用于pfc轉(zhuǎn)換器的電力供給電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PFC轉(zhuǎn)換器（100），其包括電壓整流器電路（126,127,153）和電壓調(diào)節(jié)器電路（81,90,33,54）。所述PFC轉(zhuǎn)換器（100）還包括電感器（140），其具有耦合到電壓整流器電路（126,127,153）和電壓調(diào)節(jié)器電路（81,90,33,54）的多個輔助繞組（141,142）。其中一個輔助繞組（142）被設(shè)置成在起動階段期間利用電壓整流器電路（126,127,153）向電壓調(diào)節(jié)器電路（81,90,33,54）提供起動電壓（V1）。另一個輔助繞組（141）被設(shè)置成在穩(wěn)態(tài)階段期間利用電壓整流器電路（126,127,153）向電壓調(diào)節(jié)器電路（81,90,33,54）提供電壓（V1）。
【專利說明】用于PFC轉(zhuǎn)換器的電力供給電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PFC轉(zhuǎn)換器，更具體來說涉及用于降壓-升壓功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電力供給電路。
【背景技術(shù)】
[0002]PFC轉(zhuǎn)換器被利用來改進AC電力的功率因數(shù)。電力轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方面的一個重要考慮因素是電力轉(zhuǎn)換器應(yīng)當提供高功率因數(shù)。電力轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)通常是指電路中的實際功率與電壓和電流的乘積的比值。高功率因數(shù)是近似或超出0.9的功率因數(shù)，最大功率因數(shù)是1.0。例如在被供電的設(shè)備中，對于所輸送的相同數(shù)量的實際功率，具有低功率因數(shù)的負載所吸取的電流多于具有高功率因數(shù)的負載。
[0003]固態(tài)PFC控制器也是已知的，并且被設(shè)計用于每一種主要的開關(guān)模式電力轉(zhuǎn)換器拓撲:降壓、升壓以及降壓-升壓。一般來說，包括降壓-升壓電路的降壓衍生電路會中斷線路輸入電流，而升壓衍生電路則不會。
[0004]降壓-升壓電力轉(zhuǎn)換器通常也是本領(lǐng)域內(nèi)所公知的:降壓(步降)轉(zhuǎn)換器后面跟隨著升壓(步升)轉(zhuǎn)換器。輸出電壓的極性與輸入相同，并且可以低于或高于輸入。這樣的非反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以使用單個電感器，其可以被既用作降壓電感器又用作升壓電感器。
[0005]這樣的傳統(tǒng)的降壓-升壓電力轉(zhuǎn)換器包括內(nèi)部電力供給電路，其通常由PFC電感器的輔助繞組、電荷泵電路和線性電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成。降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器中的這種內(nèi)部電力供給電路的一個重要限制在于，電荷泵之后的電壓包括高波紋電壓，其頻率為主輸入頻率的兩倍。這一高波紋電壓的后果在于其導致線性電壓調(diào)節(jié)器具有高功率損耗，并從而導致成本效益較低。
[0006]需要一種能夠避免現(xiàn)有技術(shù)電路的限制的功率因數(shù)校正電路。具體來說，需要一種用于降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電力供給電路，其能夠消除或減少波紋電壓，從而允許線性電壓整流器之后的電壓在穩(wěn)態(tài)下與DC總線電壓(降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的輸出)成線性。更小的或者被消除的電壓波紋將改進線性電壓調(diào)節(jié)器中的功率損耗因數(shù)，并且允許降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器具有更高的成本效益。
[0007]本發(fā)明解決了這樣的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了消除或減少存在于傳統(tǒng)PFC轉(zhuǎn)換器中的電壓波紋的具有功率因數(shù)校正電路的電力轉(zhuǎn)換器的各個方面。
[0009]本發(fā)明的一方面涉及一種降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器，其包括:具有繞組以及第一輔助繞組和第二輔助繞組的電感器；連接到第一和第二輔助繞組的峰值電壓整流器；以及耦合到峰值電壓整流器的電壓調(diào)節(jié)器。
[0010]本發(fā)明的另一方面涉及包括電壓整流器電路和電壓調(diào)節(jié)器電路的PFC轉(zhuǎn)換器。所述PFC轉(zhuǎn)換器還包括電感器，其具有連接到電壓整流器電路和電壓調(diào)節(jié)器電路的多個輔助繞組。其中一個輔助繞組被設(shè)置成在起動階段期間利用電壓整流器電路向電壓調(diào)節(jié)器電路供給起動電壓。另一個輔助繞組被設(shè)置成在穩(wěn)態(tài)階段期間利用電壓整流器電路向電壓調(diào)節(jié)器電路供給電壓。
[0011]本發(fā)明的另一方面涉及一種用于在具有降壓晶體管、升壓晶體管和電壓調(diào)節(jié)器的降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)功率因數(shù)校正的方法。所述方法包括以下步驟:當降壓晶體管和升壓晶體管都處于關(guān)斷狀態(tài)時，把電壓調(diào)節(jié)器處的電壓控制成與降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓相比基本上成線性。所述方法還包括以下步驟:當降壓晶體管和升壓晶體管都處于接通狀態(tài)時，控制電壓調(diào)節(jié)器處的電壓從而使得在起動階段期間滿足對應(yīng)于降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的閾值電壓。
[0012]本發(fā)明的各個實施例的一個目的是改進PFC轉(zhuǎn)換器的線性電壓調(diào)節(jié)器中的功率損耗因數(shù)。
[0013]本發(fā)明的各個實施例的另一個目的是改進降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的成本效益。
[0014]通過結(jié)合附圖閱讀后面對于本發(fā)明的各個實施例的詳細描述，本發(fā)明的前述實施例和其他實施例以及本發(fā)明的各個特征和優(yōu)點將更加顯而易見。詳細描述和附圖僅僅說明而非限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其等效表述限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出了傳統(tǒng)的PFC電路配置。
[0016]圖2示出了來自圖1中所示的傳統(tǒng)PFC電路配置的理論波形輸出。
[0017]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的PFC電路的一個示例性實施例。
[0018]圖4示出了來自圖3中所示的PFC電路配置的理論波形輸出。
【具體實施方式】
[0019]后面的描述是實施本發(fā)明的最佳設(shè)想模式。給出這一描述的目的是為了說明本發(fā)明的一般性原理，并且不應(yīng)當被理解成做出限制。本發(fā)明的范圍是參照所附權(quán)利要求書來最佳地確定的。
[0020]圖1示出了典型的級聯(lián)降壓升壓功率因數(shù)校正(PFC)電路10，其包括與升壓拓撲級聯(lián)的傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器。在這種拓撲中，輸出電壓可以低于或高于峰值輸入電壓。取決于輸入電壓，占空比相應(yīng)地發(fā)生變化。因此當輸出電壓小于輸入電壓時，所述電路作為降壓轉(zhuǎn)換器操作，并且當輸出電壓大于輸入電壓時，所述電路作為升壓轉(zhuǎn)換器操作。
[0021]電路10包括電磁干擾(EMI)濾波器3、橋接二極管(21-24)、降壓MOSFET 30、PFC電感器40、升壓MOSFET 31、電阻器83、電容器50和51、二極管25和28以及PFC控制器60。MOSFET 30和31由PFC控制器60控制，并且被控制成同時接通/關(guān)斷。MOSFET 30通過驅(qū)動電路70被驅(qū)動。
[0022]圖1中的電路10還包括PFC電感器40的輔助繞組41、電阻器80、電荷泵電路(電容器52和53以及二極管26、27)以及線性電壓調(diào)節(jié)器(電阻器81、齊納二極管90、晶體管33和電容器55)。
[0023]在操作中，當電壓被施加到輸入端子I和2時，電流通過電阻器82對電容器54充電。當Vdd處的電壓(即電容器54的電壓)達到起動閾值時，PFC控制器60就開始振蕩并且驅(qū)動MOSFET 30和31。電路10于是在Vdd處的電壓下降到PFC控制器60的停止閾值電壓以下之前開始提供足夠高的電壓。
[0024]由于電路10具有處于線性電壓調(diào)節(jié)器前方的電荷泵電路，因此Vl處的電壓(電荷泵電路的輸出)與PFC電感器40的輔助繞組41的峰值-峰值電壓成線性。當MOSFET 30和31接通時(即激活模式或?qū)Ｊ?，輔助繞組41的電壓具有負極性(二極管26接通(正向偏置))。負電壓等于輸入電壓除以電感器40匝數(shù)比，例如n=N (電感器40) /N (輔助繞組41)，
【權(quán)利要求】
1.一種PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其包括: 具有繞組以及第一輔助繞組(141)和第二輔助繞組(142)的電感器(140)； 耦合到第一和第二輔助繞組(141，142)的電壓整流器(126，127，153);以及 耦合到電壓整流器的電壓調(diào)節(jié)器(81，90, 33，54)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的PFC轉(zhuǎn)換器(100)， 其中，第一和第二輔助繞組(141，142)當中的每一個的第一端子連接；并且 其中，所述電壓整流器(126，127，153)包括: 電容器(153);以及 第一和第二二極管(126，127)，第一和第二二極管(126，127)當中的每一個的對應(yīng)的第一連接點連接到第一和第二輔助繞組(141，142)的對應(yīng)的第二端子，第一和第二二極管(126，127)當中的每一個的第二連接點連接到電容器(154)和電壓調(diào)節(jié)器(81，90，33，54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的 PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述第一連接點是第一和第二二極管(126，127)當中的每一個的陽極，并且所述第二連接點是第一和第二二極管(126，127)的陰極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器(81，90，33，54)包括晶體管(33)，所述晶體管(33)的非控制端子耦合到第一和第二二極管(126，127)當中的每一個的第一連接點和電容器(153)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其還包括耦合到電壓調(diào)節(jié)器(81，90，33，54)的PFC控制單元(60)，其中第一或第二二極管(126，127)的其中之一以及第一或第二輔助繞組(142)的其中之一被配置成控制所述非控制端子處的電壓(VI)，從而使得在起動時滿足PFC控制單元的起動閾值電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述PFC轉(zhuǎn)換器(100)是降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)。
7.權(quán)利要求6的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)還包括耦合到AC輸入電壓信號線的整流器橋(21-24)。
8.權(quán)利要求7的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)耦合到照明系統(tǒng)。
9.權(quán)利要求8的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述照明系統(tǒng)包括固態(tài)照明組件。
10.一種用于在具有降壓晶體管(30)、升壓晶體管(31)和電壓調(diào)節(jié)器(81，90，33，54)的降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)中實現(xiàn)功率因數(shù)校正的方法，所述方法包括以下步驟: 當降壓晶體管(30)和升壓晶體管(31)都處于關(guān)斷狀態(tài)時，把電壓調(diào)節(jié)器(81,90, 33，54)處的電壓(VI)控制成與降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)的輸出DC電壓相比基本上成線性；以及 當降壓晶體管(30)和升壓晶體管(31)都處于接通狀態(tài)時，控制電壓調(diào)節(jié)器(81，90，33，54)處的電壓(Vl)從而使得在起動階段期間滿足對應(yīng)于降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器的閾值電壓。
11.一種PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其包括: 電壓整流器電路(126，127，153)； 電壓調(diào)節(jié)器電路(81，90，33，54);以及具有耦合到電壓整流器電路(126，127，153)和電壓調(diào)節(jié)器電路(81，90，33，54)的多個輔助繞組(141，142)的電感器(140)，其中所述多個輔助繞組的其中之一(142)被設(shè)置成在起動階段期間利用電壓整流器電路(126，153)向電壓調(diào)節(jié)器電路(81，90，33，54)提供起動電壓(VI)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述PFC轉(zhuǎn)換器(100)是降壓-升壓PFC轉(zhuǎn)換器(100)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述多個輔助繞組當中的另一個(141)被設(shè)置成在穩(wěn)態(tài)階段期間利用電壓整流器電路(127，153)向電壓調(diào)節(jié)器電路(81，90，33，54)提供電壓(VI)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述電壓與PFC轉(zhuǎn)換器(100)的輸出DC電壓相比基本上成線性。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述PFC轉(zhuǎn)換器耦合到照明系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要 求15的PFC轉(zhuǎn)換器(100)，其中，所述照明系統(tǒng)包括固態(tài)照明組件。
【文檔編號】H02M3/158GK103477547SQ201280019664
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月22日
【發(fā)明者】Y.方, S.K.普拉德翰 申請人:皇家飛利浦有限公司