[發(fā)明專利]與PFC集成的VRMS和整流檢測全橋同步整流

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610164611.5
• 申請日: 2006-09-12
• 公開（公告）號: CN101056068A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑帕特·謝卡瓦特;羅納德·H·蘭德爾;許童永
• 申請（專利權(quán)）人: 快捷半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M7/219
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步整流器中的交流源電壓檢測以及電流檢測，并且更具體地，本發(fā)明涉及具有PFC(功率因數(shù)校正)的全橋同步整流中的這種檢測。?

背景技術(shù)

圖1是將AC(交流)輸入電壓2轉(zhuǎn)換成DC(直流)輸出電壓4的基本整流、升壓電路的現(xiàn)有技術(shù)示意圖。該電路具有兩級，第一級是由D1-D4組成的二極管全波整流器，第二級是升壓電感器Lb、升壓開關(guān)Qb、升壓二極管Db、以及輸出濾波電容器Cf。Qb是N溝道MOSFET，其中柵極10和源極12之間的正電壓導(dǎo)通Qb，并且對于從漏極14流到源極12的電流呈現(xiàn)低阻抗路徑。如圖所示，MOSFET?Qb具有從源極到漏級的內(nèi)部體二極管16，當(dāng)源極電壓比漏級電壓高時可以載流。?

二極管D1-D4構(gòu)成在電感器Lb左端提供整流的正弦電壓12的全波整流器橋。功率MOSFET?Qb由平均電流控制器6以比AC電源(mains)輸入電壓更高的開關(guān)頻率來導(dǎo)通和關(guān)斷。典型的開關(guān)頻率在40kHz到100KHz的范圍內(nèi)。平均電流控制器脈寬調(diào)制(PWM)Qb的導(dǎo)通，從而迫使Lb中的基波電流與整流電壓12的形狀類似。例如，當(dāng)D1的陽極相對D4的陰極由AC輸入電壓進(jìn)行正向驅(qū)動時，升壓電感器Lb通過D1、Qb、以及D4返回到AC輸入2而進(jìn)行充電(形成電流)。當(dāng)Qb關(guān)斷時，Db的陽極電壓上升，直到Lb通過Db、負(fù)載8、并聯(lián)電容器Cf以及D4返回到AC源2而放電。當(dāng)Db導(dǎo)通時，其防止電容器Cf通過Qb回放電。輸出電壓4將被調(diào)節(jié)到某個DC電平，典型地，對于120/240Vac的AC電源輸入，其是400Vdc。在下一個AC電源的半個周期，通過D3、Lb、Qb以及D2返回到AC電壓源而對Lb進(jìn)行充電。再次當(dāng)Qb關(guān)斷時，Lb通過Db、負(fù)載8以及并聯(lián)電容器Cf進(jìn)行放電并且將輸出電壓4調(diào)節(jié)到某個電平。?

圖1的現(xiàn)有技術(shù)控制器6被設(shè)計成改變d(t)信號脈沖寬度，使得電流i_rd(t)10?與整流電壓v_rd(t)成比例。如果是非常精確的成比例，那么功率因數(shù)為1.0，但是實際上功率因數(shù)僅能接近1.0。如下文所述，這種校正起了作用，從而使得AC電壓源上的負(fù)載是阻性的。這種情況下，當(dāng)前負(fù)載與AC電壓源2成比例(即，正弦并且同相)。?

在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)電路中，在D1和D3的陰極上檢測電壓v_rd(t)，并且可以用電流互感器或者通過檢測串聯(lián)電阻器兩端的電壓降來檢測負(fù)載電流10。?

美國專利No.6,738,274B2(’274)描述了其中減小了電路損耗并且校正了功率因數(shù)的開關(guān)式電源。然而，在該專利中，未以任何細(xì)節(jié)示出或者討論電流檢測和電壓檢測。如果象現(xiàn)有技術(shù)那樣使用電阻器和50/60Hz互感器的話，該專利中的許多優(yōu)點都不能實現(xiàn)。串聯(lián)電流檢測電阻器消耗了功率并且50/60Hz線電壓檢測互感器有損耗并且實體上特別龐大。通過電阻器的現(xiàn)有技術(shù)電流檢測典型地使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)以及圖2的各個反并聯(lián)二極管D10、D12。見’274專利的圖5，控制信號的產(chǎn)生在該專利中并未詳述。然而，如上所述，用于產(chǎn)生這種控制信號的控制器的邏輯電路的設(shè)計或者大規(guī)模IC(集成電路)計算機(jī)的使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。?

除了將PFC功能與整流功能集成外，圖2的電路操作與圖1類似。控制器操作IGBT開關(guān)Q1和Q2，使得AC輸入上的負(fù)載呈現(xiàn)電阻性。該實施例中，升壓電感器Lb在公共鐵心上典型地被分成兩個繞組。在AC電壓極性如圖2中所標(biāo)示時的AC輸入半周期中，通過Q1對電感器Lb進(jìn)行充電，放電通過導(dǎo)通和關(guān)斷Q1進(jìn)行控制。在該周期中，電感器的放電通過D1、Cf、負(fù)載和D12來完成。在交替的AC輸入的半周期中，放電路徑為通過D2、負(fù)載和D10。控制器的主要部分(content)可以是驅(qū)動Q1和Q2實現(xiàn)PFC接近1的處理器，PFC接近1就是AC輸入上的負(fù)載呈現(xiàn)為電阻性。?

仍然參考圖2，50/60Hz?AC線路互感器將單獨表示的輸入AC信號V_rd(t)提供給控制器7。將該互感器的二次側(cè)進(jìn)行全波整流，從而提供與AC輸入的絕對值成比例的信號。該互感器對于消除AC輸入和控制器(負(fù)輸出)之間共同存在的共模電壓是必要的。從AC輸入信號流出的電流ird(t)可以從互感器9或者從串聯(lián)電阻器Rs中檢測出來。將所檢測的電流輸入到控制器7中。控制器響應(yīng)vrd(t)以及ird(t)輸出開關(guān)頻率PWM?d(t)信號，其驅(qū)動Q1和Q2的柵極以便?使得AC輸入上的負(fù)載為電阻性。?