TWI395395B

TWI395395B - 功率因數校正轉換器的切換控制器

Info

Publication number: TWI395395B
Application number: TW098112435A
Authority: TW
Inventors: Cheng Sung Chen; Chien Tsun Hsu; Ting Ta Chiang; Shao Chun Huang
Original assignee: System General Corp
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2013-05-01
Also published as: TW201037948A

Description

功率因數校正轉換器的切換控制器

本發明關於一種功率因數校正(power factor correction,PFC)轉換器，特別是關於一種PFC轉換器的切換控制器。

圖1是PFC轉換器的電路的示意圖。橋式整流器(bridge rectifier)10將線電壓V_AC整流為輸入電壓V_DC。輸入電壓V_DC被供應到電感器(inductor)20。低通濾波器(low-pass filter)80接收輸入電壓V_DC以產生有效線電壓(line-effective voltage)V_RMS。整流器30連接在電感器20以及PFC轉換器的輸出端之間。體電容器(bulk capacitor)40耦接在PFC轉換器的輸出端與接地參考之間，以提供體電壓(bulk voltage)V_BULK。體電壓V_BULK是高於輸入電壓V_DC的升壓。體電壓V_BULK被用於提供電源給PFC轉換器的負載，例如脈寬調變電路60。功率開關(power switch)70耦接至電感器20與整流器30的結合點，功率開關70執行能量切換以校正PFC轉換器的線電流以及調節體電壓V_BULK。由串聯的電阻器51和52組成的分壓器(voltage divider)50連接在PFC轉換器的輸出端以及接地參考之間。

切換控制器(switching controller)100具有線電壓端RMS、線電流端IAC、電流感測端IS、補償端EA、回授端FB以及輸出端OUT。低通濾波器80接收輸入電壓V_DC並提供有效線電壓V_RMS給線電壓端RMS。線電流端IAC經由線電阻器12耦接至橋式整流器10，以接收線參考電流(line-reference current)I_AC。感測電阻器11耦接至橋式整流器10。電流感測端IS連接至感測電阻器11以及橋式整流器10的結合點以獲得感測電壓-V_S。感測電壓-V_S表示PFC轉換器的整體系統電流I_S。補償電容器45連接至補償端EA用以頻率補償。經由補償電容器45以獲得電壓迴路誤差信號(voltage-loop error signal)V_EA。回授端FB從電阻器51和電阻器52的結合點接收回授電壓V_FB。切換控制器100依據回授電壓V_FB、有效線電壓V_RMS、線參考電流I_AC以及感測電壓-V_S在輸出端OUT產生切換信號V_G。

圖2是傳統的切換控制器100a的電路的示意圖。切換控制器100a包括電流命令電路(current-command circuit)、切換控制電路、可編程回授電路(programmable feedback circuit)、輕載檢知器(light-load detector)300以及過電壓比較器(over-voltage comparator)310。電流命令電路包括平方電路(square circuit)305、乘除器(multiplier-divider)320、電阻器330、加法器340以及電流迴路誤差放大器(current-loop error amplifier)350。平方電路305的輸入端連接至線電壓端RMS，用以接收有效線電壓V_RMS。乘除器320包括連接至線電流端IAC的第一乘法器輸入端，用以接收線參考電流I_AC；第二乘法器輸入端，用以接收電壓迴路誤差信號V_EA；以及連接至平方電路305的輸出端的除法器輸入端，用以接收平方的有效線電壓V_RMS ²。

乘除器320產生電流命令信號I_CMD，如下列方程式(1)表示：

，其中K是常數，I_AC是線參考電流，V_EA是電壓迴路誤差信號，V_RMS是有效線電壓。

加法器340產生命令信號V_X，如下列方程式(2)表示：V _X=I _CMD×R ₃₃₀+(-V _S)-------------------------------------------(2)

，其中I_CMD是電流命令信號，R₃₃₀是電阻器330的電阻值，-V_S是表示PFC轉換器的整體系統電流I_S的感測電壓。電流迴路誤差放大器350放大命令信號V_X以產生電流迴路誤差信號V_IEA。

傳統的切換控制器100a的切換控制電路包括振盪器110、反相器150、正反器(flip-flop)155、及閘(AND gate)160以及比較器250。振盪器110產生脈衝信號PLS以及斜坡信號RMP。脈衝信號PLS經由反相器150提供時脈到正反器155的時鐘端以致能(enable)切換信號V_G。比較器250比較電流迴路誤差信號V_IEA以及斜坡信號RMP。一旦斜坡信號RMP高於電流迴路誤差信號V_IEA，則經由正反器155以及及閘160來禁能切換信號V_G。

在傳統的PFC轉換器中，例如，當輸入電壓V_DC是90VDC 時，不管PFC轉換器的負載條件，體電壓V_BULK被升壓至380VDC。當負載下降至輕負載條件時，所述傳統的PFC轉換器的體電壓V_BULK保持在380VDC，例如第一準位。由於有效供應負載的體電壓V_BULK的準位僅需300VDC，例如第二準位，因此這降低了轉換效率。從而多餘的功率消耗將浪費在功率開關70的切換損耗以及整流器30的功率損耗上。

為了避免多餘的功率消耗以及獲得更高效率的PFC轉換器，採用傳統的切換控制器100a的可編程回授電路依據PFC轉換器的負載條件調節體電壓V_BULK於第一準位與第二準位之間。可編程回授電路包括電流源260、開關261、電壓迴路誤差放大器200。電源電壓V_CC供應到電流源260。開關261連接在電流源260以及電壓迴路誤差放大器200的負輸入端之間。電壓迴路誤差放大器200的負輸入端連接到傳統的切換控制器100a的回授端FB以及分壓器50。回授門檻值V_R供應到電壓迴路誤差放大器200的正輸入端。電壓迴路誤差放大器200的輸出端連接到補償端EA。

傳統的切換控制器100a還包括輕載檢知器300，用以接收電壓迴路誤差信號V_EA以及脈衝信號PLS以產生功率節約信號(power-saving signal)S_E。輕載檢知器300具有遲滯特性(hysteresis characteristic)，此遲滯特性具有上門檻值(upper threshold)V_TH(H)以及下門檻值(lower threshold)V_TH(L)。一旦電壓迴路誤差信號V_EA小於下門檻值V_TH(L)，則代表檢測到負載的輕負載條件。當輕載檢知器300檢測到輕負載條件時，致能功率節約信號S_E。藉由功率節約信號S_E以控制開關261。在一般/重負載條件下，禁能功率節約信號S_E並依據電壓迴路誤差信號V_EA調節體電壓V_BULK至第一準位V_BULK1(如圖3所示)。當輕載檢知器300檢測到輕負載條件時，致能功率節約信號S_E以導通(turn on)開關261。電流源260提供編程電流(programming current)I_Q給分壓器50。電壓迴路誤差放大器200的負輸入端上增加的回授電壓V_FB將體電壓V_BULK從第一準位V_BULK1調節到第二準位V_BULK2(如圖3所示)。當負載增加到一般/重負載條件時，禁能功率節約信號S_E以截止(turn off)開關261，令編程電流I_Q終止。從而降低電壓迴路誤差放大器200的負輸入端的回授電壓V_FB以將體電壓V_BULK從第二準位V_BULK2再次調節到第一準位V_BULK1(如圖3所示)。

然而，如圖3中的虛線圓圈W和X所示，產生了電壓下衝(voltage undershooting)。在體電壓V_BULK從第一準位V_BULK1下降到達第二準位V_BULK2的瞬間產生第一電壓下衝(如虛線圓圈W中所示)。在體電壓V_BULK從第二準位V_BULK2開始朝第一準位V_BULK1增加的瞬間產生第二電壓下衝(如虛線圓圈X中所示)。

請同時參看圖2和圖3，第一電壓下衝(如虛線圓圈W中所示)的形成解釋如下。當PFC的輸出端的負載減小時，切換控制器100a的回授端FB上的回授電壓V_FB因應體電壓V_BULK的增加而增加。因為回授電壓V_FB被供應到電壓迴路誤差放大器200的負輸入端，由電壓迴路誤差放大器200所產生的電壓迴路誤差信號V_EA與回授電V_FB成反比例。當電壓迴路誤差信號V_EA低於下門檻值V_TH(L)時，致能功率節約信號S_E以導通開關261。如圖1所示，編程電流I_Q流向分壓器50。這進一步增加了回授電壓V_FB。當回授電壓V_FB超過回授門檻值V_R時，電壓迴路誤差信號V_EA從下門檻值V_TH(L)下降到零。當回授電壓V_FB超過過電壓門檻值V_OVP時，過電壓比較器310產生過電壓信號S_OV以經由及閘160禁能切換信號V_G。輸入電壓V_DC的波形將從全波整流波形變成直流波形。如期間T₁所示，輸入電壓V_DC經由圖1中的低通濾波器80的RC網路，將有效線電壓V_RMS充電達到其最大準位V_RMS(MAX)。

因為切換信號V_G被禁能，所以體電壓V_BULK從第一準位V_BULK1線性下降。回授電壓V_FB隨著體電壓V_BULK的下降而線性下降。當回授電壓V_FB下降到約回授門檻值V_R時，電壓迴路誤差放大器200的輸出電流經由補償端EA開始對補償電容器45充電。如期間T₂所示，電壓迴路誤差信號V_EA因充電而往上升，其上升斜率由電壓迴路誤差放大器200的輸出電流以及補償電容器45的電容值來決定。請參看上述的方程式(1)，此時過大的有效線電壓V_RMS以及電壓迴路誤差信號V_EA緩慢的回應，使得電流命令信號I_CMD的振幅相對較小。小的電流命令信號I_CMD使得輸入電流I_DC減小。這導致了不足以將體電壓V_BULK保持在第二準位V_BULK2的能量傳送。如虛線圓圈W所示，從而產生了第一電壓下衝。

除了第一電壓下衝之外，下面將討論體電壓V_BULK的誤動作。正常情況下，電壓迴路誤差信號V_EA因充電往上升且應在達到下門檻值時停止。然而，請繼續參看方程式(1)，傳統的切換控制器100a的電流迴路為了保持電流命令信號I_CMD為常數，如期間T₃所示，將繼續增加電壓迴路誤差信號V_EA直到其達到上門檻值V_TH(H)。

當電壓迴路誤差信號V_EA超過上門檻值V_TH(H)時，功率節約信號S_E被禁能以終止編程電流I_Q。如粗體虛線波形所示，回授電壓V_FB被大幅下拉(pull down)，從而錯誤地拉升(pull up)了體電壓V_BULK。

接下來解釋第二電壓下衝(如虛線圓圈X中所示)的形成。如期間T₄所示，當PFC轉換器的負載增加時，電壓迴路誤差信號V_EA將因應負載的增加而逐漸增加。當電壓迴路誤差信號V_EA超過上門檻值V_TH(H)時，禁能功率節約信號S_E以截止開關261。因而終止編程電流I_Q，從而令回授電壓V_FB下降到電壓準位V_R0.回授門檻值V_R以及電壓準位V_R0分別如下的方程式(3)和方程式(4)來表示：，其中I_Q是編程電流，R₅₁和R₅₂分別是電阻器51和電阻器52的電阻值，以及△V是回授門檻值V_R與電壓準位V_R0之間的差值。

如期間T₅所示，電壓迴路誤差信號V_EA繼續因充電而上升至其最大值V_EA(MAX)，此最大值V_EA(MAX)為令電流命令信號I_CMD最大化藉以拉升體電壓V_BULK而不會產生電壓下衝。由於受限於電壓誤差信號V_EA的緩慢響應，所以當PFC轉換器的負載從PFC轉換器抽取電源時，如虛線圓圈X中所示，產生了第二電壓下衝。

PFC轉換器的體電壓的電壓下衝導致了諸如脈寬調變電路60之類的負載所需要的電源供應不足。這可能導致脈寬調變電路60的過低輸入電壓條件(brownout condition)。儘管上述的現有技術解決了PFC轉換器的輕負載條件下的多餘的功率消耗問題，但是其卻無法克服電壓下衝問題。

因此，需要提供一種PFC轉換器，其不僅能夠因應不同的負載條件以調節體電壓，而且能夠平滑地調節體電壓而不會產生電壓下衝。

本發明提供了一種PFC轉換器的切換控制器。此切換控制器包括切換控制電路、電流命令電路、可編程回授電路、調變器、過電壓檢測電路以及輕載檢知電路。切換控制電路產生切換信號。電流命令電路接收有效線電壓、線參考電流以及電壓迴路誤差信號，以提供電流迴路誤差信號給切換控制電路。輕載檢知電路耦接至切換控制電路以及調變器，用於藉由檢測電壓迴路誤差信號以產生功率節約信號。可編程回授電路耦接至輕載檢知電路以因應PFC轉換器的輕負載而產生編程電流。調變器耦接至輕載檢知電路以產生電壓迴路誤差信號。過電壓檢測電路耦接至可編程回授電路以及調變器，以調變電壓迴路誤差信號。

根據本發明的一目的，依據負載條件調節PFC轉換器的體電壓於不同準位上。

根據本發明的另一目的，在體電壓從第一準位下降達到第二準位的瞬間，採用加速電流(turbo current)來弭除PFC轉換器的體電壓的第一電壓下衝。

根據本發明的又一個目的，利用有效線電壓以及電壓迴路誤差信號以避免PFC轉換器的體電壓的誤動作。

根據本發明的又一個目的，在體電壓從第二準位朝第一準位增加的瞬間，令電壓迴路誤差信號最大化以弭除PFC轉換器的體電壓的第二電壓下衝。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

下面將以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明本發明，但這些實施例並非用於限定本發明。說明書中的具有相似或者相同功能的元件將用相同的數字來表示。

圖4繪示本發明根據圖1中的PFC轉換器的切換控制器100b的實施例。切換控制器100b包括切換控制電路、電流命令電路、可編程回授電路、調變器、過電壓檢測電路、輕載檢知電路、線電壓端RMS、線電流端IAC、電流感測端IS、補償端EA、回授端FB以及輸出端OUT。

如圖4所示，電流命令電路包括平方電路305、乘除器320、電阻器330、加法器340、電流迴路誤差放大器350以及第一箝位電路(clamping circuit)。平方電路305的輸入端連接至線電壓端RMS，用以接收有效線電壓V_RMS。第一箝位電路包括開關302以及箝位裝置，此箝位裝置諸如齊納二極體(zener diode)301，此齊納二極體具有逆向崩潰電壓(reverse breakdown voltage)V_Z1，開關302與齊納二極體301串聯線上電壓端RMS以及接地參考之間。乘除器320包括連接至線電流端IAC的第一乘法器輸入端，用以接收線參考電流I_AC；第二乘法器輸入端，用以接收電壓迴路誤差信號V_EA；以及連接至平方電路305的輸出端的除法器輸入端，用以接收平方的有效線電壓V_RMS ²。乘除器320產生電流命令信號I_CMD。加法器340的第一輸入端接收由電阻器330轉換電流命令信號I_CMD後的電壓。加法器340的第二輸入端在電流感測端 IS接收感測電壓-V_S。在加法器340的輸出端產生的命令信號V_X被供應到電流迴路誤差放大器350的正輸入端。電流迴路誤差放大器350的負輸入端連接到接地參考。電流迴路誤差放大器350放大命令信號V_X以在其輸出端產生電流迴路誤差信號V_IEA。

切換控制電路包括振盪器110、反相器150、正反器155、及閘(AND gate)160以及比較器250。振盪器110產生脈衝信號PLS以及斜坡信號RMP。脈衝信號PLS經由反相器150供應到正反器155的時鐘端以致能(enable)切換信號V_G。比較器250比較電流迴路誤差信號V_IEA以及斜坡信號RMP。如果斜坡信號RMP高於電流迴路誤差信號V_IEA，則經由正反器155以及及閘160來禁能切換信號V_G。

可編程回授電路包括電流源260、開關261、電壓迴路誤差放大器200。電源電壓V_CC供應到電流源260。開關261連接在電流源260以及電壓迴路誤差放大器200的負輸入端之間。電壓迴路誤差放大器200的負輸入端連接到切換控制器100b的回授端FB以及圖1中的分壓器50。回授門檻值V_R供應到電壓迴路誤差放大器200的正輸入端。電壓迴路誤差放大器200的輸出端連接到補償端EA以產生誤差信號V_EA。

調變器包括開關230、開關370、加法器220以及第二箝位電路。第二箝位電路包括開關380以及另一箝位裝置，諸如具有逆向崩潰電壓V_Z2齊納二極體390。加速電流I_TB被供應到開關 370的第一端。開關370的第二段連接到電壓迴路誤差放大器200的輸出端、補償端EA以及加法器220的第一輸入端。加法器220的輸出端產生電壓迴路誤差信號V_VEA。最大電壓迴路誤差信號V_VEA(MAX)被供應到開關230的第一端。最大電壓迴路誤差信號V_VEA(MAX)可最大化電流命令信號I_CMD藉以拉升體電壓V_BULK而不會產生電壓下衝。開關230的第二端連接到加法器220的第二輸入端。開關380以及齊納二極體390串聯在加法器220的輸出端以及接地參考之間。

輕載檢知電路包括輕載檢知器300、反相器360以及單觸發電路270。輕載檢知器300接收電壓迴路誤差信號V_EA以及脈衝信號PLS以產生功率節約信號S_E。功率節約信號S_E控制可編程回授電路的開關261以及第一箝位電路的開關302。具有遲滯特性(hysteresis characteristic)的輕載檢知器300具有上門檻值V_TH(H)以及下門檻值V_TH(L)。一旦電壓迴路誤差信號V_VEA低於下門檻值V_TH(L)，則檢測出輕負載條件。當輕載檢知器300檢測到輕負載條件時，則致能功率節約信號S_E。單觸發電路270經由反相器360接收功率節約信號S_E以控制調變器的開關230。

過電壓檢測電路包括比較器311、反相器151以及及閘210。比較器311的正輸入端連接到回授端FB以從分壓器50接收回授信號V_FB。過電壓門檻值V_OVP被供應到比較器311的負輸入端。比較器311的輸出端連接到及閘210的輸入端。當回授電壓V_FB超過過電壓門檻值V_OVP時，比較器311經由反相器151產生過電壓信號S_OV，以經由及閘160來禁能切換信號V_G。功率節約信號S_E被供應到及閘210的另一輸入端。及閘210的輸出端被耦接以控制調變器的開關370和380。

下面將介紹本發明如何克服現有技術中的在體電壓V_BULK從第一準位V_BULK1下降達到第二準位V_BULK2的瞬間所產生的第一電壓下衝(如圖3中的虛線圓圈W所示)。當PFC轉換器處於一般/重負載條件下時，體電壓V_BULK被調節在第一準位V_BULK1。當PFC轉換器的輸出端的負載減小時，因為回授電壓V_FB被供應到電壓迴路誤差放大器200的負輸入端，所以在電壓迴路誤差放大器200的輸出端產生的誤差信號V_EA也將下降。當開關230被截止時，電壓迴路誤差信號V_VEA等於誤差信號V_EA。

一旦電壓迴路誤差信號V_VEA小於下門檻值V_TH(L)，則致能功率節約信號S_E以導通開關261。開關302被導通，從而有效線電壓V_RMS被箝位在齊納二極體301的逆向崩潰電壓V_Z1。編程電流I_Q流向圖1中的分壓器50，令回授電壓V_FB大幅增加。當回授電壓V_FB超過電壓門檻值V_OVP，則比較器311與功率節約信號S_E將令及閘210的輸出端產生邏輯高準位。此時開關370和380被同時導通。當開關370導通時，加速電流I_TB與電壓迴路誤差放大器200的輸出電流相加總經由補償端EA來對補償電容器45充電。如期間T₆所示，電壓迴路誤差信號V_VEA繼續爬升直到被齊納二極體390箝位在其逆向崩潰電壓V_Z2。下門檻值V_TH(L)的值被預定為齊納二極體390的逆向崩潰電壓V_Z2。相較於現有技術，改進後的本發明提前將電壓迴路誤差信號V_VEA充電至下門檻值V_TH(L)的值。此時，因為有效線電壓V_RMS正被箝位在齊納二極體301的逆向崩潰電壓V_Z1，此增加了電流命令信號I_CMD。因而立刻拉升了體電壓V_BULK(如圖5中的虛線圓圈Y中所示)，成功地避免了體電壓V_BULK的第一電壓下衝。

下面將繼續介紹本發明如何克服現有技術中的在體電壓V_BULK從第二準位V_BULK2開始朝第一準位V_BULK1增加的瞬間而產生第二電壓下衝(如圖3中的虛線圓圈X中所示)。如期間T₇所示，當PFC轉換器的負載增加時，電壓迴路誤差信號V_VEA將因應負載的增加而逐漸增加。當電壓迴路誤差信號V_EA超過上門檻值V_TH(H)時，禁能功率節約信號S_E以截止開關261。令編程電流I_Q終止，從而回授電壓V_FB下降到電壓準位V_RO。當功率節約信號S_E被禁能時，則單觸發電路270產生短邏輯高脈衝(short logic-high pulse)以導通開關230。開關230將最大電壓誤差信號V_VEA(MAX)傳導至加法器220的第二輸入端。此立刻將電壓迴路誤差信號V_VEA從上門檻值V_TH(H)的準位拉升到最大電壓迴路誤差信號V_VEA(MAX)的值。電流命令信號I_CMD隨即被最大化，使得輸入電流I_DC也隨著增加。體電壓V_BULK被拉升(如圖5中的虛線如Z中所示)，以成功地避免了現有技術中的第二電壓下衝。

圖6繪示根據本發明實施例的切換控制器100b的輕載檢知器300的電路圖。輕載檢知器300包括遲滯比較器(hysteresis comparator)391和延遲電路351。在本發明的一個實施例中，藉由多個串接的正反器306-308以形成延遲電路351，以提供延遲期間。遲滯比較器391比較電壓迴路誤差信號V_VEA以及其遲滯參考，此遲滯參考是輕載檢知電路的上門檻值V_TH(H)以及下門檻值V_TH(L)。當電壓迴路誤差信號V_VEA小於下門檻值V_TH(L)時，代表了輕負載條件，遲滯比較器391即致能延遲電路351。在延遲電路351的延遲期間之後，正反器308產生功率節約信號S_E。只有在PFC轉換器的輕負載條件維持的時間大於延遲電路351的延遲期間的情況下，才會致能功率節約信號S_E。

圖7繪示根據本發明實施例的切換控制器的單觸發電路270的電路圖。單觸發電路270包括反相器91、反相器94、電流源90、電晶體92、電容器93以及及閘95。單觸發電路270的輸入端IN經由反相器91耦接到電晶體92的柵極。單觸發電路270的輸入端IN也耦接到及閘95的輸入端。電流源90耦接在電源電壓V_CC以及電晶體92的汲極之間。電晶體92的源極連接到接地參考。電容器93連接在電晶體92的汲極與接地參考之間。反相器94耦接在電晶體92的汲極以及及閘95的另一輸入端之間。及閘95的輸出端耦接到單觸發電路270的輸出端OUT。當單觸發電路270的輸入端IN變成邏輯高準位時，單觸發電路270的輸出端OUT 將產生短邏輯高脈衝，此短邏輯高脈衝的脈衝寬度由電流源90的電流振幅以及電容器90的電容值來決定。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的結構及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

圖1：

10‧‧‧橋式整流器

11‧‧‧感測電阻器

12‧‧‧線電阻器

51、52‧‧‧電阻器

20‧‧‧電感器

30‧‧‧整流器

40‧‧‧體電容器

45‧‧‧換控制器

50‧‧‧分壓器

60‧‧‧脈寬調變電路

70‧‧‧功率開關

80‧‧‧低通濾波器

100‧‧‧切換控制器

EA‧‧‧補償端

IAC‧‧‧線電流端

I _AC‧‧‧線參考電流

I _DC‧‧‧輸入電流

IS‧‧‧電流感測端

I _S‧‧‧整體系統電流

OUT‧‧‧輸出端

RMS‧‧‧線電壓端

V _AC‧‧‧線電壓

V _BULK‧‧‧體電壓

V _DC‧‧‧輸入電壓

V _EA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

V _G‧‧‧切換信號

-V _S‧‧‧感測電壓

FB‧‧‧回授端

圖2：

100a‧‧‧切換控制器

110‧‧‧振盪器

150‧‧‧反相器

155‧‧‧正反器

160‧‧‧及閘

200‧‧‧電壓迴路誤差放大器

260‧‧‧電流源

261‧‧‧開關

300‧‧‧輕載檢知器

310‧‧‧過電壓比較器

320‧‧‧乘除器

330‧‧‧電阻器

340‧‧‧加法器

350‧‧‧電流迴路誤差放大器

EA‧‧‧補償端

FB‧‧‧回授端

IAC‧‧‧線電流端

I _AC‧‧‧線參考電流

I _CMD‧‧‧電流命令信號

I _Q‧‧‧編程電流

IS‧‧‧電流感測端

OUT‧‧‧輸出端

PLS‧‧‧脈衝信號

RMS‧‧‧線電壓端

RMP‧‧‧斜坡信號

S _E‧‧‧功率節約信號

S _OV‧‧‧過電壓信號

V _CC‧‧‧電源電壓

V _EA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

V _G‧‧‧切換信號

V _IEA‧‧‧電流迴路誤差信號

V _OVP‧‧‧過電壓門檻值

V _R‧‧‧回授門檻值

V _RMS‧‧‧有效線電壓

V _RMS ²‧‧‧平方的有效線電壓

-V _S‧‧‧感測電壓

V _X‧‧‧命令信號

圖3：

V _BULK‧‧‧體電壓

V _BULK1‧‧‧第一準位

V _BULK2‧‧‧第二準位

V _EA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

V _OVP‧‧‧過電壓門檻值

V _R‧‧‧回授門檻值

V _RMS‧‧‧有效線電壓

V _TH(H)‧‧‧上門檻值

V _TH(L)‧‧‧下門檻值

圖4：

100b‧‧‧切換控制器

110‧‧‧振盪器

150、151、360‧‧‧反相器

155‧‧‧正反器

160、210‧‧‧及閘

200‧‧‧電壓迴路誤差放大器

220、340‧‧‧加法器

230、261、302、370、380‧‧‧開關

250、311‧‧‧比較器

260‧‧‧電流源

270‧‧‧單觸發電路

IS‧‧‧電流感測端

I _TB‧‧‧加速電流

OUT‧‧‧輸出端

PLS‧‧‧脈衝信號

RMS‧‧‧線電壓端

RMP‧‧‧斜坡信號

S _E‧‧‧功率節約信號

S _OV‧‧‧過電壓信號

V _CC‧‧‧電源電壓

V _EA‧‧‧誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

300‧‧‧輕載檢知器

301、390‧‧‧齊納二極體

305‧‧‧平方電路

320‧‧‧乘除器

330‧‧‧電阻器

350‧‧‧電流迴路誤差放大器

EA‧‧‧補償端

FB‧‧‧回授端

IAC‧‧‧線電流端

I _AC‧‧‧線參考電流

I _CMD‧‧‧電流命令信號

I _Q‧‧‧編程電流

V _G‧‧‧切換信號

V _IEA‧‧‧電流迴路誤差信號

V _OVP‧‧‧過電壓門檻值

V _R‧‧‧回授門檻值

V _RMS‧‧‧有效線電壓

V _RMS ²‧‧‧平方的有效線電壓

-V _S‧‧‧感測電壓

V _VEA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _VEA(MAX)‧‧‧最大電壓誤差信號

V _X‧‧‧命令信號

V _Z1 、V _Z2‧‧‧逆向崩潰電壓

圖5：

V _BULK‧‧‧體電壓

V _BULK1‧‧‧第一準位

V _BULK2‧‧‧第二準位

V _VEA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

V _OVP‧‧‧過電壓門檻值

V _R‧‧‧回授門檻值

V _RMS‧‧‧有效線電壓

V _TH(H)‧‧‧上門檻值

V _TH(L)‧‧‧下門檻值

V _Z1 、V _Z2‧‧‧逆向崩潰電壓

圖6：

300‧‧‧輕載檢知器

306、307、308‧‧‧正反器

351‧‧‧延遲電路

391‧‧‧遲滯比較器

PLS‧‧‧脈衝信號

S _E‧‧‧功率節約信號

V _VEA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _TH(H,L)‧‧‧上/下門檻值

圖7：

90‧‧‧電流源

91、94‧‧‧反相器

92‧‧‧電晶體

93‧‧‧電容器

95‧‧‧及閘

270‧‧‧單觸發電路

隨附的圖式提供對本發明進一步的理解，並構成本說明書的一部份。該些圖式闡述本發明實施例並與後列之發明敘述解釋本發明的原理。

圖1是PFC轉換器的電路的示意圖。

圖2是PFC功率轉換器的傳統切換控制器的電路示意圖。

圖3是PFC功率轉換器的傳統切換控制器的主要波形圖。

圖4繪示根據本發明實施例的PFC轉換器的切換控制器的電路示意圖。

圖5繪示根據本發明實施例的PFC轉換器的切換控制器的主要波形圖。

圖6繪示根據本發明實施例的切換控制器的輕載檢知器的電路圖。

圖7繪示根據本發明實施例的切換控制器的單觸發電路(one-shot circuit)的電路圖。

100b‧‧‧切換控制器

110‧‧‧振盪器

150、151、360‧‧‧反相器

155‧‧‧正反器

160、210‧‧‧及閘

200‧‧‧電壓迴路誤差放大器

220、340‧‧‧加法器

230、261、302、370、380‧‧‧開關

250、311‧‧‧比較器

260‧‧‧電流源

270‧‧‧單觸發電路

300‧‧‧輕載檢知器

301、390‧‧‧齊納二極體

305‧‧‧平方電路

320‧‧‧乘除器

330‧‧‧電阻器

350‧‧‧電流迴路誤差放大器

EA‧‧‧補償端

IS‧‧‧電流感測端

I _TB‧‧‧加速電流

OUT‧‧‧輸出端

PLS‧‧‧脈衝信號

RMS‧‧‧線電壓端

RMP‧‧‧斜坡信號

S _E‧‧‧功率節約信號

S _OV‧‧‧過電壓信號

V _CC‧‧‧電源電壓

V _EA‧‧‧誤差信號

V _FB‧‧‧回授信號

V _G‧‧‧切換信號

V _IEA‧‧‧電流迴路誤差信號

V _OVP‧‧‧過電壓門檻值

V _R‧‧‧回授門檻值

V _RMS‧‧‧有效線電壓

V _RMS ²‧‧‧平方的有效線電壓

-V _S‧‧‧感測電壓

FB‧‧‧回授端

IAC‧‧‧線電流端

I _AC‧‧‧線參考電流

I _CMD‧‧‧電流命令信號

I _Q‧‧‧編程電流

V _VEA‧‧‧電壓迴路誤差信號

V _VEA(MAX)‧‧‧最大電壓誤差信號

V _X‧‧‧命令信號

V _Z1、V _Z2‧‧‧逆向崩潰電壓

Claims

一種功率因數校正轉換器的切換控制器，該切換控制器包含：一切換控制電路，用以產生一切換信號；一電流命令電路，用以接收一有效線電壓、一線參考電流、一第一誤差信號以及一感測電壓，以提供一第二誤差信號給該切換控制電路；一輕載檢知電路，耦接至該切換控制電路，用以藉由檢測該第一誤差信號來產生一功率節約信號；一可編程回授電路，耦接至該輕載檢知電路，用以依據該功率因數校正轉換器的負載條件而產生一編程電流；一調變器，耦接至該輕載檢知電路，用以產生該第一誤差信號；及一過電壓檢測電路，該過電壓檢測電路耦接至該可編程回授電路以及該調變器以調變該第一誤差信號，以及該過電壓檢測電路耦接至該切換控制電路以禁能該切換信號。
根據權利要求1所述之切換控制器，該電流命令電路包含：一乘除器，用以產生一電流命令信號，其中該電流命令信號與該線參考電流以及該第一誤差信號成正比例，以及該電流命令信號與該有效線電壓成反比例；一第一箝位電路，耦接至該乘除器，其中該第一箝位電路包括串聯的一第一開關以及一第一箝位裝置，以及當致能該功率節約信號時，該有效線電壓被該第一箝位裝置箝位在一第一箝位電壓；一第一加法器，耦接至該乘除器，用以藉由將該電流命令信號以及該感測電壓相加來產生一命令信號；及一第二誤差放大器，耦接至該第一加法器，用以放大該命令信號以產生該第二誤差信號。
根據權利要求2所述之切換控制器，該可編程回授電路包含：被該功率節約信號控制的一第二開關，其中該第二開關傳導該編程電流以調變一回授電壓，以及該回授電壓與該功率因數校正轉換器的該負載條件相關；及一第一誤差放大器，具有用以接收該回授電壓的一第一輸入端以及用以接收一回授門檻值的一第二輸入端，其中該第一誤差放大器放大該回授門檻值與該回授電壓之間的一差值，以在該第一誤差放大器的一輸出端產生一誤差信號。
根據權利要求3所述之切換控制器，該調變器包含：一第二加法器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中該誤差信號供應到該第二加法器的該第一輸入端，以及該第二加法器的該輸出端產生該第一誤差信號；一第三開關，具有一第一端以及一第二端，其中一最大誤差信號供應到該第三開關的該第一端，以及該第三開關的該第二端連接到該第二加法器的該第二輸入端；一第四開關，具有一第一端以及一第二端，其中一加速電流供應到該第四開關的該第一端，以及該第四開關的該第二端連接到該第一誤差放大器的該輸出端；及一第二箝位電路，包括相互串聯的一第五開關以及一第二箝位裝置，其中該第二箝位電路連接在該第二加法器的該輸出端以及一接地參考之間。
根據權利要求4所述之切換控制器，該過電壓檢測電路包含：一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中該回授電壓供應到該比較器的該第一輸入端，過電壓門檻值供應到該比較器的該第二輸入端，該比較器的該輸出端經由一第一反相器來產生過電壓信號，以禁能該切換信號；及一及閘，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中該及閘的該第一輸入端連接到該比較器的該輸出端，該功率節約信號供應到該及閘的該第二輸入端，以及該及閘的該輸出端控制該第四開關以及該第五開關。
根據權利要求4所述之切換控制器，該輕載檢知電路包含：一輕載檢知器，當該第一誤差信號低於該輕載檢知器的一下門檻值時，該輕載檢知器致能該功率節約信號，以及當該第一誤差信號高於該輕載檢知器的一上門檻值時，該輕載檢知器禁能該功率節約信號；及一單觸發電路，具有一輸入端以及一輸出端，其中該功率節約信號經由一第二反相器供應到該單觸發電路的該輸入端，以及該單觸發電路的該輸出端控制該第三開關。
根據權利要求1所述之切換控制器，該第二誤差信號用於禁能該切換信號。
根據權利要求1所述之切換控制器，該感測電壓表示該功率因數校正轉換器的一整體系統電流。
根據權利要求3所述之切換控制器，該第一誤差放大器的該輸出端還連接到一補償電容器，以產生該誤差信號。
根據權利要求4所述之切換控制器，該最大誤差信號的振幅等於該第一誤差信號的一最大振幅。
根據權利要求4所述之切換控制器，導通該第三開關將該第一誤差信號增加至該最大誤差信號的振幅，以最大化電流命令信號。
根據權利要求6所述之切換控制器，當該第一誤差信號超過該第二箝位裝置的一第二箝位電壓時，藉由該第二箝位裝置來箝位該第一誤差信號。
根據權利要求6所述之切換控制器，該上門檻值的振幅大於該下門檻值的振幅。
根據權利要求12所述之切換控制器，該第二箝位電壓等於該輕載檢知電路的該下門檻值。