DE102014217618A1

DE102014217618A1 - Vorverzerrung eines erfassten Stroms in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung"

Info

Publication number: DE102014217618A1
Application number: DE102014217618.2A
Authority: DE
Inventors: Roger Colbeck
Original assignee: Power Integrations Inc
Current assignee: Power Integrations Inc
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US20190068050A1; US10153689B2; US10715033B2; US9343953B2; CN104426352B; CN104426352A; TWI623181B; US20150062985A1; TW201517475A; CN110266183B; US20160233759A1; CN110266183A

Abstract

Ein beispielhafter Controller enthält einen Leistungsfaktorverbesserer, einen Einschaltzeitcontroller und einen Schaltsignalgenerator. Der Leistungsfaktorverbesserer ist so gekoppelt, dass er bei jeder halben Netzperiode einer AC-Eingangsspannung eines LFK-Wandlers ein Vorverzerrungssignal generiert. Der Einschaltzeitcontroller beendet eine Einschaltzeit eines LFK-Schalters als Reaktion auf einen erfassten LFK-Schalterstrom des LFK-Wandlers multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal. Der Schaltsignalgenerator steuert eine Eingangsstromwellenform des LFK-Wandlers, damit sie einer Form einer Eingangsspannungswellenform im Wesentlichen folgt, durch Generieren eines Schaltsignals als Reaktion auf den Einschaltzeitcontroller, um das Schalten des LFK-Schalters zu steuern. Der Leistungsfaktorverbesserer verstellt das Vorverzerrungssignal, um den erfassten LFK-Schalterstrom vorzuverzerren, um eine Verzerrung in der Eingangsstromwellenform zu kompensieren.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Netzteile und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Controller für Schaltnetzteile mit Leistungsfaktorkorrektur (LFK).
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektronikbauelemente benötigen Leistung, um zu arbeiten. Schaltnetzteile werden üblicherweise wegen ihrer hohen Effizienz, ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts verwendet, um viele der heutigen Elektroniken zu bestromen. Herkömmliche Wandsteckdosen liefern einen niederfrequenten Wechselstrom. Bei einem indirekt gekoppelten Schaltnetzteil wird eine Wechselstromeingabe (AC-Eingabe) umgewandelt, um durch ein Energietransferelement eine gut geregelte Gleichstromausgabe (DC-Ausgabe) bereitzustellen. Der Schaltnetzteilcontroller liefert üblicherweise eine Ausgaberegelung, indem er die Ausgabe erfasst und sie in einem Regelkreis steuert. Einige indirekt gekoppelte Schaltnetzteile enthalten ein Leistungsfaktorkorrekturmerkmal (LFK-Merkmal), wobei der Controller außerdem eine interne Steuerschleife bereitstellt, um die Stromformung des Netzstroms zu steuern. Der Betrieb eines Schaltnetzteils beinhaltet ein Hochfrequenzschalten, um eine gewünschte Ausgabe bereitzustellen, in dem die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit oder die Schaltfrequenz des Schalters variiert wird. In der Regel wird bei der Impulsbreitenmodulation PWM das Tastverhältnis gesteuert, wobei das Tastverhältnis das Verhältnis der Einschaltzeit zur Gesamtschaltperiode ist.
Beim Auslegen eines Schaltnetzteils werden üblicherweise Anforderungen wie etwa Effizienz, Größe, Gewicht und Kosten berücksichtigt. Ein Controller, der das Schalten des Schaltnetzteils steuert, kann so ausgelegt sein, dass er Leistungsfaktor- und Effizienzanforderungen von bestimmten Aufsichtsbehörden entspricht. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Controller so ausgelegt sein, dass er das Schalten des Schaltnetzteils steuert, um einen Leistungsfaktor (LF) und Effizienzen bereitzustellen, die über vordefinierten Werten bei unterschiedlichen Lastpegeln und bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen sind (z. B. niedrige oder hohe Netzspannungen). Ein höherer LF liefert einen sinusförmigen Eingangsstrom, der in Phase mit der Eingangsspannung ist und einen akzeptablen Grad an niederfrequenten Harmonischen ist (z. B. niedriger Grad an Klirrfaktor THD (Total Harmonic Distortion)). Eine hohe Effizienz ist auch erforderlich, um den Leistungsverlust und die Aufwärmung bei hohen Lasten zu reduzieren, während ein effizienter Betrieb bei niedrigeren Lasten und bei keiner Last bereitgestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nicht-beschränkende und nicht-erschöpfende Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften Leistungsfaktorkorrekturwandler (LFK-Wandler) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2A ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften Controller zur Verwendung in einem LFK-Wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2B ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung eines Leistungsfaktorverbesserers (LF-Verbesserers) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2C ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine weitere beispielhafte Implementierung eines LF-Verbesserers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften Controller gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4A und 4B zeigen Eingangsnetzspannung- und -stromwellenformen ohne Vorverzerrung des Eingangsstroms.
4C und 4D zeigen Eingangsnetzspannungs- und -stromwellenformen mit Vorverzerrung des Eingangsstroms gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5A–5C zeigen einen variablen Multiplikationsfaktor, der während jeder Halbnetzperiode der Eingangsnetzspannung variiert, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6A und 6B zeigen ein instationäres Ereignis an der Eingangsnetzspannung und eine assoziierte Änderung bei dem variablen Multiplikationsfaktor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 ist ein Beispiel, das Logikblöcke einer digitalen Implementierung des Leistungsfaktorverbesserers veranschaulicht.
8 zeigt drei optionale Rampenfunktionen, die zum Bestimmen des variablen Multiplikationsfaktors während jeder Halbnetzperiode verwendet werden können, gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der Ausführungsformen zu vermitteln. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die hierin beschriebenen Techniken ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. praktiziert werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen, Materialien oder Operationen nicht ausführlich gezeigt oder beschrieben, um zu vermeiden, dass bestimmte Aspekte unverständlich werden.
In dieser Patentschrift bedeutet eine Bezugnahme auf „eine Ausführungsform”, dass ein in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebenes bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine Charakteristik in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich die Vorkommen der Ausdrücke „in einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen in dieser Patentschrift nicht notwendigerweise alle auf die gleiche Ausführungsform. Zudem können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristika in einer oder mehreren Ausführungsformen auf beliebige geeignete Weise kombiniert werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wegen der nichtlinearen Belastung, die herkömmliche Schaltleistungswandler für die AC-Quelle darstellen können, kann die Wellenform des von der AC-Quelle durch die Stromversorgung gezogenen Stroms nicht-sinusförmig und/oder außer Phase mit der AC-Eingangsspannungswellenform sein. Dies führt zu größeren Verlusten in dem AC-Netzverteilungssystem und ist in vielen Teilen der Welt nun Thema von gesetzgeberischen oder freiwilligen Anforderungen, dass Stromversorgungshersteller sicherstellen, dass der von der Stromversorgung gezogene Strom sinusförmig und in Phase mit der AC-Spannungswellenform ist. Somit können hierin offenbarte Ausführungsformen für die Korrektur der Eingabestromwellenform sorgen. Eine derartige Korrektur kann als Leistungsfaktorkorrektur (LFK) bezeichnet werden. Im Allgemeinen beträgt, falls die eingegebenen AC-Strom- und -Spannungswellenformen sinusförmig und perfekt in Phase sind, der Leistungsfaktor der Stromversorgung 1 (oder 100%). Mit anderen Worten wird eine hinsichtlich des Leistungsfaktors korrigierte Eingabe für die AC-Quelle eine Last darstellen, die äquivalent ist zum Koppeln eines festen Widerstands über die AC-Quelle. Wenn der Klirrfaktor und/oder die Phasenverschiebung des Eingangsstroms relativ zur AC-Quellenspannung steigt, sinkt der Leistungsfaktor unter 1. Leistungsfaktoranforderungen erfordern in der Regel Leistungsfaktoren über 0,9 und können Anforderungen für den Oberschwingungsgehalt der Eingangsstromwellenform haben.
Wie oben erörtert, haben Regelungsnormen zusätzlich zu den Effizienzanforderungen in den AC/DC-Leistungswandlern (indirekt gekoppelten Leistungswandlern) Mindestanforderungen für den LF (Leistungsfaktor) und den Klirrfaktor (THD – Total Harmonic Distortion) für die Leistungseinstufung von Schaltnetzteilwandlern im Markt hergestellt (z. B. Gold, Silber oder Bronze). Leistungsfaktorbeschränkungen für Wandler mit Leistungsfaktorkorrektur sollten sowohl in hohen Lasten wie auch in niedrigen Lasten erfüllt werden. Es ist in der Regel viel leichter, einen guten Leistungsfaktor bei hohen Lasten bereitzustellen, und es gibt auf dem Markt LFK-Wandler, die dies tun. Für die niedrigen Lasten (typischerweise 20–25% oder darunter) ist es jedoch aufgrund des dominanteren Effekts des kapazitiven Eingangsfiltereffekts, der zu einer Stromphasenverschiebung führt, und aufgrund eines parasitären Rauscheffekts, der zu einem höheren Klirrfaktor des Netzstroms führt, schwieriger, einen hohen Leistungsfaktor zu erzielen.
Somit sorgen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für einen Leistungsfaktorverbesserer (LF-Verbesserer), der zu dem Controller eines LFK-Wandlers (z. B. eines Boost-LFK-Wandlers) hinzugefügt wird, der den Leistungsfaktor vom Netzstrom bei einer vordefinierten Last und Eingangsspannung (z. B. bei 20% Last und 230 V Eingangsspannung) verbessert, der bezüglich der Kompatibilität mit LF-Richtliniennormen von Interesse sein kann.
Aus der Untersuchung und Analyse der Netzstromverzerrung in einem LFK-Wandler bei niedriger Last und/oder hoher Netzspannung wird beobachtet, dass die steigende Flanke der sinusförmigen Eingangsstromwellenform in der ersten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. 0 < ωt < π/4) durch das Hochziehen verzerrt wird. Bei der zweiten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. π/4 < ωt < π/2) wird die fallende Flanke der Eingangsstromwellenform durch Herunterdrücken verzerrt. Dementsprechend sorgen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für die Anwendung einer gesteuerten Vorverzerrung auf den erfassten Strom (der von der LFK-Engine zum Verarbeiten des Referenzstroms verwendet wird) in einer entgegengesetzten Richtung, um den Leistungsfaktor LF und den Klirrfaktor THD der Netzstromwellenform zu kompensieren und zu verbessern. Das Muster/der Algorithmus einer derartigen Vorverzerrung auf den erfassten Strom ist so, dass er während der steigenden Flanke bei der ersten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. 0 < ωt < π/4) hochgezogen würde und während der fallenden Flanke bei der zweiten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. π/4 < ωt < π/2) heruntergedrückt würde. Die Verzerrung auf der Stromwellenform ist eine Funktion des Lastpegels (hängt vom Lastpegel ab; z. B. ist die Stromwellenformverzerrung bei 40% Last von 20% Last verschieden). Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für eine Vorverzerrung sorgen, die angepasst wird, um einen vordefinierten spezifischen Lastpegel zu kompensieren.
Bei einem Beispiel eines LFK-Controllers wird die Stromreferenz durch die detektierte Spitze der Netzspannung modifiziert und reagiert auf den Wert der Spitzenspannung (proportional zum Quadrat des Spitzenwerts), wobei die Spitzenspannung normalerweise über die Netzperiode hinweg konstant ist). Eine beispielhafte Vorverzerrung manipuliert die detektierte Spitze der Netzspannung, indem sie sie mit einem variablen Multiplikationsfaktor multipliziert, der über die Netzperiode hinweg nicht-konstant ist und eine heruntergefahrene Funktion des Phasenwinkels der halben Netzperiode ist. Dies vorverzerrt den Referenzstrom, um die Stromwellenformverszerrung für ein bestimmtes Gebiet des Laststroms und der Netzspannung zu kompensieren (als Beispiel etwa 20% Last und 230 V Netzspannung).
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften LFK-Wandler 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der dargestellte beispielhafte LFK-Wandler 100 ist ein indirekt gekoppelter LFK-Boost-Schaltleistungswandler, der eine sinusförmige AC-Eingangsspannung V_AC 102 mit der Netzperiode T_L empfängt und aus dem Netz einen Eingangsstrom I_AC 104 zieht. Der LFK-Wandler 100 enthält einen Eingangs-EMI-Filterblock 105, einen Brückengleichrichter 106, der an einem Anschluss 108 eine vollwellengleichgerichtete Spannung V_RECT 107 an die Boost-Stufe liefert.
Ein Eingangskondensator 110 ist über den Brückengleichrichter 106 gekoppelt, um den hochfrequenten Strom von der Schalteinrichtung 140 umzuleiten und herauszufiltern. Für Anwendungen ohne Leistungsfaktorkorrektur (LFK) ist der Eingangskondensator 110 groß genug, so dass eine Gleichspannung an einen Induktor 115 angelegt werden muss. Für Leistungswandler mit LFK wird jedoch ein Eingangskondensator 110 mit einem kleinen Kapazitätswert verwendet, um die sinusförmige Netzwellenform zu sichern und zu gestatten, dass die an den Induktor 115 angelegte Spannung der gleichgerichteten sinusförmigen Spannung V_RECT insbesondere für größere Lasten im Wesentlichen folgt.
Bei dem beispielhaften Wandler 100 von 1 besteht die Boost-Stufe aus einem Boost-Induktor 115, einem Ausgangsgleichrichter 118 und einem Schaltkreis 130, der eine Schalteinrichtung 140 und einen Controller 150 enthält. Die Schalteinrichtung 140 und der Controller 150 können in einer integrierten Schaltung enthalten sein. Der Ausgangsgleichrichter 118 in 1 ist an den Induktor 115 gekoppelt und ist als eine einzelne Diode (Boost-Diode) exemplifiziert. Bei einigen Ausführungsformen kann der Gleichrichter 118 jedoch ein Transistor sein, der als Synchrongleichrichter verwendet wird.
Der LFK-Wandler 100 liefert Ausgangsleistung an die Last 125 von einer ungeregelten Eingangsspannung, die eine AC-Netzspannung sein kann, wie sie beispielsweise von einer herkömmlichen Wandsteckdose geliefert wird, und bei einer Ausführungsform kann die Schalteinrichtung 140 ein Transistor wie etwa ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein.
Sowohl der Ausgangskondensator 120 als auch die Last 125 in 1 sind an den Gleichrichter 118 gekoppelt. Eine Ausgabe wird an die Last 125 geliefert, die entweder eine geregelte Ausgangsspannung V_O 122, ein geregelter Ausgangsstrom I_O 124 oder eine Kombination aus den beiden sein kann.
Ein Ausgangskondensator 120 liefert eine gefilterte DC-Ausgangsspannung V_O 122 auf der Last 125 mit einem Ausgangs-/Laststrom I_O 124, um die Lastleistung bereitzustellen. Für den ungetrennten Boost-Wandler von 1 ist die Referenzmasse 101 am Eingang und Ausgang des Wandlers gleich.
Der LFK-Wandler 100 umfasst weiterhin einen Controller 150 mit Schaltungsblöcken zum Regeln der Ausgabe und Bereitstellen einer LFK am Eingang. Der Controller 150 in dem dargestellten vereinfachten Beispiel von 1 kann mehrere interne Blöcke enthalten. Der Stromerfassungsblock 148 empfängt einen erfassten Schalterstrom 144 zum Verarbeiten des Stromerfassungssignals 146 zum Steuern des Schaltens der Schalteinrichtung 140 für Stromformung und Überstromschutz.
Eine nichtgezeigte Rückkopplungsschaltung kann an den Ausgang des LFK-Wandlers 100 gekoppelt sein, um ein Ausgangserfassungssignal 121 (z. B. durch einen Widerstandsteiler) zu transferieren und ein Rückkopplungssignal an einem FB-Anschluss 136 zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform kann ein die Ausgangsspannung 122 darstellendes Ausgangserfassungssignal entweder ein Stromsignal oder ein Spannungssignal generieren. Ein Regelblock 156 empfängt das Rückkopplungssignal über den FB-Anschluss und steuert auf der Basis der beim Controller 150 empfangenen Eingangs-/Ausgangsinformationen das Schalten der Schalteinrichtung 140 durch den Treiberblock 145 und ein Treiberausgangssignal 142, um von einer ungeregelten Eingangsspannung eine geregelte DC-Ausgangsspannung zu liefern. Ein Eingangsspannungsdetektor 158 empfängt das Eingangsspannungssignal 138 an einem Vin-Anschluss des Controllers von dem Eingangserfassungssignal 111 und kann den Eingangsnetzspitzenwert und den Nulldurchgang detektieren, um die erforderliche Referenz für die LFK und den LF-Verbesserer 155 zu liefern.
Bei einer Ausführungsform generiert der Controller 150 das Schaltsignal 142, um das Schalten der Schalteinrichtung 140 zu steuern, um den Ausgang des Schaltleistungswandlers 100 zu regeln sowie eine Leistungsfaktorkorrektur als Reaktion auf das AC-Eingangsspannungssignal und die Stromerfassung bereitzustellen.
Die Controlleranschlüsse S 132 (die bei einem Beispiel einer MOSFET-Schalteinrichtung 140 eine Sourceelektrode darstellen) und der Anschluss G 131 (der die Referenzmasse des Controllers darstellt) sind an die Leistungsmassenreferenz 101 des Wandlers gekoppelt. Es wird erkannt, dass ein Spannungssignal und ein Stromsignal jeweils sowohl eine Spannungskomponente als auch eine Stromkomponente enthalten können. Der Ausdruck „Spannungssignal”, wie er hier verwendet wird, bedeutet jedoch, dass die Spannungskomponente des Signals die relevanten Informationen darstellt. Analog bedeutet der Ausdruck „Stromsignal”, wie er hierin verwendet wird, dass die Stromkomponente des Signals die relevanten Informationen darstellt. Beispielhaft kann das Rückkopplungssignal an den FB-Anschluss 136 ein Stromsignal mit einer Spannungskomponente und einer Stromkomponente sein, wobei es die Stromkomponente ist, die die Ausgabeerfassung 121 darstellt.
Bei einem Beispiel können der Controller 150 und die Schalteinrichtung 140 als eine monolithische oder integrierte Hybrid-Schaltung IC für einen kompakten und effizienten Betrieb implementiert und hergestellt werden oder können mit diskreten elektrischen Komponenten oder einer Kombination aus diskreten und integrierten Komponenten implementiert werden und können einen Anschluss D 134 auf der hohen Potentialseite der Schalteinrichtung 140 enthalten (was im Beispiel einer MOSFET-Schalteinrichtung eine Drainelektrode darstellt).
2A ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften LFK-Wandler 200A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der LF-Verbessererblock 210A empfängt am Eingang 206 (z. B. ein herunterskaliertes Signal der gleichgerichteten oder AC-Eingangsnetzspannung) und detektiert den Eingangsnetznulldurchgang über einen Nulldurchgangsdetektor 211, der ein Nulldurchgangssignal generiert, das von einem Vorverzerrungsgenerator 219 zum Generieren eines Vorverzerrungssignals 221 bei jeder halben Netzperiode verwendet wird. Das Vorverzerrungssignal 221 würde bei jeder halben Netzperiode auf die erfassten und skalierten Stromsignale 222 durch den Multiplizierer 223 moduliert werden. Der erfasste Strom 284 in einem LFK-Wandler könnte der an der Eingangsrückleitung erfasste Boost-Induktorstrom sein oder könnte, wie in dem Beispiel von 2A gezeigt, der durch einen internen Erfassungs-FET oder einen externen Erfassungswiderstand in Reihe mit dem Boost-Leistungsschalter erfasste Boost-Leistungsschalterstrom sein. Der erfasste Strom 284 wird in einen Skalierblock 260 eingegeben, der eine Stromformungsreferenz für den Eingangsnetzstrom generiert, damit er der sinusförmigen Wellenform der Eingangsnetzspannung folgt. Bei jeder Last- und Netzbedingung (insbesondere, wenn das Eingangsnetz auf einem hohen Pegel ist, zum Beispiel typischerweise 230 Vrms oder über 160 Vrms, und die Last auf einem niedrigen Pegel ist, z. B. unter 25%), sollte das auf dem erfassten und skalierten Stromsignal 222 modulierte Vorverzerrungssignal 221 so auferlegt werden, dass es in einer entgegengesetzten Richtung für die Verzerrung kompensieren würde, die ansonsten bei dieser bestimmten Last- und Netzbedingung erfolgen würde. Bei einem Beispiel eines Boost-Wandlers mit einem LFK-Controller kann ein typischer hoher Klirrfaktor (hoher THD-Faktor) an dem Netzeingangsstrom bei einer hohen Eingangsnetzspannung (z. B. 230 Vac) und geringer Last (z. B. < 25% Last) auftreten.
2B ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung eines LF-Verbesserers 210B darstellt, der den Spitzenwert einer Eingangsnetzspannung für die Einschaltzeitsteuerung verwendet. Bei der Ausführungsform von 2B kann das Vorverzerrungssignal des LF-Verbesserers auf das Eingangsnetzspitzensignal moduliert werden, um den hohen Klirrfaktor (hohen THD-Faktor) und den niedrigen Leistungsfaktor des Netzstroms zu kompensieren, der unter bestimmten Last- und Netzbedingungen auftritt.
In 2B empfängt der LF-Verbesserer 210 die gleichgerichteten/AC-Netzperiodensignale 206. Das Eingangssignal 206 ist an einen Nulldurchgangsdetektor 211 sowie an einen Spitzendetektor 212 gekoppelt. Das Eingangsnetzsignal 206 wird von dem Nulldurchgangsdetektor 211 verwendet, um den Nulldurchgang von Netzperioden zu detektieren, wobei das Nulldurchgangssignal 213 von dem Spitzendetektor 212 verwendet würde, um die Spitzenwertsignale 214 zu generieren. Um die Schleifenverstärkung im LFK-Controller konstant zu halten, kann eine Netzvorwärtskopplungsfunktion 218 auf die Spitzenwertsignale 214 angewendet werden. Bei einem Beispiel kann die erforderliche Netzvorwärtskopplungsfunktion 218 eine quadratische Funktion oder eine stückweise linear Funktion sein, die eine parabolische Funktion zweiter Ordnung simuliert.
Das Nulldurchgangssignal 213 würde auch in einem Spitzenmodulatorblock 215 zum Generieren einer Spitzenmodulatorfunktion 217 bei jeder halben Netzperiode (zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgangssignalen) verwendet werden. Bei einem Beispiel kann die Spitzenmodulatorfunktion 217 bei jeder halben Netzperiode eine abfallende lineare oder nichtlineare Funktion sein, die darauf zugeschnitten ist, die erforderliche Umformung der Netzstromwellenform zu kompensieren, um eine verbesserte sinusförmige Stromwellenform mit reduziertem Klirrfaktor und höherem Leistungsfaktor zu erzielen. Die Spitzenmodulatorfunktion 217 bei jeder halben Netzperiode würde dann auf das Signal 219 durch den Multiplizierer 216 modulieren. Das Signal 219 ist die Netzvorwärtskopplungsfunktion, die auf dem durch den Block 212 von den gleichgerichteten/AC-Netzperiodensignalen 206 detektierten Spitzensignal 214 impliziert ist, wobei die Ausgabe des Multiplizierers 216 das Vorverzerrungssignal 221 bildet, das bei jeder halben Netzperiode wiederholt (periodisch) generiert wird.
Bei einer typischen Verzerrung des Eingangsnetzstroms, die bei hohen Netzbetriebsbedingungen (z. B. 230 Vac) und geringer/niedriger Last (~20% des Nennwerts) auftreten kann, tendiert der Netzstrom im Vergleich zur sinusförmigen Wellenform der Eingangsspannung dazu, bei der ersten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode) hochzukippen und bei der zweiten Hälfte der halben Netzperiode herunterzukippen, was zu einem hohen THD in der Stromwellenform und einem schlechten Leistungsfaktor führt. Die Vorverzerrungsfunktion 221 ist derart, dass sie bei Multiplizieren durch den Multiplizierer 223 zu den Stromsignalen 222 (d. h. erfassten Strom 284, skaliert durch Block 260) zu der umgeformten Stromwellenform 224 führen würde, die in der entgegengesetzten Richtung der ursprünglichen Verzerrung kompensiert; d. h., sie wird dahingehend wirken, die Netzstromwellenform bei der ersten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode) hochzuziehen und ihn bei der zweiten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode) herunterzudrücken. Wenn der LF-Verbesserer 210 nicht aktiviert ist (z. B. bei einem niedrigen Netz- und/oder hohen Lastbetrieb, so dass die Stromverzerrung und der THD niedrig sind und der LF keine Verbesserung benötigt), ist das Signal 221 einfach das Signal 219, das das von der Netzvorwärtskopplungsfunktion 218 auferlegte Spitzensignal 214 ist. Der Einschaltzeitcontroller 250 im Schaltsteuerblock 270 des LFK-Controllers empfängt das modifizierte Stromsignal 224 und gibt in Kombination mit anderen Steuersignalen 276 und durch Funktionalität anderer Steuerblöcke im LFK-Controller (was in 3 erläutert wird) das Schaltsignal 279 an den Treiber 282 aus, um den LFK-Leistungsschalter 285 ein- und auszuschalten, um den Transfer von Energie zum Leistungswandlerausgang zu steuern.
2C ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine weitere beispielhafte Implementierung eines LF-Verbesserers 210C veranschaulicht, wobei das gleichgerichtete oder AC-Netzsignal 206 (in einem Beispiel die skalierte gleichgerichtete/AC-erfasste Netzspannung) in dem Nulldurchgangsdetektor 211 und durch den Spitzendetektor 212 verarbeitet wird, wie in 2A und 2B beschrieben. Durch Empfangen des Nulldurchgangssignals 213 generiert der Spitzendetektierungsblock 212 ein Vpk-Signal 214, und der Spitzenmodulatorblock 215 generiert die Spitzenmodulatorfunktion 217, die im Vergleich zu der Implementierungsoperation in 2B zuerst durch den Multiplizierer 316 multipliziert werden, und das Ergebnis 218 wird dann der Netzvorwärtskopplungsfunktion 219 ausgesetzt, um das Vorverzerrungssignal 221 bei jeder halben Netzperiode am Ausgang 221 des LF-Verbesserers 210C zu generieren. Das Vorverzerrungssignal 221 bei jeder halben Netzperiode wird dann dem skalierten erfassten Stromsignal 222 auferlegt, das von dem skalierten erfassten Stromblock 260 bei Empfang des erfassten Stroms 284 generiert wird (was in einem Beispiel durch einen Erfassungs-FET oder einen Erfassungswiderstand erfolgen könnte). Das vorverzerrte Stromsignal 224 könnte von dem Einschaltzeitcontroller 250 verwendet werden, um die Einschaltzeit zu steuern und die Stromverzerrung zu kompensieren und den Leistungsfaktor bei hoher Netz- und/oder niedriger Lastarbeitsbedingung zu verbessern. Falls das LF-Verbesserermerkmal nicht durch das Aktivierungssignal „En 225” aktiviert ist (z. B. bei niedriger Netz- und/oder hoher Lastarbeitsbedingung, bei der LF natürlich hoch ist), dann ist das bei dem Einschaltzeitrampenblock 250 empfangene Signal 224 einfach das Spitzendetektierungssignal 214, das durch die Netzvorwärtskopplungsfunktion 219 auferlegt (moduliert) und zu dem skalierten/erfassten Stromsignal 222 multipliziert wird. Die Schaltsteuereinheit (Block) 270, die Teil eines LFK-Controller-IC ist, kann bei einem Beispiel mehrere erforderliche Blöcke enthalten und einige Steuersignale 276 empfangen, um das Schaltsignal 279 zu generieren, das durch den Treiber 282 den LFK-Leistungsschalter 285 ein- und ausschaltet, um den Transfer von Energie zum Leistungswandlerausgang zu steuern.
3 zeigt ein internes Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften LFK-Controllers, der den LF-Verbesserer 310 verwendet. Das gleichgerichtete oder AC-Netzsignal (das in einem Beispiel die skalierte gleichgerichtete/AC-erfasste Netzspannung ist) wird am Controllerpin 306 empfangen und durch den Nulldurchgangsdetektor 311 und den Spitzendetektor 312 verarbeitet, wie in 2A–C beschrieben. Durch Empfangen des Nulldurchgangssignals 313 generiert der Spitzendetektor 312 das Vpk-Signal 314 und der Spitzenmodulatorblock 315 generiert die Spitzenmodulatorfunktion 317, die ähnlich zu der beispielhaften Implementierung von 2C ist. Der Multiplizierer 316 generiert das Ergebnis 318, das dann der Netzvorwärtskopplungsfunktion 319 ausgesetzt wird, um das Vorverzerrungssignal 321 bei jeder halben Netzperiode am Ausgang des LF-Verbessers zu generieren. Das Vorverzerrungssignal 321 bei jeder halben Netzperiode wird dem skalierten erfassten Stromsignal 322 auferlegt, das von dem skalierten erfassten Stromblock 360 durch Empfangen des erfassten Stroms 384 generiert wird, was in diesem Beispiel durch einen mit dem Leistungsschalter 385 kombinierten Erfassungs-FET 386 erfolgt. Das vorverzerrte Stromsignal 324 wird dann von dem Einschaltzeitcontroller 350 verwendet, um die Stromverzerrung zu kompensieren und den Leistungsfaktor bei hoher Netz- und/oder niedriger Lastarbeitsbedingung zu verbessern. Das Aktivierungssignal „En 325” wird in einem Beispiel an den Spitzenmodulatorblock 315 gekoppelt, um die LF-Verbessererfunktion bei hohem Netz und/oder niedriger Last zu aktivieren, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Falls das LF-Verbesserermerkmal nicht durch das Aktivierungssignal „En 325” aktiviert wird (z. B. bei niedriger Netz- und/oder hoher Lastarbeitsbedingung), dann ist das von dem Einschaltzeitcontroller 350 empfangene Signal 324 einfach das Spitzendetektierungssignal 314, das von der Netzvorwärtskopplungsfunktion 319 auferlegt und zu dem skalierten/erfassten Stromsignal 322 multipliziert wird.
In einer Ausführungsform wird die Ausgangsregelung des LFK-Wandlers durch Empfangen eines Rückkopplungssignals 332 vom Ausgang des Wandlers am FB-Pin 308 bewerkstelligt, der durch den Rückkopplungs- und Kompensationsschaltungsblock 330 ein Spannungsfehlersignal Ve 338 generiert, das von dem Controller verwendet wird, um den Transfer von Energie zu steuern und die Ausgabe zu regeln. Der Einschaltzeitcontroller 350 kann durch das Empfangen des Signals 324 von dem Multiplizierer 323 und des Spannungsfehlersignals Ve 338 ein Einschaltzeitsignal 371 generieren. Der Ausschaltzeitcontroller 340 kann durch Empfangen eines Signals Vin 342 (gleichgerichtete/AC-Netzperioden) vom Pin Vin 306, des Rückkopplungssignals FB 332 vom Pin FB 308 und des Spannungsfehlersignals Ve 338 ein Ausschaltzeitsignal 372 generieren. Der Ein-/Ausschaltsteuerüberwachungsblock 370 ist an den Einschaltzeitcontroller 350 und den Ausschaltzeitcontroller 340 gekoppelt, die ein Einschaltzeitsignal 371 bzw. ein Ausschaltzeitsignal 372 an den Ein-/Ausschaltsteuerüberwachungsblock 370 liefern. Das Schaltsignal 379 wird von dem Ein-/Ausschaltsteuerüberwachungsblock 370 durch das Einschaltzeitsignal 371, das Ausschaltzeitsignal 372 und unter Berücksichtigung der Schutzsignale 376 generiert.
Die ansteigende Flanke und die abfallende Flanke des Schaltsignals 379 könnten auch ein Rücksetzsignal für den Einschaltzeitcontroller 350 und den Ausschaltzeitcontroller 340 liefern.
Das Schaltsignal 379 befiehlt durch den Treiber 382 eine Ein-/Aus-Steuerung des Leistungsschalters 385 zwischen dem Drainanschluss D 381 und dem Sourceanschluss 383, an externe Pins des IC gekoppelt, D 303 bzw. S 302, wobei der Sourcepin 302 an den Massepin G 301 gekoppelt ist. Es versteht sich, dass bei einem Beispiel der Leistungsschalter 385 und der Treiber 382 (Schalter- und Treibereinheit 380) als eine monolithische oder Hybridstruktur in dem Controller-IC integriert sein können.
Die Versorgung zum Bestromen verschiedener Blöcke des Controllers 300 wird durch den internen Versorgungsblock 305 bereitgestellt, der an eine externe Versorgung durch den Controllerpin Vcc 304 gekoppelt sein kann und mit dem erforderlichen Unter-/Überspannungsschutz Versorgungsverbindungen 307 zu mehreren internen Blöcken des Controllers 300 liefert.
4A zeigt ein Beispiel der erfassten Netzspannung und des erfassten Netzeingangsstroms in einer hohen Netzspannungs- und/oder niedrigen Lastsituation (in einem Beispiel könnten es 230 V Netzspannung und 20–25% Ausgangslast sein), wenn der LF-Verbesserer nicht aktiviert ist (d. h. deaktiviert ist) und das EMI/Schaltrauschen nicht ausgefiltert ist. Selbst wenn die LFK arbeitet, wird, wie gezeigt, die Eingangsstromwellenform verzerrt, wenn sie sich auf niedrigen Strompegeln befindet, und zwar aufgrund der Auswirkung des Brückenkondensators und des EMI-Filters, auch wenn der erfasste Strom sinusförmig sein wird. Die vertikale Achse 412 zeigt die Istwerte der Eingangsnetzspannung und des Eingangsstroms, und die horizontale Zeitachse 401 präsentiert zwei Netzperioden (vier halbe Netzperioden 405) der angegebenen sinusförmigen Netzspannung 420 und des eingegebenen Netzstroms 415 für ein Beispiel eines Boost-Wandlers bei hoher Netzspannung und etwa 20% des Nennstroms. Wie gezeigt, ist die Eingangsstromwellenform aufgrund der Stromreferenzverzerrung bei niedrigen Strompegeln und wegen des kapazitiven Effekts des Eingangsfilters verzerrt.
4B ist ähnlich der von 4A, wobei der LF-Verbesserer nicht aktiviert ist, aber mit der Annahme, dass das Schaltrauschen durch ein ideales EMI-Filter vollständig ausgefiltert wird (um eine bessere Darstellung des hohen Klirrfaktors und des niedrigen Leistungsfaktors zu geben). Auf der vertikalen Achse 432 wird die Verzerrung der Eingangsnetzstromwellenform 435 mit der idealen sinusförmigen Wellenform der Eingangsnetzspannung 430 verglichen. Die horizontale Zeitachse 401 präsentiert zwei Netzperioden (halbe Netzperiode 405) für eine Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz und Zeitperiode T von 20 bzw. 16 ms. Die Netzstromverzerrung zeigt, dass während einer ansteigenden Flanke bei der ersten Hälfte der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. 0 < ωt < π/4) der Strom, von dem erwartet wird, dass er der Netzspannung folgt, verzerrt wird, indem er hochgezogen wird, und bei der zweiten halben fallenden Flanke der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. π/4 < ωt < π/2) die Stromwellenform, anstatt der Netzspannung zu folgen, verzerrt wird, indem sie heruntergedrückt wird.
4C ist ähnlich der von 4A, außer dass der LF-Verbesserer aktiviert ist und das EMI-/Schaltrauschen nicht herausgefiltert ist. Die vertikale Achse 452 zeigt die Istwerte der Eingangsnetzspannung und des Stroms, und die horizontale Zeitachse 401 präsentiert zwei Netzperioden (halbe Netzperiode 405) der eingegebenen sinusförmigen Netzspannung 460 und des eingegebenen Netzstroms 455, das, obwohl das Hochfrequenzschalt-/EMI-Rauschen vorliegt (nicht herausgefiltert ist), zeigt, dass durch Aktivieren des LF-Verbesserermerkmals der niedrige Klirrfaktor reduziert ist und der Leistungsfaktor verbessert ist.
4D ist ähnlich der von 4C, wobei der LF-Verbesserer aktiviert ist und das Hochfrequenz-EMI-/Schaltrauschen herausgefiltert ist. Die vertikale Achse 472 zeigt die Sollwerte der eingegebenen Netzspannung und des Stroms, und die horizontale Zeitachse 401 präsentiert zwei Netzperioden der eingegebenen sinusförmigen Netzspannung 480 und des eingegebenen Netzstroms 475, in denen das Hochfrequenzschalt-/EMI-Rauschen herausgefiltert wurde. Wie in 4D gezeigt, hat der aktivierte LF-Verbesserer den Niederfrequenz-Klirrfaktor abgesenkt und das LF-THD verbessert durch Umkehren des Effekts der Verzerrung durch Vorwärtskippen der verzerrten Wellenform des Netzstroms im Vergleich zu 3 mittels (durch) Herunterdrücken der ersten Hälfte der halben Netzperiode (ansteigende Flanke während eines Viertels der Netzperiode, z. B. 0 < ωt < π/4) und mittels Hochziehen der zweiten halben fallenden Flanke der halben Netzperiode (Viertel der Netzperiode, z. B. π/4 < ωt < π/2).
Die 5A–5C zeigen eine vollwellengleichgerichtete sinusförmige Eingangsnetzspannungswellenform mit dem Grundkonzept einer Rampenfunktionsimplementierung, die verwendet wird zum Generieren des variablen Multiplikationsfaktors (z. B. Ausgabe des Spitzenmodulators 215) und eines resultierenden Vorverzerrungssignals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In jedem Schaltzyklus wird der in der letzten halben Netzperiode detektierte Spitzenwert zum Generieren einer Referenz zur Verwendung in dem Einschaltzeitcontroller 350 (3) verwendet. In 5A ist die Spitzenmodulatorausgabe 520 eine stufenweise Auslauffunktion 530, die während einer halben Netzperiode 510 bei einem Nulldurchgang der halben Netzperiode ωt = 0 (Radian) von K > 1 startet (bei einem Beispiel 1,25, 125%) und zu K = 1, 524 bei ωt = ω/2 abfällt, und am Ende der halben Netzperiode ωt = π fällt sie auf K < 1 ab (in einem Beispiel 0,7, 70%). Wenngleich 5A eine stufenweise abfallende Rampenfunktion (dekrementierende Funktion) darstellt, können andere Ausführungsformen eine analog linear abnehmende Funktion enthalten, um den Multiplikationsfaktor zu generieren. In einer digitalen Implementierung des variablen Multiplikationsfaktors kann es N Abfallschritte (digitale Taktperioden) pro jeder Netzperiode (oder N/2 Taktperioden 535 pro jeder halben Taktperiode 510) geben, wobei jedes Stufenzeitintervall (1/N)T_L532 ist.
Bei einem Beispiel kann die mathematisch analoge Gleichung der Auslaufspitzenmodifiziererfunktion 530 bei jeder halben Netzperiode 0 > ωt > π eingeführt werden durch: K1 – (2/π)(K1 – 1)·ωt; wobei der Höchstwert bei ωt = 0 K1 ist, wird 1 bei ωt = π/2 und fällt bei ωt = π auf (2 – K1) ab. Bei einer Ausführungsform ist K1 = 1,25.
5B zeigt die netzvollwellengleichgerichtete Eingangsnetzspannung 540 mit einem Höchstwert V_pk 544. Die horizontale Zeitachse ist die gleiche wie 5A mit den ähnlichen Bezeichnungen. 5C veranschaulicht ein Vorverzerrungssignal 570 der netzvollwellengleichgerichteten Halbperioden während jeder halben Netzperiode 575, wo das Vorverzerrungssignal einen Wert von K1·V_pk beim Phasenwinkel ωt = 0 besitzt, so dass der detektierte Netzspannungsspitzenwert mit 1,25 multipliziert wird (z. B. 1.25·V_pk). Das Vorverzerrungssignal fällt dann auf V_pk 564 bei ωt = π/2 ab und fällt dann am Ende der halben Netzperiode ωt = π auf 0,7·V_pk ab.
Somit manipulieren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den detektierten Netzspannungsspitzenwert durch eine Funktion, die verwendet wird, um einen variablen Multiplikationsfaktor zu definieren und ihn bei jeder halben Netzperiode zu verwenden, um die Eingangsstromwellenform vorzuverzerren, um LF und THD zu verbessern.
6A und 6B veranschaulichen eine instationäre Bedingung auf der Eingangsnetzspannung und die daraus folgende schnelle Antwort auf dem Vorverzerrungssignal. 6A zeigt mehrere Halbperioden der gleichgerichteten Eingangsnetzspannung 620 (vertikale Achse) über der Zeit 601 (horizontale Achse) mit Zeitintervallen der halben Netzperiode von „½ T_L” 610, wobei T_L die Zeitperiode der sinusförmigen Netzspannung ist. Ein schnelles instationäres Netzereignis um die Spitze zur Zeit t_transient 608 vergrößert die Spitze der sinusförmigen Spannung in einem schnellen Einschwingvorgang von V_PK1 622 zu V_PK2 624. Wie auf 6B beobachtet werden konnte, würde der zur Zeit t_transient 608 detektierte neue Spitzenwert zu einem proportionalen Offset auf dem Vorverzerrungssignal 640 in den nächsten (folgenden) halben Netzperioden mit einer schnellen Antwort folgen.
Bei diesen Beispiel zeigt 6B eine digitale/abgetastet-analoge Implementierung (stufenweise Funktion) des Vorverzerrungssignals 640. Die vertikale Achse ist die Größe des Vorverzerrungssignals 640, die bei jedem Nulldurchgang 602 zurücksetzt und von einem Höchstwert von K1·V_PK1 642 (K1 > 1, bei einem Beispiel K1 = 1,25) startet und linear mit N = 32 Stufen pro Netzperiode T_L (oder N = 16 Stufen pro Periode T_L/2) startet. Bei einem Netzphasenwinkel von ωt = π/2 ist das Vorverzerrungssignal auf 1 abgefallen (z. B. Wert 644) und fällt schließlich am Ende der halben Netzperiode (ωt = π) auf K2·V_PK1 ab (K2 < 1, bei einem Beispiel K2 = 0,7). Zur Zeit T_transient 608 hat sich der Netzspannungsspitzenwert von V_PK1 622 zu V_PK2 624 verändert und so wird in der nächsten halben Netzperiode der Wert des Eingangsspannungssignals aktualisiert. Somit würde der Wert des Vorverzerrungssignals 640 beginnend von einem Höchstwert K·V_PK2 (z. B. K1 = 1,25) (z. B. durch einen Offset aufgrund der Spitzenwertänderung) nach oben verschoben und dann linear abfallen (mit den gleichen N = 16 Stufen pro halber Netzperiode T_L/2), so dass bei einer Netzspannung ωt = π/2 der Wert des Vorverzerrungssignals auf V_PK2 (mit 654 bezeichnet) abfallt und schließlich am Ende der halben Netzperiode (ωt = π) auf K2·V_PK2 abfällt (z. B. K2 < 1, in einem Beispiel K2 = ~0,7).
Die Auswahl der Stufen und die Anzahl der Stufen hängt von Implementierungsressourcen wie etwa dem verfügbaren Halbleiterbereich ab.
7 zeigt ein Funktionsblockdiagramm, das einen beispielhaften Leistungsfaktorverbesserer 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Der Leistungsfaktorverbesserer 700 ist eine mögliche Implementierung des LF-Verbesserers 155 von 1. In diesem Beispiel, bei dem eine Vorverzerrung durch den Spitzenwert der Netzeingangsspannung angewendet wird, wird das Eingangsspannungssignal an den Anschluss 710 gekoppelt, um den von der letzten Periode detektierten Spitzenwert bereitzustellen. Der Spitzenwert wird mit einem Verstärkungsfaktor K1 > 1 (K1 = 1 + β) an den Eingang 722 des Puffers 720 geliefert. Bei einem Beispiel ist K1 = 1,25 (β = ¼), was bedeutet, dass 125% der in der letzten Periode gepufferten Spitze am Ausgang eines Summierers 722 erscheint und an den Anschluss 732 des Wählerschalters 730 koppelt. Bei jedem Nulldurchgang der Netzperiode generiert der Nulldurchgangsdetektor (z. B. siehe 2A, 211) im Controller einen Nulldurchgangsimpuls ZCP 712 nach der Synchronisation mit dem Taktimpuls 714 (bei einem Beispiel bei einer steigenden Flanke des Taktimpulses 714) durch den Taktimpulssynchronisationsblock 715 einen justierten Nulldurchgangsimpuls ZCP' 716. Der justierte Nulldurchgangsimpuls ZCP' 716 ist an den Wählerschaltersteueranschluss 736 gekoppelt, um den Anschluss 732 an den Ausgangsanschluss 738 zu koppeln. Der gepufferte Spitzenwert mit Verstärkungsfaktor K1 = (1 + β) > 1 wird an den Eingangsanschluss 742 der n-Bit-Sample-and-Hold-Latch-Einheit 740 angelegt und wird bei einer steigenden Flanke eines durch den Anschluss 746 empfangenen Taktsignals 714 abgetastet, um bis zur nächsten Taktperiode (nächstes Ticken des Takts) gehalten zu werden.
Das Taktsignal 714 könnte in einem Beispiel 32 Ticken in jeder 60 Hz-Zeitperiode der Netzperiode enthalten, was eine Taktfrequenz von 32 × 60 = 1920 Hz ergibt. Der abgetastete Wert am Ausgang 744 der Sample-and-Hold-Einheit 740 wird dann als ein erster Wert des Vorverzerrungssignals 750 geliefert. Der erste Wert am Ausgang 744 der Sample-and-Hold-Einheit 740 wird dann an einen Eingang eines zweiten Puffers 760 mit einem Verstärkungsfaktor K2' mit dem Wert (1 – 1/N) angelegt und in einem geschlossenen Kreis von einem Ausgang des zweiten Puffers 760 zum Anschluss 734 des Wählerschalters 730 zurückgekoppelt. Nach dem Nulldurchgangsimpuls beim Start jeder halben Netzperiode schaltet der Wählerschalter 730 auf eine Position des Koppelns des Anschlusses 734 an den Ausgangsanschluss 738 bis zu einem nächsten Nulldurchgangsimpuls.
Nachdem der erste Wert des Vorverzerrungssignals beim Nulldurchgang der Eingangsspannung generiert wird, werden alle aufeinanderfolgenden Schritte in der halben Netzperiode in einer geschlossenen Schleife generiert, die an den Wählerschalter 730, die Sample-and-Hold-Einheit 740 und durch den zweiten Puffer 760 gekoppelt ist. Bei einer digitalen/abgetasteten analogen Implementierung wird jeder dekrementierende Schritt der Spitzenreduktion, wie in 5A und 5C dargestellt, durch den Puffer 763 generiert, der das letzte Stufenwertsignal 744 am Eingang 762 des Puffers 763 empfängt und mit 1/N multipliziert, wobei N die Anzahl der als Reaktion auf den Takt 714 bei jeder Netzperiode generierte Anzahl von Stufen ist (bei einem Beispiel N = 32; 32 × 60 = 1920 Hz). Das 1/N des letzten Spitzenstufenwerts am Ausgang 764 des Puffers 763 geht zum negativen Eingang des Summierers 765 und wird von der letzten Spitzenstufe am Anschluss 766 des Summierers 765 abgezogen und das Ergebnis bei 767 wird zu 734 zurückgekoppelt, das durch den Wählerschalter 730 in der nächsten Stufe der Spitzenberechnung verwendet würde. Es versteht sich, dass die in dieser Anwendung verwendeten beispielhaften Dekrementierungsstufen andere anwendbare Faktoren in der Implementierung nicht begrenzen.
8 zeigt drei optionale Rampenfunktionen, die zum Bestimmen des variablen Multiplikationsfaktors während jeder halben Netzperiode verwendet werden können. Es wird angenommen, dass bei einem anfänglichen Punkt des Nulldurchgangs die erfasste Spitze von der letzten Netzperiode angehoben wird, indem sie zu einem festen Faktor von K1 > 1 (bei einem Beispiel K1 = 1,25; 125%) multipliziert wird.
Drei optionale Funktionen von abfallenden (dekrementierenden) Rampen sind in 8 gezeigt. Sie starten alle vom gleichen Punkt (K1·V_pk). Die Rampe 1 830, die eine exponentielle Natur besitzt, startet bei einem Nulldurchgang 801 jeder halben Netzperiode 860 von einem Höchstwert von K1·V_pk 822 (1,25 V_pk; 125% V_pk), was von dem letzten erfassten Netzperiodenspitzenwert extrahiert wird und bei jeder Taktperiodenstufe des Sample-and-Hold-Blocks in einer geschlossenen Schleife ihren letzten Stufenwert mit einem Faktor (N – 1)/N multipliziert, wobei N die Anzahl der Taktperioden in jeder Netzperiode ist, so dass wir nach „n” Perioden eine Gesamtmultiplikation von ((N – 1)/N)ⁿ haben. Diese Rampe 1, 830 zeigt eine schärfer abfallende Steigung (tiefere Kurve) am Start, doch reduziert sich die Steigung zum Ende der halben Netzperiode 860, und am Ende der halben Netzperiode 805 (ωt = π) ist der Gesamtabfall kleiner als andere Rampen mit linearen Steigungen.
Die eine geringere Steigung aufweisende Rampe 2, 840, die eine linear abfallende Steigung besitzt, startet beim Nulldurchgang 801 jeder halben Netzperiode 860 von einem Höchstwert von K1·V_pk 822 (z. B. 1,25 V_pk; 125% V_pk), was von dem erfassten letzten Netzperiodenspitzenwert extrahiert wird und bei jeder Taktperiodenstufe des Sample-and-Hold-Blocks in einer geschlossenen Schleife konstant mit 1/N des Umfangswerts heruntergestuft wird (wobei N die Anzahl der Taktperioden in jeder Netzperiode ist).
Die eine größere Steigung aufweisende Rampe 3, 850, die eine linear fallende Steigung besitzt, startet beim Nulldurchgang 801 jeder halben Netzperiode 860 von einem Höchstwert von K1·V_pk 822 (z. B. 1,25 V_pk; 125% V_pk), was von dem letzten erfassten Netzperiodenspitzenwert extrahiert wird. Ein Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass sie in einem „Spitzenspannungsfolgermodus” arbeitet, was bedeutet, falls der Spitzendetektor ein Signal ausgibt, das sich während der Netzperiode ändert, dann wird der LF-Verbesserer dieser Variation folgen. Mit anderen Worten fügt im Gegensatz zu Rampe 1 und Rampe 2, die lediglich an dem abgetasteten Anfangswert der Spitze zu Beginn der Netzperiode arbeiten, der „Spitzenspannungsfolgermodus” zum Spitzendetektorausgang eine Funktion hinzu, die auf einem „modulierten Spitzenwert (Ist-Spitzenwert)” bei jeder Taktperiode arbeitet und dem modulierten Spitzenwert (Ist-Spitzenwert) während der Netzperiode folgt.
Die Steigung von Rampe 3 wird in einem Beispiel durch Multiplizieren des Anfangsspitzenwerts in einem Beispiel mit 0,25 definiert und dekrementiert dies mit einer festen Zahl (z. B. 1/32-Anteil der Anfangsspitze), fügt aber diese neue abfallende Funktion zu dem „modulierten Spitzenwert (Ist-Spitzenwert)” hinzu.
Die obige Beschreibung dargestellter Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich dessen, was in der Zusammenfassung beschrieben wird, soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzisen offenbarten Formen beschränken. Wenngleich spezifische Ausführungsformen der und Beispiele für die Erfindung hier zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben werden, sind innerhalb des Schutzbereichs verschiedene Modifikationen möglich, wie der Fachmann auf dem relevanten Gebiet erkennt.
Diese Modifikationen können an der Erfindung angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung vorgenommen werden. Die in den folgenden Ansprüchen verwendeten Ausdrücke sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie die Erfindung auf die in der Patentschrift offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränken. Vielmehr soll der Schutzbereich der Erfindung ganz durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden, die gemäß etablierter Doktrine der Anspruchsinterpretation ausgelegt werden sollen.
AUSFÜHRUNGFORMEN
Wenngleich die vorliegende Erfindung in den beigefügten Ansprüchen definiert wird, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch (alternativ) gemäß den folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Controller zur Verwendung in einem Leistungsfaktorkorrekturwandler (LFK-Wandler), wobei der Controller Folgendes umfasst: einen Leistungsfaktorverbesserer, der so gekoppelt ist, dass er ein Vorverzerrungssignal zu jeder halben Netzperiode einer Eingangsspannung des LFK-Wandlers generiert; einen Einschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal zum Beenden einer Einschaltzeit eines Schalters des LFK-Wandlers generiert, wobei das erste Signal als Reaktion auf einen erfassten Eingangsstrom des LFK-Wandlers multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird; und einen Schaltsignalgenerator, der an den Einschaltzeitcontroller gekoppelt und konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsstromwellenform des LFK-Wandlers, damit sie einer Form einer Eingangsspannungswellenform des LFK-Wandlers im Wesentlichen folgt, durch Generieren eines Schaltsignals als Reaktion auf das erste Signal zum Steuern des Schaltens des Schalters, wobei der Leistungsfaktorverbesserer das Vorverzerrungssignal verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, um die Verzerrung in der Eingangsstromwellenform zu kompensieren.
2. Controller von Ausführungsform 1, weiterhin umfassend einen Eingangsspannungsdetektor, der an den Leistungsfaktorverbesserer gekoppelt ist, um ein Eingangsspannungssignal zu generieren, das einen Wert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers darstellt, wobei das Vorverzerrungssignal den Wert der Eingangsspannung multipliziert mit einem variablen Multiplikationsfaktor darstellt, und wobei der Leistungsfaktorverbesserer den Multiplikationsfaktor verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
3. Controller von Ausführungsform 2, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für einen ersten Teil einer halben Netzperiode der Eingangsspannung größer als 1 ist und für einen zweiten Teil der halben Netzperiode kleiner als 1 ist, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
4. Controller von Ausführungsform 3, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für eine erste Hälfte der halben Netzperiode größer als 1 ist und für eine zweite Hälfte der halben Netzperiode kleiner als 1 ist.
5. Controller von Ausführungsform 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 linear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
6. Controller von Ausführungsform 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 nichtlinear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
7. Controller von Ausführungsform 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 exponentiell auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
8. Controller von Ausführungsform 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 gemäß einer stufenweisen Funktion auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
9. Controller von Ausführungsform 2, wobei der Wert der Eingangsspannung ein Spitzenwert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers ist.
10. Controller von Ausführungsform 2, wobei der Leistungsfaktorverbesserer Folgendes umfasst: einen ersten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen ersten Verstärkungsfaktor größer als 1 auf das Eingangsspannungssignal anwendet, um ein verstärktes Eingangsspannungssignal zu generieren; eine Sample-and-Hold-Schaltung, die an den ersten Puffer gekoppelt ist, um das verstärkte Eingangsspannungssignal als Reaktion auf einen Nulldurchgang der Eingangsspannung abzutasten, um einen ersten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren; und einen zweiten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen zweiten Verstärkungsfaktor kleiner als 1 auf den ersten Wert des Vorverzerrungssignals anwendet, wobei die Sample-and-Hold-Schaltung weiterhin gekoppelt ist zum Abtasten eines Ausgangs des zweiten Puffers, um einen zweiten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren.
11. Controller von Ausführungsform 1, wobei der Einschaltzeitcontroller einen ersten Vergleicher umfasst, der so gekoppelt ist, dass er das erste Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines Fehlerspannungssignals, das eine Last an einem Ausgang des LFK-Wandlers darstellt, mit einer ersten Referenzspannung, die als Reaktion auf den erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird, generiert.
12. Controller von Ausführungsform 11, der weiterhin Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die so gekoppelt ist, dass sie einen ersten Strom erzeugt, der proportional zu dem erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal ist; und einen ersten Kondensator, der so gekoppelt ist, dass er mit dem ersten Strom geladen wird, wenn der Schalter eingeschaltet ist, wobei eine Spannung an dem Kondensator die erste Referenzspannung ist.
13. Controller von Ausführungsform 11, weiterhin umfassend einen Ausschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Signal zum Beenden einer Ausschaltzeit des Schalters generiert, wobei der Ausschaltzeitcontroller einen zweiten Vergleicher enthält, der so gekoppelt ist, dass er das zweite Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines verstellten Fehlerspannungssignals mit einer zweiten Spannungsreferenz generiert.
14. Controller von Ausführungsform 1, wobei der Schaltsignalgenerator so konfiguriert ist, dass er das Schaltsignal zum Regeln einer Ausgabe des LFK-Wandlers generiert.
15. Leistungsfaktorkorrekturwandler (LFK-Wandler), der Folgendes umfasst: ein Energietransferelement, das gekoppelt werden soll, um eine Eingangsspannung zu empfangen; einen Schalter, der an das Energietransferelement gekoppelt ist, um einen Transfer von Energie durch das Energietransferelement zu steuern; und einen Controller, der so gekoppelt ist, dass er das Schalten des Schalters steuert, wobei der Controller Folgendes umfasst: einen Leistungsfaktorverbesserer, der so gekoppelt ist, dass er ein Vorverzerrungssignal zu jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung generiert; einen Einschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal zum Beenden einer Einschaltzeit eines Schalters generiert, wobei das erste Signal als Reaktion auf einen erfassten Eingangsstrom des LFK-Wandlers multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird; und einen Schaltsignalgenerator, der an den Einschaltzeitcontroller gekoppelt und konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsstromwellenform des LFK-Wandlers, damit sie einer Form einer Eingangsspannungswellenform des LFK-Wandlers im Wesentlichen folgt, durch Generieren eines Schaltsignals als Reaktion auf das erste Signal zum Steuern des Schaltens des Schalters, wobei der Leistungsfaktorverbesserer das Vorverzerrungssignal verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, um die Verzerrung in der Eingangsstromwellenform zu kompensieren.
16. LFK-Wandler von Ausführungsform 15, wobei der Controller weiterhin einen Eingangsspannungsdetektor umfasst, der an den Leistungsfaktorverbesserer gekoppelt ist, um ein Eingangsspannungssignal zu generieren, das einen Wert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers darstellt, wobei das Vorverzerrungssignal den Wert der Eingangsspannung multipliziert mit einem variablen Multiplikationsfaktor darstellt, und wobei der Leistungsfaktorverbesserer den Multiplikationsfaktor verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
17. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für einen ersten Teil einer halben Netzperiode der Eingangsspannung größer als 1 ist und für einen zweiten Teil der halben Netzperiode kleiner als 1 ist, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
18. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für eine erste Hälfte der halben Netzperiode größer als 1 ist und für eine zweite Hälfte der halben Netzperiode kleiner als 1 ist.
19. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 linear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
20. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 nichtlinear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
21. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 exponentiell auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
22. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 gemäß einer stufenweisen Funktion auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
23. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der Wert der Eingangsspannung ein Spitzenwert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers ist.
24. LFK-Wandler von Ausführungsform 16, wobei der Leistungsfaktorverbesserer Folgendes umfasst: einen ersten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen ersten Verstärkungsfaktor größer als 1 auf das Eingangsspannungssignal anwendet, um ein verstärktes Eingangsspannungssignal zu generieren; eine Sample-and-Hold-Schaltung, die an den ersten Puffer gekoppelt ist, um das verstärkte Eingangsspannungssignal als Reaktion auf einen Nulldurchgang der Eingangsspannung abzutasten, um einen ersten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren; und einen zweiten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen zweiten Verstärkungsfaktor kleiner als 1 auf den ersten Wert des Vorverzerrungssignals anwendet, wobei die Sample-and-Hold-Schaltung weiterhin gekoppelt ist zum Abtasten eines Ausgangs des zweiten Puffers, um einen zweiten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren.
25. LFK-Wandler von Ausführungsform 15, wobei der Einschaltzeitcontroller einen ersten Vergleicher umfasst, der so gekoppelt ist, dass er das erste Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines Fehlerspannungssignals, das eine Last an einem Ausgang des LFK-Wandlers darstellt, mit einer ersten Referenzspannung, die als Reaktion auf den erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird, generiert.
26. LFK-Wandler von Ausführungsform 25, wobei der Controller weiterhin Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die so gekoppelt ist, dass sie einen ersten Strom erzeugt, der proportional zu dem erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal ist; und einen ersten Kondensator, der so gekoppelt ist, dass er mit dem ersten Strom geladen wird, wenn der Schalter eingeschaltet ist, wobei eine Spannung an dem Kondensator die erste Referenzspannung ist.
27. LFK-Wandler von Ausführungsform 25, wobei der Controller weiterhin einen Ausschaltzeitcontroller umfasst, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Signal zum Beenden einer Ausschaltzeit des Schalters generiert, wobei der Ausschaltzeitcontroller einen zweiten Vergleicher enthält, der so gekoppelt ist, dass er das zweite Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines verstellten Fehlerspannungssignals mit einer zweiten Spannungsreferenz generiert.
28. LFK-Wandler von Ausführungsform 15, wobei der Schaltsignalgenerator so konfiguriert ist, dass er das Schaltsignal zum Regeln einer Ausgabe des LFK-Wandlers generiert.
29. LFK-Wandler von Ausführungsform 15, wobei der Schalter und der Controller zusammen in einer integrierten Schaltung enthalten sind.

Claims

Controller zur Verwendung in einem Leistungsfaktorkorrekturwandler (LFK-Wandler), wobei der Controller Folgendes umfasst: einen Leistungsfaktorverbesserer, der so gekoppelt ist, dass er ein Vorverzerrungssignal zu jeder halben Netzperiode einer Eingangsspannung des LFK-Wandlers generiert; einen Einschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal zum Beenden einer Einschaltzeit eines Schalters des LFK-Wandlers generiert, wobei das erste Signal als Reaktion auf einen erfassten Eingangsstrom des LFK-Wandlers multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird; und einen Schaltsignalgenerator, der an den Einschaltzeitcontroller gekoppelt und konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsstromwellenform des LFK-Wandlers, damit sie einer Form einer Eingangsspannungswellenform des LFK-Wandlers im Wesentlichen folgt, durch Generieren eines Schaltsignals als Reaktion auf das erste Signal zum Steuern des Schaltens des Schalters, wobei der Leistungsfaktorverbesserer das Vorverzerrungssignal verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, um die Verzerrung in der Eingangsstromwellenform zu kompensieren.
Controller nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Eingangsspannungsdetektor, der an den Leistungsfaktorverbesserer gekoppelt ist, um ein Eingangsspannungssignal zu generieren, das einen Wert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers darstellt, wobei das Vorverzerrungssignal den Wert der Eingangsspannung multipliziert mit einem variablen Multiplikationsfaktor darstellt, und wobei der Leistungsfaktorverbesserer den Multiplikationsfaktor verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
Controller nach Anspruch 2, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für einen ersten Teil einer halben Netzperiode der Eingangsspannung größer als 1 ist und für einen zweiten Teil der halben Netzperiode kleiner als 1 ist, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, wobei bevorzugt der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für eine erste Hälfte der halben Netzperiode größer als 1 ist und für eine zweite Hälfte der halben Netzperiode kleiner als 1 ist.
Controller nach Anspruch 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 linear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
Controller nach Anspruch 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 nichtlinear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt, oder wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 exponentiell auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
Controller nach Anspruch 3, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 gemäß einer stufenweisen Funktion auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
Controller nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Leistungsfaktorverbesserer Folgendes umfasst: einen ersten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen ersten Verstärkungsfaktor größer als 1 auf das Eingangsspannungssignal anwendet, um ein verstärktes Eingangsspannungssignal zu generieren; eine Sample-and-Hold-Schaltung, die an den ersten Puffer gekoppelt ist, um das verstärkte Eingangsspannungssignal als Reaktion auf einen Nulldurchgang der Eingangsspannung abzutasten, um einen ersten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren; und einen zweiten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen zweiten Verstärkungsfaktor kleiner als 1 auf den ersten Wert des Vorverzerrungssignals anwendet, wobei die Sample-and-Hold-Schaltung weiterhin gekoppelt ist zum Abtasten eines Ausgangs des zweiten Puffers, um einen zweiten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren.
Controller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einschaltzeitcontroller einen ersten Vergleicher umfasst, der so gekoppelt ist, dass er das erste Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines Fehlerspannungssignals, das eine Last an einem Ausgang des LFK-Wandlers darstellt, mit einer ersten Referenzspannung, die als Reaktion auf den erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird, generiert.
Controller nach Anspruch 8, der weiterhin Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die so gekoppelt ist, dass sie einen ersten Strom erzeugt, der proportional zu dem erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal ist; und einen ersten Kondensator, der so gekoppelt ist, dass er mit dem ersten Strom geladen wird, wenn der Schalter eingeschaltet ist, wobei eine Spannung an dem Kondensator die erste Referenzspannung ist.
Controller nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, weiterhin umfassend einen Ausschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Signal zum Beenden einer Ausschaltzeit des Schalters generiert, wobei der Ausschaltzeitcontroller einen zweiten Vergleicher enthält, der so gekoppelt ist, dass er das zweite Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines verstellten Fehlerspannungssignals mit einer zweiten Spannungsreferenz generiert.
Controller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltsignalgenerator so konfiguriert ist, dass er das Schaltsignal zum Regeln einer Ausgabe des LFK-Wandlers generiert.
Leistungsfaktorkorrekturwandler (LFK-Wandler), der Folgendes umfasst: ein Energietransferelement, das gekoppelt werden soll, um eine Eingangsspannung zu empfangen; einen Schalter, der an das Energietransferelement gekoppelt ist, um einen Transfer von Energie durch das Energietransferelement zu steuern; und einen Controller, der so gekoppelt ist, dass er das Schalten des Schalters steuert, wobei der Controller Folgendes umfasst: einen Leistungsfaktorverbesserer, der so gekoppelt ist, dass er ein Vorverzerrungssignal zu jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung generiert; einen Einschaltzeitcontroller, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal zum Beenden einer Einschaltzeit eines Schalters generiert, wobei das erste Signal als Reaktion auf einen erfassten Eingangsstrom des LFK-Wandlers multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird; und einen Schaltsignalgenerator, der an den Einschaltzeitcontroller gekoppelt und konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsstromwellenform des LFK-Wandlers, damit sie einer Form einer Eingangsspannungswellenform des LFK-Wandlers im Wesentlichen folgt, durch Generieren eines Schaltsignals als Reaktion auf das erste Signal zum Steuern des Schaltens des Schalters, wobei der Leistungsfaktorverbesserer das Vorverzerrungssignal verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, um die Verzerrung in der Eingangsstromwellenform zu kompensieren.
LFK-Wandler nach Anspruch 12, wobei der Controller weiterhin einen Eingangsspannungsdetektor umfasst, der an den Leistungsfaktorverbesserer gekoppelt ist, um ein Eingangsspannungssignal zu generieren, das einen Wert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers darstellt, wobei das Vorverzerrungssignal den Wert der Eingangsspannung multipliziert mit einem variablen Multiplikationsfaktor darstellt, und wobei der Leistungsfaktorverbesserer den Multiplikationsfaktor verstellt, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren.
LFK-Wandler nach Anspruch 13, wobei der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für einen ersten Teil einer halben Netzperiode der Eingangsspannung größer als 1 ist und für einen zweiten Teil der halben Netzperiode kleiner als 1 ist, um den erfassten Eingangsstrom vorzuverzerren, wobei bevorzugt der Leistungsfaktorverbesserer den variablen Multiplikationsfaktor so verstellt, dass er für eine erste Hälfte der halben Netzperiode größer als 1 ist und für eine zweite Hälfte der halben Netzperiode kleiner als 1 ist.
LFK-Wandler nach Anspruch 13, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 linear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
LFK-Wandler nach Anspruch 13, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 nichtlinear auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt, oder wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 exponentiell auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
LFK-Wandler nach Anspruch 13, wobei der variable Multiplikationsfaktor von dem Wert größer als 1 gemäß einer stufenweisen Funktion auf den Wert kleiner als 1 während jeder halben Netzperiode der Eingangsspannung abnimmt.
LFK-Wandler nach Anspruch 13, wobei der Wert der Eingangsspannung ein Spitzenwert der Eingangsspannung des LFK-Wandlers ist.
LFK-Wandler nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Leistungsfaktorverbesserer Folgendes umfasst: einen ersten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen ersten Verstärkungsfaktor größer als 1 auf das Eingangsspannungssignal anwendet, um ein verstärktes Eingangsspannungssignal zu generieren; eine Sample-and-Hold-Schaltung, die an den ersten Puffer gekoppelt ist, um das verstärkte Eingangsspannungssignal als Reaktion auf einen Nulldurchgang der Eingangsspannung abzutasten, um einen ersten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren; und einen zweiten Puffer, der so gekoppelt ist, dass er einen zweiten Verstärkungsfaktor kleiner als 1 auf den ersten Wert des Vorverzerrungssignals anwendet, wobei die Sample-and-Hold-Schaltung weiterhin gekoppelt ist zum Abtasten eines Ausgangs des zweiten Puffers, um einen zweiten Wert des Vorverzerrungssignals zu generieren.
LFK-Wandler nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei der Einschaltzeitcontroller einen ersten Vergleicher umfasst, der so gekoppelt ist, dass er das erste Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines Fehlerspannungssignals, das eine Last an einem Ausgang des LFK-Wandlers darstellt, mit einer ersten Referenzspannung, die als Reaktion auf den erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal generiert wird, generiert.
LFK-Wandler nach Anspruch 20, wobei der Controller weiterhin Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die so gekoppelt ist, dass sie einen ersten Strom erzeugt, der proportional zu dem erfassten Eingangsstrom multipliziert mit dem Vorverzerrungssignal ist; und einen ersten Kondensator, der so gekoppelt ist, dass er mit dem ersten Strom geladen wird, wenn der Schalter eingeschaltet ist, wobei eine Spannung an dem Kondensator die erste Referenzspannung ist.
LFK-Wandler nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Controller weiterhin einen Ausschaltzeitcontroller umfasst, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Signal zum Beenden einer Ausschaltzeit des Schalters generiert, wobei der Ausschaltzeitcontroller einen zweiten Vergleicher enthält, der so gekoppelt ist, dass er das zweite Signal als Reaktion auf das Vergleichen eines verstellten Fehlerspannungssignals mit einer zweiten Spannungsreferenz generiert.
Controller (150) für einen um einen Leistungsfaktor korrigierten Leistungswandler, wobei der Controller Folgendes umfasst: eine Leistungsfaktorverbessererschaltungsanordnung zum Generieren eines Vorverzerrungssignals (221) für jede halbe Netzperiode einer ungeregelten Eingangsspannung des Leistungswandlers; eine Modulationsschaltungsanordnung zum Modulieren eines Signals, das einen Strom (284) durch einen Leistungsschalter des Leistungswandlers darstellt, auf der Basis des Vorverzerrungssignals, wobei die Modulation einen offensichtlichen Pegel des Stroms durch den Leistungsschalter in einer ansteigenden Hälfte einer halben Netzperiode der ungeregelten Eingangsspannung anhebt und den offensichtlichen Pegel des Stroms (284) durch den Leistungsschalter in einer abfallenden Hälfte der halben Netzperiode absenkt; und eine Leistungsfaktorkorrekturschaltungsanordnung zum Empfangen des modulierten Signals und als Reaktion darauf Ausgeben eines Schaltsignals an einen Leistungsschaltertreiber und Steuern des Transfers von Energie zum Ausgang des Leistungswandlers.
Controller nach Anspruch 23, wobei die Leistungsfaktorverbessererschaltungsanordnung Folgendes umfasst: einen Nulldurchgangsdetektor zum Bestimmen einer Phase jeder halben Netzperiode der ungeregelten Eingangsspannung und einen Vorverzerrungssignalgenerator zum Generieren des Vorverzerrungssignals für jede halbe Netzperiode auf der Basis der bestimmten Phase jeder halben Netzperiode.
Controller nach Anspruch 23 oder 24, wobei: der Controller weiterhin einen Skalierblock umfasst zum Generieren eines skalierten erfassten Stromsignals (222), um als eine Stromformreferenz zu wirken; und die Modulationsschaltungsanordnung das skalierte erfasste Stromsignal (222) modulieren soll.
Controller nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die Modulationsschaltungsanordnung ein skaliertes Signal, das den Strom darstellt, mit dem Vorverzerrungssignal multiplizieren soll.
Controller nach Anspruch 23, wobei das Vorverzerrungssignal eine Funktion einer Spitzenspannung der ungeregelten Eingangsspannung ist.
Controller nach Anspruch 23, wobei das Vorverzerrungssignal eine Auslauffunktion ist, die den offensichtlichen Pegel des Stroms durch den Leistungsschalter am meisten zu Beginn einer halben Netzperiode anhebt und den offensichtlichen Pegel des Stroms (284) durch den Leistungsschalter am meisten am Ende einer abfallenden Hälfte der halben Netzperiode absenkt.
Controller nach Anspruch 23, wobei die Leistungsfaktorverbesserungsschaltungsanordnung aktiviert wird zum Generieren des Vorverzerrungssignals nur als Reaktion auf eine hohe ungeregelte Eingangsspannung oder eine niedrige Lastbetriebsbedingung des Leistungswandlers.
Controller nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei: die hohe ungeregelte Eingangsspannung eine 230 V-Eingangsspannung ist.
Controller nach Anspruch 29, wobei die niedrige Lastbetriebsbedingung unter zwischen 20–25% einer Ausgangslast liegt.
Controller nach einem der Ansprüche 23 bis 31, wobei die Leistungsfaktorverbessererschaltungsanordnung das Vorverzerrungssignal (221) verstellt, um einen Lastpegel des Leistungswandlers zu kompensieren.