[發明專利]功率因子校正器

無效

• 申請號: 201010623102.0
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102111065A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 張成
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M3/155
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

這里所公開的實施例總體上涉及一種功率電路以及功率因子校正。

背景技術

工程師們將一般的交流(AC)功率(power)(干線功率(mainspower))轉換成直流(DC)功率，以供多個消費設備使用。功率管理系統使用在功率消耗方面具有低損耗的組件(例如，電感器、二極管、電容器、變壓器以及其他開關(JFET、MOSFET等))，將來自主電源(main?source)的AC功率轉換成DC功率。工程師們可以通過集中于從主電源汲取的電流的諧波以及干線電壓與從主電源汲取的電流之間的相位關系，來降低主電源的損耗；干線供電(mains?power?supplying)的效率通過功率因子來度量。AC到DC功率系統的功率因子可以定義為從主電源汲取的實際功率與均方根(rms)電壓V_rms和電流I_rms的乘積的比值。

主要由橋式整流器、開關式電源(SMPS)和控制電路組成的功率因子校正器(PFC)廣泛用于幫助使功率管理系統中的功率因子最大化，并且已經用于個人計算機、適配器以及照明設備中的功率管理。因此，功率因子是評價PFC的總體性能的關鍵參數。在低負載條件下工作的PFC的功率因子近來已經變得越來越重要，這是由于PFC目前可以在大多數工作時間內工作于低負載條件下。同樣，以多個干線電壓電平操作的PFC的功率因子始終是重要的，這是由于不同國家之間干線電壓有著很大不同。現有技術中的其他功率因子校正器控制在SMPS中使用的控制開關的接通時間，其中，在PFC穩定之后接通時間保持恒定時間段。

作為示例，PFC中的典型SMPS設計可以使用置于橋式整流器和濾波器之后的升壓(boost)轉換器。由于橋式整流器之后是濾波器電流，所以在橋式整流器的輸出處的電流可以不等于由升壓轉換器汲取的電流。在低負載或高干線電壓條件下，由于升壓轉換器所汲取的電流較小，因此橋式整流器之后的濾波器電流可以變得更加顯著。因此電源AC電流在較短時間段內變得更加集中。相應地較高的集中性可以增大源AC電流的rms值，并因此可以降低功率因子，這是由于這兩個量成反比。

考慮到上述，長期迫切需要AC/DC功率轉換器工業在低負載或高干線電壓條件下更有效率地傳遞功率。

發明內容

本實施例提供了功率轉換控制的顯著進步，在低負載下獲得高功率因子，本實施例也其他特征和優點。提供了不同示意示例實施例的簡要概述。在以下概述中可以進行一些簡化和省略，這意在突出和介紹不同示例實施例的一些方面，但并不意在限制本發明的范圍。以下部分中將給出足以使本領域技術人員能夠做出或使用本發明構思的優選示例實施例的詳細描述。

不同實施例涉及通過功率因子校正器控制從主電源傳遞至負載的功率的方法，功率因子校正器具有橋式整流器和SMPS，SMPS可以是具有通過二極管連接至電容器和電感器電流控制開關的鐵芯電感器(core?inductor)，電感器電流控制開關在接通(ON)和關斷(OFF)狀態之間可切換，并且僅在接通狀態期間導通，以控制通過鐵芯電感器的電流、控制傳遞至負載的電流。功率因子校正器接收干線交流(AC)電壓作為輸入，其中，干線AC電壓在循環周期上從零到零以循環方式變化的絕對電壓值。循環周期具有第一半循環周期和第二半循環周期，在第一半循環周期期間絕對電壓值從零增大到最大值，在第二半循環周期期間絕對電壓值從最大值減小到零。

根據不同實施例，電流控制開關相對于循環周期以時序方式產生一系列轉換循環，每個轉換循環包括持續時間T_on和持續時間T_off，在持續時間T_on期間電流控制開關接通，在持續時間T_off期間電流控制開關關斷。在PFC的穩定狀態，在第二半循環周期期間電流的傳遞較高，使得第二半循環周期期間鐵芯電感器的平均電流大于第一半循環周期期間鐵芯電感器的平均電流。

在不同實施例所提供的特征和優點之中，到負載的電流傳遞的這種時域移位為PFC提供了實質上改進的功率因子，尤其是在低負載值或高干線AC電壓下。

根據一個方面，電流控制開關的操作通過增大循環周期上的T_on，使得在第二半循環周期期間的平均T_on長度實質上比第一半循環周期期間的平均T_on長度長，來將電流的傳遞移位至第二半循環周期。從而將第二半循環周期內鐵芯電感器的平均電流控制為實質上大于第一半循環周期內該鐵芯電感器的平均電流。