DE19654161B4

DE19654161B4 - Leistungsfaktor-Korrekturschaltung

Info

Publication number: DE19654161B4
Application number: DE19654161A
Authority: DE
Inventors: Hwan-Ho Seong
Original assignee: Fairchild Korea Semiconductor Ltd
Current assignee: Fairchild Korea Semiconductor Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: US5757635A; JPH09205766A; DE19654161A1; TW474059B; KR970055034A; KR0154776B1

Abstract

Leistungsfaktor-Korrekturschaltung mit:
einem Aufwärtswandler (100) zum Zuführen einer konstanten Ausgangsspannung an eine Last durch Steuern eines Stroms von einem Gleichrichter an einer Grenze zwischen einem gleichmäßigen und einem ungleichmäßigen Strom, wobei der Aufwärtswandler (100) eine Induktivität (Lf) mit einer ersten und einer zweiten Spule, und einen Sense-FET (110) zum Messen eines Stroms in der ersten Spule der Induktivität (Lf) aufweist, wobei eine Spannung in der zweiten Spule durch den Strom in der ersten Spule induziert wird und der Strom der ersten Spule vom Gleichrichter bereitgestellt wird;
einem Nullstromdetektor (200) zum Erfassen eines Punktes, bei dem der Strom der zweiten Spule Null ist;
einer Versorgungsspannung-Zuführvorrichtung mit einem in Reihe zur zweiten Spule liegenden Halbwellen-Gleichrichter (300) zum Bereitstellen einer zur Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers (100) proportionalen Versorgungsspannung (Vcc), wenn der Sense-FET (110) abgeschaltet ist;
einer Steuerspannungs-Generatorvorrichtung (400) zum Erzeugen einer Steuerspannung zum Einschalten des Sense-FETs (110) durch Vergleichen der...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung und insbesondere auf eine 5-Pin Leistungsfaktor-Korrekturschaltung, die entworfen wurde, um eine Anzahl externer Anschluß-Pins in einem einzelnen Gehäuse durch Einbau einer eingebauten Verstärker-Wandler-Steuerung und eines eingebauten Meß-Feldeffekttransistors (Meß-FET) zu verringern.
Im Allgemeinen verwenden die meisten elektrischen und elektronischen Schaltungen, wie beispielsweise die Schaltungsmode-Stromversorgung (SMPS), der elektronische Konstanthalter und die nicht unterbrechbare Stromversorgung (UPS), zum Umwandeln eines Wechselstroms (AC) in einen Gleichstrom (DC) einen Gleichrichter, wobei der Gleichstrom DC anschließend in eine andere Art von Stromversorgung umgewandelt wird, die gerade benötigt wird.
In diesem Fall sollte ein Glättungskondensator des Gleichrichters ausreichend groß sein, um eine am Glättungskondensator anliegende Brummspannung vor dem Überschreiten eines noch annehmbaren Wertes bzw. Pegels zu hindern. Gleichzeitig treten jedoch begleitende Nachteile dahingehend auf, daß ein Übertragungsleitungsverlust ansteigt und die zu verwendende effektive Leistung bzw. Wirkleistung in einem gleichen Kondensator einer Spannungs-bzw. Stromversorgungsstation abnimmt, sobald der Leistungsfaktor eines gepulsten Wechselstroms AC von 60% auf 70% ansteigt.
Im allgemeinen werden zwei Verfahren angewendet, um den Eingangsleistungsfaktor des Gleichrichters anzuheben und die Strom-Ausgangsspannung des Gleichrichters zu verringern.
Gemäß einem Verfahren wird zwischen den Gleichrichter und dem Glättungskondensator eine Drosselspule bzw. -induktivität eingefügt.
Gemäß dem anderen Verfahren wird der Eingangsstrom mittels eines Verstärker-Wandlers gesteuert. Mit diesem Verfahren sind drei Verfahren bzw. Techniken verbunden, d.h. eine gleichmäßige Stromsteuerung, eine ungleichmäßige Stromsteuerung und eine Steuerung an der Grenze der gleichmäßigen und ungleichmäßigen Stromsteuerung.
Hinsichtlich des erhaltenen Leistungsfaktors wird in diesem Fall das dritte Verfahren im Allgemeinen als das vergleichsweise am besten geeignetste Verfahren anerkannt. Dies gilt auch hinsichtlich seiner Wirkung und der Kosten, während gleichzeitig ein vergleichsweise kleiner Kondensator verwendet wird.
Steuerungen, die dieses dritte Verfahren realisieren werden derzeit von verschiedenen Firmen hergestellt, wobei 1 und 2 typische Anwendungsschaltungen dieser Steuerungen darstellen.
Die Schaltungen gemäß 1 und 2 weisen jedoch dahingehend Nachteile auf, daß das System als ganzes gesehen größer wird und die Anzahl der externen Pins bzw. Anschlußdrähte und die Herstellungskosten relativ hoch sind. Die Steuerung und ein zum Messen eines Ausgangsstromes verwendeter Metalloxidhalbleiter-Transistor (MOS-Transistor) werden in jedes Gehäuse eingebaut, wobei eine Vielzahl von Hilfskomponenten bzw. -bauteilen benötigt werden.

Die US 5,134,355 zeigt eine Leistungsfaktorkorrektursteuerschaltung, die eine Leistungsfaktorkorrektur und eine Spitzenstrombeschränkung für einen geschalteten Leistungsumrichter aufweist, wobei kein direktes Messen oder Abtasten eines Induktivitätsstroms erforderlich ist. Der geschaltete Leistungsumrichter kann dabei ein Aufwärtswandler, ein Abwärtswandler oder ein Auf/Abwärts-Wandler sein. Das Leistungsfaktorkorrektursteuerverfahren beinhaltet dabei die Verwendung eines stückweise polynomen Analogcomputers (AC) um die Leistungstransistoreinschaltzeiten in Übereinstimmung mit separaten Polynom-Übertragungsfunktionen für die Leistungsfaktorsteuerung und die Spitzenstromverknüpfung unter Verwendung von Stromdarstellungen der Leitungseingangsspannung (VLN), der Lastausgangsspannung (VLD), und einem langfristigen Strombedarf (VCD) als Eingaben zu berechnen. Ein Leitungszyklus wird durch Feststellen unter Verwendung einer Hilfswicklung an der Stromspeicherinduktivität (Wzd) initiiert, wenn die Veränderungsrate des Induktivitätsstrom null erreicht, und nach dem berechneten Endzeitpunkt beendet, um entweder die Leistungsfaktorsteuerung oder die Spitzenstrombeschränkung zu implementieren.

Des weiteren zeigt die WO 93/23974 eine Leistungsversorgungsschaltung mit einem hohen Leistungsfaktor und einer niedrigen Oberschwingung, welche sowohl in einem elektrisch isolierten als auch in einem elektrisch nicht isolierten System stabil ist. Die Leistungsversorgungsschaltung für ein elektrisch isoliertes System weist dabei eine Steuervorrichtung (207) auf, die mit einer Wechselstromspannungsquelle und mit einer Primärwicklung (205) gekoppelt ist. Die Primärwicklung (205) ist mit einer Sekundärwicklung (270) und einer Hilfswicklung (212) induktiv gekoppelt. Die Sekundärwicklung (270) sieht eine Gleichstromausgangsspannung vor. Die Sekundärwicklung (270) und die Hilfswicklung (212) sind magnetisch eng gekoppelt. Die Hilfswicklung (212) sieht eine Spannungsversorgung für die Steuervorrichtung (207) vor und stellt eine genaue Darstellung der Ausgangsspannung der Steuervorrichtung (207) in einem Spannungsrückführpfad dar. Der separate Spannungsrückführpfad zu der Steuervorrichtung isoliert die Oberschwingung bzw. die Verzerrungen, welche inhärent in der der Steuervorrichtung (207) zugeführten Spannung vorhanden ist.

Der Aufsatz „Ein Dreibein-IC revolutioniert Schaltregler" von Helmuth Lemme in der Zeitschrift Elektronik, März 1995, befaßt sich mit primär getakteten Schaltnetzteilen, die noch kompakter, leichter und billiger herstellbar sind. Dabei wird das neue Bauteil „TOPSwitch" vorgestellt, der ein komplettes Schaltnetz-IC einschließlich eines Leistungs-MOSFET darstellt, und nur drei Anschlüsse nach außen hin vorsieht.

Des weiteren wird hierzu auch auf das Datenblatt PWR-TOP200/4/14 der Firma Power Integrations verwiesen, die das zuvor in dem Artikel vorgestellte Bauteil weiter beschreibt.

Darüber hinaus offenbart das europäische Patent EP 0 436 980 B1 von Philips einen weiteren Stand der Technik, der die elektronische Leistungsversorgung betrifft, bei der eine Umsetzerschaltung mit einem Induktor und einem halbleitergesteuerten Schalter, sowie einen Leistungsverstärker verwendet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung zu schaffen, die eine Anzahl von externen Pins durch Einbau einer eingebauten Verstärker-Wandler-Steuerung und eines eingebauten MeßFETs in einem einzigen Gehäuse verringert.

Zur Lösung der vorstehend beschreibenen Aufgabe besitz gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung eine erste Vorrichtung zum Steuern eines Eingangsstroms an einer Grenze eines gleichmäßigen und eines ungleichmäßigen Stroms in Abhängigkeit vom Empfangen eines Gleichstroms DC von einem Gleichrichter, wobei die erste Vorrichtung einen Kondensator, eine Spule, einen Meß-FET und eine Diode aufweist; eine zweite Vorrichtung zum Erfassen einer Zeitperiode, in der der Spulenstrom Null ist; eine dritte Vorrichtung zum Zuführen einer Versorgungsspannung, die proportional zu einer Ausgangsspannung der ersten Vorrichtung durch Gleichrichten der Spulenwicklungsspannung ist, die proportional zu einer Ausgangsspannung der ersten Vorrichtung ist, wenn der Meß-FET abgeschaltet ist; eine vierte Vorrichtung zum Steuern einer Einschaltzeit des Meß-FETs durch Vergleichen einer Eingangsspannung mit einer Referenzspannung in Abhängigkeit vom Empfang der Eingangsspannung, die von der dritten Vorrichtung ausgegeben wird; eine fünfte Vorrichtung zum Konstantmachen der Einschaltzeit des Meß-FETs durch Vergleichen eines erzeugten Sägezahn-Kurvensignals mit einem Ausgangssignal der vierten Vorrichtung in Abhängigkeit von der Erzeugung des Sägezahn-Kurvensignals mit einer konstanten Anstiegszeit während einer Zeitperiode von einem Start-Steuersignal zu einem Stop-Steuersignal; eine sechste Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals, wenn ein Spiegel-Anschlußstrom (mirror terminal current) des Meß-FETs größer wird als ein vorbestimmter Strom; und eine siebte Vorrichtung zum Erzeugen eines Gate-Ansteuersignals des Meß-FETs in Abhängigkeit vom Empfang des Ausgangssignals der zweiten Vorrichtung als ein Setz-Eingangssignal und vom Empfang eines Ausgangssignals der fünften Vorrichtung oder sechsten Vorrichtung als ein Rücksetz-Eingangssignal.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Anwendungsschaltung, die ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Leistungsfaktor-Korrekturschaltung darstellt;
2 eine Anwendungsschaltung, die ein weiteres Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Leistungsfaktor-Korrekturschaltung darstellt;
3 ein detailliertes Schaltbild einer 5-Pin-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
4 eine Kurvensignaldarstellung der Spulenspannung in der 5-Pin-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gemäß 3; und
5 eine Ausgangs-Kurvensignaldarstellung eines Rampengenerators in der 5-Pin-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gemäß 3.
Gemäß 3 besitzt die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung einen Verstärkerwandler 100 zum Steuern eines Eingangsstroms an der Grenze eines gleichmäßigen und eines ungleichmäßigen Stroms nach Empfang eines Gleichstroms DC von einem Brückengleichrichter 10. Der Verstärkerwandler 100 besitzt Kondensatoren Cf, Co, eine Spule Lf, einen Meß-FET 110 und eine Diode D2. Ein Nullstromdetektor 200 erfaßt eine Zeitperiode bzw. -dauer, in der der Strom in der Spule Lf Null ist. Ein Halbwellengleichrichter 300 führt eine Versorgungsspannung Vcc zu, die proportional zu einer Ausgangsspannung Vo des Verstärkerwandlers 100 ist, in dem die Spannung in der Spulenwicklung W_FB gleichgerichtet wird, die ihrerseits proportional zur Ausgangsspannung Vo ist, wenn der Meß-FET 110 abgeschaltet wird, wobei der Halbwellen-Gleichrichter 300 eine Diode D1 und einen Glättungskondensator C_VCC aufweist. Ein Steuerspannungsgenerator 400 zum Erzeugen einer Steuerspannung Vcon steuert eine Einschaltzeit des Meß-FETs 110 durch Vergleichen einer Eingangsspannung Vcc mit einer ersten Referenzspannung Vref1 nach Empfangen der Eingangsspannung Vcc. Eine Einschalt-Steuerung 500 macht die Einschalt-Zeit des Meß-FETs 110 durch Vergleichen eines erzeugten Sägezahn-Kurvensignals V_RAMP mit der Steuerspannung Vcon gleich, wobei das Sägezahn-Kurvensignal V_RAMP zwischen einem Start-Steuersignal START und einem Stop-Steuersignal STOP eine konstante Anstiegszeit aufweist. Ein Überstrom-Detektor 600 erzeugt ein Signal, wenn ein Spiegel-Anschlußstrom Isense des Meß-FETs 110 einen vorbestimmten Stromwert übersteigt. Ein ODER-Gater 700 führt in Abhängigkeit vom Empfang der Ausgangssignale der Einschalt-Steuerung 500 und dem Überstrom-Detektor 600 eine logische ODER-Operation durch. Eine Ausgangsstrom-Steuerung 800 erzeugt ein Gate-Ansteuersignal für den Meß-FET 110 in Abhängigkeit vom Empfang des Ausgangssignals des Nullstrom-Detektors 200 als Setzeingangssignal S und vom Empfang des Ausgangssignals des ODER-Gaters 700 als Rücksetz-Eingangssignal R. Eine Unterspannung-Abschaltung 900 schaltet die Versorgungsspannung Vcc ab, wenn die Versorgungsspannung Vcc kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist.
Gemäß 3 besitzt der Nullstromdetektor 200 einen Widerstand R_ZCD zum widerstandsmäßigen Erfassen einer Zeitdauer, in der der Strom durch die Spule Lf Null ist, und einen Invertierer ZCD zum Erzeugen eines Signals, wenn ein Strom durch den Widerstand R_ZCD Null ist. Gemäß 3 besitzt darüber hinaus der Steuerspannungsgenerator 400 Widerstände R1 und R2 zum widerstandsmäßigen Teilen der Eingangsversorgungsspannung Vcc, einen Fehlerverstärker 410 zum Erzeugen einer Steuerspannung Vcon in Abhängigkeit vom Empfang einer am Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 anlie genden Spannung als ein invertierendes Eingangssignal (–) und vom Empfang der ersten Referenzspannung Vref1 als ein nicht-invertierendes Eingangssignal (+), und ein Tiefpaßfilter 420 zum Filtern des Ausgangssignals des Fehlerverstärkers 410, wobei das Filter aus einem Widerstand Rcon und einem Kondensator Ccon besteht.
Die dargestellte Einschalt-Steuerung 500 besteht aus einem Rampengenerator 510 zum Erzeugen eines Sägezahn-Kurvensignals V_RAMP mit einer konstanten Anstiegszeit zwischen einem Start-Steuersignal START und einem Stop-Steuersignal STOP, und einem Komperator bzw. Vergleicher 520 zum Erzeugen eines Signals, welches eine konstante Einschaltzeit des Meß-FETs 110 durch Vergleichen eines empfangenen Sägezahn-Kurvensignals V_RAMP als ein nicht-invertierendes Eingangssignal (+) und einer empfangenen Steuerspannung Vcon als ein invertierendes Eingangssignal (–) hervorruft, und ein Stop-Steuersignal STOP zum Rampengenerator 510 ausgibt.
Der Überstrom-Detektor 600 gemäß 3 besitzt einen Widerstand Rs zum Erfassen des Spiegelanschlußstroms Isense des Meß-FETs 110, einen Komparator bzw. Vergleicher 610 zum Ausgeben eines Signals, wenn der Strom Isense größer ist als ein vorbestimmter Strom, wobei eine empfangene Spannung vom Widerstand Rs als nicht-invertierendes Eingangssignal (+) und eine empfangene zweite Referenzspannung Vref2 als invertierendes Eingangssignal (–) verglichen wird, und eine Vorderflanken-Auslöschschaltung 620, die ein impulsmäßiges Rauschsignal auslöscht, das in der vorderen Flanke bzw. im führenden Kantenabschnitt eines Drainstrom-Kurvensignals des Meß-FETs 110 erzeugt wird, wenn der Meß-FET 110 eingeschaltet wird.
Die Ausgangsstrom-Steuerung 800 gemäß 3 besteht aus einem RS-Flipflop 810 zum Zuführen des Start-Steuersignals START zum Rampengenerator 510 nach Empfang des Ausgangssignals des Nulstrom-Detektors 200 als Setz-Eingangssignal S und nach Empfang des Ausgangssignals des ODER-Gaters 700 als Rücksetz-Eingangssignal R, und eine Gateansteuerung 820 zum Ansteuern des Gateanschlusses des Meß-FETs 110 nach Empfang des Start-Steuersignals START, welches vom RS-Flipflop 810 ausgegeben wird.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der derart aufgebauten Leistungsfaktor-Korrekturschaltung beschrieben.
Zunächst ermöglicht der Meß-FET 110 einem kleinen Leistungswiderstand das Messen eines großen Drainstroms, wobei ein kleiner Spiegelstrom Isense proportional zu einem Drainstrom I_DRAIN am Spiegelanschluß M erzeugt wird. Der Meß-FET 110 wird durch die Gate-Ansteuerung 820 angesteuert. Der Meß-FET 110 wird eingeschaltet, wenn das Ausgangssignal der Gate-Ansteuerung 820 auf dem logischen Pegel "high" liegt, und abgeschaltet, wenn das Ausgangssignal der Gate-Ansteuerung 820 auf dem logischen Pegel "low" liegt.
Die Gate-Ansteuerung 820 empfängt das Ausgangsanschlußsignal Q des RS-Flipflops 810. Das Anschlußsignal Q des RS-Flipflops 810 liegt auf "high", wenn das Ausgangsignal des Nullstroms-Detektors 200 auf "high" liegt, während es auf "low" liegt, wenn das Ausgangssignal des ODER-Gaters 700 auf "high" liegt. Die Unterspannungs-Abschaltung 900 gibt das RS-Flipflop 810 frei, wenn die Versorgungsspannung Vcc größer ist als eine vorbestimmte Spannung.
Der Strom (sense wird am nicht-invertierenden Anschluß (+) des Komparators 610 eingegeben, nachdem er durch den Widerstand Rs in eine Spannung umgewandelt wurde, wobei der Komparator 610 ein "high"-Signal ausgibt, wenn die am nicht-invertierenden Anschluß (+) eingegebene Spannung größer ist als die zweite Referenzspannung Vref2, die am invertierenden Anschluß (–) eingegeben wird. Das Ausgangssignal des Komparators 610 wird einem Eingangsanschluß des ODER-Gaters 700 über die Vorderflanken-Auslöschschaltung 620 zugeführt.
Mittels der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise wird der Meß-FET 110 abgeschaltet, wenn der Drainstrom des Meß-FETs 110 größer ist als der vorbestimmte Strom.
Gemäß 5 gibt der Rampengenerator 510 eine Rampenspannung V_RAMP aus, die beim Anlegen eines "high"-Signals an ihren Startanschluß hinsichtlich ihres Werts linear von einer "low"-Spannung V_LOW ansteigt, und anschließend, wenn die Rampenspannung V_RAMP größer wird als die Steuerspannung Vcon, die Rampenspannung V_RAMP auf einer "low"-Spannung V_LOW gehalten wird, bis ein nächstes "high"-Signal dem Startanschluß zuge führt wird. Dies bedeutet, daß die Rampenspannung V_RAMP zu einer "low"-Spannung V_LOW wird, wenn das Ausgangssignal des Komparators 520 "high" wird.
Unter der Annahme, daß die Brummspannung der Steuerspannung Vcon nahezu Null ist, kann mittels der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise die Einschaltzeit des Meß-FETs 110 immer konstant gehalten werden. Dies bedeutet, daß die Zeit für die Rampenspannung V_RAMP bis zum Erreichen der Steuerspannung Vcon konstant ist, da das Ausgangssignal des RS-Flipflops 810 "high" wird und die Rampenspannung V_RAMP hinsichtlich ihres Wertes linear ansteigt.
Das Arbeitsprinzip der 5-Pin-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt in der Eigenart begründet, daß die Ausgangsspannung Vo konstant gehalten werden kann, wenn die Versorgungsspannung Vcc konstant gehalten wird. Dies liegt daran, da die Spannung der Wicklung W_FB der Spule Lf und die Versorgungsspannung Vcc proportional zur Ausgangsspannung Vo sind.
Die Anzahl der externen Pins der integrierten Schaltung wird durch Anwendung dieses Prinzips auf einen minimalen Wert verringert, wobei lediglich ein Pin zum Messen der Ausgangsspannung Vo und zum Zuführen der Versorgungsspannung Vcc verwendet wird.
Die Arbeitsweise der Schaltung kann wie folgt beschrieben werden, wenn der Meß-FET 110 eingeschaltet ist: VLF = –Vi (1)wobei V_LF die Spannung der Spule Lf und Vi eine Eingangsspannung ist.
Andererseits läuft der Strom in der Spule Lf frei (freewheeling) durch die Diode D2, wenn der Meß-FET 110 abgeschaltet ist. Dieser Zustand kann demnach durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: VLF = Vo – Vi (2) wobei Vo die Ausgangsspannung ist. In diesem Fall nimmt die Spulenspannung V_LF die gleiche Spannung wie die Ausgangsspannung Vo an, wenn die Eingangsspannung Vi Null ist. Die Versorgungsspannung Vcc wird demzufolge proportional zur Ausgangsspannung Vo, wenn die Spulenspannung V_LF durch die Diode D1 und den Glättungskondensator C_VCC gleichgerichtet wird.
Der Fehlerverstärker 410 im Steuerspannungsgenerator 400 verringert die Einschaltzeit des Meß-FETs 110 durch Verringerung der Steuerspannung Vcon, wenn die am Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 anliegende Spannung größer ist als die erste Referenzspannung Vref1. Demgegenüber vergrößert der Fehlerverstärker 410 die Einschaltzeit des Meß-FETs 110 durch Vergrößern der Steuerspannung Vcon, wenn die am Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 anliegende Spannung kleiner ist als die erste Referenzspannung Vref1. Das Tiefpaßfilter 420 macht aus der Steuerspannung Vcon nahezu eine gleichstrommäßige Spannung. Dadurch kann die Verzerrung des alternativen Eingangsstroms verringert werden.
Der Widerstand R_ZCD wird zum Erfassen der Zeitdauer verwendet, in der der Strom in der Spule Lf Null ist, wenn der Strom in der Spule Lf durch die Diode D2 fließt. Die Spannung V_LF an der Spule Lf wird sich von (Vo – Vi) gemäß der Gleichung (2) auf Null absenken, wenn zu diesem Zeitpunkt der Strom in der Spule Lf zu Null wird, das Ausgangssignal des Inverters ZCD von "low" auf "high" wechselt und das Ausgangssignal des RS-Flipflops 810 den Meß-FET 110 einschaltet, wobei es "high" wird. Die 4 zeigt eine Kurvensignaldarstellung der Spulenspannung V_LF in der 5-Pin-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Auf diese Weise kann ein Aufbau mit lediglich 5 externen Pins bzw. Anschlußdrähten #1 – #5 ausreichend sein, um die Ausgangsspannung Vo konstant zu halten, wodurch der Eingangsleistungsfaktor des Verstärker-Wandlers 100 nahezu 100% beträgt.
Folglich sind die vorteilhaften Wirkungen der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung durch eine Verringerung der Anzahl der externen Pins gekennzeichnet, wobei ein eingebaute Verstärkerwandler-Steuerung 100 und ein eingebauter Meß-FET 110 in einem einzigen Gehäuse vorliegen.
Eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung besteht aus einem Verstärker-Wandler, einem Nullstromdetektor zum Erfassen einer Zeitdauer, in der ein Spulenstrom Null ist, einem Halbwellengleichrichter zum Zuführen einer Versorgungsspannung proportional zu einer Ausgangsspannung des Verstärker-Wandlers, einen Steuerspannungs-Generator zum Erzeugen einer Steuerspannung, wodurch die Einschaltzeit eines Meß-FETs gesteuert wird, einer Einschaltsteuerung zum Konstantmachen einer Einschaltzeitdauer des Meß-FETs, einen Überstromdetektor zum Erzeugen eines Signals, wenn ein Spiegelanschlußstrom des Meß-FETs größer ist als ein vorbestimmter Strom, ein ODER-Gater zum Durchführen einer logischen ODER-Operation der Ausgangssignale der Einschaltsteuerung und des Überstrom-Detektors, einer Ausgangsstrom-Steuerung zum Erzeugen eines Gate-Ansteuersignals des Meß-FETs und eine Unterspannung-Abschaltung zum Abschalten der Versorgungsspannung, wenn die Versorgungsspannung kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist. Diese Schaltung ermöglicht die Verringerung der Anzahl von externen Anschlußpins, wobei eine eingebaute Verstärkerwandler-Steuerung und ein eingebauter Meß-FET in einem einzigen Gehäuse vorliegen.

Claims

Leistungsfaktor-Korrekturschaltung mit: einem Aufwärtswandler (100) zum Zuführen einer konstanten Ausgangsspannung an eine Last durch Steuern eines Stroms von einem Gleichrichter an einer Grenze zwischen einem gleichmäßigen und einem ungleichmäßigen Strom, wobei der Aufwärtswandler (100) eine Induktivität (Lf) mit einer ersten und einer zweiten Spule, und einen Sense-FET (110) zum Messen eines Stroms in der ersten Spule der Induktivität (Lf) aufweist, wobei eine Spannung in der zweiten Spule durch den Strom in der ersten Spule induziert wird und der Strom der ersten Spule vom Gleichrichter bereitgestellt wird; einem Nullstromdetektor (200) zum Erfassen eines Punktes, bei dem der Strom der zweiten Spule Null ist; einer Versorgungsspannung-Zuführvorrichtung mit einem in Reihe zur zweiten Spule liegenden Halbwellen-Gleichrichter (300) zum Bereitstellen einer zur Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers (100) proportionalen Versorgungsspannung (Vcc), wenn der Sense-FET (110) abgeschaltet ist; einer Steuerspannungs-Generatorvorrichtung (400) zum Erzeugen einer Steuerspannung zum Einschalten des Sense-FETs (110) durch Vergleichen der Versorgungsspannung (Vcc) des Halbwellen-Gleichrichters (300) mit einer Referenzspannng (Vref1); einer Einschalt-Steuervorrichtung (500) zum Konstanthalten einer Einschaltzeitzeitdauer des Sense-FETs (110) durch Erzeugen eines Sägezahn-Kurvensignals (V_RAMP) und Vergleichen des Sägezahn-Kurvensignals (V_RAMP) mit der Steuerspannung (Vcon) der Steuerspannungs-Generatorvorrichtung (400); einer Überstrom-Detektorvorrichtung (600) zum Erzeugen eines Signals, wenn ein Spiegel-Anschlußstrom des Sense-FETs (110) größer ist, als ein vorbestimmter Strom; und einer Ausgangsstrom-Steuerung (800) mit einem Setzeingang (S) und einem Rücksetzeingang (R) zum Erzeugen eines Gate-Ansteuersignals, das dem Sense-FET (110) entsprechend einem Ausgangssignal, das als Setz-Eingangssignal von der Detektorvorrichtung empfangene Signal zugeführt wird, und einem Ausgangssignal der Einschalt-Steuervorrichtung (500) oder der Überstrom-Detektorvorrichtung (600) als Rücksetz-Eingangssignal zugeführt wird.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei der Nullstromdetektor (200) aus einem Widerstand (R_ZCD) der mit der zweiten Spule der Induktivität (Lf) verbunden ist, und einer Vorrichtung (ZCD) besteht zum Erzeugen eines Signals, wenn der Strompegel durch den Widerstand (R_ZCD) Null ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei die Steuerspannungs-Generatorvorrichtung (400) aus: einem ersten und einem zweiten Widerstand (R1, R2), die seriell mit einem Ausgangsanschluß der Versorgungsspannungs-Zuführvorrichtung verbunden sind; einem Fehler-Verstärker (410) mit einem invertierenden Eingang (–) und einem nicht-invertierenden Eingang (+) zum Erzeugen der Steuerspannung (Vcon) durch Verstärken einer Differenz zwischen einer als invertierendes Eingangssingal dem zweiten Widerstand (R2) zugeführten Spannung und einer als nicht-invertierendes Eingangssignal zugeführten Referenzspannung (Vref1); und einem Tiefpaßfilter (420) besteht, das die Steuerspannung (Vcon) des Fehlerverstärkers (410) filtert.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei die Einschalt-Steuervorrichtung (500) aus einem Rampengenerator (510) zum Erzeugen des Sägezahn-Kuvensignals in Abhängigkeit von einem Start-Steuersignal (START) und einem Stop-Steuersignal (STOP); und einem Komparator (520) mit einem invertierenden Eingang (–) und einem nichtinvertierenden Eingang (+) besteht, der das Sägezahn-Kurvensignal als nichtinvertierendes Eingangssignal mit der Steuerspannung (Vcon) als invertierendes Eingangssignal vergleicht, wobei ein Signal des Komparators (520) als Stop-Steuersignal (STOP) dem Rampengenerator (510) zugeführt wird.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 4, wobei die Ausgangsstrom-Steuerung (800) aus einem RS-Flipflop (810) zum Zuführen des Start-Steuersignals (START) an den Rampengenerator (510), wenn ein Setz-Eingangssignal (S) einen hohen Pegel aufweist beim Empfangen eines Ausgangssignals der Detektorvorrichtung als Setz-Eingangssignal und des Ausgangssignals der Steuervorrichtung oder der Signalgeneratorvorrichtung als Rücksetz-Eingangssignal; und einer Gateansteuerung (820) besteht, die den Gateanschluß des Sense-FETs (110) in Abhängigkeit vom Start-Steuersignal (START) ansteuert.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 5, mit einer Unterspannungs-Abschaltung (900), die das RS-Flipflop (810) freigibt, wenn die Versorgungsspannung (Vcc) größer als eine vorbestimmte Spannung ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei die Signalgeneratorvorrichtung aus einem mit dem Spiegelanschluß des Sense-FETs (110) verbundenen Widerstand (Rs); einem Komparator (610) zum Vergleichen eines Signals, wenn die dem Widerstand (Rs) zugeführte Spannung größer ist als eine Referenzspannung, wobei die dem Widerstand (Rs) zugeführte Spannung als nicht-invertierendes Eingangssignal mit der Referenzspannung (Vref2) als invertierendes Eingangssignal verglichen wird; und einer Vorderflanken-Auslöschschaltung (620) besteht, die ein impulsmäßiges in einem Vorderflankenbereich eines Drainstrom-Kurvensignals des Sense-FETs (110) erzeugtes Störsignal auslöscht, wenn der Sense-FET (110) eingeschaltet wird.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei die Versorgungsspannungs-Zuführvorrichtung ein Halbwellen-Gleichrichter (300) ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Patentanspruch 1, wobei der Sense-FET (110) des Aufwärtswandlers (100) innerhalb eines 5-Pin-IC-Gehäuses liegt und die Induktivität (Lf) des Aufwärtswandlers außerhalb des 5-Pin-IC-Gehäuses liegt.
Integrierte Schaltung mit einer Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Anspruch 1 bestehend aus: einem einzigen IC-Gehäuse mit einem ersten bis fünften externen Anschlußpin; einem Sense-FET (110), der sich innerhalb des einzigen IC-Gehäuses befindet und einen mit dem ersten externen Anschlußpin verbundene Drain sowie eine mit dem zweiten externen Anschlußpin verbundene Source aufweist, über den ein Strom des Aufwärtswandlers (100) zum Bezugspotential abgeleitet wird, wenn dieser aktiviert ist, und einer den Leistungsfaktor korrigierenden Steuerschaltung (400, 500, 600, 700, 800, 900), die sich innerhalb des einzigen IC-Gehäuses befindet und funktionsmäßig mit dem Gateanschluß des Sense-FETs (110) verbunden ist, wodurch im Ansprechen auf die an den dritten, vierten und fünften externen Anschlußpins anliegenden Spannungen der Sense-FET (110) aktiviert und deaktiviert wird.
Integrierte Schaltung nach Patentanspruch 10, wobei das einzige IC-Gehäuse nicht mehr als die ersten bis fünften externen Anschlußpins aufweist.