TWI436190B - 功率轉換器之校正電路、校正裝置、以及校正方法 - Google Patents

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TWI436190B
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Meng Hsun Yu
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Description

功率轉換器之校正電路、校正裝置、以及校正方法
本發明係關於一種功率轉換器，特別是關於一種升壓功率轉換器。
圖1係表示一習知功率因數校正(power factor correction，PFC)功率轉換器，其以升壓拓樸(boost topology)來實現。PFC功率轉換器包括橋式整流器10、磁性裝置15、控制器90、功率開關20、整流器40、電容器50、線電阻器35、電流感測電阻器25以及分壓器。控制器90包括線電源端LN、輸出端SW、回授端FB、感測端VN以及接地端GND。橋式整流器10將交流線電壓VAC 整流為一輸入電壓VIN ，磁性裝置15例如為電感，其耦接於橋式整流器10之輸出端以及整流器40之陽極端之間。功率開關20之第一端耦接整流器40之陽極端。功率開關20之第二端耦接參考接地。線電阻器35用來偵測輸入電壓VIN ，以提供輸入電壓信號IAC 至控制器90之線電源端LN。電容器50耦接於整流器40之陰極與參考接地之間。控制器90透過其輸出端SW產生跨於電容器50之輸出電壓VO 。由電阻器71與72所形成之分壓器與電容器50並聯耦接。電阻器71與72之共接點提供一回授信號VFB 至控制器90之回授端FB，其中，回授信號VFB 與輸出電壓VO 成比例。電流感測電阻器25耦接於功率開關20之第二端以及控制器90之感測端VN。參閱圖1，當功率開關20導通時，磁性裝置15之切換電流IL 將等於流經功率開關30之充電電流IW ，且透過電流感測電阻器25返回至橋式整流器10(充電路徑)。當功率開關20斷開時，由於磁性裝置15之極性反轉，因此切換電流IL 將等於流經整流器40之放電電流IDS ，且亦透過電流感測電阻器25返回至橋式整流器10(放電路徑)。電流感測電阻器25用來感測磁性裝置15之切換電流IL 。由於電流感測電阻器25耦接於磁性裝置15之充電路徑上以及放電路徑上，因此，電流感測電阻器25所感測的切換電流IL 可計算作為切換電流的平均值。因此，在圖1之電路中所使用的技術為已知的”平均電流控制技術”。然而，利用這種技術的PFC功率轉換器的缺點在於，電流感測電阻器25具有較大的功率消耗。此外，這些PFC功率轉換器也不能如編號7,626,372標題為”Control Circuit for Multi-phase,Multi-channels PFC Converter with Variable Switching Frequency”之美國專利所提出的解決方案，藉由並聯以達到較高的效率。
本發明提供一種校正方法與裝置，用以校正操作在連續電流模式(continuous current mode，CCM)與不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)下之升壓功率轉換器的切換電流取樣值。
本發明提供一種校正電路，用於功率轉換器。此校正電路包括取樣電路、去磁時間電路、工作電路以及補償電路。取樣電路根據功率轉換器之切換信號來產生平均電流信號。去磁時間電路根據切換信號與輸入電壓信號來產生放電時間信號。工作電路根據放電時間信號、切換信號之導通時間以及切換信號之切換週期來產生工作信號。補償電路接收平均電流信號以及工作信號來產生校正信號。切換信號用來切換磁性裝置以調節功率轉換器之輸出電壓。放電時間信號與磁性裝置之去磁時間相關聯。輸入電壓信號與磁性裝置之輸入電壓相關聯。校正信號用來產生切換信號。
平均電流信號根據在CCM操作下之切換電流而產生。當切換電流操作在DCM，工作信號用來校正平均電流信號以產生校正信號，且校正信號之最大值等於平均電流信號。功率轉換器之輸出電壓耦合至去磁時間電路，以產生放電時間信號。校正電路也更包括週期時間電路，其根據切換信號之切換週期來產生週期信號。週期信號耦合至工作電路以產生該工作信號。工作電路包括有效時間電路，用以根據切換信號之導通時間以及放電時間信號來產生有效信號。
工作電路更包括工作時間電路。此工作時間電路包括電容器、電流源電路以及比較器。電流源電路根據週期信號產生充電電流。充電電流對電容器充電以產生斜坡信號。比較器接收斜坡信號以及有效信號以產生工作信號。功率轉換器為升壓功率轉換器。
本發明也提供一種校正方法，適用於功率轉換器，以校正切換電流取樣值。此校正方法包括，包括：根據切換信號與輸入電壓信號產生放電時間信號；根據放電時間信號、切換信號之導通時間以及切換信號之切換週期產生工作信號；以及根據平均電流信號以及工作信號產生校正信號。切換信號用來切換磁性裝置以調節功率轉換器之輸出電壓。放電時間信號與磁性裝置之去磁時間相關聯。輸入電壓信號與磁性裝置之輸入電壓相關聯。平均電流信號根據功率轉換器之切換電流而產生。校正信號用來產生切換信號。
平均電流信號根據在CCM操作下之切換電流而產生。當切換電流處於DCM操作下時，工作信號用來校正平均電流信號，平均電流信號是上述切換電流取樣值，用以產生校正信號。校正信號之最大值等於平均電流信號。功率轉換器之輸出電壓用來產生該放電時間信號。此校正方法更包括：根據切換信號之切換週期產生週期信號。週期信號用來產生工作信號。功率轉換器為升壓功率轉換器。
本發明另提供一種校正裝置，用以校正功率轉換器之切換電流取樣值。此校正裝置包括去磁時間電路、工作電路以及補償電路。去磁時間電路根據切換信號與輸入電壓信號來產生放電時間信號。工作電路根據放電時間信號以及切換信號來產生工作信號。補償電路接收平均電流信號以及工作信號來產生校正信號。切換信號用來切換功率轉換器之磁性裝置。放電時間信號與磁性裝置之去磁時間相關聯。輸入電壓信號透過耦合磁性裝置之輸入電壓的電阻器而產生。平均電流信號根據功率轉換器之切換電流而產生。校正信號用來產生該切換信號。
平均電流信號根據在CCM操作下之切換電流而產生。當切換電流處於DCM操作下時，工作信號用來校正平均電流信號以產生校正信號。校正信號之最大值等於平均電流信號。
本發明更提供一種校正裝置，用以校正功率轉換器之切換電流取樣值。此校正裝置包括偵測電路、工作電路以及補償電路。偵測電路耦接功率轉換器之磁性裝置的輔助線圈，以產生放電時間信號。工作電路根據放電時間信號以及切換信號來產生工作信號。補償電路接收平均電流信號以及工作信號來產生校正信號。切換信號用來切換磁性裝置。放電時間信號與磁性裝置之去磁時間相關聯。平均電流信號根據功率轉換器之切換電流而產生。校正信號用來產生切換信號。
平均電流信號根據在CCM操作下之切換電流而產生。當切換電流處於DCM操作下時，工作信號用來校正平均電流信號以產生校正信號。校正信號之最大值等於平均電流信號。功率轉換器為升壓功率轉換器。
本發明之一目的在於校正在DCM操作下功率轉換器之切換電流取樣值。
本發明之另一目的在於藉由並聯複數PFC轉換器以及精確的平均電流控制來達到高效率。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖2係表示根據本發明一實施例之功率因數校正(power factor correction，PFC)功率轉換器。在此實施例中，PFC功率轉換器以一升壓功率轉換器來實施。PFC功率轉換器包括橋式整流器10、磁性裝置15、控制器100、功率開關20、整流器40、電容器50、線電阻器35、電流感測電阻器30、以及分壓器。控制器100包括線電源端LN、輸出端SW、回授端FB、感測端VI、以及接地端GND。橋式整流器10將交流線電壓VAC 整流為一輸入電壓VIN 。磁性裝置15，例如為電感，其耦接於橋式整流器10之輸出端以及整流器40之陽極端之間。功率開關20之第一端耦接整流器40之陽極端。功率開關20之第二端透過電流感測電阻器30耦接參考接地。線電阻器35用來偵測輸入電壓VIN ，以提供輸入電壓信號IAC 至控制器100之線電源端LN。輸入電壓信號IAC 與輸入電壓VIN 相關聯。電容器50耦接於整流器之陰極端以及參考接地之間。控制器100透過其輸出端SW產生一切換信號SW ，以控制功率開關20。切換信號SW 用來切換磁性裝置，以調節PFC功率轉換器之輸出電壓VO 。並於電容器50上獲得輸出電壓VO 。由電阻器71與72所形成之分壓器與電容器50並聯耦接。電阻器71與72之共接點提供一回授信號VFB 至控制器100之回授端FB，其中，回授信號VFB 與輸出電壓VO 成比例。電流感測電阻器30耦接於功率開關20之第二端與參考接地之間。不同於圖1，電流感測電阻器30耦接於充電路徑來對流經功率開關20之充電電流IW 進行取樣，以產生電流感測信號VI 。充電電流IW 係用來對磁性裝置15充電，因此，其也是磁性裝置15之充電電流。由於電流感測電阻器30只耦接磁性裝置15之充電路徑，因此，在連續電流模式(continuous current mode，CCM)操作下，切換電流取樣較為精確，但是在不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)操作下則不精確。因此，在DCM操作下需要執行誤差校正。
圖3係表示在CCM操作下切換信號SW 、切換電流IL 、充電電流IW 以及放電電流IDS 的波形。圖4係表示在DCM操作下切換信號SW 、切換電流IL 、充電電流IW 以及放電電流IDS 的波形。在切換信號SW 的導通時間TON 期間功率開關20導通。充電電流IW 只在切換信號SW 的導通時間TON 期間內有效。切換電流IL 是流經磁性裝置15之電流，其包括當功率開關20導通時的充電電流IW 以及當功率開關20關閉時的放電電流IDS 。放電電流IDS 在磁性裝置15的去磁時間(放電時間TDS )期間內有效，其中，去磁時間(放電時間TDS )等於在CCM操作下切換信號SW 的截止時間TOFF 。T係表示切換信號SW 之切換週期。如圖3所示，在CCM操作下，於切換電流IL 放電至零之前，切換信號SW 被致能。在此情況下，切換電流IL 在切換週期內是連續的(未放電至零)，因此，切換電流IL 的平均值可透過電流感測電阻器30來取樣。如圖4所示，在DCM操作下，於切換電流IL 放電至零之後，切換信號SW 才被致能。在此情況下，切換電流IL 在切換週期內是不連續的(已放電至零)。切換電流IL 的工作週期D.C.可由以下式子來表示：
其中，切換電流IL 的工作週期D.C.在CCM操作下等於1，而在DCM操作下小於1。
參閱圖3、圖4、以及式子(1)，在DCM操作下與在CCM操作下的放電時間TDS 不同，且耦接磁性裝置15之充電路徑上電流感測電阻器30無法取樣放電電流IDS 而得知放電時間TDS 。因此，切換電流IL 之工作週期D.C.資訊將不完整，使得無法計算切換電流IL 的平均值且無法獲得在DCM操作下的切換電流取樣誤差，這成為本發明所要解決的主要議題。
圖5係表示根據本發明實施例之控制器100。控制器100包括參考信號產生電路110、工作週期(duty-cycle)電路300、取樣電路200、補償電路700、脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM)電路120、誤差放大器125、以及低通濾波器。參考信號產生電路110耦接線電源端LN以及回授端FB，以分別接收輸入電壓信號IAC 以及回授信號VFB 。工作週期電路300接收輸入電壓信號IAC 、回授信號VFB 以及切換信號SW ，以產生工作信號DUTY。工作週期電路300更提供脈波信號PLS以及鋸齒信號SAW。脈波信號PLS用來致能切換信號SW 且提供停滯時間(dead time)給切換信號SW 。換句話說，在脈波信號PLS之致能期間，切換信號SW 被禁能。根據電流感測信號VI ，取樣電路200產生平均電流信號VCS ，其也是一切換電流取樣值。根據工作信號DUTY，補償電路700對平均電流信號VCS 進行校正，以當充電電流IW 操作在DCM操作下時產生一校正信號VX 。校正信號VX 的最大值等於平均電流信號VCS 。校正信號VX 可由以下式子來表示：
誤差放大器125之正端接收參考信號VM 。誤差放大器125之負端接收校正信號VX 。電阻器127與電容器128及129形成一低通濾波器，作為PFC功率轉換器的頻率補償。電阻器127與電容器128串聯於誤差放大器125之輸出端與參考接地之間。電容器129耦接於誤差放大器125之輸出端與與參考接地之間。根據參考信號VM 以及校正信號VX ，誤差放大器125之輸出端產生補償信號COMI。PWM電路120根據脈波信號PLS以及補償信號COMI產生切換信號SW 。參考信號VM 之波形跟隨著輸入電壓信號IAC 之波形變化，在本發明之一實施例中，其波形為正向正弦曲線。
圖6係表示在CCM操作下電流感測信號VI 之波形以及電流感測信號VI 與平均電流信號VCS 間之關係。電流感測信號VI 係根據功率開關20之充電電流IW 而於電流感測電阻器30上產生。
其中，VIA 係表示在CCM操作下電流感測信號VI 在每一切換週期開始時的初始值，VIB 係表示電流感測信號VI 之峰值，且VCS 係表示平均電流信號。
圖7係表示根據本發明實施例之控制器100的工作週期電路300。工作週期電路300包括振盪器310、週期時間電路320、去磁時間電路400、以及工作電路。振盪器310產生脈波信號PLS、鋸齒信號SAW、取樣信號S1 以及清除信號S2 。週期時間電路320根據取樣信號S1 與清除信號S2 來產生週期信號VT 。去磁時間電路400接收切換信號SW 、輸入電壓信號IAC 以及信號VB ，以產生放電時間信號SD 。放電時間信號SD 係與磁性裝置15之放電時間TDS 相關聯。信號VB 與回授信號VFB 成比例或僅為一參考信號。工作電路包括有效時間(available-time)電路500以及工作時間(duty-time)電路600。工作電路根據放電時間信號SD 、切換信號SW 之導通時間TON 以及切換信號SW 之切換週期T來產生工作信號DUTY。有效時間電路500根據放電時間信號SD 以及切換信號SW 之導通時間TON 來產生有效信號VONDS 。有效信號VONDS 之振幅係與切換信號SW 之導通時間TON 加上放電時間TDS 而獲得的總和期間TONDS 相關聯。工作時間電路600根據週期信號VT 以及有效信號VONDS 來產生工作信號DUTY。
圖8係表示鋸齒信號SAW、脈波信號PLS、取樣信號S1 以及清除信號S2 之波形。
圖9係表示根據本發明實施例之週期時間電路320。週期時間電路320包括開關322與327、電容器325與329以及電流源321。電流源321可簡單地以電壓-電流轉換器來實施，此電壓-電流轉換器具有接收供電電壓VCC 之輸入端以及產生電流I321 之輸出端。電容器325耦接於電流源321與參考接地之間。開關322與電容器325並聯。開關322之控制端接收清除信號S2 。開關327與電容器329串聯於電流源321與參考接地之間。開關327之控制端接收取樣信號S1 。週期信號VT 係由電容器329上而獲得。一旦清除信號S2 被禁能，電流源321將開始對電容器325充電。當取樣信號S1 被致能，跨於電容器325之電壓V325 將傳導至電容器329，以產生週期時間信號VT 。週期時間電路320根據取樣信號S1 與清除信號S2 來產生週期信號VT 。由於自清除信號S2 之上升緣起至取樣信號S1 之下降緣為止的期間幾乎等於切換信號SW 之切換週期T，週期信號VT 之振幅將與換信號SW 之切換週期相關聯。
圖10係表示根據本發明實施例之去磁時間電路400。去磁時間電路400之詳細操作原理可在編號7,471,523標題為”Method and Apparatus for Detecting Demagnetizing Time of Magnetic Device”之美國專利中獲得。去磁時間電路400包括電流產生器450、開關410與415、電容器420、反相器430、比較器425以及及閘435。電流產生器450根據信號VB 與輸入電壓信號IAC 來產生第一電流I1 、第二電流I2 、以及第三電流I3 。信號VB 與回授信號VFB 相關聯，其又與輸出電壓VO 相關聯。信號VB 也可以僅是一參考信號。輸入電壓信號IAC 與輸入電壓VIN 相關聯。開關410之第一端接收第一電流I1 。開關410之第二端耦接開關415之第一端。開關415之第二端耦接參考接地。電容器420耦接開關410與415間的共接點。電壓V420 係於電容器420上而產生。比較器425之正端接收電壓V420 。比較器425之負端接收參考電壓VR2 。切換信號SW 被提供至開關410之控制端以及反相器430之輸入端。反相器430之輸出端以及比較器425之輸出端分別耦接及閘435之兩輸入端。及閘425之輸出端產生放電時間信號SD ，其被提供至開關415之控制端。一旦切換信號SW 被致能，第一電流I1 開始對電容器420充電。當電壓V420 大於參考電壓VR2 且切換信號SW 正被禁能時，放電時間信號SD 將被致能。被致能的放電時間信號SD 將導通開關415。第三電流I3 被耦合至第二電流I2 ，以使電容器420放電。一旦電壓V420 低於參考電壓VR2 ，放電時間信號SD 將再次被禁能。由於信號VB 與PFC功率轉換器之輸出電壓VO 相關聯，去磁時間電路400因此根據PFC功率轉換器之輸出電壓VO 產生放電時間信號SD 。放電時間信號SD 與放電時間TDS 相關聯。磁性裝置15之放電時間TDS 可由以下式子來表示：
其中，k為常數。
圖11係表示根據本發明實施例之電流產生器450。電流產生器450基本上包括電壓-電流轉換器以及複數個電流鏡，以根據輸入電壓信號IAC 來產生第一電流I1 及第三電流I3 且根據信號VB 來產生第二電流I2 。電壓-電流轉換器包括運算放大器451、電晶體452以及電阻器453。電晶體456-459、471-472、以及475-477形成該些電流鏡。電壓-電流轉換器與電流鏡之操作為此技術領域中具有通常知識者所熟知，因此在此省略說明。
圖12係表示根據本發明實施例之有效時間電路500。有效時間電路500。包括時間控制電路以及取樣保持電路。時間控制電路包括正反器510與530、反相器511與521-522、及閘520、以及反或閘525。取樣保持電路包括電流源540、開關541-542與560、以及電容器545與570。正反器510與530之輸入端D接收供電電壓VCC 。正反器510之時鐘輸入端ck接收放電時間信號SD 。正反器530之時鐘輸入端ck接收切換信號SW 。正反器510由清除信號S2 透過反相器511來重置。正反器510之輸出端Q耦接及閘520之第一輸入端。及閘520之第二輸入端透過反相器521接收切換信號SW 。及閘520之第三輸入端透過反相器522接收放電時間信號SD 。及閘520之輸出與清除信號S2 提供至反或閘525之兩輸入端以重置正反器530。正反器530之輸出端Q產生時間控制信號SONDS 。開關541耦接於電流源540與電容器545之間。開關542與電容器545並聯。開關560與電容器570串聯於開關541與電容器545間之共接點與參考接地之間。開關542由清除信號S2 所控制。開關560由取樣信號S1 所控制。有效信號VONDS 係於電容器570上而產生。時間控制信號SONDS 之致能期間與放電時間信號SD 與切換信號SW 之致能期間相關聯。有效信號VONDS 之振幅與時間控制信號SONDS 之致能期間相關聯。因此，有效信號VONDS 之振幅與切換信號SW 之導通時間TON 加上放電時間TDS 而獲得的總和期間TONDS 相關聯。
圖13係表示根據本發明實施例之工作時間電路600。工作時間電路600包括電流源電路、電容器620、開關625以及比較器635。電流源電路包括運算放大器611、電晶體612、617與618以及電阻器615。電流源電路之操作基本上可由電壓-電流轉換器以及電流鏡來達成，此為此技術領域中具有通常知識者所熟知，因此在此省略說明。電流源電路根據週期信號VT 產生充電電流I618 ，週期信號VT 輸入至前述電壓-電流轉換器。電容器620耦接電流源電路之輸出端，以接收充電電流I618 。開關625與電容器620並聯且由清除信號S2 所控制。電壓V620 係於電容器620上而產生。電壓V620 被提供至比較器635之負端。比較器635之正端接收有效信號VONDS 。比較器635藉由比較電壓V620 與有效信號VONDS 來產生工作信號DUTY。
圖14係表示根據本發明實施例之補償電路700。補償電路700包括電壓-電流轉換器、緩衝放大器790、電流鏡、開關731、732與735以及電容器750與760。電壓-電流轉換器係由運算放大器711、電晶體712以及電阻器715所組成。電流鏡係由電晶體719與720所組成。如同圖13之電流源電路，圖14之電壓-電流轉換器與電流鏡係用以根據輸入至圖14中電壓-電流轉換器之平均電流信號VCS 來產生充電電流I720 。緩衝放大器790之負端耦接其本身之輸出端。緩衝放大器790之正端接收平均電流信號VCS 。開關731與732串聯於電流鏡之輸出端與參考接地之間。緩衝放大器790之輸出端耦接開關731與732之共接點。開關732與電容器750並聯。開關735與與電容器760串聯耦接於開關731與732之共接點與參考接地之間。校正信號VX 係於電容器760上而產生。開關731受控於工作信號DUTY。開關735受控於取樣信號S1 。開關732受控於清除信號S2 。緩衝放大器790具有開汲極輸出(open-drain output)，以將校正信號VX 之最大振幅限制為與平均電流信號VCS 相同。
根據本發明實施例之補償電路700，校正信號VX 將等於平均電流信號VCS 。在DCM操作下，校正信號VX 將根據工作信號DUTY之致能期間而產生，以校正切換電流取樣值之誤差。
本發明之理論可由式子(2)-(13)來獲得。參閱圖2，
其中，R71 及R72 分別表示電阻器71及72之電阻值。
參閱圖11，
其中，k 1 係表示由電晶體456與457所組成之電流鏡的比例，R453 則表示電阻器453之電阻值。
I1 =IAC ×k2
其中，k 2 表示由電晶體475與476所組成之電流鏡的比例。
I3 =IAC ×k3
其中，k 3 表示由電晶體475與477所組成之電流鏡的比例。
參閱圖2，
其中，R 35 係表示電阻器35之電阻值。
參閱圖10，
其中，C 420 係表示電容器420之電容值。
因此，可獲得：
I1 ×TON =(I2 -I3 )×TDS
根據上述式子，可表示為：
設定，接著，其可表示為：
VIN ×TON =(VO -VIN )×TDS ，且接著
參閱圖12，
TONDS =TON +TDS
其中，TONDS 係表示TON 與TDS 的總和。於是，
參閱圖9，
參閱圖13。
其中，TDUTY 係表示工作信號DUTY之週期，k 4 係表示由電晶體617與618所組成之電流鏡的比例，R 615 係表示電阻器615之電阻值，C 620 係表示電容器620之電容值，以及電流I 321 由VREF /R321 來表示。
根據式子(6)及(8)，
在式子(9)方面設定，產生以下式子：
參閱圖14，
將式子(11)之TDUTY 帶入式子(12)，產生以下式子：
設定
如式子(14)所示，藉由與切換信號SW 之導通時間TON 、放電時間TDS 以及切換信號SW 之切換週期T相關之校正信號VX ，使得全工作週期(full duty cycle)資訊完整。由於上述參數的完整資訊，在CCM操作與DCM操作下都可獲得切換電流IL 的平均值。無法藉由電流感測電阻器30來取樣放電電流IDS 以獲得放電時間TDS 的問題可因此解決。
圖15係表示根據本發明另一實施例之PFC功率轉換器。不同於圖2之實施例，具有輔助線圈之電感器16用來偵測其去磁時間(放電時間TDS )。偵測放電時間TDS 的詳細操作可在編號7,116,090標題為”Switching COntrol Circuit for Discontinuous Mode PFC Converters”之美國專利中獲得。控制器150透過線電阻器36接收輔助電壓VAU ，其由電感器16之輔助線圈耦合至控制器150。
圖16係表示根據本發明實施例之控制器150。不同於圖5之實施例，參考信號產生電路115(功能等效於圖5之參考信號產生器110)只接收回授信號VFB 以產生參考信號VM 。另一不同點在於，工作週期電路350(功能等效於圖5之工作週期電路300)接收回授信號VFB 、輔助電壓VAU 、以及切換信號SW ，以產生工作信號DUTY。
圖17係表示控制器150之工作週期電路350。不同於圖7之實施例，圖7之去磁時間電路400被一偵測電路所取代。此偵測電路包括比較器363、反相器362、以及正反器361。比較器363之正端接收輔助電壓VAU 。比較器363之負端接收臨界電壓VTH 。正反器361之輸入端D接收供應電壓VCC 。正反器361之時鐘輸入端ck由切換信號SW 透過反相器362來驅動。正反器361之輸出端Q產生放電時間信號SD 。當輔助電壓VAU 低於臨界電壓VTH 時，放電時間信號SD 被禁能。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
 圖1：
10．．．橋式整流器
15．．．磁性裝置
20．．．功率開關
25．．．電流感測電阻器
35．．．線電阻器
40．．．整流器
50．．．電容器
71、72．．．電阻器
90．．．控制器
FB．．．回授端
GND．．．接地端
IAC ．．．輸入電壓信號
IDS ．．．放電電流
IL ．．．切換電流
IW ．．．充電電流
LN．．．線電源端
SW ．．．切換信號
SW．．．輸出端
VAC ．．．交流線電壓
VFB ．．．回授信號
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VN．．．感測端
圖2：
10．．．橋式整流器
15．．．磁性裝置
20．．．功率開關
30．．．電流感測電阻器
35．．．線電阻器
40．．．整流器
50．．．電容器
71、72．．．電阻器
100．．．控制器
FB．．．回授端
GND．．．接地端
IAC ．．．輸入電壓信號
IDS ．．．放電電流
IL ．．．切換電流
IW ．．．充電電流
LN．．．線電源端
SW ．．．切換信號
SW．．．輸出端
VAC ．．．交流線電壓
VFB ．．．回授信號
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VI．．．感測端
圖3及圖4：
IDS ．．．放電電流
IL ．．．切換電流
IW ．．．充電電流
SW ．．．切換信號
T．．．切換週期
TDS ．．．放電時間
TOFF ．．．截止時間
TON ．．．導通時間
圖5：
100．．．控制器
110．．．參考信號產生電路
120．．．脈波寬度調變(PWM)電路
125．．．誤差放大器
127．．．電阻器
128、129．．．電容器
200．．．取樣電路
300．．．工作週期電路
700．．．補償電路
COMI．．．補償信號
DUTY．．．工作信號
FB．．．回授端
IAC ．．．輸入電壓信號
LN．．．線電源端
PLS．．．脈波信號
SW ．．．切換信號
SAW．．．鋸齒信號
SW．．．輸出端
VCS ．．．平均電流信號
VFB ．．．回授信號
VI ．．．電流感測信號
VM ．．．參考信號
VX ．．．校正信號
VI．．．感測端
圖6：
VCS ．．．平均電流信號
VI ．．．電流感測信號
VIA ．．．在CCM操作下電流感測信號V1 在每一切換週期開始時的初始值
VIB ．．．電流感測信號V1 之峰值
圖7：
300．．．工作週期電路
310．．．振盪器
320．．．週期時間電路
400．．．去磁時間電路
500．．．有效時間電路
600．．．工作時間電路
DUTY．．．工作信號
IAC ．．．輸入電壓信號
PLS．．．脈波信號
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
SD ．．．放電時間信號
SW ．．．切換信號
SAW．．．鋸齒信號
VB ．．．信號
VFB ．．．回授信號
VONDS ．．．有效信號
VT ．．．週期信號
圖8：
PLS．．．脈波信號
SAW．．．鋸齒信號
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
圖9：
320．．．週期時間電路
321．．．電流源
322．．．開關
325．．．電容器
327．．．開關
329．．．電容器
I321 ．．．電流
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
V325 ．．．電壓
VCC ．．．供電電壓
VT ．．．週期時間信號
圖10：
400．．．去磁時間電路
410、415．．．開關
420．．．電容器
425．．．比較器
430．．．反相器
435．．．及閘
450．．．電流產生器
I1 ．．．第一電流
I2 ．．．第二電流
I3 ．．．第三電流
IAC ．．．輸入電壓信號
V420 ．．．電壓
VR2 ．．．參考電壓
SD ．．．放電時間信號
SW ．．．切換信號
VB ．．．信號
VCC ．．．供電電壓
圖11：
450．．．電流產生器
451．．．運算放大器
452．．．電晶體
453．．．電阻器
456...459、471、472、475...477．．．電晶體
I1 ．．．第一電流
I2 ．．．第二電流
I3 ．．．第三電流
IAC ．．．輸入電壓信號
VB ．．．信號
VCC ．．．供電電壓
圖12：
500．．．有效時間電路
510．．．正反器
511．．．反相器
520．．．及閘
521、522．．．反相器
525．．．反或閘
530．．．正反器
540．．．電流源
541、542．．．開關
545．．．電容器
560．．．開關
570．．．電容器
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
SD ．．．放電時間信號
SONDS ．．．時間控制信號
SW ．．．切換信號
VCC ．．．供電電壓
VONDS ．．．有效信號
圖13：
600．．．工作時間電路
611．．．運算放大器
612、617、618．．．電晶體
615．．．電阻器
620．．．電容器
625．．．開關
635．．．比較器
DUTY．．．工作信號
I618 ．．．充電電流
S2 ．．．清除信號
V620 ．．．電壓
VCC ．．．供電電壓
VONDS ．．．有效信號
VT ．．．週期時間信號
圖14：
700．．．補償電路
711．．．運算放大器
712．．．電晶體
715．．．電阻器
719、720．．．電晶體
731、732、735．．．開關
750、760．．．電容器
790．．．緩衝放大器
DUTY．．．工作信號
I720 ．．．充電電流
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
VCC ．．．供電電壓
VCS ．．．平均電流信號
VX ．．．校正信號
圖15：
10．．．橋式整流器
16．．．電感器
20．．．功率開關
30．．．電流感測電阻器
36．．．線電阻器
40．．．整流器
50．．．電容器
71、72．．．電阻器
150．．．控制器
FB．．．回授端
GND．．．接地端
IDS ．．．放電電流
IL ．．．切換電流
IW ．．．充電電流
LN．．．線電源端
SW ．．．切換信號
SW．．．輸出端
VAC ．．．交流線電壓
VAU ．．．輔助電壓
VFB ．．．回授信號
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VI．．．感測端
圖16：
150．．．控制器
115．．．參考信號產生電路
120．．．脈波寬度調變(PWM)電路
125．．．誤差放大器
127．．．電阻器
128、129．．．電容器
200．．．取樣電路
350．．．工作週期電路
700．．．補償電路
COMI．．．補償信號
DUTY．．．工作信號
FB．．．回授端
LN．．．線電源端
PLS．．．脈波信號
SW ．．．切換信號
SAW．．．鋸齒信號
SW．．．輸出端
VAU ．．．輔助電壓
VCS ．．．平均電流信號
VFB ．．．回授信號
VI ．．．電流感測信號
VM ．．．參考信號
VX ．．．校正信號
VI．．．感測端
圖17：
310．．．振盪器
320．．．週期時間電路
350．．．工作週期電路
361．．．正反器
362．．．反相器
363．．．比較器
500．．．有效時間電路
600．．．工作時間電路
DUTY．．．工作信號
PLS．．．脈波信號
S1 ．．．取樣信號
S2 ．．．清除信號
SD ．．．放電時間信號
SW ．．．切換信號
SAW．．．鋸齒信號
VAU ．．．輔助電壓
VCC ．．．供電電壓
VONDS ．．．有效信號
VT ．．．週期信號
VTH ．．．臨界電壓
圖1表示習知功率因數校正(PFC)功率轉換器；
圖2係表示根據本發明一實施例之功率因數校正(PFC)功率轉換器；
圖3表示在CCM操作下切換信號、切換電流、充電電流以及放電電流的波形；
圖4表示在DCM操作下切換信號、切換電流、充電電流以及放電電流的波形；
圖5表示在圖2中PFC功率轉換器之控制器；
圖6表示電流感測信號之波形以及電流感測信號與平均電流信號間之關係；
圖7表示在圖5中控制器之工作週期電路；
圖8表示鋸齒信號、脈波信號、取樣信號以及清除信號之波形；
圖9表示根據本發明實施例之工作週期電路的週期時間電路；
圖10表示根據本發明實施例之工作週期電路的去磁時間電路；
圖11表示根據本發明實施例之去磁時間電路的電流產生器；
圖12表示根據本發明實施例之工作週期電路的有效時間電路；
圖13表示根據本發明實施例之工作週期電路的工作時間電路；
圖14表示根據本發明實施例之控制器的補償電路；
圖15表示根據本發明另一實施例之PFC功率轉換器；
圖16表示在圖15中PFC功率轉換器之控制器；以及
圖17表示在圖16中控制器之工作週期電路。
10．．．橋式整流器
15．．．磁性裝置
20．．．功率開關
30．．．電流感測電阻器
35．．．線電阻器
40．．．整流器
50．．．電容器
71、72．．．電阻器
100．．．控制器
FB．．．回授端
GND．．．接地端
IAC ．．．輸入電壓信號
IDS ．．．放電電流
IL ．．．切換電流
IW ．．．充電電流
LN．．．線電源端
SW ．．．切換信號
SW．．．輸出端
VAC ．．．交流線電壓
VFB ．．．回授信號
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VI．．．感測端

Claims (18)

  1. 一種校正電路，用於功率轉換器，包括：取樣電路，根據所述功率轉換器之切換信號來產生平均電流信號；去磁時間電路，根據切換信號與輸入電壓信號來產生放電時間信號；工作電路，根據所述放電時間信號、所述切換信號之導通時間以及所述切換信號之切換週期來產生工作信號；以及補償電路，接收所述平均電流信號以及所述工作信號來產生校正信號；其中，所述切換信號用來切換磁性裝置以調節所述功率轉換器之輸出電壓，所述放電時間信號與所述磁性裝置之去磁時間相關聯，所述輸入電壓信號與所述磁性裝置之輸入電壓相關聯，且所述校正信號用來產生所述切換信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，其中，所述平均電流信號根據在連續電流模式(continuous current mode，CCM)操作下之所述切換電流而產生。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，其中，當所述切換電流為不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)操作，所述工作信號用來校正所述平均電流信號以產生所述校正信號，且所述校正信號之最大值等於所述平均電流信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，其中，所述功率轉換器之所述輸出電壓耦合至所述去磁時間電路，以產生所述放電時間信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，更包括週期時間電路，根據所述切換信號之所述切換週期來產生週期信號，其中，所述週期信號耦合至所述工作電路以產生所述工作信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，其中，所述工作電路包括有效時間電路，用以根據所述切換信號之所述導通時間以及所述放電時間信號來產生有效信號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之校正電路，其中，所述工作電路更包括工作時間電路，包括：電容器；電流源電路，根據所述週期信號產生充電電流，其中，所述充電電流對所述電容器充電以產生斜坡信號；以及比較器，接收所述斜坡信號以及所述有效信號以產生所述工作信號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之校正電路，其中，所述功率轉換器為升壓功率轉換器。
  9. 一種校正方法，適用於功率轉換器，以校正切換電流取樣值，包括：根據切換信號與輸入電壓信號產生放電時間信號；根據所述放電時間信號、所述切換信號之導通時間以及所述切換信號之切換週期產生工作信號；以及根據平均電流信號以及所述工作信號產生校正信號；其中，所述切換信號用來切換磁性裝置以調節所述功率轉換器之輸出電壓，所述放電時間信號與所述磁性裝置之去磁時間相關聯，所述輸入電壓信號與所述磁性裝置之輸入電壓相關聯，所述平均電流信號根據所述功率轉換器之切換電流而產生，且所述校正信號用來產生所述切換信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之校正方法，其中，所述平均電流信號根據在連續電流模式(continuous current mode，CCM)操作下之所述切換電流而產生，當所述切換電流處於不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)操作下時，所述工作信號用來校正所述平均電流信號，所述平均電流信號是所述切換電流取樣值用以產生所述校正信號，且所述校正信號之最大值等於所述平均電流信號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之校正方法，其中，所述功率轉換器之所述輸出電壓用來產生所述放電時間信號。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之校正方法，更包括：根據所述切換信號之所述切換週期產生週期信號，其中，所述週期信號用來產生所述工作信號。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之校正方法，其中，所述功率轉換器為升壓功率轉換器。
  14. 一種校正裝置，用以校正功率轉換器之切換電流取樣值，包括：去磁時間電路，根據切換信號與輸入電壓信號來產生放電時間信號；工作電路，根據所述放電時間信號以及所述切換信號來產生工作信號；以及補償電路，接收平均電流信號以及所述工作信號來產生校正信號；其中，所述切換信號用來切換所述功率轉換器之磁性裝置，所述放電時間信號與所述磁性裝置之去磁時間相關聯，所述輸入電壓信號透過耦合所述磁性裝置之輸入電壓的電阻器而產生，所述平均電流信號根據所述功率轉換器之切換電流而產生，且所述校正信號用來產生所述切換信號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之校正裝置，其中，所述平均電流信號根據在連續電流模式(continuous current mode，CCM)操作下之所述切換電流而產生，當所述切換電流處於不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)操作下時，所述工作信號用來校正所述平均電流信號以產生所述校正信號，且所述校正信號之最大值等於所述平均電流信號。
  16. 一種校正裝置，用以校正功率轉換器之切換電流取樣值，包括：偵測電路，耦接所述功率轉換器之磁性裝置的輔助線圈，以產生放電時間信號；工作電路，根據所述放電時間信號以及切換信號來產生工作信號；以及補償電路，接收平均電流信號以及所述工作信號來產生校正信號；其中，所述切換信號用來切換所述磁性裝置，所述放電時間信號與所述磁性裝置之去磁時間相關聯，所述平均電流信號根據所述功率轉換器之切換電流而產生，且所述校正信號用來產生所述切換信號。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之校正裝置，其中，所述平均電流信號根據在連續電流模式(continuous current mode，CCM)操作下之所述切換電流而產生，當所述切換電流處於不連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)操作下時，所述工作信號用來校正所述平均電流信號以產生所述校正信號，且所述校正信號之最大值等於所述平均電流信號。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之校正裝置，其中，所述功率轉換器為升壓功率轉換器。
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