[發明專利]圖騰柱功率因數校正轉換器中的自舉預充電電路

在審

• 申請號: 201980090711.3
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113383489A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 魯賓尼奇·姚克紹;阿尼爾·亞拉馬斯;龔冰
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/42;H02M1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 韓聰

一種功率因數校正轉換器，輸出來自AC輸入電壓的DC輸出電壓，包括：兩個通道，各自包括在功率因數校正轉換器的正輸出端子與負輸出端子之間級聯連接的高側開關和低側開關，并且具有高側開關與低側開關之間的節點；電感器，連接到AC輸入電壓的第一端子以及第一節點；柵極驅動器，連接到第二高側開關和第二低側開關；自舉電路，連接到第二節點和柵極驅動器；其中，第二節點連接到AC輸入電壓的第二端子；以及自舉電路在AC輸入電壓的負半周期的開始處被預充電。

技術領域

本發明涉及圖騰柱功率因數校正(PFC)轉換器。更具體地，本發明涉及圖騰柱PFC轉換器中的自舉預充電電路。

背景技術

在半橋電路配置和全橋電路配置中，橋的每個支路中的晶體管或開關級聯連接。在圖騰柱PFC轉換器(TPPFC)中，低側晶體管的源極端子連接到PFC回路(PFC V-)。通常，幾伏的正柵源電壓Vgs足以導通金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。同樣，通常需要正柵源電壓Vgs高于2V以導通用于功率器件的n溝道MOSFET。來自電源的低電壓通常容易地在大多數應用中可用，因此驅動低側MOSFET很少有問題。然而，半橋電路或全橋電路中的高側MOSFET的源極端子連接到級聯配置的中點，該中點也是低側MOSFET的漏極端子。該連接點通常被稱為半橋(HB)節點。因此，必須在HB節點處生成正柵極電壓以導通高側MOSFET。因為HB節點處的電壓可以與橋式電路的整流輸出電壓一樣高，因此需要提供更高的柵源電壓Vgs以導通高側MOSFET。

已使用了產生柵源電壓Vgs來導通高側MOSFET的若干方法。一種方法是具有用于高側柵極驅動器的單獨的電源，該電源可以從電路中的變壓器繞組得到。另一種方法是使用連接到HB節點的現有可用的電源和自舉電路。自舉電路解決方案使用更少的組件和空間，但是需要在設計過程中仔細考慮以保證正確操作。如果在用于高側柵極驅動器的圖騰柱拓撲中使用自舉電路，則除非自舉電路中的電容器被預充電，否則當在AC周期的負部分中啟動PFC轉換器時可能會存在問題。

然而，在雙通道TPPFC轉換器中，可以在特定的條件下禁用第二通道以提高效率。然而，第二通道應能夠當需要時沒有延遲地操作。如果在所輸入的AC電壓的負半周期中啟用通道，則無需預充電的自舉電容器地對高側電源輸入進行自舉可以產生幾微秒的明顯延遲。這在某些情況下是有問題的。需要立即啟動通道時的情形中的一種情形是在線路中斷之后的轉換器恢復期間。如果恢復時刻落在負AC半周期中，則第二通道將不在負半周期期間內啟動。通常驅動MOSFET的控制電路不對與線路中斷狀況類似的問題做出響應，并且在假設高側通道和低側通道中的兩者都是可操作的情況下，將以50％的功率來驅動這兩個通道。在這種情況下，只有一個通道是激活的，并且提供一半的所需要的功率。結果是轉換器輸出電壓的進一步下降，這可能會導致下一轉換器階段由于欠電壓輸入狀況而停機。這樣的操作行為限制了轉換器的擾動抵御能力。

可能會導致延遲問題的另一狀況是在負載的瞬變期間。第二通道的升壓操作中的延遲將導致輸出電壓跟蹤誤差增大。通常，控制電路可以通過從主通道生成更多的功率來補償。然而，壓力過大的一個通道可能會導致諸如達到最大允許電流的問題。轉換器的瞬時響應也受影響，這是因為在AC輸入電壓的正部分期間突然啟用第二通道會由于先前的來自控制電路的功率補償而在輸出電壓中產生過沖。明顯的過沖可以由于過壓狀況而設置各種警告標志。最終，控制電路將校正該問題并將傳輸到輸出端的功率設置在正確的值，但是轉換器的總瞬時響應和性能劣化。

如上所述，一種產生需要的柵源電壓Vgs以導通高側MOSFET的方法是使用專用變壓器繞組對高側柵極驅動器供電。然而，專用繞組需要附加的整流器和濾波器。另一方面，使用現有的具有自舉電路的電源是一種簡單的替代，但是受上述限制的影響。

發明內容

為了克服上述問題，本發明的優選實施例提供了自舉電源的預充電的電路，該預充電的電路在AC輸入從正AC半周期到負AC半周期的過零交叉之后對自舉電容器進行充電。