[發明專利]一種功率因數矯正裝置及控制芯片

在審

• 申請號: 202111106313.1
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113791665A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 涂才根;張勝;譚在超;羅寅;丁國華
• 申請（專利權）人: 蘇州鍇威特半導體股份有限公司
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 郭微

本發明公開了一種功率因數矯正控制芯片,控制芯片包括供電及偏置模塊、振蕩器模塊、非線性增益模塊、比較器CMP、電流運算放大器OTA1、驅動模塊以及電壓運算放大器OTA2，輔助供電端通過VIN管腳連接供電及偏置模塊，所述電流運算放大器OTA1負輸入端接IS管腳，其輸出端接非線性增益模塊，所述電壓運算放大器OTA2負輸入端接VS管腳，其輸出端接非線性增益模塊,非線性增益模塊輸出兩路信號分別送至比較器CMP的正負輸入端，一路信號VP為受控參考電壓，另一路信號VM為受控的斜坡信號，本發明通過電壓環、電流環的雙環控制，無需專門設計復雜的乘法器結構，即可實現PFC技術，既簡化了控制IC的設計，又減少了IC封裝引腳，縮小了封裝體積，同時又省去了諸多的外圍器件。

技術領域

本發明涉及電源管理技術領域，具體涉及一種功率因數矯正控制芯片。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，電能變換裝置的功率密度大大提高，裝置的體積和重量越來越小。大量的電力電子設備接入電網使用時，都需要通過將交流電轉換成直流電，各種設備在應用時勢必產生諧波，諧波電流涌入公用電網，會導致電網的電壓波形發生畸變，污染電網。

為了不污染電網，通常需要對電子設備進行改造設計，降低電子設備引入的輸入電流諧波含量。正因如此，功率因數矯正（PFC）技術應用十分廣泛，經過功率因數矯正后，電子設備從交流電網抽取的電流也會呈現正弦波形式，且其相位跟隨交流電壓，對于電子設備，輸入電壓與輸入電流達到同頻同相的狀態，這樣可以極大地降低輸入電流諧波，使得方案的功率因數值接近1。

現有的PFC技術通常需要內置乘法器，通過乘法器來保證輸入電流跟隨輸入電壓的頻率及相位。現有PFC技術如圖1所示。D1~D4為整流橋；C1為濾波電容，容值通常低于200nF；R1、R2構成線電壓Vbus的采樣網絡，中間節點連接IC的VRMS腳；L為電感；D5為續流二極管；N1為功率管；R4為電流采樣電阻；R3為開關頻率設置電阻；R5為乘法器輸出電阻；C2為電流環補償電容；C3為電壓環補償電容；R6、R7構成輸出采樣網絡，中間節點連IC的VS管腳；Cout為輸出電容。

現有技術中，管腳VS、VCOMP、運放OTA1及外部補償電容C3構成電壓環；管腳IS、ICOMP、運放OTA2及外部補償電容C2構成電流環。電壓環的功能是用于設計整個方案的輸出電壓Vout，電流環的功能是控制IS采樣的平均電流，即運放OTA2的端正輸入平均電流要等與負輸入端。由于乘法器Multplier的設計，乘法器的一個輸入端為VRMS，其信號波形也為半正弦波形狀，另一個輸入端為運放OTA1的輸出，由于電壓環的帶寬不高，電壓環的輸出電壓相對波動較小，因此乘法器的輸出也為半正弦波形狀。由上分析，電流采樣管腳IS的平均電流形狀也應該為半正弦波形狀，而IS采樣電流反映的是輸入電流Iin，由此實現輸入電壓Vbus和輸入電流Iin同頻同相，降低諧波含量，提升功率因數值。

然而，現有技術需要設計乘法器，增加了設計難度，由于用到乘法器，需要增加兩個管腳，VRMS和MULT，由此在封裝上增大了體積，并且VRMS管腳需要采樣網絡才能實現對輸入電壓Vbus的采樣，整體方案無論是體積，還是設計難度都較高，人們更希望尋求一種外圍更為簡潔、體積更小的PFC方案。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種功率因數矯正控制芯片,所述控制芯片包括供電及偏置模塊、振蕩器模塊、RS觸發器、非線性增益模塊、比較器CMP、電流運算放大器OTA1、驅動模塊以及電壓運算放大器OTA2，輔助供電端通過VIN管腳連接供電及偏置模塊，所述電流運算放大器OTA1負輸入端接IS管腳，其輸出端接非線性增益模塊，所述電壓運算放大器OTA2負輸入端接VS管腳，其輸出端接非線性增益模塊, 非線性增益模塊輸出兩路信號分別送至比較器CMP的正負輸入端，一路信號VP為受控參考電壓，另一路信號VM為受控的斜坡信號。