在维持输入功率因数的同时优化升压预转换器的效率制造技术

在所描述的示例中，功率因数校正(PFC)预转换器(104)包括升压转换器(108)和PFC控制器(106)。升压转换器(108)被配置为通过生成升压转换器输出电压来升高升压转换器输入电压。升压转换器(108)包括电感器、开关和二极管。PFC控制器(106)被配置为通过生成致使开关在第一时间段内闭合的信号来控制开关。当通过电感器的电流达到目标电流值时，第一时间段结束。PFC控制器(106)还被配置为通过响应于第一时间段结束，生成致使开关在第二时间段内断开的信号来控制开关。第二时间段基于第一时间段与临界导通模式接通时间之间的比率。

Optimizing the efficiency of boost pre-converter while maintaining input power factor

In the example described, the power factor correction (PFC) pre-converter (104) includes a boost converter (108) and a PFC controller (106). The boost converter (108) is configured to raise the input voltage of the boost converter by generating the output voltage of the boost converter. The boost converter (108) includes inductors, switches and diodes. The PFC controller (106) is configured to control the switch by generating a signal that causes the switch to close in the first period of time. When the current through the inductor reaches the target current value, the first time period ends. The PFC controller (106) is also configured to control the switch by generating a signal that causes the switch to disconnect in the second time period in response to the end of the first time period. The second period is based on the ratio between the first period and the critical conduction mode switching-on time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在维持输入功率因数的同时优化升压预转换器的效率
技术介绍
功率因数校正(PFC)预转换器可以用在许多应用中，包括作为开关模式电源中的组件。在开关模式电源中，整流器被配置为将交流(AC)线电压接收并整流为DC信号。PFC预转换器被配置为接收整流的线电压并生成DC电压，同时还提供功率因数校正。因此，PFC预转换器被配置为从线电压汲取与AC正弦波成比例并且与其同相的电流。传统的PFC预转换器可以以临界导通模式(CrCM)操作。在CrCM中，利用相对简单的控制电路来控制升压转换器(boostconverter)中的切换。PFC控制器被配置为在整个线周期上生成升压转换器开关的固定接通时间，以自动提供与输入电压成比例的输入电流，从而，提供功率因数校正。在每个导通时段结束时，在升压转换器的二极管中流动的电流自动放电到零，使得可以使用相对慢且廉价的二极管。
技术实现思路
上文描述的问题在很大程度上通过优化功率因数校正(PFC)预转换器的负载效率的系统和方法来解决。在一些实施例中，功率因数校正(PFC)控制器包括比较器、第一乘法器、脉冲扩展器、除法器、加法器、第二乘法器和栅极脉冲发生器。比较器被配置为将输入电流与目标电流值进行比较，并基于该比较输出比较器输出信号。第一乘法器被配置为基于PFC预转换器中的升压转换器的功率需求与峰值线电压的比率来生成临界导通模式接通时间。脉冲扩展器被配置为将比较器输出信号与临界导通模式接通时间进行比较，并基于该比较输出调整的接通时间。除法器被配置为将调整的接通时间除以临界导通模式接通时间，以生成不连续模式比率。加法器被配置为将调整的接通时间添加到放电时间以生成功率级时间。第二乘法器被配置为将不连续模式比率与功率级时间相乘以生成总时间段。栅极脉冲发生器被配置为响应于总时间段结束，生成栅极驱动信号以闭合(close)升压转换器中的开关。另一个说明性实施例是功率因数校正(PFC)预转换器，其包括升压转换器和PFC控制器。升压转换器被配置为通过生成升压转换器输出电压来升高升压转换器输入电压。升压转换器包括电感器、开关和二极管。PFC控制器被配置为通过生成致使开关在第一时间段内闭合的信号来控制开关。当通过电感器的电流达到目标电流值时，第一段时间结束。PFC控制器还被配置为通过响应于第一时间段结束，生成致使开关在第二时间段内断开(open)的信号来控制开关。第二时间段基于第一时间段与临界导通模式接通时间之间的比率。又一个说明性实施例是一种优化功率因数校正(PFC)预转换器的负载效率的方法。该方法包括第一次闭合PFC预转换器的升压转换器中的开关达到预定的临界导通模式接通时间，致使通过升压转换器的电感器的电流从零增加。该方法还包括监测通过电感器的电流。该方法还包括，响应于在临界导通模式接通时间的结束时通过电感器的电流处于的目标电流值，断开开关致使通过电感器的电流减小到零。该方法还包括，响应于在临界导通模式接通时间的结束时通过电感器的电流小于目标电流值，在临界导通模式接通时间的结束之后在调整的接通时间内保持开关闭合，该调整的接通时间在通过电感器的电流处于目标电流值时结束。该方法还包括，响应于在调整的接通时间结束时通过电感器的电流处于目标电流值，断开开关致使通过电感器的电流减小到零。该方法还包括在总时间段结束时第二次闭合开关，该总时间段基于调整的接通时间与临界导通模式接通时间之间的比率。附图说明图1示出了根据各种实施例的电源系统的说明性框图。图2示出了根据各种实施例的功率因数校正(PFC)预转换器的说明性电路图。图3示出了根据各种实施例的PFC控制器的说明性电路图。图4示出了根据各种实施例的通过PFC预转换器的升压转换器的电感器的电流的说明性时序图。图5示出了根据各种实施例的优化PFC预转换器的负载效率的方法的说明性流程图。具体实施方式在本说明书中，术语“耦合”(“couple”或者“couples”)意为间接或直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接，或通过经由其它设备和连接的间接连接。“基于”的叙述意为“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以基于Y和任何数量的其它因素。功率因数校正(PFC)预转换器可以用在许多应用中，包括作为开关模式电源中的组件。传统的PFC预转换器可以在临界导通模式(CrCM)下操作。在CrCM中，控制电路用于控制升压转换器中的切换。PFC控制器被配置为在整个线周期上生成升压转换器开关的固定接通时间，以自动提供与输入电压成比例的输入电流，从而提供功率因数校正。因此，开关周期中的峰值电流与输入电压成比例，因为随着输入电压的变化，通过升压转换器的电感器的电流的增加的斜率以相同的速率变化。由于通过升压转换器的峰值电流与输入电压成比例，因此平均电流也与输入线电压成比例。因此，输出电压是功率因数校正的。然而，当传递的功率降低时(即，从线电压汲取的电流变化)，升压转换器的接通时间也降低，因此，减小了峰值电流。降低峰值电流会降低平均电流。然而，因为传统的PFC预转换器在CrCM中操作，所以开关频率随着输入电压的降低而增加。在某些情况下，开关频率可能会增加许多数量级。此外，每次开关周期开始时，会损失一定量的能量，因此，当在轻负载下操作时，传统的PFC预转换器效率低。根据所描述的原理，PFC预转换器包括PFC控制器和升压转换器。PFC控制器用于控制升压转换器中的开关的切换。在一个实施例中，PFC控制器致使开关闭合，这致使通过升压转换器中的电感器的电流增加。开关保持闭合，直到通过电感器的电流达到目标电流值，该目标电流值被设置用于优化升压转换器的效率。因此，在一些实施例中，升压转换器的接通时间比传统的CrCM预转换器中的长。在通过电感器的电流达到目标电流值之后，PFC控制器致使开关断开，致使通过电感器的电流放电。为了还提供功率因数校正，PFC控制器确定闭合开关之间的总时段。基于开关闭合的时间量与如果在CrCM中操作时开关将被闭合的固定时间量的比率来确定总时段。那么该比率可以乘以电流流过电感器的时间。通过这种方式，PFC预转换器提供功率因数校正，同时提供比传统PFC预转换器更好的效率。图1示出了根据各种实施例的电源系统100的说明性框图。在一些实施例中，电源系统100是开关模式电源，其可被配置为接收交流(AC)线电压120(例如，从壁式插座供应的电力)并输出直流(DC)电源以驱动负载114。在一个实施例中，整流器102直接从壁式插座接收线电压120并将AC电压转换为DC电压。整流器102可以是全波整流器，其被配置为将线电压120的整个波信号转换为恒定极性(例如，正极性)。整流器102可以是任何类型的整流器，包括二极管桥式整流器(即，包括桥式配置中的四个二极管的整流器)和/或具有两个二极管的中心抽头变压器。整流器102的输出是由PFC预转换器104接收的DC信号。PFC预转换器104是被配置为从整流器102接收DC信号并生成恒定的输出电压同时提供功率因数校正(即，汲取与AC正弦波线电压120成比例且与其同相的电流)的预转换器。因此，PFC预转换器104被配置为移除和/或减少提供给负载114的功率中的谐波含量。PFC预转换器104可以包括PFC控制器106和升压转换器108本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率因数校正控制器即PFC控制器，其包括：比较器，其被配置为将输入电流与目标电流值进行比较，并基于所述比较输出比较器输出信号；第一乘法器，其被配置为基于PFC预转换器中的升压转换器的功率需求与峰值线电压的比率，生成临界导通模式接通时间；脉冲扩展器，其被配置为将所述比较器输出信号与所述临界导通模式接通时间进行比较，并基于所述比较输出调整的接通时间；除法器，其被配置为将所述调整的接通时间除以所述临界导通模式接通时间以生成不连续模式比率；加法器，其被配置为将所述调整的接通时间加到放电时间，以生成功率级时间；第二乘法器，其被配置为将所述不连续模式比率与所述功率级时间相乘以生成总时间段；以及栅极脉冲发生器，其被配置为响应于所述总时间段结束，生成栅极驱动信号以闭合所述升压转换器中的开关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.06 US 15/257,5341.一种功率因数校正控制器即PFC控制器，其包括：比较器，其被配置为将输入电流与目标电流值进行比较，并基于所述比较输出比较器输出信号；第一乘法器，其被配置为基于PFC预转换器中的升压转换器的功率需求与峰值线电压的比率，生成临界导通模式接通时间；脉冲扩展器，其被配置为将所述比较器输出信号与所述临界导通模式接通时间进行比较，并基于所述比较输出调整的接通时间；除法器，其被配置为将所述调整的接通时间除以所述临界导通模式接通时间以生成不连续模式比率；加法器，其被配置为将所述调整的接通时间加到放电时间，以生成功率级时间；第二乘法器，其被配置为将所述不连续模式比率与所述功率级时间相乘以生成总时间段；以及栅极脉冲发生器，其被配置为响应于所述总时间段结束，生成栅极驱动信号以闭合所述升压转换器中的开关。2.根据权利要求1所述的PFC控制器，其中，所述比较器还被配置为响应于所述输入电流等于所述目标电流值而输出高比较器输出信号，并且响应于所述输入电流小于所述目标电流值而输出低比较器输出信号。3.根据权利要求2所述的PFC控制器，其中，所述脉冲扩展器还被配置为响应于在所述临界导通模式接通时间的结束之前确定所述比较器输出信号为高而生成等于所述临界导通模式接通时间的调整的接通时间。4.根据权利要求2所述的PFC控制器，其中，所述脉冲扩展器还被配置为响应于在所述临界导通模式接通时间的结束时确定所述比较器输出信号为低而生成大于所述临界导通模式接通时间的调整的接通时间。5.根据权利要求1所述的PFC控制器，其中，所述栅极脉冲发生器还被配置为响应于所述调整的接通时间的结束，生成栅极驱动信号以断开所述升压转换器中的所述开关。6.根据权利要求5所述的PFC控制器，其中，通过在所述开关断开之后监测所述升压转换器中的电感器并且确定通过所述电感器的电流何时等于零来确定所述放电时间。7.根据权利要求1所述的PFC控制器，其中，确定所述功率需求是通过测量所述升压转换器的输出上的电压来确定的。8.一种功率因数校正预转换器即PFC预转换器，其包括：升压转换器，其被配置为通过生成升压转换器输出电压来升高升压转换器输入电压，所述升压转换器包括电感器、开关和二极管；以及PFC控制器，其被配置为通过以下方式控制所述开关：生成致使所述开关在第一时间段内闭合的信号，所述第一时间段在通过所述电感器的电流达到目标电流值时结束；并且响应于所述第一时间段结束，生成致使所述开关在第二时间段内断开的信号，所述第二时间段基于所述第一时间段与临界导通模式接通时间之间比率。9.根据权利要求8所述的PFC预转换器，其中，所述PFC控制器还被配置为：通过响应于所述第二时间段结束，生成致使所述开...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·利斯滕，A·维斯瓦纳森，B·麦克唐纳，P·C·布雷迪，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US