路40的接地端GND；第三开关管P3，耦接在输入交流电源Vsource与接地端GND之间；第四开关管P4，耦接在输入交流电源Vsource与输出电压Vout之间；输出电容Cout，耦接在输出电压Vout与接地端GND之间；检测电阻Rcs，耦接在输出电容Cout与接地端GND之间；以及控制电路400，接收检测电阻Rcs上的电流检测信号Vcs和表征输出电压Vout的反馈信号Vfb，并且基于电流检测信号Vcs和反馈信号Vfb，输出第一控制信号G1、第二控制信号G2、第三控制信号G3和第四控制信号G4，分别用于控制第一开关管P1、第二开关管P2、第三开关管P3和第四开关管P4。

在图4实施例中，所述控制电路400包括：误差放大电路401，接收反馈信号Vfb和反馈基准信号Vref，并且基于反馈信号Vfb和反馈基准信号Vref，输出反馈调节信号Vcomp；电流谷底基准产生电路402，接收反馈调节信号Vcomp，并且基于反馈调节信号Vcomp输出电流谷底基准信号Vvalley_ref；延时电路403，接收反馈调节信号Vcomp，并且基于反馈调节信号Vcomp，输出延时信号Td；谷底检测电路404，接收开关电压Vsw，基于开关电压Vsw，输出开关谷底检测信号Vzcd；以及控制信号产生电路405，接收电流检测信号Vcs、电流谷底基准信号Vvalley_ref、延时信号Td、开关谷底检测信号Vzcd、交流电压Vac和模式判断信号Vmode，基于电流检测信号Vcs、电流谷底基准信号Vvalley_ref、延时信号Td、开关谷底检测信号Vzcd、交流电压Vac和模式判断信号Vmode，输出控制信号G1-G4。

在一个实施例中，所述误差放大电路401包括误差放大器，接收表征输出电压Vout的反馈信号Vfb和反馈基准信号Vref，并且基于反馈信号Vfb和反馈基准信号Vref之间的差值，输出反馈调节信号Vcomp。在实际应用中，当负载增大时，反馈信号Vfb减小，而反馈调节信号Vcomp增大，促使图腾柱PFC电路40输出更多功率提供给负载。当负载减小时，反馈信号Vfb增大，而反馈调节信号Vcomp减小，使得图腾柱PFC电路40减少提供给负载的功率。

由上可知，反馈调节信号Vcomp在一定程度上表征了负载的大小。在本发明部分实施例中，所述控制电路400还包括模式判断电路406，接收反馈调节信号Vcomp和负载阈值Vth，并且基于两者的比较结果，输出模式判断信号Vmode。当所述反馈调节信号Vcomp大于所述负载阈值Vth时，图腾柱PFC电路40工作于CCM模式(连续电流模式)；当所述反馈调节信号Vcomp小于所述负载阈值Vth，图腾柱PFC电路40工作于CRM模式(临界电流模式)或DCM模式(断续电流模式)。本领域技术人员可以根据具体应用的需要设置所述负载阈值Vth。在部分实施例中，所述负载阈值Vth由用户通过数据接口来设置并存储在控制电路的存储模块中，如寄存器等。在部分实施例中，所述负载阈值Vth也可以通过控制电路的芯片引脚，由外部元件或外部基准源来设置。在本发明实施例中，CRM模式属于特殊的DCM模式，差别在于延时信号Td表征的时长不同，在CRM模式中，延时信号Td表征的时长为0，而在DCM模式中，延时信号Td表征的时长大于0。应当理解，任何现有的用于判断负载轻重的电路均可以用于产生模式判断信号Vmode。

在图4实施例中，所述电流谷底基准产生电路402基于反馈调节信号Vcomp产生电流谷底基准信号Vvalley_ref。所述电流谷底基准信号Vvalley_ref与反馈调节信号Vcomp的关系如图5所示，具体为：Vvalley_ref＝(Vcomp-Vth)×K1×|Vac|，并且Vvalley_ref>0。其中，所述电流谷底基准信号Vvalley_ref的最小值被限制为0，Vac表征输入交流电源Vsource的电压值，K1在部分实施例中为一大于0的常数，在部分实施例中与输入交流电源Vsource的峰值电压有关，即K1＝K2/Vac_peak，其中K2为一大于0的常数，Vac_peak为交流电压Vac的电压峰值，负载阈值Vth为判断是否进入CCM模式的阈值。在部分实施例中，所述电流谷底基准产生电路402可以采用数字电路来实现。例如，本领域普通技术人员可以将上述电流谷底基准信号Vvalley_ref与反馈调节信号Vcomp之间的关系，采用VHDL、Verilog等数字描述语言来描述，从而来自动生成数字电路。

在图4实施例中，所述延时电路403，接收反馈调节信号Vcomp，并且基于反馈调节信号Vcomp，输出延时信号Td。在部分实施例中，所述延时信号Td为时长信号，其表征的时长值与反馈调节信号Vcomp的值成反比，即反馈调节信号Vcomp的值越大，延时信号Td的值越小。在一个实施例中，在控制电路400工作于CRM模式时，延时信号Td表征的时长为0。在控制电路400工作于DCM模式时，延时信号Td表征的时长随着反馈调节信号Vcomp的减小而增大。本领域普通技术人员可按具体应用的需要来确定延时信号Td与反馈调节信号Vcomp之间的具体关系。

在电路工作于DCM模式时，当第一开关管P1和第二开关管P2均关断后，开关电压Vsw会产生振荡。在图4实施例中，所述谷底检测电路404接收开关电压Vsw，并输出开关谷底检测信号Vzcd表征开关电压Vsw的谷底点。所述开关电压Vsw是第一开关管P1和第二开关管P2的连接点的电压。在部分实施例中，当输入交流电源Vsource的交流电压Vac处于正半周时，所述第一开关管P1关断后，所述开关电压Vsw从输出电压Vout下降至谷底，随后开始振荡，此时所述开关谷底检测信号Vzcd在开关电压Vsw每次振荡至谷底时产生脉冲。当输入交流电源Vsource的交流电压Vac处于负半周时，所述第二开关管P2关断后，所述开关电压Vsw从接地端GND的零电压上升至峰值，随后开始振荡，此时所述开关谷底检测信号Vzcd在开关电压Vsw每次振荡至峰值时产生脉冲。也就是说，由于交流电压具有正负半周的属性，从电压值上来看，本发明实施例在交流电压的正半周需检测振荡的开关电压Vsw的谷底值，在交流电压的负半周需检测振荡的开关电压Vsw的峰值。任意现有的检测电压振荡的谷底值或峰值的检测电路均可以用于本发明。

在一个实施例中，所述控制信号产生电路405接收输入交流电源Vsource的交流电压Vac，并且基于交流电压Vac产生控制信号G3和G4。在一个实施例中，当检测到交流电压Vac为正电压时，所述第三控制信号G3控制第三开关管P3导通，所述第四控制信号G4控制第四开关管P4关断。当检测到交流电压Vac为负电压时，所述第三控制信号G3控制第三开关管P3关断，所述第四控制信号G4控制第四开关管P4导通。应当理解，为满足控制信号产生电路405的输入电压范围要求，提供至控制信号产生电路405的交流电压Vac可以是经过分压后的信号，即交流电压Vac可以表示输入交流电源Vsource的实际电压值，也可以是其实际电压值的分压。

在一个实施例中，所述控制信号产生电路405可采用数字电路来实现，即通过将控制信号产生电路405的工作流程通过VHDL或Verilog等数字描述语言来描述，并自动生成相应的数字电路。

图6示出了根据本发明一实施例的控制信号产生电路405的电路结构示意图。如图6所示，所述控制信号产生电路405包括：交流电压判断电路601，接收交流电压Vac，基于交流电压Vac输出第三控制信号G3和第四控制信号G4；逻辑电路602，接收电流谷底表征信号PG2、延时信号Td和开关谷底检测信号Vzcd，在电流谷底表征信号PG2表征电感电流IL下降至零或电流谷底基准信号时开始计时直至延时信号Td表征的时长结束后，并且开关谷底检测信号Vzcd产生脉冲时，输出断续电流模式导通信号ON_DCM；第一选择电路603，接收断续电流模式导通信号ON_DCM、电流谷底表征信号PG2和模式判断信号Vmode，当模式判断信号Vmode表征电路处于CCM模式时，所述第一选择电路603输出电流谷底表征信号PG2作为置位信号ST，否则，输出断续电流模式导通信号ON_DCM作为置位信号ST；断续电流模式固定导通时长产生电路604，接收反馈调节信号Vcomp，输出与反馈调节信号Vcomp的值成正比的断续电流模式导通时长信号Ton_DCM；第二选择电路605，接收断续电流模式导通时长信号Ton_DCM、连续电流模式导通时长信号Ton_CCM和模式判断信号Vmode，当模式判断信号Vmode表征处于电路处于CCM模式时，所述第二选择电路605输出连续电流模式导通时长信号Ton_CCM，否则，输出断续电流模式导通时长信号Ton_DCM；计时电路606，接收第二选择电路605的输出信号以及预控制信号PG1，并且基于预控制信号PG1和第二选择电路605的输出信号，输出复位信号RT；RS触发器607，具有置位端“S”接收第一选择电路603输出的置位信号ST，具有复位端“R”接收复位信号ST，具有输出端“Q”输出预控制信号PG1；第三选择电路610，接收零电流阈值Vz、电流谷底基准信号Vvalley_ref和模式判断信号Vmode，当模式判断信号Vmode表征电路处于CCM模式时，所述第三选择电路610输出电流谷底基准信号Vvalley_ref，否则，输出零电流阈值Vz；谷底电流检测电路608，接收电流检测信号Vcs和第三选择电路610的输出信号，基于两者的比较结果输出电流谷底表征信号PG2；以及第四选择电路609，接收预控制信号PG1、电流谷底表征信号PG2和交流电压判断信号Vp，在交流电压判断信号Vp表征交流电压Vac处于正半周时，所述第四选择电路609输出预控制信号PG1作为第二控制信号G2，并输出电流谷底表征信号PG2作为第一控制信号G1，在交流电压Vac处于负半周时，输出预控制信号PG1作为第一控制信号G1，并输出电流谷底表征信号PG2作为第二控制信号G2。在一个实施例中，所述交流电压判断信号Vp可以是第三控制信号G3或第四控制信号G4。应当理解，任意可以表征交流电压Vac处于正半周还是负半周的信号均可以用作本发明实施例中的交流电压判断信号Vp。

所述交流电压判断电路601可以包括任意现有的用于判断交流电压的正负半周的电路。在一个实施例中，当交流电压Vac大于正电压阈值Vzero时，所述交流电压判断电路601输出逻辑高电平的第三控制信号G3，用于控制第三开关管P3导通，并输出逻辑低电平的第四控制信号G4，用于控制第四开关管P4关断。当交流电压Vac小于负电压阈值-Vzero时，所述交流电压判断电路601输出逻辑低电平的第三控制信号G3，用于控制第三开关管P3关断，并输出逻辑高电平的第四控制信号G4，用于控制第四开关管P4导通。当交流电压Vac处于正电压阈值Vzero与负电压阈值-Vzero之间时，所述第三控制信号G3和第四控制信号G4均为逻辑低电平，即所述第三开关管P3和第四开关管P4均关断。在一个实施例中，所述控制信号产生电路405还包括一部分逻辑门电路，用于在第三开关管P3和第四开关管P4均关断时，关断第一开关管P1和第二开关管P2。

在一个实施例中，所述逻辑电路602可以包括脉冲触发器，所述延时信号Td作为脉冲触发器的使能信号，所述开关谷底检测信号Vzcd作为其输入信号。在电流谷底表征信号PG2表征DCM模式下电流检测信号Vcs下降至零时，经过延时信号Td表征的时长后，所述延时信号Td使能该脉冲触发器，所述开关谷底检测信号Vzcd的脉冲触发该脉冲触发器，输出断续电流模式导通信号ON_DCM。

在一个实施例中，所述断续电流模式固定导通时长产生电路604包括计算电路，所述计算电路将反馈调节信号Vcomp与一常数相乘后得到断续电流模式导通时长信号Ton_DCM，所述断续电流模式导通时长信号Ton_DCM表征的时长与反馈调节信号Vcomp成正比。

在本发明实施例中，所述连续电流模式导通时长信号Ton_CCM为一由用户设置的固定常数，其取值与具体应用中的电感参数，所需的输出电压纹波和电路的工作频率等因数相关。本领域普通技术人员可以根据经验及具体应用电路的参数来设置。

在一个实施例中，所述计时电路606接收第二选择电路605的输出信号和预控制信号PG1，并在预控制信号PG1由逻辑低电平跳转至逻辑高电平时开始计时。在电路工作于CCM模式时，当计时达到连续电流模式导通时长信号Ton_CCM表征的时长时，输出复位信号RT指示计时结束，复位RS触发器607。在电路工作于DCM或CRM模式时，当计时达到断续电流模式导通时长信号Ton_DCM表征的时长时，输出复位信号RT指示计时结束，复位RS触发器607。

在一个实施例中，所述第三选择电路610在模式判断信号Vmode表征电路处于CCM模式时，输出电流谷底基准信号Vvalley_ref，否则，输出零电流阈值Vz。在CCM模式下，所述谷底电流检测电路608将电流检测信号Vcs与电流谷底基准信号Vvalley_ref相比较，当电流检测信号Vcs下降至电流谷底基准信号Vvalley_ref时，所述电流谷底表征信号PG2由逻辑高电平跳转为逻辑低电平。在DCM或CRM模式下，所述谷底电流检测电路608将电流检测信号Vcs与零电流阈值Vz相比较，当电流检测信号Vcs下降至零电流阈值Vz时，所述电流谷底表征信号PG2由逻辑高电平跳转为逻辑低电平。

图7示出了根据本发明一实施例的当控制电路400工作在CCM模式下控制信号G1和G2、电感电流IL和电流谷底基准信号Vvalley_ref的波形示意图。由于控制电路400在交流电压Vac的正半周和负半周的工作情况类似，为叙述简明之便，图7中仅示出了控制电路400在交流电压Vac处于正半周时的各信号波形。以下结合图6和图7来说明控制电路400的工作过程。如前所述，在交流电压Vac的正半周，所述第三开关管P3保持导通，所述第四开关管P4保持关断。在图7中，控制信号逻辑低电平对应于相应的开关管关断，控制信号逻辑高电平对应于相应的开关管导通。当第一控制信号G1为逻辑低电平，第二控制信号G2为逻辑高电平时，第一开关管P1关断，第二开关管P2导通，所述电感电流IL上升。但由于电感电流IL并未流过检测电阻Rcs，因此，电流检测信号Vcs的值为零。经过连续电流模式导通时长信号Ton_CCM表征的时长后，复位信号RT复位RS触发器，使预控制信号PG1翻转为逻辑低电平。经过第四选择电路609，预控制信号PG1作为第二控制信号G2关断第二开关管P2，电感电流IL通过第一开关管P1的体二极管续流，电感电流IL流过检测电阻Rcs，此时电感电流检测信号Vcs大于电流谷底基准信号Vvalley_ref，电流谷底表征信号PG2翻转为逻辑高电平，并且作为第一控制信号G1导通所述第一开关管P1，所述电感电流IL下降，所述电流检测信号Vcs随之下降。当电流检测信号Vcs下降至电流谷底基准信号Vvalley_ref时，所述电流谷底表征信号PG2翻转为逻辑低电平，经过第四选择电路609时，关断第一开关管P1。并且所述电流谷底表征信号PG2经过反相后通过第一选择电路603设置RS触发器607，使预控制信号PG1翻转为逻辑高电平，经过第四选择电路609，预控制信号PG1作为第二控制信号G2导通第二开关管P2，新的工作周期开始。

图8示出了根据本发明一实施例的当控制电路400工作在DCM模式下控制信号G1和G2、电感电流IL和电流谷底基准信号Vvalley_ref的波形示意图。由于控制电路400在交流电压Vac的正半周和负半周的工作情况类似，为叙述简明之便，图8中仅示出了控制电路400在交流电压Vac处于正半周时的各信号波形。以下结合图6和图8来说明控制电路400的工作过程。如前所述，在交流电压Vac的正半周，所述第三开关管P3保持导通，所述第四开关管P4保持关断。在图8中，控制信号逻辑低电平对应于相应的开关管关断，控制信号逻辑高电平对应于相应的开关管导通。当第一控制信号G1为逻辑低电平，第二控制信号G2为逻辑高电平时，第一开关管P1关断，第二开关管P2导通，所述电感电流IL上升。经过断续电流模式导通时长信号Ton_DCM表征的时长后，所述复位信号RT复位RS触发器607，使预控制信号PG1翻转为逻辑低电平。经过第四选择电路609，预控制信号PG1作为第二控制信号G2关断第二开关管P2，电感电流IL通过第一开关管P1的体二极管续流，电感电流IL流过检测电阻Rcs，此时电感电流检测信号Vcs大于电流谷底基准信号Vvalley_ref，电流谷底表征信号PG2翻转为逻辑高电平，并且作为第一控制信号G1导通所述第一开关管P1，所述电感电流IL下降，所述电流检测信号Vcs随之下降。当电感电流IL下降至零时，所述电流谷底表征信号PG2经过第四选择电路609后作为第一控制信号G1关断第一开关管P1。此后，经过延时信号Td表征的延时时长后，谷底检测信号当开关谷底检测信号Vzcd出现脉冲时，逻辑电路602输出断续电流模式导通信号ON_DCM，通过第一选择电路603设置RS触发器607，使预控制信号PG1翻转为逻辑高电平，经过第四选择电路609，所述预控制信号PG1作为第二控制信号G2导通第二开关管P2，由于此时电感电流IL不流经检测电阻Rcs，因此电流检测信号Vcs保持为零，电流谷底表征信号PG2为逻辑低电平，即第一控制信号G1保持为逻辑低电平，第一开关管P1保持关断，所述电感电流IL上升，新的工作周期开始。

在本发明实施例中，所述延时信号Td表征的时长与反馈调节信号Vcomp的值成反比，反馈调节信号Vcomp的值越大，延时信号Td表征的时长越短。在控制电路400工作于CRM模式时，延时信号Td表征的时长为0。在控制电路400工作于DCM模式时，延时信号Td表征的时长随着反馈调节信号Vcomp的减小而增大。

图9示出了根据本发明一实施例的控制信号产生电路405的工作流程90的示意图。所述工作流程90包括：

步骤901，接收并判断交流电压Vac处于正半周还是负半周，也就是将交流电压Vac与正电压阈值Vzero和负电压阈值-Vzero相比较。当交流电压Vac大于正电压阈值Vzero时，判断交流电压Vac处于正半周，当交流电压Vac小于负电压阈值-Vzero时，判断交流电压Vac处于负半周。在一个实施例中，所述正电压阈值Vzero可以是略大于0的值，同样的，所述负电压阈值-Vzero可以是略小于0的值，从而在交流电压Vac过零点附近留出死区时间，防止开关管P3和P4直通导致短路故障。

步骤902，当判断交流电压Vac处于正半周时，导通第三开关管P3，并关断第四开关管P4，同时第二开关管P2为主控管，第一开关管P1为同步管。

步骤903，当判断交流电压Vac处于负半周时，导通第四开关管P4，并关断第三开关管P3，同时第一开关管P1为主控管，第二开关管P2为同步管。

步骤904，在图腾柱PFC电路40工作于CCM模式时(根据模式判断信号Vmode来判断)，基于电流检测信号Vcs与电流谷底基准信号Vvalley_ref的比较结果以及连续电流模式导通时长信号Ton_CCM，来控制主控管和同步管。具体为：在电流检测信号Vcs下降至电流谷底基准信号Vvalley_ref时，导通主控管，并关断同步管。之后，在经过连续电流模式导通时长信号Ton_CCM表征的时长后，关断主控管，并导通同步管。等到电流检测信号Vcs再一次下降至电流谷底基准信号Vvalley_ref时，再次导通主控管，关断同步管，周而复始，即为图腾柱PFC电路40在CCM模式下的工作过程。

步骤905，在图腾柱PFC电路40工作于CRM或DCM时(根据模式判断信号Vmode来判断)，基于延时信号Td、开关谷底检测信号Vzcd、断续电流模式导通时长信号Ton_DCM和电流检测信号Vcs，来控制主控管和同步管。具体为：在同步管关断时开始计时，并在延时信号Td表征的延时时长结束后，当开关谷底检测信号Vzcd产生脉冲时，导通主控管。之后，在经过断续电流模式导通时长信号Ton_DCM表征的时长后，关断主控管，并导通同步管。当电流检测信号Vcs下降至零时，关断同步管。并且在关断同步管后再次开始计时，在延时信号Td表征的延时时长结束后，且开关谷底检测信号Vzcd产生脉冲时，再次导通主控管，新的开关周期开始，周而复始，即为图腾柱PFC电路40在DCM模式下的工作过程。

步骤906，当判断交流电压Vac处于过零点附近时，即交流电压Vac的绝对值|Vac|小于或等于Vzero时，所有开关管P1-P4均关断。

前述工作流程90的各步骤之间并无先后顺序关系。只要满足对应步骤的实施条件，该对应步骤即可实施。

应当理解，图6仅仅是根据本发明一实施例提供的控制信号产生电路405的电路结构示意图。本领域普通技术人员可以根据图9所示的工作流程来设计电路。在部分实施例中，Verilog及VHDL等数字描述语文被用于描述图9所示的工作流程，从而自动生成数字电路来实现控制信号产生电路405的功能。

应当理解，所述控制信号的逻辑电平和开关管的通断之间的关系与所采用的开关管类型相关。具体来说，当开关管为N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)时，所述控制信号为逻辑高电平时，对应的开关管导通，所述控制信号为逻辑低电平时，对应的开关管关断。当开关管为P型MOSFET时，所述控制信号为逻辑高电平时，对应的开关管关断，所述控制信号为逻辑低电平时，对应的开关管导通。本发明实施例中的控制信号的电平类型与开关管的通断关系仅用于举例说明，并不用于限制信号的类型及其与开关管通断之间的关系。

应当理解，本发明所给出的电路及工作流程仅作示意性说明。任意可以实现本发明电路的功能及工作过程的电路均不脱离本发明的精神或实质。例如在部分实施例中，可以通过数字描述语言来具体描述本发明前述的控制电路400的工作过程，从而自动生成数字电路来实现控制电路400的电路功能。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种图腾柱PFC(功率因数校正)电路的控制电路，包括：

误差放大电路，接收表征图腾柱PFC电路的输出电压的反馈信号和反馈基准信号，并且基于所述反馈信号和所述反馈基准信号，输出反馈调节信号；

电流谷底基准产生电路，接收所述反馈调节信号，并且基于所述反馈调节信号输出电流谷底基准信号；

延时电路，接收所述反馈调节信号，并且基于所述反馈调节信号，输出延时信号；

谷底检测电路，接收开关电压，基于所述开关电压，输出谷底检测信号；以及

控制信号产生电路，接收表征流过图腾柱PFC电路的检测电阻的电流的电流检测信号、所述电流谷底基准信号、所述延时信号、所述谷底检测信号、模式判断信号和输入至图腾柱PFC电路的交流电压，基于所述电流检测信号、电流谷底基准信号、延时信号、谷底检测信号、模式判断信号和交流电压，输出控制信号用于控制图腾柱PFC电路的各开关管。

2.如权利要求1所述的图腾柱PFC电路的控制电路，还包括：

模式判断电路，接收所述反馈调节信号和负载阈值，并且基于所述反馈调节信号和负载阈值的比较结果，输出模式判断信号。

3.如权利要求1所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述延时信号表征的时长值与反馈调节信号的值成反比。

4.如权利要求1所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述控制信号产生电路包括：

逻辑电路，接收电流谷底表征信号、延时信号和谷底检测信号，在电流谷底表征信号表征图腾柱PFC电路的电感电流下降至零或电流谷底基准信号时开始计时直至延时信号表征的时长结束后，并且谷底检测信号产生脉冲时，输出断续电流模式导通信号；以及

第一选择电路，接收断续电流模式导通信号、电流谷底表征信号和模式判断信号，当模式判断信号表征电路处于连续电流模式时，所述第一选择电路输出电流谷底表征信号作为置位信号，否则，输出断续电流模式导通信号作为置位信号，所述置位信号用于控制图腾柱PFC电路的主控管的导通。

5.如权利要求4所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述控制信号产生电路还包括：

断续电流模式固定导通时长产生电路，接收反馈调节信号，输出与反馈调节信号的值成正比的断续电流模式导通时长信号；

第二选择电路，接收断续电流模式导通时长信号、连续电流模式导通时长信号和模式判断信号，当模式判断信号表征处于电路处于连续电流模式时，所述第二选择电路输出连续电流模式导通时长信号，否则，输出断续电流模式导通时长信号；以及

计时电路，接收第二选择电路的输出信号以及预控制信号，并且基于预控制信号和第二选择电路的输出信号，输出复位信号，所述复位信号用于控制图腾柱PFC电路的主控管的关断。

6.如权利要求5所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述控制信号产生电路还包括：

RS触发器，具有置位端接收第一选择电路输出的置位信号，具有复位端接收复位信号，具有输出端输出预控制信号用于控制图腾柱PFC电路的主控管的通断。

7.如权利要求5所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述控制信号产生电路还包括：

第三选择电路，接收零电流阈值、电流谷底基准信号和模式判断信号，当模式判断信号表征电路处于连续电流模式时，所述第三选择电路输出电流谷底基准信号，否则，输出零电流阈值；

谷底电流检测电路，接收电流检测信号和第三选择电路的输出信号，基于两者的比较结果输出电流谷底表征信号；以及

第四选择电路，接收预控制信号、电流谷底表征信号和交流电压判断信号，在交流电压判断信号表征交流电压处于正半周时，所述第四选择电路输出预控制信号作为第二控制信号，并输出电流谷底表征信号作为第一控制信号，在交流电压处于负半周时，输出预控制信号作为第一控制信号，并输出电流谷底表征信号作为第二控制信号。

8.如权利要求5所述的图腾柱PFC电路的控制电路，其中所述控制信号产生电路还包括：

交流电压判断电路，接收所述交流电压，基于交流电压输出第三控制信号和第四控制信号。

9.一种图腾柱PFC电路，包括如权利要求1-8任一项所述的图腾柱PFC电路的控制电路，还包括：

第一开关管，耦接在图腾柱PFC电路的输出电压与图腾柱PFC电路的电感之间；

第二开关管，耦接在所述第一开关管与接地端之间；

第三开关管，耦接在图腾柱PFC电路的输入交流电源与接地端之间；以及

第四开关管，耦接在第三开关管和图腾柱PFC电路的输出电压之间；

其中，在交流电压的正半周，所述第二开关管为图腾柱PFC电路的主控管，在交流电压的负半周，所述第一开关管为图腾柱PFC电路的主控管。

10.如权利要求9所述的图腾柱PFC电路，还包括：

电感，具有第一端耦接至图腾柱PFC电路的输入交流电源，具有第二端耦接至第一开关管和第二开关管的连接点。

11.如权利要求9所述的图腾柱PFC电路，还包括：

检测电阻，耦接在图腾柱PFC电路的接地端和输出电容之间。

12.一种图腾柱PFC(功率因数校正)电路的控制方法，所述图腾柱PFC电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述控制方法包括：

在图腾柱PFC电路工作于连续电流模式，基于电流检测信号与电流谷底基准信号的比较结果以及连续电流模式导通时长信号，来控制第一开关管和第二开关管；以及

在图腾柱PFC电路工作于断续电流模式或临界电流模式时，基于延时信号、开关谷底检测信号、断续电流模式导通时长信号和电流检测信号，来控制第一开关管和第二开关管；

其中，所述电流谷底基准信号和延时信号基于反馈调节信号产生，所述开关谷底检测信号基于开关电压产生，所述反馈调节信号基于反馈信号和反馈基准信号产生，所述反馈信号表征所述图腾柱PFC电路的输出电压。

13.如权利要求12所述的图腾柱PFC电路的控制方法，还包括：

接收并判断交流电压处于正半周还是负半周；

当交流电压处于正半周时，关断第四开关管，导通第三开关管，将第二开关管为主控管，将第一开关管为同步管；以及

当交流电压处于负半周时，关断第三开关管，导通第四开关管，第一开关管为主控管，第二开关管为同步管。

14.如权利要求13所述的图腾柱PFC电路的控制方法，其中，基于电流检测信号与电流谷底基准信号的比较结果以及连续电流模式导通时长信号，来控制第一开关管和第二开关管的步骤包括：

在电流检测信号下降至电流谷底基准信号时，关断同步管，并导通主控管；以及

在经过连续电流模式导通时长信号表征的时长后，关断主控管，并导通同步管。

15.如权利要求13所述的图腾柱PFC电路的控制方法，其中，基于延时信号、开关谷底检测信号、断续电流模式导通时长信号和电流检测信号，来控制第一开关管和第二开关管的步骤包括：

在同步管关断时开始计时，并在延时信号表征的延时时长结束后，当开关谷底检测信号产生脉冲时，导通主控管；

在经过断续电流模式导通时长信号表征的时长后，关断主控管，并导通同步管；以及

当电流检测信号下降至零时，关断同步管。

16.如权利要求13所述的图腾柱PFC电路的控制方法，接收并判断交流电压处于正半周还是负半周的步骤包括：

当交流电压大于正电压阈值时，判断交流电压处于正半周；以及

当交流电压小于负电压阈值时，判断交流电压处于负半周。

17.如权利要求16所述的图腾柱PFC电路的控制方法，接收并判断交流电压处于正半周还是负半周的步骤还包括：

当交流电压的绝对值小于或等于正电压阈值时，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均关断。