[發明專利]不需檢測線電壓的有源功率因子校正的方法和裝置

有效

• 申請號: 200810082253.2
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101299574A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 吳錫偉
• 申請（專利權）人: 蜜蜂工房半導體有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;G05F1/70
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 秦晨

技術領域

本發明涉及開關模式電源供應領域。更具體而言，本發明涉及利用脈沖頻率調制控制AC/DC變換器的運作以獲得高功率因子和輕載荷下的低備用功率而不需要檢測線電壓的方法和裝置。

背景技術

現在所有連接交流電網的電源供應裝置必須滿足歐洲標準EN-61000-3-2或其它國家中類似的諧波限制。未來將會有進一步的需求以滿足例如80PLUS和Energy?Star(能源之星)的效率標準。能夠滿足EN-61000-3-2要求的現有技術可分成兩類。

第一類(US4437146，US5134355，US5654880，US6900623，US2006/0158912)利用反饋回路檢測AC整流后的電壓并控制變換器的運作，使得由變換器的輸入電流跟隨AC整流后的電壓變化。當AC網電壓在大范圍(例如從115AV到240VAC內)變動時，該類存在著反饋回路穩定性的問題。他們使用復雜的補償電路確保穩定性，但易受AC網電壓中的噪音和失真的影響。例如，現有技術US6900623檢測AC網電壓的RMS值并相應地調整回路增益。該類使用乘法器產生參考正弦信號。然而，具有能夠在大輸入信號下優良運行的乘法器是困難的，且該問題限制了可最佳獲得的功率因子。

第二類(US5867379，US5742151)在不檢測AC網電壓的情況下使用非線性載波信號產生與第一類相同的控制信號。然而，它們僅適用于有限類型的變換器。

兩類都使用脈沖寬度調制(PWM)來控制AC/DC變換器內的開關并存在著電磁干擾(EMI)集中的問題。現有技術對使用脈沖頻率調制(PFM)或頻率調制(FM)(而不是PWM控制)的優點進行了研究以緩和EMI問題，使得可以使用更小和更便宜的EMI過濾器。然而，上述現有技術使用專用單元來調整開關頻率，而脈寬由另一單元控制。因此，令設計的復雜性倍增。

最后，為了滿足例如80PLUS和Energy?Star的功效標準，需要額外的電路駕駑這些功率因子控制器的正常控制，并降低輕載荷下的功率消耗。這意味著要有額外的電路和更復雜的控制以確保控制器在輕載荷模式和正常載荷模式之間順暢地轉換。

PFM方法是眾所周知提供輕載荷模式和正常載荷模式之間順暢轉換的解決方案。然而，PFM方法不適合沒有功率因子校正前級的傳統單級AC/DC變換器，因為在中等載荷下的輸出電壓紋波較大。然而，對于具有功率因子校正器作為前級和DC/DC變換器作為第二級的雙級AC/DC變換器來說，這不是個顧慮

因此，對將功率因子校正和PFM的功能合并成單一控制器以克服現有技術中的所有問題存在著需求。

發明內容

因此，本發明的目標是提供可以提高功率因子并降低AC/DC變換器的輸入電流的諧波的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是提供具有在輕載荷或無載荷情況下具有低功率消耗的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是使用PFM以控制AC/DC變換器，使得變換器可以在輕載荷模式和正常載荷模式之間順暢地過渡。

本發明的另一目標是提供能夠提高AC/DC變換器的EMI性能的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是提供能夠在寬廣的線輸入電壓范圍內運行的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是提供在其反饋回路中不使用乘法器的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是提供其反饋回路中不檢測線電壓的功率因子控制裝置。

本發明的另一目標是提供具有電流限制功能的功率因子控制裝置。

本發明使用PFM控制AC/DC變換器。由于脈寬固定，線電流的積分和脈沖截止時間(pulse?off?time)的積分可以推演出簡單的線性關系。因此，本發明僅需要簡單的積分器計算脈沖截止時間。盡管本發明的基本概念假設了固定脈寬，所推演的等式和執行方案僅要求脈寬為不依賴脈沖截止時間的變量。因此，可以逐個周期地調整脈寬以限制最大電流或保持變換器在連續電流模式下工作。

本發明的創新特征是去除了控制AC/DC變換器的反饋回路中的乘法器。本發明的另一創新特征是去除了電流控制回路中的非線性載波。本發明的另一創新特征是將PFM結合到功率因子校正方法中。本發明的另一創新特征是將電流限制功能結合到PFM中使得控制電路更加簡單。

本發明的優勢在于僅使用了簡單的積分器，使得可以獲得理論上等如一的功率因子。本發明的另一優勢在于與現有技術相比改善了傳導EMI。本發明的另一優勢在于受控的AC/DC變換器的開關損耗隨載荷下降，因為在輕載荷下，開關頻率降低。本發明的另一優勢在于開關頻率隨變換器的載荷下降，使得在輕載荷時不需要額外的電路降低功率消耗。