CN203775025U - 一种功率因数校正电路及其控制电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种功率因数校正电路及其控制电路。功率因数校正电路包括：开关电路，包括主开关；模数转换单元，根据输入电压、输入电流和输出电压产生采样信号；数模转换单元，提供关断电流参考信号；比较电路，根据关断电流参考信号和输入电流产生比较信号；计算控制单元，根据采样信号提供开通延迟时间、预期的导通时间长度和数字关断电流参考信号；以及脉冲发生单元，耦接至比较电路和计算控制单元，根据比较信号和开通延迟信号控制主开关的导通时刻以及根据预期的导通时间长度控制主开关的关断时刻。该电路计算方便，易于实现，并且比传统的连续电流模式控制在轻载时具有更高的效率和功率因数。

Description

一种功率因数校正电路及其控制电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电源的控制电路，具体涉及功率因数校正电路及其控制电路。

背景技术

功率因数校正(PFC)电路被广泛应用于电源转换系统中，用于校正电流的相位，提高功率因数。图1示出了一种PFC控制的波形示意图。如图所示，输入电压Vin呈馒头波形状，输入电压一般为将市电的正弦交流信号经过整流后获得。为了实现PFC控制，需要控制输入电流Iin的波形跟随输入电压Vin的波形，使输入电流Iin的相位与输入电压Vin一致。通常，较高的输入电压Vin对应较低的输入电流平均值Iin_avg。在开关模式PFC电路中，输入电流Iin呈锯齿波形状，从而可通过控制输入电流Iin的平均电流Iin_avg的波形跟随输入电压波形来提高功率因数，实现功率因数校正。

同时，国际能源管理机构对PFC电路的转换效率也提出了较高的要求。然而，现有的PFC电路产品在低负载条件下的效率还不能很好的符合能源管理机构期望的要求。

因此，有必要对PFC电路进行改进，以期提高效率，特别是低载条件下的效率，同时又不增加太多成本。

实用新型内容

为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本实用新型提出一种功率因数校正电路及其控制电路。

根据本实用新型一实施例的一种控制电路，用于控制功率因数校正电路，其中功率因数校正电路包括开关电路，所述开关电路包括耦接于输入端和输出端之间的主开关，其中输入端具有输入电压和输入电流，输出端具有输出电压，所述控制电路包括：模数转换单元，耦接至开关电路的输入端和输出端，并根据输入电压、输入电流和输出电压产生采样信号；数模转换单元，具有输入端和输出端，其中输入端接收数字关断电流参考信号，输出端提供关断电流参考信号；比较电路，耦接至数模转换电路的输出端和开关电路的输入端，根据关断电流参考信号和输入电流产生比较信号；计算控制单元，耦接至模数转换电路以接收采样信号，根据采样信号提供开通延迟时间、预期的导通时间长度和数字关断电流参考信号；以及脉冲发生单元，耦接至比较电路和计算控制单元，根据比较信号和开通延迟时间控制主开关的导通时刻以及根据预期的导通时间长度控制主开关的关断时刻。

在一个实施例中，计算控制单元包括模数转换控制模块，根据采样信号提供输入电压采样信号、输出电压采样信号和峰值电流采样信号；参考电流计算模块，根据输入电压采样信号和输出电压采样信号提供电流参考信号；以及模式控制模块，根据电流参考信号、峰值电流采样信号和主开关的开关频率控制开关电路选择性地工作于连续电流模式、第一断续电流模式或第二断续电流模式。

在一个实施例中，计算控制单元还包括：关断电流计算模块，当开关电路工作于连续电流模式时，根据电流参考信号和峰值电流采样信号产生数字关断电流参考信号，当开关电路工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式时，数字关断电流参考信号等于一固定值；导通时长计算模块，根据输入电压采样信号计算预期的导通时间长度；开通延迟计算模块，产生开通延迟时间，其中当开关电路工作于连续电流模式时开通延迟时间为零，当开关电路工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式时，根据电流参考信号和峰值电流采样信号计算开通延迟时间。

在一个实施例中，开通延迟计算模块还包括：根据电流参考信号和峰值电流采样信号计算产生第一延迟时间；以及根据输入电流断续后的振荡周期和第一延迟时间精确调整开通延迟时间。

在一个实施例中，开通延迟计算模块还包括：第一延迟时间计算模块，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中第一输入端接收电流参考信号，第二输入端接收峰值电流采样信号，控制端接收模式控制信号，输出端输出第一延迟时间，其中当模式控制信号处于第二状态时，第一延迟时间计算模块根据电流参考信号、峰值电流采样信号和第一常数计算得到第一延迟时间，当模式控制信号处于第三状态时，第一延迟时间计算模块根据电流参考信号、峰值电流采样信号和第二常数计算得到第一延迟时间；开通延迟时间调整模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一延迟时间计算模块的输出端以接收第一延迟时间，第二输入端接收代表输入电流断续后振荡周期的信号；以及选择电路，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中第一输入端耦接至开通延迟时间调整模块的输出端，第二输入端接收一固定值，控制端接收模式控制信号，输出端根据模式控制信号的状态提供开通延迟时间。

在一个实施例中，参考电流计算模块还包括：补偿网络，基于输出电压参考信号和输出电压采样信号的差值产生电压补偿信号；滤波电路，基于输入电压采样信号，产生输入电压平均信号；以及乘法电路，根据电压补偿信号、输入电压采样信号及输入电压平均信号产生电流参考信号。

在一个实施例中，当开关电路工作于连续电流模式时数字关断电流参考信号等于两倍的电流参考信号减去峰值电流采样信号。

在一个实施例中，当开关电路工作于第二断续电流模式时，根据输入电压采样信号、电流参考信号和峰值电流采样信号计算预期的导通时间长度。

根据本实用新型一实施例的一种功率因数校正电路，包括：开关电路，具有输入端和输出端，主开关耦接于输入端和输出端之间，其中输入端具有输入电压和输入电流，输出端提供输出电压；以及如前所述的控制电路。在一个实施例中，第二断续电流模式下主开关的开关开关频率保持不变。

根据本实用新型的实施例所提供的PFC电路及其控制电路，既能工作于连续电流模式也能工作于断续电流模式，具有功率因数高、低载条件下效率高、计算方便、易于实现等优点。

附图说明

为了更好的理解本实用新型，将根据以下附图对本实用新型的实施例进行描述：

图1示出了一种用于PFC控制的波形图；

图2示出了根据本实用新型一实施例的PFC电路200的框图；

图3示出了根据本实用新型一具体实施例的PFC电路300的示意图；

图4示出了根据本实用新型一具体实施例的计算控制单元400的示意图；

图5示出了根据本实用新型一具体实施例的对应图3所示的模数转换单元32的采样序列波形图；

图6示出了根据本实用新型一具体实施例的参考电流计算模块600的示意图；

图7示出了根据本实用新型一具体实施例的开通延迟计算模块700的示意图；

图8示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于连续电流模式下的波形示意图；

图9示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第一断续电流模式下的波形示意图；

图10示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第二断续电流模式下的波形示意图；

图11示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式下精确调整开通延迟时间的波形示意图。

附图没有对实施例的所有电路或结构进行显示。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在下面对本实用新型的详细描述中，为了更好地理解本实用新型，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本实用新型同样可以实施。为了清晰明了地阐述本实用新型，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本实用新型的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。

本实用新型的说明书中提到的“耦接”可指直接的连接或通过间接物的连接，如通过导体的连接，该导体具有阻值，也可有寄生参数，如具有电感值和电容值，以及如通过半导体器件如二极管的连接等。

图2示出了根据本实用新型一实施例的PFC电路200的框图。PFC电路200包括开关电路21和控制电路20。开关电路21包括至少一个开关，开关电路21具有输入端211和输出端212，其中输入端211接收输入电压Vin，并在PFC电路200的控制下输入端211进一步具有被调制的输入电流Iin。控制电路20控制开关电路21的开通与关断以将输入电压Vin转换成输出电压Vout并在开关电路21的输出端212输出。控制电路20包括模数转换单元22、数模转换单元23、比较电路24、计算控制单元25以及脉冲发生单元26。模数转换单元22耦接至开关电路21的输入端211以接收输入电压Vin和输入电流Iin，模数转换单元22耦接至开关电路21的输出端212以接收输出电压Vout，模数转换单元22通过对输入电压Vin、输入电流Iin和输出电压Vout采样得到采样信号ADO。数模转换单元23将数字关断电流参考信号Dioff(n)转换为模拟的关断电流参考信号Ioff输出。比较电路24具有两个输入端和一个输出端，其中比较电路24的一个输入端耦接至数模转换单元23的输出端以接收关断电流参考信号Ioff，比较电路24的另一个输入端耦接至开关电路21的输入端以接收输入电流Iin，比较电路24的输出端通过将输入电流Iin与关断电流参考信号Ioff相比较，输出比较信号SET。计算控制单元25耦接至模数转换单元22以接收采样信号ADO，并提供采样控制信号ADCTRL、数字关断电流参考信号Dioff(n)、开通延迟时间Td(n)和预期的导通时间长度Ton(n)。脉冲发生单元26接收比较信号SET、开通延迟时间Td(n)和预期的导通时间长度Ton(n)，并提供开关控制信号CTRL以控制开关电路21中至少一个开关的导通与关断。在一个实施例中，脉冲发生单元26根据比较信号SET和开通延迟时间Td(n)控制开关电路21中至少一个开关的导通时刻，以及根据预期的导通时间长度Ton(n)控制开关电路21中至少一个开关的关断时刻。其中括号中的n代表了当前控制周期下对应的参数或信号。在一个实施例中，计算控制单元25和/或脉冲发生单元26可以由数字电路实现，例如可以由现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等数字电路实现。

图2所示的控制电路20不需要电流环路就能够方便的实现对输入电流的控制，计算方便，易于实现，并且既可以工作于连续电流模式也可以工作于断续电流模式，比传统的连续电流模式控制在轻载时具有更高的效率和功率因数。

在图2所示的实施例中，控制电路20还包括驱动电路27，耦接至脉冲发生单元26的输出端以接收开关控制信号CTRL，并提供驱动信号Vg至开关电路21。

在一个实施例中，PFC电路200还包括输入电压反馈电路。输入电压反馈电路耦接至开关电路21的输入端211以接收输入电压Vin，并将代表输入电压Vin的反馈信号Vifb提供至模数转换单元22。其中输入电压反馈电路可为任意的电压反馈电路，如电阻分压电路等，为简洁起见，输入电压反馈电路没有具体示出。在一个实施例中，PFC电路200还包括输入电流反馈电路。输入电流反馈电路耦接至开关电路21的输入端211以接收输入电流Iin，并将代表输入电流Iin的反馈信号Ifb提供至模数转换单元22。在一个实施例中，输入电流反馈信号Ifb为一电压值，输入电流反馈信号Ifb正比于输入电流Iin。为简洁起见，输入电流反馈电路没有具体示出。在一个实施例中，PFC电路200还包括输出电压反馈电路。输出电压反馈电路耦接至开关电路21的输出端212以接收输出电压Vout，并将代表输出电压Vout的反馈信号Vofb提供至模数转换单元22。在一个实施例中，输出电压反馈电路为电阻分压电路。为简洁起见，输出电压反馈电路没有具体示出。

图3示出了根据本实用新型一具体实施例的PFC电路300示意图。PFC电路300包括整流电路38，开关电路31和控制电路30。在另一个实施例中，PFC电路300不包括整流电路38。在图示的实施例中，整流电路38将正弦交流电压Vac进行整流，输出馒头波Vin，即位于开关电路31输入端的输入电压Vin。在描述中，标记Vin和Vout，除了代表输入电压Vin和输出电压Vout，也可代表开关电路31的输入端和输出端。标记Vifb、Ifb、Vofb、GND和Vg除了代表输入电压反馈信号Vifb、输入电流反馈信号Ifb、输出电压反馈信号Vofb、参考地GND和开关控制信号Vg，也可代表控制电路30的各端点。

在图示的实施例中，开关电路31包括升压变换电路。开关电路31具有输入端Vin和输出端Vout。开关电路31内部包括主开关M，电感L1，二极管D和输出电容Co。电感L1第一端接收输入电压Vin，电感L1第二端耦接主开关M的第一端，主开关M的第二端耦接参考地GND，主开关M的控制端接收开关控制信号Vg，二极管D的阳极耦接电感L1的第二端，二极管D的阴极耦接输出电容Co的第一端提供输出电压Vout，输出电容Co的第二端耦接参考地GND。在另一个实施例中，二极管D可由开关管代替。虽然图示的实施例中示出了输入电容C1，但是在另一个实施例中，PFC电路不包含输入电容C1。在主开关M的开关作用下，开关电路31对输出电压Vout和输入电流Iin的大小进行调节，使得输入电流Iin的波形跟随输入电压Vin的波形。在另一个实施例中，开关电路31包括升压-降压变换电路。在图3所示的实施例中，输入电流Iin等于电感电流，输入电流反馈信号Ifb也就是电感电流反馈信号。

控制电路30具有输入电压端Vifb，输入电流端Ifb，输出电压端Vofb和开关控制端Vg，其中输入电压端Vifb耦接输入电压Vin用于接收输入电压Vin或输入电压反馈信号Vifb，输入电流端Ifb耦接输入电流Iin用于接收输入电流Iin或输入电流反馈信号Ifb，输出电压端Vofb耦接输出电压Vout用于接收输出电压Vout或输出电压反馈信号Vofb，开关控制端Vg耦接主开关M的控制端用于控制主开关M的导通和关断。在如图3所示的实施例中，电阻器R1、R2组成输入电压反馈电路以提供输入电压反馈信号Vifb，电阻器R3、R4组成输出电压反馈电路以提供输出电压反馈信号Vofb，电阻器R5和差分放大器39组成输入电流反馈电路以提供输入电流反馈信号Ifb。

控制电路30包括模数转换单元32、数模转换单元33、比较电路34、计算控制单元35、脉冲发生单元36以及驱动电路37。控制电路30通过模数转换单元32将输入电压反馈信号Vifb、输入电流反馈信号Ifb和输出电压反馈信号Vofb转换为采样信号ADO。在图3所示实施例中，模数转换单元32包括选择电路MUX和模数转换电路ADC。选择电路MUX在采样控制信号ADCTRL的控制下选择输入电压反馈信号Vifb、输入电流反馈信号Ifb或输出电压反馈信号Vofb中的一个耦接至模数转换电路ADC的输入端。模数转换电路ADC输出采样信号ADO。采样信号ADO可以是串行数据信号也可以是并行数据信号。数模转换单元33包括数模转换电路DAC，数模转换电路DAC耦接至计算控制单元35以接收数字关断电流参考信号Dioff(n)，并将其转换为模拟的关断电流参考信号Ioff输出。比较电路34包括比较器CMP，比较器CMP的同相输入端接收输入电流反馈信号Ifb，比较器CMP的反相输入端耦接至数模转换电路DAC的输出端以接收关断电流参考信号Ioff，比较器CMP的输出端根据输入电流反馈信号Ifb和关断电流参考信号Ioff的比较结果输出比较信号SET。在一个实施例中，当电流反馈信号Ifb小于关断电流参考信号Ioff时，比较信号SET有效，例如为高电平(SET＝“1”)。计算控制单元35输出采样控制信号ADCTRL以控制模数转换序列。计算控制单元35根据采样信号ADO产生数字关断电流参考信号Dioff(n)、预期的导通时间长度Ton(n)以及开通延迟时间Td(n)。在一个优选的实施例中，图3中的计算控制单元35包括如图4所示的计算控制单元400。脉冲发生单元36根据比较信号SET、预期的导通时间长度Ton(n)以及开通延迟时间Td(n)产生开关控制信号CTRL以控制开关电路31中主开关M的导通及关断。在一个实施例中，脉冲发生单元36根据比较信号SET和开通延迟时间Td(n)控制主开关M的导通时刻，根据预期的导通时间长度Ton(n)控制主开关M的关断时刻。当比较信号SET有效后，经过开通延迟时间Td(n)，脉冲发生单元36输出有效的开关控制信号CTRL以导通主开关M，当主开关M的导通时间达到预期的导通时间长度Ton(n)时，开关控制信号CTRL变为无效以关断主开关M。也就是脉冲发生单元36根据比较信号SET和开通延迟时间Td(n)控制主开关M的关断时长，根据预期的导通时间长度Ton(n)控制主开关M的导通时长。在一个实施例中，计算控制单元35和脉冲发生单元36由数字控制器实现。驱动电路37接收开关控制信号CTRL并提供驱动信号Vg至主开关M的控制端以控制主开关M的开关动作，从而使得输入电流Iin跟随输入电压Vin的波形。

图4示出了根据本实用新型一具体实施例的计算控制单元400。计算控制单元400包括模数转换控制模块41、参考电流计算模块42、模式控制模块43、关断电流计算模块44、导通时长计算模块45以及开通延迟计算模块46。

模数转换控制模块41产生采样控制信号ADCTRL以控制模数转换单元32的采样序列和/或采样时刻，模数转换控制模块41接收模数转换单元32输出的采样信号ADO，并根据采样控制信号ADCTRL输出和输入电压反馈信号Vifb相对应的输入电压采样信号Vin(n)、和输入电流反馈信号Ifb相对应的峰值电流采样信号Ipk(n)以及和输出电压反馈信号Vofb相对应的输出电压采样信号Vo(n)。在一个实施例中，采样控制信号ADCTRL通过控制对输入电流反馈信号Ifb的采样时刻得到峰值电流采样信号Ipk(n)。图5示出了根据本实用新型一个实施例的采样序列波形图。在一个实施例中，采样控制信号ADCTRL控制模数转换单元32的采样序列，例如每开关周期内对输入电流Iin、输入电压Vin及输出电压Vo各采样一次，或每开关周期内对输入电流Iin采样一次、每三个开关周期内对输入电压Vin采样两次及每三个开关周期内对输出电压Vo采样一次。本领域技术人员可知，采样时刻可以是在每个开关周期内的一个或多个固定时刻，也可以根据PFC电路300的电路参数确定采样时刻，例如根据开关控制信号CTRL控制输入电流反馈信号Ifb的采样时刻。

参考电流计算模块42根据输入电压采样信号Vin(n)和输出电压采样信号Vo(n)提供电流参考信号Iref(n)。图6示出了根据本实用新型一具体实施例的参考电流计算模块600，将在下面的章节详细描述。

模式控制模块43根据峰值电流采样信号Ipk(n)、电流参考信号Iref(n)和主开关M的开关频率Fs提供模式控制信号Mode以控制PFC电路300选择性地工作于连续电流模式、第一断续电流模式或第二断续电流模式。关断电流计算模块44根据不同的工作模式提供不同的数字关断电流参考信号Dioff(n)，导通时长计算模块45根据不同的工作模式提供不同的预期的导通时间长度Ton(n)，开通延迟计算模块46根据不同的工作模式提供不同的开通延迟时间Td(n)。在一个实施例中，当PFC电路300工作于连续电流模式时，主开关M的开关频率Fs恒定或基本恒定，主开关M在连续电流模式下的开关周期为Ts1；当PFC电路300工作于第一断续电流模式时，主开关M的开关频率Fs随着负载的变化而变化，主开关M在第一断续电流模式下的开关周期为Ts2；当PFC电路300工作于第二断续电流模式时，主开关M的开关频率Fs恒定或基本恒定，主开关M在第二断续电流模式下的开关周期为Ts3。在一个实施例中，Ts3＞Ts2＞Ts1。在一个实施例中，当峰值电流采样信号Ipk(n)小于或等于两倍的电流参考信号Iref(n)时，也就是Ipk(n)＜＝2Iref(n)时，模式控制信号Mode处于第一状态，例如Mode＝1，模式控制模块43控制PFC电路300工作于连续电流模式。当峰值电流采样信号Ipk(n)大于两倍的电流参考信号Iref(n)并且主开关M的开关频率Fs大于最小频率阈值Fsmin时，也就是Ipk(n)＞2Iref(n)and Fs＞Fsmin时，模式控制信号Mode处于第二状态，例如Mode＝2，模式控制模块43控制PFC电路300工作于第一断续电流模式。当峰值电流采样信号Ipk(n)大于两倍的电流参考信号Iref(n)并且主开关M的开关频率Fs小于或等于最小频率阈值Fsmin时，也就是Ipk(n)＞2Iref(n)and Fs＜＝Fsmin时，模式控制信号Mode处于第三状态，例如Mode＝3，模式控制模块43控制PFC电路300工作于第二断续电流模式。在第二断续电流模式，主开关M的开关频率Fs被限制在最小频率阈值Fsmin，从而可以在保证高效率的同时，避免音频干扰，减小EMI。

关断电流计算模块44根据模式控制信号Mode、电流参考信号Iref(n)以及峰值电流采样信号Ipk(n)产生数字关断电流参考信号Dioff(n)。当模式控制信号Mode处于第一状态，PFC电路300工作于连续电流模式时，数字关断电流参考信号Dioff(n)等于两倍的电流参考信号Iref(n)减去峰值电流采样信号Ipk(n)，也就是Dioff(n)＝2Iref(n)-Ipk(n)。当模式控制信号Mode处于第二状态或第三状态，PFC电路300工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式时，数字关断电流参考信号Dioff(n)恒定不变，例如等于零。

导通时长计算模块45根据模式控制信号Mode、输入电压采样信号Vin(n)、电流参考信号Iref(n)、峰值电流采样信号Ipk(n)产生预期的导通时间长度Ton(n)。在一个实施例中，预期的导通时间长度Ton(n)和输入电压Vin的大小反方向变化，也就是预期的导通时间长度Ton(n)随着输入电压Vin的增大而减小，随着输入电压Vin的减小而增大。当模式控制信号Mode处于第一状态或第二状态，PFC电路300工作于连续电流模式或第一断续电流模式时，预期的导通时间长度Ton(n)等于

Ton(n)＝Tmin*[Voref-Vin(n)]/Voref  (1)

其中，输出电压参考信号Voref代表了预期的输出电压的大小，常数Tmin代表了主开关M在连续电流模式下稳态运行时预期的开关周期，例如Ts1。在一个实施例中，输出电压参考信号Voref和常数Tmin可以预先设置。例如通过如I2C、SMBus、PMSBus等通讯总线设置。

当模式控制信号Mode处于第三状态，PFC电路300工作于第二断续电流模式时，预期的导通时间长度Ton(n)等于

Ton(n)＝Tmax*2Iref(n)*[Voref-Vin(n)]/[Voref*Ipk(n)](2)

其中，常数Tmax代表了主开关M在第二断续电流模式下稳态运行时预期的开关周期，例如Ts3。在一个实施例中，常数Tmax例如可以通过如I2C、SMBus、PMSBus等通讯总线设置。

开通延迟计算模块46根据模式控制信号Mode、电流参考信号Iref(n)以及峰值电流采样信号Ipk(n)产生开通延迟时间Td(n)。在一个实施例中，当模式控制信号Mode处于第一状态，PFC电路300工作于连续电流模式时，开通延迟时间Td(n)等于零，也就是当比较信号SET有效时，脉冲发生单元36输出有效的开关控制信号CTRL以导通主开关M。当模式控制信号Mode处于第二状态，PFC电路300工作于第一断续电流模式时，产生第一延迟时间Td1(n)：

Td1(n)＝Tmin*Iref(n)/2Ipk(n)-Tmin  (3)

在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于第一延迟时间Td1(n)。在另一个实施例中，开通延迟计算模块46根据第一延迟时间Td1(n)和输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd精确计算开通延迟时间Td(n)。

当模式控制信号Mode处于第三状态，PFC电路300工作于第二断续电流模式时，产生第一延迟时间Td1(n)：

Td1(n)＝Tmax-2Iref(n)*Tmax/Ipk(n)  (4)

在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于第一延迟时间Td1(n)。在另一个实施例中，开通延迟计算模块46根据第一延迟时间Td1(n)和输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd精确计算开通延迟时间Td(n)。图7示出了根据本实用新型一具体实施例的开通延迟计算模块700，将在下面的章节详细描述。

在一个优选的实施例中，图4中的参考电流计算模块42包括如图6所示的参考电流计算模块600，开通延迟计算模块46包括如图7所示的开通延迟计算模块700。为便于显示清楚，参考电流计算模块600和开通延迟计算模块700在图6和图7中单独显示并将在下面段落中具体描述。

根据图4所示的实施例所提供的PFC控制电路，可以选择性的工作于连续电流模式、第一断续电流模式或第二断续电流模式，并根据不同的工作模式，提供不同的数字关断电流参考信号Dioff(n)、预期的导通时间长度Ton(n)以及开通延迟时间Td(n)，具有计算方便、易于实现的优点。

图5示出了根据本实用新型一个实施例的模数转换单元32的采样序列波形图。采样控制信号ADCTRL控制模数转换单元32选择输入电压反馈信号Vifb、输入电流反馈信号Ifb或输出电压反馈信号Vofb中的一个进行模数转换并输出采样信号ADO，模数转换控制模块41将模数转换单元32输出的采样信号ADO转换为相应的输入电压采样信号Vin(n)、峰值电流采样信号Ipk(n)或输出电压采样信号Vo(n)。在图5所示的实施例中，采样控制信号ADCTRL控制模数转换单元32在主开关M的一个开关周期Ts内采样两次，其中对输入电压反馈信号Vifb每三个开关周期采样两次，对输入电流反馈信号Ifb每个开关周期采样一次，以及对输出电压反馈信号Vofb每三个开关周期采样一次。

图6示出了根据本实用新型一个实施例的参考电流计算模块600。参考电流计算模块600包括减法电路61、补偿网络62、滤波电路63以及乘法电路64。减法电路61根据输出电压参考信号Voref和输出电压采样信号Vo(n)之差Voref-Vo(n)提供误差信号e(n)。补偿网络62根据误差信号e(n)提供电压补偿信号Vcomp(n)。其中补偿网络62例如可以包括数字比例积分(PI)控制网络、数字比例积分微分(PID)控制网络等任意适合的控制网络。以PI控制为例，电压补偿信号Vcomp(n)可由下式表达：

Vcomp(n)＝Vcomp(n-1)+ae(n)+be(n-1)  (5)

其中a和b为PI控制的控制参数，Vcomp(n)为当前控制周期的电压补偿信号，Vcomp(n-1)为前一控制周期的电压补偿信号，类似的e(n)为当前控制周期的误差信号，e(n-1)为前一控制周期的误差信号。

滤波电路63提供输入电压采样信号Vin(n)的平均信号Vin_avg(n)。乘法电路64根据电压补偿信号Vcomp(n)、输入电压采样信号Vin(n)和输入电压平均信号Vin_avg(n)提供电流参考信号Iref(n)。在一个实施例中，电流参考信号Iref(n)等于：

Iref(n)＝Vin(n)*Vcomp(n)/[Vin_avg(n)]²  (6)

补偿网络62和/或乘法电路64例如可以由乘法器实现，也可以通过查找表(LUT)实现。

图7示出了根据本实用新型一个实施例的开通延迟计算模块700。开通延迟计算模块700包括第一延迟时间计算模块71、开通延迟时间调整模块72以及选择电路73。在一个实施例中，当模式控制信号Mode处于第一状态，PFC电路300工作于连续电流模式时，第一延迟时间计算模块71不使能。当模式控制信号Mode处于第二状态，PFC电路300工作于第一断续电流模式时，第一延迟时间计算模块71根据峰值电流采样信号Ipk(n)、电流参考信号Iref(n)以及常数Tmin计算得到第一延迟时间Td1(n)，如公式(3)所示。当模式控制信号Mode处于第三状态，PFC电路300工作于第二断续电流模式时，第一延迟时间计算模块71根据峰值电流采样信号Ipk(n)、电流参考信号Iref(n)以及常数Tmax计算得到第一延迟时间Td1(n)，如公式(4)所示。开通延迟时间调整模块72根据第一延迟时间Td1(n)和输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd精确调整第一断流断续模式和第二断续电流模式下的开通延迟时间Td(n)。在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于(K+0.5)*Tzcd，其中K为使得(K+0.5)*Tzcd最接近第一延迟时间Td1(n)的正整数。例如，输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd等于1秒，第一延迟时间Td1(n)等于3.4秒，K等于1对应的(K+0.5)*Tzcd等于1.5秒，K等于2对应的(K+0.5)*Tzcd等于2.5，K等于3对应的(K+0.5)*Tzcd等于3.5秒，K等于4对应的(K+0.5)*Tzcd等于4.5秒，其中K等于3对应的(K+0.5)*Tzcd最接近第一延迟时间Td1(n)，因此，调整后的开通延迟时间Td(n)等于3.5秒。在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于Td1(n)-Td1(n)mod(Tzcd)+Tzcd/2，其中mod为求模运算。例如，输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd等于1秒，第一延迟时间Td1(n)等于3.4秒，则Td1(n)对Tzcd求模等于0.4秒，开通延迟时间Td(n)＝3.4s-0.4s+0.5s＝3.5s。也就是，调整后的开通延迟时间Td(n)等于3.5秒。

开通延迟计算模块700还包括选择电路73。选择电路73具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中第一输入端耦接至开通延迟时间调整模块72的输出端，第二输入端接收固定信号，例如零，控制端接收模式控制信号Mode，输出端输出开通延迟时间Td(n)。选择电路73根据模式控制信号Mode选择开通延迟时间Td(n)等于延迟时间调整模块72输出的信号或等于零。在一个实施例中，当模式控制信号Mode处于第一状态时开通延迟时间Td(n)等于零，当模式控制信号Mode处于第二状态或第三状态时由开通延迟时间调整模块72产生开通延迟时间Td(n)。开通延迟计算模块700根据输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd精确调整开通延迟时间Td(n)，以实现主开关M的谷值开通，能够进一步减小开关损耗，提高效率。

图8示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于连续电流模式下的波形示意图，其中比较信号SET和开关控制信号CTRL为高电平有效。在连续电流模式下，当输入电流Iin小于关断电流参考信号Ioff时，比较信号SET变为高电平，开关控制信号CTRL变为高电平以导通主开关M，主开关M保持导通直至导通时长达到预期的导通时间长度Ton(n)，开关控制信号CTRL变为低电平以关断主开关M。其中，连续电流模式下预期的导通时间长度Ton(n)由公式(1)决定，从而主开关M在稳态运行时的开关周期Ts1基本恒定。

图9示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第一断续电流模式下的波形示意图，其中比较信号SET和开关控制信号CTRL为高电平有效。在第一断续电流模式下，关断电流参考信号Ioff等于零。当输入电流Iin小于关断电流参考信号Ioff时，也就是当输入电流临界于断续时，比较信号SET变为高电平，开关控制信号CTRL经过一定的开通延迟时间Td(n)后变为高电平以导通主开关M，主开关M保持导通直至导通时长达到预期的导通时间长度Ton(n)，开关控制信号CTRL变为低电平以关断主开关M。其中，第一断续电流模式下预期的导通时间长度Ton(n)由公式(1)决定，从而输入电流Iin连续的时间等于主开关M在连续电流模式下稳态运行时的开关周期Ts1。在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于由公式(3)决定的第一延迟时间Td1(n)。在其它实施例中，开通延迟时间Td(n)由第一延迟时间Td1(n)和输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd决定。第一断续电流模式下，主开关M的开关周期Ts2随着负载的变化而变化。

图10示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第二断续电流模式下的波形示意图，其中比较信号SET和开关控制信号CTRL为高电平有效。在第二断续电流模式下，关断电流参考信号Ioff等于零。当输入电流Iin小于关断电流参考信号Ioff时，也就是当输入电流临界于断续时，比较信号SET变为高电平，开关控制信号CTRL经过一定的开通延迟时间Td(n)后变为高电平以导通主开关M，主开关M保持导通直至导通时长达到预期的导通时间长度Ton(n)，开关控制信号CTRL变为低电平以关断主开关M。其中，第二断续电流模式下预期的导通时间长度Ton(n)减小以将主开关M的开关周期限制于小于或等于预期的最大开关周期。在一个实施例中，第二断续电流模式下预期的导通时间长度Ton(n)由公式(2)决定。在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)等于由公式(4)决定的第一延迟时间Td1(n)。在其它实施例中，开通延迟时间Td(n)由第一延迟时间Td1(n)和输入电流Iin断续后的振荡周期Tzcd决定。第二断续电流模式下，主开关M的开关周期Ts3基本恒定，等于预期的最大开关周期。

图11示出了根据本实用新型一实施例的对应图3所示PFC电路300工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式下精确调整开通延迟时间Td(n)的波形示意图。为提高第一断续电流模式和/或第二断续电流模式下的效率，开通延迟计算模块700通过精确调整开通延迟时间Td(n)以实现主开关M的谷值开通。如图11所示，输入电流Iin断续后以振荡周期Tzcd多次振荡，主开关M漏源极之间的电压VDS随之振荡，通过精确调整开通延迟时间Td(n)以使主开关M在电压VDS的谷值处开通，从而进一步提高PFC电路300的效率。在一个实施例中，开通延迟时间Td(n)＝Td1(n)-Td1(n)mod(Tzcd)+Tzcd/2，其中第一延迟时间Td1(n)由公式(3)或公式(4)得到。其中，振荡周期Tzcd可以通过计时电路/计数电路得到，例如通过对输入电流Iin连续两次过零点计时或通过对比较信号SET连续两次变为有效的时间间隔计时得到。

应当知道，说明书中的逻辑值可以采用相反的逻辑电平。例如，开关控制信号Vg信号可以在高电平时促使主开关M导通，也可以在低电平时促使主开关M导通。

上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本实用新型进行说明，这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本实用新型的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本实用新型所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本实用新型的精神和权利要求限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制电路，用于控制功率因数校正电路，其中功率因数校正电路包括开关电路，所述开关电路包括耦接于输入端和输出端之间的主开关，其中输入端具有输入电压和输入电流，输出端具有输出电压，其特征在于，所述控制电路包括：

模数转换单元，耦接至开关电路的输入端和输出端，并根据输入电压、输入电流和输出电压产生采样信号；

数模转换单元，具有输入端和输出端，其中输入端接收数字关断电流参考信号，输出端提供关断电流参考信号；

比较电路，耦接至数模转换电路的输出端和开关电路的输入端，根据关断电流参考信号和输入电流产生比较信号；

计算控制单元，耦接至模数转换电路以接收采样信号，根据采样信号提供开通延迟时间、预期的导通时间长度和数字关断电流参考信号；以及

脉冲发生单元，耦接至比较电路和计算控制单元，根据比较信号和开通延迟时间控制主开关的导通时刻以及根据预期的导通时间长度控制主开关的关断时刻。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中计算控制单元包括：

模数转换控制模块，根据采样信号提供输入电压采样信号、输出电压采样信号和峰值电流采样信号；

参考电流计算模块，根据输入电压采样信号和输出电压采样信号提供电流参考信号；以及

模式控制模块，根据电流参考信号、峰值电流采样信号和主开关的开关频率控制开关电路选择性地工作于连续电流模式、第一断续电流模式或第二断续电流模式。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中计算控制单元还包括：

关断电流计算模块，当开关电路工作于连续电流模式时，根据电流参考信号和峰值电流采样信号产生数字关断电流参考信号，当开关电路工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式时，数字关断电流参考信号等于一固定值；

导通时长计算模块，根据输入电压采样信号计算预期的导通时间长度；以及

开通延迟计算模块，产生开通延迟时间，其中当开关电路工作于连续电流模式时开通延迟时间为零，当开关电路工作于第一断续电流模式或第二断续电流模式时，根据电流参考信号和峰值电流采样信号计算开通延迟时间。

4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，其中开通延迟计算模块还包括：

根据电流参考信号和峰值电流采样信号计算产生第一延迟时间；以及

根据输入电流断续后的振荡周期和第一延迟时间精确调整开通延迟时间。

5.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，其中开通延迟计算模块还包括：

第一延迟时间计算模块，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中第一输入端接收电流参考信号，第二输入端接收峰值电流采样信号，控制端接收模式控制信号，输出端输出第一延迟时间，其中当模式控制信号处于第二状态时，第一延迟时间计算模块根据电流参考信号、峰值电流采样信号和第一常数计算得到第一延迟时间，当模式控制信号处于第三状态时，第一延迟时间计算模块根据电流参考信号、峰值电流采样信号和第二常数计算得到第一延迟时间；

开通延迟时间调整模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一延迟时间计算模块的输出端以接收第一延迟时间，第二输入端接收代表输入电流断续后振荡周期的信号；以及

选择电路，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中第一输入端耦接至开通延迟时间调整模块的输出端，第二输入端接收一固定值，控制端接收模式控制信号，输出端根据模式控制信号的状态提供开通延迟时间。

6.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中参考电流计算模块还包括：

补偿网络，基于输出电压参考信号和输出电压采样信号的差值产生电压补偿信号；

滤波电路，基于输入电压采样信号，产生输入电压平均信号；以及

乘法电路，根据电压补偿信号、输入电压采样信号及输入电压平均信号产生电流参考信号。

7.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中当开关电路工作于连续电流模式时数字关断电流参考信号等于两倍的电流参考信号减去峰值电流采样信号。

8.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中当开关电路工作于第二断续电流模式时，根据输入电压采样信号、电流参考信号和峰值电流采样信号计算预期的导通时间长度。

9.一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：

开关电路，具有输入端和输出端，主开关耦接于输入端和输出端之间，其中输入端具有输入电压和输入电流，输出端提供输出电压；以及

如权利要求1至8中任一项所述的控制电路。

10.如权利要求9所述的功率因数校正电路，其特征在于，其中第二断续电流模式下主开关的开关频率保持不变。