[發明專利]功率因數校正電路

有效

• 申請號: 200910178902.3
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN101714829A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 張曉陽
• 申請（專利權）人: 弗萊克斯電子有限責任公司
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M1/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 史新宏

技術領域

本發明涉及一種功率因數校正電路。

背景技術

諸如筆記本電腦、臺式計算機、監視器等之類的電子設備通常接收來自 交流電源的功率。然而，在大多數情況中，設備需要直流功率來工作，因此 來自交流電源的功率必須被轉換為直流功率。實現這一目的的最簡單的方式 是通過二極管整流電路。在這種類型的電路中，二極管被放置在電路中，從 而交流電流僅在一個方向上流動，因此整流器的輸出維持非負(non-negative) 電壓。這種方法通常是最便宜的交流-直流轉換方案，但是它在交流功率網絡 上也產生最多的噪聲或“污染”。這如以下情況：因為當功率轉換器耦接到非 純電阻性的負載(例如，包括電容器和電感器的電抗性負載)時，從交流電 源流出的電流可能與交流電壓異相，因此這可能導致諧波(harmonics)增加。 因而，如果被大量使用，則使用這一方法的設備可能極大地影響交流電力線 的質量。另外，電抗性負載使得功率轉換器不太有效。電抗性負載中存儲的 能量導致電流波形與電壓波形之間的時間差。該存儲的能量返回到電源并且 在負載處不起作用，因此電路的“實際功率”少于“視在功率”。實際功率與 視在功率之比通常被稱作電路的功率因數。如可理解的，與具有高功率因數 的電路相比，具有低功率因數的電路將被要求流出更大的電流以便輸送給定 數量的實際功率，這在功率分配系統中轉化為增加的損耗以及增加的能量成 本。因此，期望提供不具有這些缺點的交流到直流功率轉換。

為了實現這個目的，可以使用包括功率因數校正(PFC)電路的功率轉 換器。通常，PFC電路具有將交流電流與直流電壓維持為基本同相的功能， 因此功率轉換器將純電阻性負載重組到交流電源，這降低了交流電力線上的 污染且增加了功率轉換器的效率。一種PFC電路通常被稱作無源PFC電路。 無源PFC電路僅使用無源組件，例如電感器和電容器，來執行功率因數校正。 無源PFC電路通常堅固耐用且有效，但是它通常難以使失真降低到可接受級 別。再者，由于無源PFC電路以相對低的線頻率(例如，50Hz或60Hz)操 作，因此所需的電感器和電容器尺寸可能較大且成本較高。

另一種PFC電路通常被稱作有源PFC電路。有源PFC電路一般具有至 少一個開關。最常使用的有源PFC電路基于升壓轉換器(boostconverter)， 該升壓轉換器被包含在圖1中所示的現有技術的PFC電路10中。PFC電路 10操作以便對輸入電流整形，從而實現低失真級別。由于使用了相對較高的 切換頻率(例如，50kHz到300kHz)，因此當與無源PFC電路相比時，極大 地減小了所需的相關聯的無源組件的尺寸。然而，如可以理解的，典型的有 源PFC電路具有固有的缺陷，包括，由于增加了切換級(stage)和相關聯的 功率損耗而具有降低的整體功率轉換效率。

現在參考圖1來描述現有技術的有源PFC電路10的結構。如可以看出 的，交流電源14跨接在全波橋式整流器D3的輸入端。橋式整流器D3的第 一輸出端經由節點26耦接到電感器L的第一端。電感器L的第二端在節點 21處耦接到晶體管開關Q的漏極和二極管D的陽極。二極管D的陰極耦接 到大容量電容器C的第一端，該大容量電容器C的第一端形成PFC輸出節點 22，該PFC輸出節點22可以進一步耦接到負載。如所示，橋式整流器D3的 第二輸出端、晶體管開關Q的源極和電容器C的第二端可以耦接到地。而且， PFC控制電路18可以耦接到晶體管開關Q的柵極以便控制晶體管開關Q是 通電(即，該開關閉合)或不通電(即，該開關斷開)。另外，PFC控制電路 18可被操作來感測功率轉換器中的各種電壓和電流。

在操作中，電流從橋式整流器D3流經電感器L，并且當開關Q閉合時 流經開關Q。在所述條件下，二極管D被電容器C(即，PFC輸出節點22) 上的電壓反向偏壓。流經電感器L的電流以電磁場的形式存儲能量。當開關 Q斷開時，所存儲的能量通過流經二極管D的電流被輸送到大容量電容器C， 該二極管D在所述條件下被正向偏壓。大容量電容器C中的能量維持PFC輸 出節點22處的電壓，并且可用來驅動負載(例如，另一電源級)。如可以理 解的，能量從交流電源14輸送到電容器C的比率取決于晶體管開關Q的占 空比。因此，使用反饋電壓和電流信號，PFC控制電路18可以控制晶體管開 關Q的切換發生的時間，因此交流電流和交流電壓基本同相，從而PFC輸出 節點22的電壓被基本維持在恒定直流電平。