TW201524095A - 電源轉換器的功率因數校正電路 - Google Patents

電源轉換器的功率因數校正電路 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種用於一電源轉換器的功率因數校正電路，該電源轉換器包含一次側線圈、二次側線圈、感應線圈、以及功率開關，功率因數校正電路包含：零電流偵測電路，用於偵測感應線圈的感應信號以產生偵測信號；誤差偵測電路，用於依據參考信號產生與輸出電壓信號或輸出電流信號相對應的誤差信號；斜坡信號產生電路，用於產生斜坡信號；比較電路，用於比較斜坡信號與誤差信號產生比較信號；以及觸發電路，用於依據偵測信號和比較信號，產生用於控制功率開關的控制信號，並控制斜坡信號產生電路調整斜坡信號的斜率。

Description

電源轉換器的功率因數校正電路
本發明有關功率因數校正電路，尤指一種用於電源轉換器的功率因數校正電路。
由於能源日益短缺的問題，促使人們越來越重視電子裝置的用電效率。傳統的電源轉換器大多使用二極體整流器來對輸入信號進行整流，此種架構雖然簡單且成本低，但由於輸入電流的嚴重非線性失真，造成低頻諧波大量增加，導致功率因數(power factor，PF)低落。功率因數指有效功率與視在功率(apparent power)間的比值，是衡量電力利用效率高低的指標。功率因數低落除了會造成能源無謂的浪費，大量的諧波也會造成電力系統的不穩定及發電機的困擾，而嚴重影響供電的品質。
一般而言，在電源轉換器中加設功率因數校正(power factor correction，PFC)電路可改善功率因數。然而，新一代電子裝置對於功率因數校正電路的總諧波失真(total harmonic distortion，THD)的要求愈來愈嚴格，傳統功率因數校正電路的架構已很難滿足這些電子裝置的規格要求。
有鑑於此，如何設計出可有效降低總諧波失真程度的功率因數校正電路，實為業界有待解決的問題。
本說明書提供一種用於一返馳式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該返馳式電源轉換器包含一一次側線圈、一二次側線圈、一感應線圈、以及一功率開關，其中，該一次側線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該二次側線圈的一第一端用於提供一輸出電壓信號，該感應線圈用於感應該一次側線圈以提供一感應信號，且該功率開關耦接於該一次側線圈的一第二端和一固定電位端之間，該功率因數校正電路包含：一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該返馳式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
本說明書另提供一種用於一返馳式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該返馳式電源轉換器包含一一次側線圈、一二次側線圈、以及一感應線圈，其中，該一次側線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該二次側線圈的一第一端用於提供一輸出電壓信號，且該感應線圈用於感應該一次側線圈以提供一感應信號，該功率因數校正電路包含：一功率開關，用於耦接在該一次側線圈的一第二端和一固定電位端之間；一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該返馳式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
本說明書另提供一種用於一非同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該非同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、一功率開關、以及一二極體，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該功率開關耦接於該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間，且該二極體耦接於該第一線圈的該第二端和該非同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該非同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
本說明書另提供一種用於一非同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該非同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、以及一二極體，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，且該二極體耦接於該第一線圈的一第二端和該非同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：一功率開關，用於耦接在該第一線圈的該第二端和一固定電位端之間；一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該非同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
本說明書另提供一種用於一同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、一第一功率開關、以及一第二功率開關，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該第一功率開關耦接於該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間，且該第二功率開關耦接於該第一線圈的該第二端和該同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該第一功率開關的一第一控制信號和用於控制該第二功率開關的一第二控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
本說明書另提供一種用於一同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路的實施例，該同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈和一感應線圈，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，且該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該功率因數校正電路包含：一第一功率開關，用於耦接在該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間；一第二功率開關，用於耦接在該第一線圈的該第二端和該同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間；一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該第一功率開關的一第一控制信號和用於控制該第二功率開關的一第二控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
上述實施例的優點之一，是藉由該功率因數校正電路的運作，可使電源轉換器的輸入電流信號的波形跟隨輸入電壓信號的波形變化，以有效降低總諧波失真並改善電源轉換器的功率因數。
上述實施例的另一優點，是該功率因數校正電路的電路架構非常精簡，並可適用於不同架構的電源轉換器的應用中，能有效提升功率因數校正電路的使用彈性和應用範圍。
本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
100‧‧‧返馳式電源轉換器
101‧‧‧交流電源
103‧‧‧整流器
105、117、344、360、417‧‧‧電容
107‧‧‧一次側線圈
109‧‧‧二次側線圈
111、411‧‧‧感應線圈
113、515‧‧‧功率開關
115、415‧‧‧二極體
119‧‧‧負載
120‧‧‧功率因數校正電路
121‧‧‧零電流偵測電路
123‧‧‧誤差偵測電路
125‧‧‧斜坡信號產生電路
127‧‧‧比較電路
129‧‧‧觸發電路
130、430‧‧‧電阻裝置
140‧‧‧回授電路
302‧‧‧設定信號輸入端
304‧‧‧節點
310、320、370‧‧‧開關
330‧‧‧控制電路
340‧‧‧低通濾波器
342‧‧‧電阻
350‧‧‧轉導放大器
400‧‧‧非同步型升降壓式電源轉換器
407‧‧‧第一線圈
500‧‧‧同步型升降壓式電源轉換器
圖1為本發明一實施例之返馳式電源轉換器簡化後的功能方塊圖。
圖2為圖1的返馳式電源轉換器的輸入電壓信號和輸入電流信號間的關係的一實施例簡化後的示意圖。
圖3為圖1中的功率因數校正電路的一實施例簡化後的功能方塊圖。
圖4為本發明一實施例之非同步型升降壓式電源轉換器簡化後的功能方塊圖。
圖5為本發明一實施例之同步型升降壓式電源轉換器簡化後的功能方塊圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一實施例之返馳式電源轉換器(flyback power converter)100簡化後的功能方塊圖。電源轉換器100用於將交流電源101所提供的交流電壓信號Vac轉換成一直流輸出電壓信號Vout，以提供給後級的負載119使用。在本實施例中，電源轉換器100包含有整流器103、輸入電容105、一次側線圈107、二次側線圈109、感應線圈111、功率開關(power switch)113、二極體115、輸出電容117、功率因數校正電路(power factor correction circuit，PFC circuit)120、電阻裝置130、以及回授電路140。
整流器103用於將交流電源101提供的交流電壓信號Vac整流成ｍ形波的輸入電壓信號Vin。輸入電容105耦接於整流器103的輸出端，用以降低輸入電壓信號Vin中的雜訊。一次側線圈107的一第一端耦接於輸入電壓信號Vin。二次側線圈109的一第一端用於提供輸出電壓信號Vout。感應線圈111用於感應該一次側線圈107以提供一感應信號SS。功率開關113耦接於一次側線圈107的一第二端和一固定電位端(例如接地端)之間。二極體115的一輸入端耦接於二次側線圈109的第一端，且二極體115的一輸出端耦接於電源轉換器100的負載119。輸出電容117耦接於二極體115的輸出端，用以降低輸出電壓信號Vout中的雜訊。功率因數校正電路120用於控制功率開關113的切換運作，以調整流經一次側線圈107的電流IL的大小，藉此改變流經二極體115的電流Ido的大小，以調整輸出電壓信號Vout。電阻裝置130可對感應信號SS進行分壓。回授電路140可依據輸出電壓信號Vout或電源轉換器100的輸出電流信號Iout產生一相對應的回授信號FB。
如圖1所示，功率因數校正電路120包含有零電流偵測電路121、誤差偵測電路123、斜坡信號產生電路(ramp signal generating circuit)125、比較電路127、以及觸發電路129。在圖1的實施例中，零電流偵測電路121設置成在耦接於感應線圈111時偵測感應信號SS以產生一偵測信號DS。誤差偵測電路123設置成依據一參考信號Vref產生與輸出電壓信號Vout相對應的一誤差信號COMP。斜坡信號產生電路125設置成產生一斜坡信號RAMP。比較電路127耦接於誤差偵測電路123與斜坡信號產生電路125，且設置成比較斜坡信號RAMP與誤差信號COMP產生一比較信號VC。觸發電路129耦接於零電流偵測電路121、斜坡信號產生電路125、與比較電路127，且設置成依據偵測信號DS和比較信號VC，產生用於控制功率開關113的一控制信號CTL，並控制斜坡信號產生電路125調整斜坡信號RAMP的一斜率。
實作上，零電流偵測電路121可偵測電阻裝置130對感應信號SS進行分壓後的輸出信號，以產生前述的偵測信號DS。誤差偵測電路123則可依據參考信號Vref和回授電路140產生的回授信號FB，來產生與輸出電壓信號Vout相對應的誤差信號COMP。
圖2為圖1的電源轉換器100的輸入電壓信號Vin和輸入電流信號Iin間的關係的一實施例簡化後的示意圖。為便於了解，控制信號CTL在圖2的實施例中是以高態有效(active high)的信號為例來做說明，亦即，當功率因數校正電路120將控制信號CTL設置於一有效準位(active level)時，功率開關113會導通(turn on)。
在圖2中，IL_pk代表流經一次側線圈107的電流峰值的包絡線(envelope)，Ton為功率開關113的每次導通時間(on time)，Toff為功率開關113的每次關閉時間(off time)，Ts為功率開關113的每次導通時間Ton和關閉時間Toff的總長度。亦即，Ts為功率開關113的每個切換週期的時間長度，亦相當於控制信號CTL的週期長度。
當功率開關113導通時，電流會經由一次側線圈107流進功率開關113，使一次側線圈107所接收到的輸入電壓Vin的能量，透過感應作用傳遞到二次側線圈109，以產生流經二極體115的電流Ido。此時，電流Ido會對輸出電容117充電，以提升輸出電壓信號Vout。
功率因數校正電路120藉由對控制功率開關113進行高頻切換的方式控制電流IL的大小，並藉由輸入電容105濾除掉電流IL的高頻成份，而使輸入電流信號Iin的大小為電流IL的平均值。因此，功率因數校正電路120能藉由控制電流IL的大小，使輸入電流信號Iin的波形跟隨輸入電壓信號Vin的波形變化並接近於正弦波形，以提升功率因數及有效降低總諧波失真的程度。
圖3為圖1中的功率因數校正電路120的一實施例簡化後的功能方塊圖。如圖3所示，功率因數校正電路120的斜坡信號產生電路125包含一第一開關310、一第二開關320、一控制電路330、一低通濾波器340、一轉導放大器350、一電容360、以及一第三開關370。第一開關310耦接於一設定信號輸入端302與一節點304之間，其中，該設定信號輸入端302用於接收一設定電壓Vset。第二開關320耦接於節點304與一固定電位端(例如接地端)之間。控制電路330耦接於第一開關310的一控制端與第二開關320的一控制端，且設置成在觸發電路129的控制之下交替切換第一開關310與第二開關320，以使節點304提供小於設定電壓Vset的一調整電壓Vset2。低通濾波器340包含一電阻342和一電容344，並耦接於節點304，且設置成對調整電壓Vset2進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號VF。轉導放大器350耦接於低通濾波器340，且設置成將濾波信號VF轉換為斜坡信號RAMP。電容360耦接於轉導放大器350的一輸出端。第三開關370耦接於轉導放大器350的輸出端與一固定電位端(例如接地端)之間，且第三開關370的一控制端耦接於觸發電路129的一輸出端。
實作上，觸發電路129可用各式正反器的架構來實現。例如，在圖3的實施例中，功率因數校正電路120的觸發電路129是用一RS正反器來實現。如圖3所示，該RS正反器包含耦接至零電流偵測電路121的一設定端、耦接至比較電路127的一重置端、用於提供控制信號CTL的一正相輸出端、以及耦接於斜坡信號產生電路125的第三開關370的一反相輸出端。在本實施例中，RS正反器的正相輸出端另耦接至斜坡信號產生電路125的控制電路330。
每次零電流偵測電路121偵測到零電流事件時(例如，感應信號SS小於一預定臨界值時)，零電流偵測電路121會將偵測信號DS切換至一有效準位(例如，本實施例中為高準位)，以設置觸發電路129的設定端，使觸發電路129將控制信號CTL設置成有效準位(例如，本實施例中為高準位)，以導通功率開關113。同時，觸發電路129會將反相輸出端輸出的反相信號CTLB設置成無效準位(inactive level，例如，本實施例中為低準位)，以使斜坡信號產生電路125的第三開關370呈現關閉(turn off)狀態。
每次功率開關113導通時，電流IL會從零開始逐漸上升。同時，斜坡信號產生電路125產生的斜坡信號RAMP的準位也會以一預定斜率逐漸上升。當比較電路127偵測到斜坡信號RAMP大於或等於誤差信號COMP時，便會將觸發電路129的重置端設置成有效準位(例如，本實施例中為高準位)，使控制信號CTL轉態成無效準位(例如，本實施例中為低準位)，以使功率開關113呈現關閉狀態。同時，觸發電路129的反相輸出端輸出的反相信號CTLB會轉態成有效準位(例如，本實施例中為高準位)，以導通斜坡信號產生電路125的第三開關370，使斜坡信號RAMP的準位迅速下降。當零電流偵測電路121之後又偵測到零電流事件時，觸發電路129會將控制信號CTL切換至有效準位，以再次導通功率開關113。
由前述說明可知，功率開關113的每次導通時間Ton的大小，取決於斜坡信號RAMP的斜率，且可用下式表示：
Ton = (Cramp*Vcomp)/[Vset2*Gm] 式(1)
其中，Cramp為斜坡信號產生電路125的電容360的電容值，Vcomp為誤差偵測電路123產生的誤差信號COMP的電壓值，而Gm為轉導放大器350為轉導值(transconductance)。
在圖3的實施例中，控制電路330會依據控制信號CTL交替地切換第一開關310與第二開關320，使第一開關310與第二開關320輪流導通，以改變斜坡信號產生電路125輸出的斜坡信號RAMP的斜率。具體而言，控制電路330可於控制信號CTL處於有效準位時，導通第一開關310並關閉第二開關320，並於控制信號CTL處於無效準位時，關閉第一開關310並導通第二開關320。因此，節點304上的調整電壓Vset2的大小可用下式表示：
Vset2 = Vset*(Ton/Ts) 式(2)
將式(2)代入前述的式(1)可得到以下的式(3)：
Ton = (Cramp*Vcomp)/[Vset*(Ton/Ts)*Gm] 式(3)
由於Cramp、Vcomp、Vset、和Gm的大小都是實質上固定的，故由式(3)可知功率開關113的每次導通時間Ton會正比於(Ts/Ton)。
另外，假設一次側線圈107的電感值為L，則輸入電流信號Iin在功率開關113的每個切換週期中的平均值可以用下式表示：
Iin = (1/2)*(Vin/L)*Ton*(Ton/Ts) 式(4)
由於L的大小是實質上固定的，且Ton會正比於(Ts/Ton)，故由式(4)可知輸入電流信號Iin的波形將會完全跟隨輸入電壓信號Vin的波形變化，兩者間不會有相位差。
換言之，前述觸發電路129控制斜坡信號產生電路125調整斜坡信號RAMP的斜率的方式，可致使電源轉換器100的輸入電流信號Iin的波形完全跟隨輸入電壓信號Vin的波形變化。因此，藉由前述功率因數校正電路120的運作，便可使輸入電流信號Iin與輸入電壓信號Vin具有相同的相位，並使輸入電流信號Iin的波形接近似於正弦波形，故可有效降低總諧波失真的程度並提升電源轉換器100的功率因數。
在前述實施例中，回授電路140是直接依據電源轉換器100的輸出電壓信號Vout或輸出電流信號Iout產生相對應的回授信號FB，但這只是一實施例，而非侷限本發明的實際實施方式。實作上，亦可改將回授電路140設計成依據零電流偵測電路121輸出的偵測信號DS和流經功率開關113的電流，來產生與電源轉換器100的輸出電流信號Iout產生相對應的回授信號FB。
在前述實施例中，斜坡信號產生電路125中的控制電路330是依據觸發電路129的正相輸出端所輸出的信號來控制第一開關310與第二開關320的切換，但這只是一實施例，而非侷限本發明的實際實施方式。實作上，亦可改將圖3中的觸發電路129的反相輸出端耦接至控制電路330，並調整控制電路330內部的邏輯組合，以使控制電路330依據觸發電路129的反相輸出端輸出的反相信號CTLB來控制第一開關310與第二開關320的切換，以改變斜坡信號產生電路125輸出的斜坡信號RAMP的斜率。例如，可將控制電路330改設計成於反相信號CTLB處於無效準位時，導通第一開關310並關閉第二開關320，並於反相信號CTLB處於有效準位時，關閉第一開關310並導通第二開關320。
另外，當斜坡信號產生電路125中的第一開關310與第二開關320改用控制邏輯相反的開關元件實現時，亦可改將圖3中的觸發電路129的反相輸出端耦接至控制電路330，使控制電路330依據觸發電路129的反相輸出端輸出的反相信號CTLB來控制第一開關310與第二開關320的切換。此時，可改將控制電路330設計成於反相信號CTLB處於有效準位時，導通第一開關310並關閉第二開關320，並於反相信號CTLB處於無效準位時，關閉第一開關310並導通第二開關320。
同樣地，當斜坡信號產生電路125中的第三開關370改用控制邏輯相反的開關元件實現時，可改將圖3中的觸發電路129的正相輸出端耦接至第三開關370的控制端，使第三開關370依據觸發電路129的正相輸出端輸出的控制信號CTL來進行切換。
同理，當功率開關113改用控制邏輯相反的開關元件實現時，可將圖3中的觸發電路129的反相輸出端耦接至功率開關113的控制端，並改用反相輸出端輸出的反相信號CTLB來做為用於控制功率開關113的控制信號。
前述電源轉換器100中的不同功能方塊可分別用不同的電路來實現，也可整合在一單一電路晶片中。例如，功率因數校正電路120中的所有功能方塊可以整合在一單一控制電路晶片(controller IC)中，也可以進一步將功率開關113整合到功率因數校正電路120中，以形成一單一轉換電路晶片(controller IC)。另外，還可以進一步將電阻裝置130及/或回授電路140整合到功率因數校正電路120中。
在實際應用中，前述功率因數校正電路120的架構，亦適用於其他架構的電源轉換電路中。例如，圖4為採用前述功率因數校正電路120的一非同步型升降壓式(buck-boost)電源轉換器400簡化後的功能方塊圖，圖5為採用前述功率因數校正電路120的一同步型升降壓式(buck-boost)電源轉換器500簡化後的功能方塊圖。
如圖4所示，電源轉換器400包含整流器103、輸入電容105、第一線圈407、一感應線圈411、功率開關113、二極體415、輸出電容417、功率因數校正電路120、電阻裝置430、以及回授電路140。第一線圈407的一第一端耦接於輸入電壓信號Vin，功率開關113耦接於第一線圈407的一第二端和一固定電位端(例如接地端)之間，二極體415耦接於第一線圈407的第二端和非同步型升降壓式電源轉換器400的負載119之間。感應線圈411用於感應第一線圈407以提供一感應信號SS。輸出電容117耦接於二極體115的輸出端與第一線圈407的第一端之間，用以降低輸出電壓信號Vout中的雜訊。
在圖4的實施例中，功率因數校正電路120的零電流偵測電路121設置成在耦接於感應線圈411時偵測感應信號SS以產生偵測信號DS。功率因數校正電路120可藉由前述的方式，控制功率開關113的切換以控制流經第一線圈407的電流IL的大小，使輸入電流信號Iin的波形跟隨輸入電壓信號Vin的波形變化並接近於正弦波形，以提升功率因數及有效降低總諧波失真的程度。
有關前述圖1和圖3中的其他對應功能方塊的運作、實施方式、變化形、以及相關優點的說明，亦適用於圖4的實施例。為簡潔起見，在此不重複敘述。
在圖4的實施中，亦可將回授電路140、二極體415、及/或電阻裝置430整合到功率因數校正電路120中。
如圖5所示，電源轉換器500包含整流器103、輸入電容105、第一線圈407、第一功率開關113、第二功率開關515、輸出電容417、功率因數校正電路120、電阻裝置430、以及回授電路140。第一線圈407的一第一端耦接於輸入電壓信號Vin，第一功率開關113耦接於第一線圈407的一第二端和一固定電位端(例如接地端)之間，且第二功率開關515耦接於第一線圈407的第二端和同步型升降壓式電源轉換器500的負載119之間。
在圖5的實施例中，功率因數校正電路120同樣可利用觸發電路129輸出的控制信號CTL來做為用於控制第一功率開關113和第二功率開關515的其中之一的一第一控制信號，並利用觸發電路129輸出的反相信號CTLB來做為用於控制另一功率開關的一第二控制信號。功率因數校正電路120同樣可藉由前述的方式，控制第一功率開關113和第二功率開關515的切換以控制流經第一線圈407的電流IL的大小，使輸入電流信號Iin的波形跟隨輸入電壓信號Vin的波形變化並接近於正弦波形，以提升功率因數及有效降低總諧波失真的程度。
有關前述圖1、圖3和圖4中的其他對應功能方塊的運作、實施方式、變化形、以及相關優點的說明，亦適用於圖5的實施例。為簡潔起見，在此不重複敘述。
在圖5的實施中，亦可將第一功率開關113、第二功率開關515、回授電路140、及/或電阻裝置430整合到功率因數校正電路120中。
由前述說明可知，本發明提出的功率因數校正電路120能有效降低總諧波失真並提升功率因數。再者，本發明提出的功率因數校正電路120的電路架構非常精簡，並可適用於不同架構的電源轉換器的應用中，能有效提升功率因數校正電路120的使用彈性和應用範圍。
在 說明 書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
說明書及申請專利範圍中的「電壓信號」，在實作上可採用電壓形式或電流形式來實現。說明書及申請專利範圍中的「電流信號」，在實作上也可用電壓形式或電流形式來實現。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
 
100‧‧‧返馳式電源轉換器
101‧‧‧交流電源
103‧‧‧整流器
105、117‧‧‧電容
107‧‧‧一次側線圈
109‧‧‧二次側線圈
111‧‧‧感應線圈
113‧‧‧功率開關
115‧‧‧二極體
119‧‧‧負載
120‧‧‧功率因數校正電路
121‧‧‧零電流偵測電路
123‧‧‧誤差偵測電路
125‧‧‧斜坡信號產生電路
127‧‧‧比較電路
129‧‧‧觸發電路
130‧‧‧電阻裝置
140‧‧‧回授電路

Claims (18)

  1. 【第1項】
    一種用於一返馳式電源轉換器中的功率因數校正電路，該返馳式電源轉換器包含一一次側線圈、一二次側線圈、一感應線圈、以及一功率開關，其中，該一次側線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該二次側線圈的一第一端用於提供一輸出電壓信號，該感應線圈用於感應該一次側線圈以提供一感應信號，且該功率開關耦接於該一次側線圈的一第二端和一固定電位端之間，該功率因數校正電路包含：
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該返馳式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  2. 【第2項】
    如請求項1的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  3. 【第3項】
    如請求項2的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
  4. 【第4項】
    一種用於一返馳式電源轉換器中的功率因數校正電路，該返馳式電源轉換器包含一一次側線圈、一二次側線圈、以及一感應線圈，其中，該一次側線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該二次側線圈的一第一端用於提供一輸出電壓信號，且該感應線圈用於感應該一次側線圈以提供一感應信號，該功率因數校正電路包含：
    一功率開關，用於耦接在該一次側線圈的一第二端和一固定電位端之間；
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該返馳式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  5. 【第5項】
    如請求項4的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  6. 【第6項】
    如請求項5的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
  7. 【第7項】
    一種用於一非同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路，該非同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、一功率開關、以及一二極體，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該功率開關耦接於該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間，且該二極體耦接於該第一線圈的該第二端和該非同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該非同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  8. 【第8項】
    如請求項7的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  9. 【第9項】
    如請求項8的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
  10. 【第10項】
    一種用於一非同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路，該非同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、以及一二極體，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，且該二極體耦接於該第一線圈的一第二端和該非同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：
    一功率開關，用於耦接在該第一線圈的該第二端和一固定電位端之間；
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該非同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該功率開關的一控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  11. 【第11項】
    如請求項10的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  12. 【第12項】
    如請求項11的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
  13. 【第13項】
    一種用於一同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路，該同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈、一感應線圈、一第一功率開關、以及一第二功率開關，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該第一功率開關耦接於該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間，且該第二功率開關耦接於該第一線圈的該第二端和該同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間，該功率因數校正電路包含：
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該第一功率開關的一第一控制信號和用於控制該第二功率開關的一第二控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  14. 【第14項】
    如請求項13的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  15. 【第15項】
    如請求項14的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
  16. 【第16項】
    一種用於一同步型升降壓式電源轉換器中的功率因數校正電路，該同步型升降壓式電源轉換器包含一第一線圈和一感應線圈，其中，該第一線圈的一第一端耦接於一輸入電壓信號，且該感應線圈用於感應該第一線圈以提供一感應信號，該功率因數校正電路包含：
    一第一功率開關，用於耦接在該第一線圈的一第二端和一固定電位端之間；
    一第二功率開關，用於耦接在該第一線圈的該第二端和該同步型升降壓式電源轉換器的一負載之間；
    一零電流偵測電路，設置成在耦接於該感應線圈時偵測該感應信號以產生一偵測信號；
    一誤差偵測電路，設置成依據一參考信號產生與該輸出電壓信號或該同步型升降壓式電源轉換器的一輸出電流信號相對應的一誤差信號；
    一斜坡信號產生電路，設置成產生一斜坡信號；
    一比較電路，耦接於該誤差偵測電路與該斜坡信號產生電路，且設置成比較該斜坡信號與該誤差信號產生一比較信號；以及
    一觸發電路，耦接於該零電流偵測電路、該斜坡信號產生電路、與該比較電路，且設置成依據該偵測信號和該比較信號，產生用於控制該第一功率開關的一第一控制信號和用於控制該第二功率開關的一第二控制信號，並控制該斜坡信號產生電路調整該斜坡信號的一斜率。
  17. 【第17項】
    如請求項16的功率因數校正電路，其中，該斜坡信號產生電路包含：
    一第一開關，耦接於一設定信號輸入端與一節點之間，其中，該設定信號輸入端用於接收一設定電壓；
    一第二開關，耦接於該節點與一固定電位端之間；
    一控制電路，耦接於該第一開關的一控制端與該第二開關的一控制端，且設置成在該觸發電路的控制之下交替切換該第一開關與該第二開關，以使該節點提供小於該設定電壓的一調整電壓；
    一低通濾波器，耦接於該節點，且設置成對該調整電壓進行一低通濾波處理，以產生一濾波信號；
    一轉導放大器，耦接於該低通濾波器，且設置成將該濾波信號轉換為該斜坡信號；
    一電容，耦接於該轉導放大器的一輸出端；以及
    一第三開關，耦接於該轉導放大器的該輸出端與一固定電位端之間，且該第三開關的一控制端耦接於該觸發電路。
  18. 【第18項】
    如請求項17的功率因數校正電路，其中，該觸發電路包含：
    一RS正反器，包含耦接至該零電流偵測電路的一設定端、耦接至該比較電路的一重置端、一正相輸出端、以及一反相輸出端；
    其中，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該功率開關的一控制端，該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該控制電路，且該正相輸出端和該反相輸出端的其中之一耦接至該第三開關的該控制端。
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