TWI519047B - Power factor correction converter control circuit module - Google Patents

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Tsung Liang Hung
Chih Lung Yang
Shao Hsien Chiu
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Asian Power Devices Inc
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Description

功率因數修正轉換器的控制電路模組
本發明是有關於一種功率因數修正器，且特別是有關於一種邊界導通模式與連續導通模式混合型架構的功率因數修正器。
隨著科技的進步與經濟的發展，人類對切換式轉換器的需求與日俱增。近年來，由於電力電子技術的大幅進步，大部份的電子器材日亦趨向輕薄短小化的方向發展，其內部的電源轉換器亦需朝向輕薄短小的趨勢設計，因此，具有體積小、重量輕、效率高等優點的切換式電源轉換器便逐漸取代傳統線性是轉換器，成為電源轉換器的主流。切換式轉換器除了短小輕薄等優點之外，更近一步提升了轉換器效率及品質。
功率因數修正器(power factor corrector，PFC)常見之操作模式有連續導通模式(continuous conduction mode，CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode，DCM)、與邊界導通模式(boundary conduction mode，BCM)等，皆有其各自適合之運用場合。
一般而言，以升壓式為主的功率因數修正器應用上其電感電流位於兩側波谷時，運用邊界導通模式因沒有二極體反向恢復時間的問題，且功率開關切換頻率較低，所以切換損失較小。然而，若電感電流位於峰值時運用邊界導通模式，主要因峰值的電流較 大，容易造成傳導的損失及相關元件需承受較高的應力的缺點。
因此，發明人鑒於習知技術的缺失，為解決習知的問題，乃思及改良的意念，提出一解決的技術。
有鑑於此，本發明之目的是提供一種功率因數修正轉換器的控制電路模組，利用為BCM與CCM的混合型架構以達到降低切換損失提高整體效率。
為達上述或其他目的，本發明提出一種功率因數修正轉換器的控制電路模組，該控制電路模組與一電感元件耦接，且該電感元件與一輸入電壓端及一輸出電壓端耦接，該控制電路模組包括有一開關單元，其與該電感元件耦接。一判斷單元，其與該輸出電壓端耦接，藉以判斷該輸出電壓端的一第二電力訊號，並藉由所獲得的該第二電力訊號以輸出對應的一邊界導通模式訊號或一連續導通模式訊號。一比較單元，其與該電感元件及該輸入電壓端耦接，藉此接收該電感元件產生的一電感訊號及該輸入電壓端的一第一電力訊號，並根據該電感訊號或該第一電力訊號使該比較單元以決定產生一導通訊號或一斷路訊號。一處理單元，其與該判斷單元及該比較單元耦接，並藉由接收該判斷單元及該比較單元所產生的訊號以產生一控制訊號至該開關單元。其中，該處理單元接收該連續導通模式訊號時，此時該處理單元接收該導通訊號或該斷路訊號由該輸入電壓端的該第一電力訊號所產生，進而使該處理單元產生該控制訊號，而該處理單元接收該邊 界導通模式訊號時，此時該處理單元接收該導通訊號由該第一電力訊號所產生，該斷路訊號由該電感元件產生的該電感訊號所產生，亦使該處理單元產生該控制訊號。
綜上所述，藉由本發明利用為BCM與CCM的混合型架構以達到降低切換損失提高整體效率的目的。
1‧‧‧控制電路模組
11‧‧‧開關單元
12‧‧‧判斷單元
13‧‧‧比較單元
14‧‧‧處理單元
15‧‧‧類比/數位轉換器
16‧‧‧脈波寬度調變器
2‧‧‧電感元件
3‧‧‧輸入電壓端
4‧‧‧輸出電壓端
圖1為本發明較佳實施例的電路示意圖。
圖2為本發明之較佳實施例的電感電流示意圖。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參閱圖1及圖2所示，其為本發明較佳實施例的電路示意圖及電感電流示意圖。本發明提出一種功率因數修正轉換器的控制電路模組(1)，該控制電路模組(1)與一電感元件(2)耦接，且該電感元件(2)與一輸入電壓端(3)及一輸出電壓端(4)耦接，該控制電路模組(1)包括有一開關單元(11)、一判斷單元(12)、一比較單元(13)及一處理單元(14)。
該開關單元(11)可與該電感元件(2)耦接，而該開關單元(11)可為電晶體元件或其他等效的元件。
該判斷單元(12)可與該輸出電壓端(4)耦接，該判斷單元(12)可接收由該輸出電壓端(4)所輸出的一第二電力訊號，並根據該第二電力訊號以決定輸出的對應訊號為一邊界導通模 式訊號或一連續導通模式訊號。其中若該第二電力訊號輸入於該判斷單元(12)的負載電流低於預設值及磁滯寬度小於預設值時，該判斷單元(12)將輸出該邊界導通模式訊號；若該該第二電力訊號輸入於該判斷單元(12)的負載電流高於預設值時或負載電流低於預設值而磁滯寬度大於預設值時，該判斷單元(12)將輸出該連續導通模式訊號。
該比較單元(13)可為類比比較器或其他等效的元件，其可與該電感元件(2)及該輸入電壓端(3)耦接，該比較單元(13)藉此可接收該電感元件(2)產生的一電感訊號及該輸入電壓端(3)的一第一電力訊號，並根據該電感訊號或該第一電力訊號使該比較單元(13)以決定產生一導通訊號或一斷路訊號。其中若該第一電力訊號的負載電流位於上磁滯曲線上時，將使該比較單元(13)產生該斷路訊號，若該第一電力訊號的負載電流位於下磁滯曲線上或該電感訊號的負載電流位於波谷時，則該比較單元(13)產生該導通訊號。
該處理單元(14)可與該判斷單元(12)及該比較單元(13)耦接，而可接收該判斷單元(12)及該比較單元(13)所產生的訊號，並藉此產生一控制訊號至該開關單元(11)。
前述已先說明各相關單元的連接關係，以下將接著敘述其運作過程。首先，若該判斷單元(12)偵測該第二電力訊號高於設定的負載電流凖位時，該判斷單元(12)將輸出該連續導通模式訊號至該處理單元(14)，或者當該判斷單元(12)偵測該第二 電力訊號低於設定的負載電流凖位時，且偵側區域處的該上磁滯曲線及下磁滯曲線的寬度大於預設值，該判斷單元(12)亦將輸出該連續導通模式訊號至該處理單元(14)。然而當該判斷單元(12)偵測該第二電力訊號低於設定的負載電流凖位時，且偵側區域處的該上磁滯曲線及下磁滯曲線的寬度小於預設值，該判斷單元(12)則將輸出該邊界導通模式訊號至該處理單元(14)。
假設該判斷單元(12)輸出該連續導通模式訊號至該處理單元(14)時，而該比較單元(13)會產生該導通訊號或該斷路訊號至該處理單元(14)中，使該處理單元(14)輸出對應的控制訊號至該開關單元(11)。其中，若該處理單元(14)接收到為該連續導通模式訊號時，該比較單元(13)是在該第一電力訊號的負載電流位於上磁滯曲線上時產生該斷路訊號，而在該第一電力訊號的負載電流位於下磁滯曲線上時產生導通訊號。相對的，假設該判斷單元(12)輸出該邊界導通模式訊號至該處理單元(14)時，而該比較單元(13)亦會產生該導通訊號或該斷路訊號至該處理單元(14)中，使該處理單元(14)輸出對應的控制訊號至該開關單元(11)。其中，若該處理單元(14)接收到為該邊界導通模式訊號時，該比較單元(13)亦是在該第一電力訊號的負載電流位於上磁滯曲線上時產生該斷路訊號，而該導通訊號的產生則是當該電感訊號的負載電流位於波谷時。
該控制電路模組(1)可進一步的具有一類比/數位轉換器(15)及一脈波寬度調變器(16)(PWM)，該類比/數位轉換器 (15)可介於該判斷單元(12)與該輸出電壓端(4)之間，主要可將由該輸出電壓端(4)處產生的該第二電力訊號從類比形式轉換為數位形式，該判斷單元(12)才可偵測該第二電力訊號。而該脈波寬度調變器(16)則是介於該處理單元(14)及該開關單元(11)之間，其主要將該處理單元(14)產生的該控制訊號由數位形式轉換成脈波形式。
藉由上述的說明可知本發明在滿載的狀況時，可讓該控制電路模組(1)操作在連續導通模式下，以避免峰值電流過大，並可保留其低諧失真的優點；反之，在輕載的狀況時，可讓該控制電路模組(1)的電感電流位於兩側波谷位置時在邊界導通模式下操作，以降低切換的損失而提高整體的效率，而當遠離波谷靠近波峰時，該控制電路模組(1)則在連續導通模式下操作，藉此可改善傳導的損失及元件耐應力的問題。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當是後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧控制電路模組
11‧‧‧開關單元
12‧‧‧判斷單元
13‧‧‧比較單元
14‧‧‧處理單元
15‧‧‧類比/數位轉換器
16‧‧‧脈波寬度調變器
2‧‧‧電感元件
3‧‧‧輸入電壓端
4‧‧‧輸出電壓端

Claims (5)

  1. 一種功率因數修正轉換器的控制電路模組，該控制電路模組與一電感元件耦接，且該電感元件與一輸入電壓端及一輸出電壓端耦接，該控制電路模組包括：一開關單元，其與該電感元件耦接；一判斷單元，其與該輸出電壓端耦接，藉以判斷該輸出電壓端的一第二電力訊號，並藉由所獲得的該第二電力訊號以輸出對應的一邊界導通模式訊號或一連續導通模式訊號；一比較單元，其與該電感元件及該輸入電壓端耦接，藉此接收該電感元件產生的一電感訊號及該輸入電壓端的一第一電力訊號，並根據該電感訊號或該第一電力訊號使該比較單元以決定產生一導通訊號或一斷路訊號；以及一處理單元，其與該判斷單元及該比較單元耦接，並藉由接收該判斷單元及該比較單元所產生的訊號以產生一控制訊號至該開關單元；其中，該處理單元接收該連續導通模式訊號時，此時該處理單元接收該導通訊號或該斷路訊號由該輸入電壓端的該第一電力訊號所產生，進而使該處理單元產生該控制訊號，而該處理單元接收該邊界導通模式訊號時，此時該處理單元接收該導通訊號由該第一電力訊號所產生，該斷路訊號由該電感元件產生的該電感訊號所產生，亦使該處理單元產生該控制訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率因數修正轉換器的控制電路模組，其中該控制電路模組進一步具有一類比/數位轉換器，該類比/數位轉換器介於該輸出電壓端及該判斷單元之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之功率因數修正轉換器的控制電路模組，其中該控制電路模組進一步具有一脈波寬度調變器(PWM)，該脈波寬度調變器介於該處理單元及該開關單元之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之功率因數修正轉換器的控制電路模組，其中該開關單元為電晶體元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之功率因數修正轉換器的控制電路模組，其中該比較單元為類比比較器。
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