[發明專利]開關電源的控制電路和方法

在審

• 申請號: 202010558282.2
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN112117890A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: G·斯卡帕圖拉;A·比安科;F·西亞帕
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M1/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 董莘

本公開的實施例涉及開關電源的控制電路和方法。一種控制電路被配置為控制功率因數校正(PFC)預調節器，PFC預調節器包括功率開關并且被配置為以轉變操作模式和谷值跳過操作模式操作。控制電路基于電流閾值生成驅動信號來控制功率開關的切換。控制電路中的電流閾值發生器被配置為根據在谷值跳過操作模式下被跳過的谷值的數目來調制電流閾值。

技術領域

本公開涉及一種開關電源的控制電路。

背景技術

通常已知使用用于主動校正在通用電子裝置(諸如計算機、電視、顯示器等)中使用的開關電源的功率因數(稱為功率因數校正(PFC))并且向熒光燈供應電力的器件，即從電力線吸收電流的開關預調節器，該電流是準正弦的并且與電源電壓非反相。因此，這種類型的開關電源包括PFC電路和連接到PFC電路的輸出的直流-直流(DC-DC)轉換器。

典型的開關電源包括DC-DC轉換器和連接到配電線的輸入級或電路(通常為PFC電路)。PFC電路包括全波二極管整流橋和連接在下游以便根據正弦交流電源電壓產生未調節的直流電壓的電容器。電容器具有足夠大的電容，使得與直流或恒定電壓水平相比，在其端子處存在相對較小的紋波(ripple)。因此，整流橋的二極管將僅在電源電壓的每個半周期的一小部分內導通(conduct)，因為電源電壓的瞬時值在電源電壓的每個半周期的大部分內都小于電容器的電壓。結果是從電力線吸收的電流由一系列短脈沖組成，每個這樣的電流脈沖的幅度約為所得到的平均輸入電流值的5-10倍。

這會產生重大后果。首先，從電力線吸收的電流的峰值和RMS(均方根)值遠高于正弦電流吸收的情況。結果，由于連接到電力線的所有公用設施的幾乎同時的脈沖吸收，電力線上的電源電壓會失真。另外，在三相電力系統的情況下，中性導體中的電流大大增加，并且由電力系統提供的勢能或電力的利用率很低。實際上，由一系列電流脈沖形成的脈沖電流的波形包括很多奇次諧波，盡管這些諧波不會對提供給負載的功率有所貢獻，但是有助于增加從電力線吸收的RMS電流并且因此增加了電力線上的能耗。

用定量的術語來說，這可以全部用功率因數(PF)和總諧波失真(THD)來表示，PF是有功功率(電源發送給負載的功率加上以熱量形式在其中耗散的功率)與視在功率(RMS電壓與所吸收的RMS電流的乘積)之比，THD通常是指與所有較大諧波相關聯的能量相對于與基本諧波相關聯的能量的百分比。通常，帶有電容過濾器的電源的PF在0.4到0.6之間，THD高于100％。PFC電路(本文中稱為PFC預調節器)被布置在整流橋與DC-DC轉換器的輸入之間，以允許從電源線吸收與電源電壓非反相的準正弦電流，從而使PF接近1并且降低了THD。

圖1示意性地示出了包括升壓轉換器19和脈沖寬度調制(PWM)控制器或控制電路1的PFC預調節器。PWM控制電路1具有可變頻率，也稱為“轉變模式”(TM)，因為器件(device)工作在操作的連續導通模式(CCM)與不連續導通模式(DCM)之間的邊界線上，其中這些模式中的每個模式是指通過升壓轉換器19的電感器L的電流I_L的特性。特別地，控制電路1是恒定導通持續時間(COT)類型的，其中導通持續時間(on-time)被表示為TON并且對應于升壓轉換器19的每個切換周期的功率晶體管M的導通時段。根據COT控制方法，功率晶體管M的導通時段或時間TON被用作控制變量，并且在交流輸入電源電壓Vac的每個周期內，導通時間保持恒定在適當的值以獲得由升壓轉換器19通過如圖1所示的反饋控制回路生成的輸出電壓Vout的期望調節。升壓拓撲是PFC預調節器最常見的拓撲，并且因此本文中作為示例進行描述。