TWI430071B - 功率因子校正電路、用於功率因子校正電路的控制電路與經由功率因子校正驅動負載的方法 - Google Patents

Description

功率因子校正電路、用於功率因子校正電路的控制電路與經由功率因子校正驅動負載的方法

本發明係有關一種功率因子校正電路、用於功率因子校正電路的控制電路與經由功率因子校正驅動負載的方法，特別是指一種以截切控制方式限制輸出電流不大於預設值之功率因子校正電路、用於功率因子校正電路的控制電路與驅動負載的方法。

請參閱第1圖，顯示美國專利申請案第2011/0037414號所揭露的發光二極體驅動電路，其經由功率因子校正來供應電力驅動發光二極體(light emitting diode,LED)電路，該發光二極體驅動電路包含返馳(flyback)功率因子校正(power factor correction,PFC)轉換器301，諧波濾波器303，以及控制器305。返馳PFC轉換器301根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，運作於一操作模式中，並接收交流電力AC，將其轉換為脈衝電流。諧波濾波器303耦接至返馳PFC轉換器301與LED電路，以接收脈衝電流並過濾其高頻諧波部分，從而驅動LED電路。控制器305耦接至返馳PFC轉換器301與諧波濾波器303，以根據交流電力AC與脈衝電流，從而產生PWM訊號，並降低脈衝電流的峰均比(peak-to-average ratio,PAR)，在相同的輸出電壓漣波下，可避免使用具有大電容值的電解電容，以降低成本與延長LED壽命。然而，此先前技術的缺點是控制方式較為複雜。

第2A圖顯示一種先前技術的電感電流波形，如圖所示，此先前技術PFC轉換器中變壓器一次側的電感電流71，電流峰值包絡線72與電流平均值73分別如圖所示。在電流峰值的相位上，電壓的波形(未示出)也在峰值附近，由於其電流的PAR大，所以在相同的輸出電壓漣波下，需要容量相當大的電解電容才足以適用於此電路的操作。美國專利申請案第2010/0014326號提出一種PFC轉換器，具有諧波調節單元，可產生具有第三次諧波的電感電流，如第2B圖所示，加入第三次諧波後，電感電流74電流峰值包絡線75電流平均值76分別如圖所示，使得電流PAR數值降低，以避免使用具有大電容值的電解電容。然而，此先前技術的缺點是電壓峰值與電流峰值偏離，造成功率因子較差。

本發明針對上述先前技術之不足，提出一種功率因子校正電路、用於功率因子校正電路的控制電路與經由功率因子校正驅動負載的方法，可降低輸出電壓漣波以延長LED的使用壽命，並可以利用較簡化的電路來完成。

本發明目的之一在提供一種功率因子校正電路。

本發明另一目的在提供一種用於功率因子校正電路的控制電路。

本發明的又一目的在提供一種經由功率因子校正驅動負載的方法。

為達上述之目的，本發明提供了一種一種功率因子校正電路，用以接收從交流電力整流所產生之整流電力，對其進行功率因子校正，包含：一電感，其一端耦接於該整流電力；一功率開關，藉由該功率開關之操作，控制該電感之電流；以及一控制電路，其根據一回授訊號產生與該回授訊號相關之訊號，並根據該與回授訊號相關之訊號、與該電感電流相關之電流感測訊號與一第一參考訊號，產生一操作訊號，用以操作該功率開關，其中該控制電路根據該第一參考訊號而產生一第二參考訊號，以決定該電感電流之上限預設值，並將該電流感測訊號與該第二參考訊號比較，當該電流感測訊號到達該第二參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該電感電流不大於該預設值。

在其中一種實施型態中，該控制電路更偵測交流電力或整流電力之電壓訊號的峰值，並根據該峰值、該與回授訊號相關之訊號、及該第一參考訊號，產生該第二參考訊號，以使該預設值依照輸入電力的額定大小不同而適應性地自動調整。

在其中一種實施型態中，該控制電路更偵測交流電力或整流電力之電壓訊號的峰值，並根據該峰值、該與回授訊號相關之訊號、該功率開關的工作比、及該第一參考訊號，產生該第二參考訊號，以使該預設值依照輸入電力的額定大小不同而適應性地自動調整。

在其中一種實施型態中，該控制電路更將該與回授訊號相關之訊號和一斜坡訊號相比較，以控制該功率開關之導通時間，其中該斜坡訊號係由一電流訊號對一電容充電而得，且該電流訊號正比於交流電力或整流電力中電壓訊號的峰值之平方。

就另一觀點，本發明也提供了一種用於功率因子校正電路的控制電路，該功率因子校正電路包括：一電感，其一端耦接於從交流電力整流所產生之整流電力；一功率開關，藉由該功率開關之操作，控制該電感之電流；其中，該控制電路用以控制該功率開關，該控制電路包含：一第一PWM訊號產生器，根據一第一斜坡訊號、和一與回授訊號相關之訊號(Comp)，產生一第一PWM訊號；運算電路，根據該與回授訊號相關之訊號(Comp)、及交流電力或整流電力的相關電壓訊號(Vin)，產生一參考訊號(Ref2)，其關係為Ref2=k*Comp/Vin，其中k為常數；一電流限制電路，根據該電流感測訊號與該參考訊號產生一截切訊號；以及一開關操作電路，根據該第一PWM訊號與該截切訊號以產生該操作訊號以操作該功率開關，當該電流感測訊號到達該參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該一次側電流不大於一預設值。

在其中一種實施型態中，k正比於1/D，其中D為該功率開關之工作比。

在其中一種實施型態中，k=k1*Ref1，其中k1為常數；Ref1為預設之參考訊號或使用者設定之參考訊號。

在其中一種實施型態中，該控制電路更包含：一取樣電路，根據該整流電力產生一比例訊號，代表該電壓訊號的峰值；一前饋電路，根據該比例訊號產生一平方訊號；一第一電壓-電流轉換電路，根據該平方訊號產生一電流訊號；以及一第一斜坡訊號產生電路，根據該電流訊號產生該第一斜坡訊號。

在其中一種實施型態中，該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號Comp轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該參考訊號Ref1轉換為一第二電流；一第三電壓-電流轉換電路，將該電壓訊號Vin轉換為一第三電流；一乘除法電路，將該第一電流與該第二電流做乘法運算，並與該第三電流作除法運算，產生一參考電流；以及一第二電流-電壓轉換電路，將該參考電流轉換為該參考訊號Ref2。

在其中一種實施型態中，該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號Comp和該參考訊號Ref1其中之一轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該電壓訊號Vin轉換為一第二電流；一第二斜坡訊號產生電路，根據該第二電流與一第二PWM訊號，產生一第二斜坡訊號；一第二PWM訊號產生器，根據該與回授訊號相關之訊號Comp和該參考訊號Ref1中，未輸入該第一電壓-電流轉換電路之另一者、與該第二斜坡訊號，產生該第二PWM訊號；一第三斜坡訊號產生電路，根據該第一電流與該第二PWM訊號，產生一第三斜坡訊號；以及一波峰偵測電路，偵測該第三斜坡訊號之峰值，作為該參考訊號Ref2。

就另一觀點，本發明也提供了一種一種經由功率因子校正驅動負載的方法，包含：接收一交流電力以輸出一整流電力；接收該整流電力，藉由一功率開關之操作，以根據該整流電力產生電感電流，並根據該電感電流，產生一電流感測訊號；取得與交流電力或整流電力相關之電壓訊號，並根據該電壓訊號、該與回授訊號相關之訊號，產生一參考訊號，以決定該電感電流之上限預設值；將該電流感測訊號與該參考訊號比較，當該電流感測訊號到達該參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該電感電流不大於該預設值。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

第3A圖顯示本發明的其中一種應用架構，其中整流電路11(例如但不限於為橋式整流電路)接收交流電力AC以輸出整流電力Rec；功率因子校正(PFC)電路5接收整流電力Rec，轉換產生輸出電壓Vout及供應輸出電流Iout，此輸出電壓Vout可供應給負載，或耦接至一變壓器的一次測。PFC電路5中，控制電路30根據回授訊號FB(例如可為輸出電壓Vout之分壓)、電流感測訊號CS(例如可偵測電感電流而得)與第一參考訊號Ref1(容後說明)，產生操作訊號，用以操作功率開關P，控制功率轉換，達成功率因子校正的目的。

第3B圖顯示本發明的另一種應用架構，其中交直流轉換電路10包含整流電路11，例如但不限於為橋式整流電路，其接收交流電力AC以輸出整流電力Rec；返馳式功率因子校正電路6接收整流電力Rec，轉換產生輸出電壓Vout及供應輸出電流Iout給負載電路20。返馳式功率因子校正電路6中包含一次側電路13，接收整流電力Rec；此一次側電路13包含一功率開關P，藉由功率開關P之操作，以根據整流電力Rec產生一次側電流IL，並根據一次側電流IL，產生電流感測訊號CS；與一次側電路13耦接的變壓器15，將一次側電流IL轉換為二次側電流；以及與變壓器15耦接的二次側電路17，其接收二次側電流，以產生輸出電壓Vout及供應輸出電流Iout給負載電路20，並產生回授訊號FB，以反饋控制一次側電路13。其中，一次側電路13包括控制電路30，其根據回授訊號FB、電流感測訊號CS與第一參考訊號Ref1(容後說明)，產生操作訊號，用以操作功率開關P，決定一次側電流IL。

在以上兩種應用架構中，本發明以截切控制方式限制電感電流(或一次側電流)IL，使其不大於預設值，產生如第10圖所示的波形(容後詳述)，如此一來，一次側電流IL的峰均比(PAR)降低，即可使用電容值較低的電容，以降低成本與延長LED壽命，而又能保持使電壓峰值與電流峰值在對應的相位，得到較佳的功率因子；除此之外，更可降低輸出電壓Vout的漣波。

本發明的特點之一在於截切控制方式較先前技術簡單。請參閱第4圖，顯示本發明中，控制電路30的一個實施例。如圖所示，控制電路30包括：PWM訊號產生器31、運算電路33、電流限制電路35、開關操作電路37。PWM訊號產生器31例如但不限於為如圖所示之比較電路，並接收第一斜坡訊號Ramp1與誤差放大訊號Comp，將兩者比較後產生第一PWM訊號PWM1，其中誤差放大訊號Comp係根據回授訊號FB而產生之相關訊號，其可以是回授訊號FB本身，或是回授訊號FB與一參考值比較所產生的誤差放大訊號。電流限制電路35的基本作用是保護電路，避免因過量電流而損壞。在一般習知設計中，電流限制電路35接收電流感測訊號CS並與電流保護上限參考值相比較，當電流感測訊號CS超過電流保護上限時，電流限制電路35產生訊號輸入開關操作電路37，強制關閉功率開關P。本發明巧妙利用電流限制電路35的作用與特性，在本實施例中，電流限制電路35的電流保護上限參考值設定為Ref2(第二參考訊號)，此第二參考訊號Ref2係由運算電路33，根據誤差放大訊號Comp與第一參考訊號Ref1運算而得，運算電路33例如但不限於為乘除法運算電路，其細節容後舉例說明。電流限制電路35接收電流感測訊號CS，與第二參考訊號Ref2比較後，產生截切訊號Chop，以在電流感測訊號CS到達第二參考訊號Ref2時，關閉功率開關P，換言之，根據第一參考訊號Ref1的設定，可決定一預設值，並利用電流限制電路35所產生的截切訊號Chop，將電感電流IL(或一次側電流IL)限制在不大於該預設值。開關操作電路37接收第一PWM訊號PWM1與截切訊號Chop以產生操作訊號OP，據以操作功率開關P，當電感電流IL不大於預設值時，功率開關P根據第一PWM訊號PWM1而操作，當電感電流IL到達預設值時，功率開關P根據截切訊號Chop而停止操作，如此，就可使電感電流IL不大於預設值，產生第10圖所示的截切波形。

以上實施例中顯示根據第一參考訊號Ref1的設定來決定第二參考訊號Ref2，其目的是容許使用者可藉由輸入不同的第一參考訊號Ref1來設定截切的比例，但如果不需要開放此功能給使用者，則可將第一參考訊號Ref1設為系統內定的常數值；以下所有實施例中，亦同。

本發明的另一特點在於截切控制方式可因應輸入電力(AC或Rec)的高低或不同額定大小(例如265V或95V)而適應性地調整，以取得適切的截切比例。請參閱第5圖，顯示本發明中，控制電路30的另一個較佳的實施例。如圖所示，控制電路30除包括PWM訊號產生器31、運算電路33、電流限制電路35、與開關操作電路37之外；更包含：取樣電路32、前饋電路34、電壓-電流轉換電路36、與斜坡訊號產生電路38。其中，取樣電路32接收整流電力Rec以產生比例訊號MULT，比例訊號MULT代表了正比於整流電力Rec之電壓峰值的訊號，考慮整流電力Rec之電壓峰值為Vin，則MULT=K*Vin，其中K為比例常數；前饋電路根據比例訊號MULT產生平方訊號SQ，其值相關於比例訊號MULT的平方值，亦即SQ正比於K² *Vin² 。(在第3A圖的應用架構中，SQ正比於K² *Vin² ；在第3B圖的應用架構中，SQ更宜正比於K² *Vin² *D，其中D為第3B圖中功率開關P的工作比，D=1(1+Vin/(nVout)，n為變壓器一次側對二次側的繞組圈數比。)電壓-電流轉換電路36接收平方訊號SQ產生電流訊號。斜坡訊號產生電路38例如但不限於第5圖所示，以一由時脈訊號CLK操作之開關與電容Cramp，接受電壓-電流轉換電路36產生之電流訊號充電，以產生第一斜坡訊號Ramp1。另外，運算電路33除接收誤差放大訊號Comp和第一參考訊號Ref1外也接收比例訊號MULT，並根據以上三者而產生第二參考訊號Ref2，也就是說，控制電路30根據整流電力Rec，適應性調整預設值，使得電感電流IL不大於預設值的控制方式，可依照輸入電力AC的大小不同而調整。

詳言之，考慮Ton代表PWM1訊號中的導通時間，則根據第5圖，

Ton=(K1*Cramp*Comp)/(K² *Vin² *Gm)

其中，K1為一常數，Gm為電壓-電流轉換電路36之電導。另外，根據功率的公式可知，

Pout=η*Iavm*Vinm

其中，Pout為輸出功率，η為效率常數，Iavm為整流電力Rec之電流訊號均方根值，Vinm為整流電力Rec之電壓訊號均方根值。

考慮控制電路30操作於邊界控制模式(boundary control mode,BCM)，則

Iavm=Ipkm/2=(1/2)*(Vinm/L)*Ton

其中，Ipkm為整流電力Rec之電流訊號之峰值，L為變壓器15一次側之電感。根據上述輸出功率Pout與導通時間Ton 的等式，得到

Ton=K3*(Cramp*Comp)/(MULT² *Gm)=(2*L*Pout)/(η*Vinm)²

其中，K3為一常數，比較導通時間Ton等式兩邊，可知在不同的輸入電壓下(以Vinm代表)，為使Comp電壓保持固定，需要利用前饋電路34，以使上式中，輸入電壓相關參數可以消去。此外，前饋電路34亦可適用於叢集模式(burst mode)中，固定誤差放大訊號Comp的大小，使其不受輸入電壓的影響。

此外，由上述導通時間Ton等式與電感電壓與電流的關係式可知

Ipeak=(Vin/L)*Ton=K4*Comp/Vin

其中，Ipeak為電感電流IL峰值，也就是預設值，K4為一常數。

如在第3B圖的應用架構中，更進一步考慮SQ正比於K² *Vin² *D，則Ipeak=K5*Comp/(Vin*D)其中，K5為一常數。

另外，如令電流感測訊號CS之峰值為Vcs，則

Ipeak*Rcs=Vcs

其中，Rcs為如第3B圖所示之電阻Rcs，或第3A圖中用以偵測電感電流的偵測電阻之阻值，由上式可知，在電容Cramp與一次側電感L皆為固定值的情況下，如欲截切一次側電感電流IL在某一預設值之下，且所決定的預設值係依照輸入電力AC的額定大小不同而適應性地自動調整，則電流感測訊號CS之峰值Vcs需要設計為正比於誤差放大訊號Comp除以電壓訊號之峰值Vin；如在第3B圖的應用架構中，更宜使電流感測訊號CS之峰值Vcs正比於誤差放大訊號Comp除以(電壓訊號之峰值Vin乘以功率開關P之工作比D)。但當然，如在第3B圖的應用架構中，未考慮到功率開關P之工作比D，也仍然可以達成降低輸出電壓漣波等目的，也仍應屬於本發明的範圍。

接下來請參閱第6圖，顯示本發明中，運算電路33更具體之實施例，本實施例之運算電路33可配合第4圖之控制電路30。如第6圖所示，運算電路33包含電壓-電流轉換電路331、電壓-電流轉換電路333、乘法電路335、以及電流-電壓轉換電路337。其中，電壓-電流轉換電路331將誤差放大訊號Comp或第一參考訊號Ref1兩者之一轉換為電流訊號；另一方面，電壓-電流轉換電路333將誤差放大訊號Comp和第一參考訊號Ref1兩者中，未輸入電壓-電流轉換電路331的另一者轉換為另一電流訊號；乘法電路335接收上述兩電流訊號，經過乘法運算後，由電流-電壓轉換電路337將結果轉換為電壓訊號，也就是第二參考訊號Ref2。亦即，Ref2正比於Comp*Ref1，可將Ref1視為由使用者決定的一個參數，用以決定第10圖截切波形中的預設值。

第7圖顯示本發明中，運算電路33更具體之實施例，本實施例之運算電路33可配合第5圖之控制電路30。如第7圖所示，運算電路33包含電壓-電流轉換電路331、電壓-電流轉換電路333、電壓-電流轉換電路339、乘除法電路334、以及電流-電壓轉換電路337。其中，與第6圖實施例相比，除了電壓-電流轉換電路331與電壓-電流轉換電路333之外，更包含電壓-電流轉換電路339將比例訊號MULT轉換為電流訊號；且乘除法電路334接收電壓-電流轉換電路331與333所輸出之兩電流訊號，經過乘法運算後，對電壓-電流轉換電路339所輸出之電流訊號作除法運算，之後由電流-電壓轉換電路337將結果轉換為電壓訊號，也就是第二參考訊號Ref2。本實施例所產生之第二參考訊號Ref2正比於Comp*Ref1/MULT、亦即正比於Comp*Ref1/Vin，使用者可設定Ref1，以決定第10圖截切波形中的預設值，且所決定的預設值係依照輸入電力AC的大小不同而適應性地自動調整。

第8圖顯示本發明中，另一種運算電路33更具體的實施例。如圖所示，運算電路33包含電壓-電流轉換電路332、比較電路336、斜坡訊號產生電路338、以及波峰偵測電路340。其中，電壓-電流轉換電路332將誤差放大訊號Comp或第一參考訊號Ref1兩者之一轉換為電流訊號I3；另一方面，比較電路336將誤差放大訊號Comp和第一參考訊號Ref1兩者中，未輸入電壓-電流轉換電路332的另一者與第二斜坡訊號Ramp2比較，產生第二PWM訊號PWM2，以操作斜坡訊號產生電路338中之開關。電流源所輸出之電流，例如但不限於為電壓-電流轉換電路332所輸出之電流訊號I3，經過斜坡訊號產生電路338處理後，再由波峰偵測電路340偵測其波峰，將結果輸出為第二參考訊號Ref2。第8圖電路同樣可達成類似第6圖電路的功能，其中Ref2正比於Comp*Ref1，並可配合第4圖之控制電路30。

第9圖顯示本發明中，另一種運算電路33更具體的實施例。相較於第8圖所示之實施例，運算電路33中除包含電壓-電流轉換電路332、比較電路336、斜坡訊號產生電路338、以及波峰偵測電路340之外，更包含電壓-電流轉換電路342與斜坡訊號產生電路344。其中，第9圖所示之實施例中，第二斜坡訊號Ramp2係由電壓-電流轉換電路342將比例訊號MULT轉換為電流訊號I4後，經過斜坡訊號產生電路344轉換後產生。並且，比較電路336產生之第二PWM訊號PWM2，除了用以操作斜坡訊號產生電路338中之開關外，並回授操作斜坡訊號產生電路344中之開關。本實施例同樣可達成類似第7圖電路的功能，其中Ref2正比於Comp*Ref1/Vin，並可配合第5圖之控制電路30。所產生之第二參考訊號Ref2，可使得電感電流IL不大於預設值，且所決定的預設值係依照輸入電力AC的大小不同而適應性地自動調整。

如需要配合應用在第3B圖的架構中，則可在以上各實施例的電路中，使比例訊號MULT正比於Vin*D，如此，即可使Ref2正比於Comp*Ref1/(Vin*D)，而達成更精確的控制。不過如前所述，在第3B圖的架構中，即使不令Ref2正比於Comp*Ref1/(Vin*D)而僅使Ref2正比於Comp*Ref1/Vin，也足以達成本發明的主要目的。

此外，以上各實施例中，如不需要開放使用者設定第一參考訊號Ref1之值，則配合第4圖之控制電路30時，僅需使Ref2正比於Comp(Ref2=k*Comp)或在配合第5圖之控制電路30時，僅需使Ref2正比於Comp/Vin(Ref2=k*Comp/Vin)；如需要配合應用在第3B圖的架構中，則使Ref2正比於Comp/(Vin*D)，亦即使k正比於1/D。

第10圖顯示利用本發明所產生的電感電流IL，將如圖中電感電流77所示意之訊號波形，其包絡線如訊號波形78所示意。如圖所示，根據本發明所產生的電感電流77，係以截切控制方式限制使其不大於預設值。如此一來，電感電流IL的峰均比(PAR)降低，即可使用電容值較低的電容，以降低成本與延長LED壽命，且電壓峰值與電流峰值的相位則並未偏離，因此具有較佳的功率因子。

第11A與11B圖比較先前技術之功率因子校正電路所產生之電感電流包絡線79，與利用本發明所產生之電感電流包絡線78，在相同的平均電流Iave狀況下，先前技術之如第2A圖之功率因子校正電路所產生之輸出電壓Vout漣波，如第11A圖所示，具有峰值差h1；而利用本發明所產生之輸出電壓Vout漣波，如第11B圖所示，具有峰值差h2；且h2小於h1。也就是說，利用本發明可產生峰值差較小的穩定輸出電壓Vout。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，比例訊號MULT不必須由整流電力Rec取得，亦可由交流電力AC取得；又如，前述各實施例中是根據整流電力Rec之電壓峰值Vin來計算，但任何與交流電力AC或整流電力Rec相關之電壓訊號均可用以計算，而不必須根據峰值來計算，例如可取均值來計算，並乘以適當比例，也可達成相同的目的；再如，第4圖實施例中的斜坡訊號Ramp1，也可以用第5圖實施例中的方式來產生；又如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例如比較電路的輸入端正負可以互換，僅需對應修正電路的訊號處理方式即可。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

5．．．功率因子校正電路

6．．．返馳式功率因子校正電路

10．．．交直流轉換電路

11．．．整流電路

13．．．一次側電路

15．．．變壓器

17．．．二次側電路

20．．．負載電路

30．．．控制電路

31．．．PWM訊號產生器

32．．．取樣電路

33．．．運算電路

34．．．前饋電路

35．．．電流限制電路

36．．．電壓-電流轉換電路

37．．．開關操作電路

38．．．斜坡訊號產生電路

71．．．電感電流

72．．．電流峰值包絡線

73．．．電流平均值

74．．．電感電流

75．．．電流峰值包絡線

76．．．電流平均值

77．．．電感電流

78．．．電感電流包絡線

79．．．電感電流包絡線

301．．．返馳PFC轉換器

303．．．諧波濾波器

305．．．控制器

331．．．電壓-電流轉換電路

332．．．電壓-電流轉換電路

333．．．電壓-電流轉換電路

334．．．乘除法電路

335．．．乘除法電路

336．．．比較電路

337．．．電流-電壓轉換電路

338．．．斜坡訊號產生電路

339．．．電壓-電流轉換電路

340．．．波峰偵測電路

342．．．電壓-電流轉換電路

344．．．斜坡訊號產生電路

AC．．．交流電力

CLK．．．時脈訊號

CS．．．電流感測訊號

Chop．．．截切訊號

Comp．．．誤差放大訊號

Cramp．．．電容

FB．．．回授訊號

h1,h2．．．峰值差

I1,I2,I3,I4．．．電流

Iave．．．平均電流

IL．．．電感電流

Iout．．．輸出電流

MULT．．．比例訊號

OP．．．操作訊號

P．．．功率開關

PWM1．．．第一PWM訊號

PWM2．．．第二PWM訊號

Ramp1．．．第一斜坡訊號

Ramp2．．．第二斜坡訊號

Rec．．．整流電力

Ref1．．．第一參考訊號

Ref2．．．第二參考訊號

Rcs．．．電阻

SQ．．．平方訊號

Vout．．．輸出電壓

第1圖顯示美國專利申請案第2011/0037414號所揭露之驅動裝置。

第2A圖顯示一種先前技術的電感電流波形。

第2B圖顯示美國專利申請案第2010/0014326號所揭露之功率因子校正電路所產生之電感電流波形。

第3A-3B圖顯示本發明的兩種應用架構。

第4圖顯示本發明中控制電路30的一個實施例。

第5圖顯示本發明中控制電路30一個較佳的實施例。

第6圖顯示本發明中運算電路33更具體之實施例。

第7圖顯示本發明中運算電路33更具體之實施例。

第8圖顯示本發明中另一種運算電路33更具體的實施例。

第9圖顯示本發明中另一種運算電路33更具體的實施例。

第10圖顯示利用本發明所產生的電感電流IL訊號波形。

第11A與11B圖比較先前技術與利用本發明所產生之功率因子校正電路所產生之電感電流包絡線79，電感電流包絡線78，與輸出電壓Vout漣波。

10．．．功率因子校正電路

11．．．整流電路

13．．．一次側電路

15．．．變壓器

17．．．二次側電路

20．．．負載電路

30．．．控制電路

AC．．．交流電力

CS．．．電流感測訊號

FB．．．回授訊號

IL．．．一次側電流

Iout．．．輸出電流

P．．．功率開關

Rec．．．整流電力

Ref1．．．第一參考訊號

Claims (19)

1. 一種功率因子校正電路，用以接收從交流電力整流所產生之整流電力，對其進行功率因子校正，包含：一電感，其一端耦接於該整流電力；一功率開關，藉由該功率開關之操作，控制該電感之電流；以及一控制電路，其根據一回授訊號產生與該回授訊號相關之訊號，並根據該與回授訊號相關之訊號、與該電感電流相關之電流感測訊號與一第一參考訊號，產生一操作訊號，用以操作該功率開關，其中該控制電路根據該第一參考訊號而產生一第二參考訊號，以決定該電感電流之上限預設值，並將該電流感測訊號與該第二參考訊號比較，當該電流感測訊號到達該第二參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該電感電流不大於該預設值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率因子校正電路，其中該控制電路更偵測交流電力或整流電力之電壓訊號的峰值，並根據該峰值、該與回授訊號相關之訊號、及該第一參考訊號，產生該第二參考訊號，以使該預設值依照輸入電力的額定大小不同而適應性地自動調整。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率因子校正電路，其中該控制電路更偵測交流電力或整流電力之電壓訊號的峰值，並根據該峰值、該與回授訊號相關之訊號、該功率開關的工作比、及該第一參考訊號，產生該第二參考訊號，以使該預設值依照輸入電力的額定大小不同而適應性地自動調整。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率因子校正電路，其中該控制電路更將該與回授訊號相關之訊號和一斜坡訊號相比較，以控制該功率開關之導通時間，其中該斜坡訊號係由一電流訊號對一電容充電而得，且該電流訊號正比於交流電力或整流電力中電壓訊號的峰值之平方。
5. 如申請專利範圍第1項所述之功率因子校正電路，其中該控制電路包括：一PWM訊號產生器，根據一斜坡訊號、和該與回授訊號相關之訊號，產生一PWM訊號；運算電路，將該與回授訊號相關之訊號、和該第一參考訊號相乘，產生該第二參考訊號；一電流限制電路，根據該電流感測訊號與該第二參考訊號產生一截切訊號；以及一開關操作電路，根據該PWM訊號與該截切訊號以產生該操作訊號以操作該功率開關，使得該電感電流不大於該預設值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之功率因子校正電路，其中該控制電路包括：一取樣電路，根據該整流電力產生一比例訊號；一前饋電路，根據該比例訊號產生一平方訊號；一電壓-電流轉換電路，根據該平方訊號產生一電流訊號；以及一第一斜坡訊號產生電路，根據該電流訊號產生一第一斜坡訊號；一第一PWM訊號產生器，根據該第一斜坡訊號、該與回授訊號相關之訊號，產生一第一PWM訊號；運算電路，將該與回授訊號相關之訊號、和該第一參考訊號相乘，並除以該比例訊號，以產生該第二參考訊號；一電流限制電路，根據該電流感測訊號與該第二參考訊號產生一截切訊號；以及一開關操作電路，根據該第一PWM訊號與該截切訊號以產生該操作訊號以操作該功率開關，使得該電感電流不大於該預設值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之功率因子校正電路，其中該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該第一參考訊號轉換為一第二電流；一第三電壓-電流轉換電路，將該比例訊號轉換為一第三電流；一乘除法電路，將該第一電流與該第二電流做乘法運算，並與該第三電流作除法運算，產生一參考電流；以及一第二電流-電壓轉換電路，將該參考電流轉換為該第二參考訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之功率因子校正電路，其中該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號和該第一參考訊號其中之一轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該比例訊號轉換為一比例電流；一第二斜坡訊號產生電路，根據該比例電流與一第二PWM訊號，產生一第二斜坡訊號；一第二PWM訊號產生器，根據該與回授訊號相關之訊號和該第一參考訊號中，未輸入該第一電壓-電流轉換電路之另一者、與該第二斜坡訊號，產生該第二PWM訊號；一第三斜坡訊號產生電路，根據該第一電流與該第二PWM訊號，產生一第三斜坡訊號；以及一波峰偵測電路，偵測該第三斜坡訊號之峰值，作為該第二參考訊號。
9. 一種用於功率因子校正電路的控制電路，該功率因子校正電路包括：一電感，其一端耦接於從交流電力整流所產生之整流電力；一功率開關，藉由該功率開關之操作，控制該電感之電流；其中，該控制電路用以控制該功率開關，該控制電路包含：一第一PWM訊號產生器，根據一第一斜坡訊號、和一與回授訊號相關之訊號(Comp)，產生一第一PWM訊號；運算電路，根據該與回授訊號相關之訊號(Comp)、及交流電力或整流電力的相關電壓訊號(Vin)，產生一參考訊號(Ref2)，其關係為Ref2=k*Comp/Vin，其中k為常數；一電流限制電路，根據該電流感測訊號與該參考訊號產生一截切訊號；以及一開關操作電路，根據該第一PWM訊號與該截切訊號以產生該操作訊號以操作該功率開關，當該電流感測訊號到達該參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該電感電流不大於一預設值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，更包含：一取樣電路，根據該整流電力產生一比例訊號，代表該電壓訊號的峰值；一前饋電路，根據該比例訊號產生一平方訊號；一第一電壓-電流轉換電路，根據該平方訊號產生一電流訊號；以及一第一斜坡訊號產生電路，根據該電流訊號產生該第一斜坡訊號。
11. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中k正比於1/D，其中D為該功率開關之工作比。
12. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中k=k1*Ref1，其中k1為常數；Ref1為預設之參考訊號或使用者設定之參考訊號。
13. 如申請專利範圍第12項所述之控制電路，其中該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號Comp轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該參考訊號Ref1轉換為一第二電流；一第三電壓-電流轉換電路，將該電壓訊號Vin轉換為一第三電流；一乘除法電路，將該第一電流與該第二電流做乘法運算，並與該第三電流作除法運算，產生一參考電流；以及一第二電流-電壓轉換電路，將該參考電流轉換為該參考訊號Ref2。
14. 如申請專利範圍第12項所述之控制電路，其中該運算電路包括：一第一電壓-電流轉換電路，將該與回授訊號相關之訊號Comp和該參考訊號Ref1其中之一轉換為一第一電流；一第二電壓-電流轉換電路，將該電壓訊號Vin轉換為一第二電流；一第二斜坡訊號產生電路，根據該第二電流與一第二PWM訊號，產生一第二斜坡訊號；一第二PWM訊號產生器，根據該與回授訊號相關之訊號Comp和該參考訊號Ref1中，未輸入該第一電壓-電流轉換電路之另一者、與該第二斜坡訊號，產生該第二PWM訊號；一第三斜坡訊號產生電路，根據該第一電流與該第二PWM訊號，產生一第三斜坡訊號；以及一波峰偵測電路，偵測該第三斜坡訊號之峰值，作為該參考訊號Ref2。
15. 一種經由功率因子校正驅動負載的方法，包含：接收一交流電力以輸出一整流電力；接收該整流電力，藉由一功率開關之操作，以根據該整流電力產生電感電流，並根據該電感電流，產生一電流感測訊號；產生一回授訊號；產生與該回授訊號相關之訊號；取得與交流電力或整流電力相關之電壓訊號，並根據該電壓訊號、該與回授訊號相關之訊號，產生一參考訊號，以決定該電感電流之上限預設值；將該電流感測訊號與該參考訊號比較，當該電流感測訊號到達該參考訊號時，關閉該功率開關，以截切控制方式限制該電感電流不大於該預設值。
16. 如申請專利範圍第15項所述之經由功率因子校正驅動負載的方法，其中該產生參考訊號的步驟包括：使該參考訊號(Ref2)、與回授訊號相關之訊號(Comp)、及與交流電力或整流電力相關的電壓訊號(Vin)，具有以下關係：Ref2=k*Comp/Vin，其中k為常數。
17. 如申請專利範圍第16項所述之經由功率因子校正驅動負載的方法，其中k正比於1/D，其中D為該功率開關之工作比。
18. 如申請專利範圍第16項所述之經由功率因子校正驅動負載的方法，其中k=k1*Ref1，其中k1為常數；Ref1為預設之參考訊號或使用者設定之參考訊號。
19. 如申請專利範圍第15項所述之經由功率因子校正驅動負載的方法，更包含：將該與回授訊號相關之訊號和一斜坡訊號相比較，以控制該功率開關之導通時間，其中該斜坡訊號係由一電流訊號對一電容充電而得，且該電流訊號正比於交流電力或整流電力中電壓訊號的峰值(Vin)之平方。