具有功率因数校正的AC/DC转换器制造技术

提供了一种AC/DC转换器和转换方法，其中AC输入由波形整形电容器整流和整形。电流源电路被用于向输出负载提供输出电流，输出负载具有并联的体电容器。电流源电路根据时序接通和关断，该时序取决于AC输入信号的相位。这利用具有很少的部件的低成本电路装置实现了相对高的功率因数，例如在0.7和0.9之间。

AC/DC Converter with Power Factor Correction

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有功率因数校正的AC/DC转换器
本专利技术涉及AC/DC转换器内的功率因数校正。
技术介绍
存在许多设备，其需要AC/DC转换以便由市电进行供电。本专利技术对LED照明特别感兴趣，其中AC/DC转换器为LED驱动器供电。LED驱动器例如包括谐振DC/DC转换器，其可以被配置或操作为恒流源或恒压源。恒流源可以被用于直接地驱动LED装置，从而实现单级驱动器。例如，恒压源可以被用于具有另外的驱动器电子装置的LED模块，以便利用来自由恒压源提供的输出电压的预定电流来确保对LED的对应的功率供应。在提供有市电功率(或其他AC功率)的功率转换器内实现的一个功能是功率因数校正(PFC)。AC电力系统的功率因数被定义为流到负载的实际功率与电路中的视在功率的比率。小于1的功率因数意味着电压和电流波形不同相或失真，降低了两个波形的瞬时乘积。实际功率是电路在特定时间内执行工作的能力。视在功率是电路的电流和电压的乘积。由于存储在负载中并且返回到源的能量，或者由于使从源汲取的电流的波形失真的非线性负载，因此视在功率将大于实际功率。如果供电电源以低功率因数操作，则负载将比在较高的功率因数时，针对传输的相同量的有用功率汲取较多的电流。使用功率因数校正可以增加功率因数。对于线性负载，这可能涉及使用电容器或电感器的无源网络。非线性负载通常需要有源功率因数校正来抵消失真并提高功率因数。(无源)功率因数校正通过提供相反符号的无功功率、增加用于消除负载的电感或电容效应的电容器或电感器，使AC功率电路的功率因数更接近于一(unity)。有源PFC利用功率电子装置来改变由负载汲取的电流的波形，以改善功率因数。有源PFC电路可以例如基于降压、升压或降压-升压开关模式转换器拓扑。有源功率因数校正可以是单级或多级的。对于大于25W的高功率照明，功率因数通常要求大于0.9。对于专业照明应用，甚至在小于25W的输入功率，功率因数通常也要求等于或大于0.9。由于照明工业一直受到极大的成本驱动，相关标准(IEC61000-3-2)允许对于低于25W的输入功率的功率因数较低(>0.5)。存在由标准设置的所谓的“特殊波形”要求，其保证了尽管功率因数低于0.9，但是市电输入电流谐波仍然是可以接受的。这种特殊波形被定义，使得典型的无源AC-DC转换器可以被用于照明，即所谓的桥/电解质电容器组合，如图1所示。这包括接收市电输入12的全桥整流器10，并且由整流器提供的整流DC信号直接地被连接到高电压电解质电容器14，其通常与用于限制电容性涌入电流的AC串联电阻器组合。输出负载由电阻器RL表示，并且表示消耗输入功率的任何类型的电路装置，例如，LED驱动器。通过输入电阻器Rin从市电汲取电流。在图2中，描绘了这种电路的典型波形。曲线20示出了市电输入电压(在带电和中性之间)，曲线22示出了通过输入电阻器Rin从市电汲取的电流，并且曲线24示出了跨电容器14和负载RL的输出电压。该电路的限制是功率因数仅达到0.5至0.6，因此不适合满足较高的功率因数要求(例如，如加利福尼亚要求的)和/或在美国实现能源之星标签。实现0.9的功率因数的功率因数校正电路是更复杂的。例如，在一些解决方案中，功率因数升压校正转换器被插入在桥式整流器和市电存储电容器之间。升压转换器强制执行与线电压始终同相并且在相同频率处的电流。在市电频率的两倍处产生的功率波动由高电压体电容器(bulkcapacitor)滤波，限制了所产生的(固有的)输出电压纹波。供电电源内部的另一个开关模式转换器从DC总线产生所需的输出电压或电流。该示例产生双级转换器，第一级是PFC升压级，第二级是另一开关模式转换器以提供输出电压或电流。当AC电压为(接近)零时，体电容器提供所需的能量存储以桥接输入功率间隙。因此，需要一种解决方案，其以合理的成本提供稍微较高的功率因数(例如至少0.7的功率因数)，而不需要针对高于0.9的功率因数使用更昂贵的解决方案。US2008/0123379公开了一种电压调节电路，包括：用于接收AC电压并用于产生整流AC电压的整流器；以及与所述整流AC电压并联连接以用于在负载上提供DC电压的电容器，其特征在于：被设置在整流器和电容器之间的单向电流开关；以及控制块，该控制块被布置成在整流AC电压的负斜率期间在所选择的情况下激活开关，使得所述DC电压不超过预定电压限制。通过控制由整流市电提供的电压，DC电压可以被调节到任何预设值(比AC市电峰值低)。本独创性的电压稳定器将对于不同市电峰值输入电压并且在宽范围的负载变化的情况下保证所期望的恒定DC负载电压值。因此，由该电压驱动的转换器可以是更加优化的或甚至不被调节的。US2013/0049618公开了一种用于从整流的高电压AC电源驱动低电压DC负载的适应电路，该适应电路包括电荷存储电路，该电荷存储电路包括：基本上串联连接的第一电容器和第二电容器，其中第二电容器与负载至少并联连接；以及有源开关，被实现为用于控制通过负载的负载电流的受控电流源，使得在闭合的开关状态下，负载电流基本上从电荷存储电路的第一电容器来汲取，并且在断开的开关状态下，负载电流基本上从第二电容器来汲取。该专利技术还描述了一种LED改型灯，包括：用于将灯连接到较高电压的市电电源信号的连接装置；额定为较低电压电源的LED设备；以及这种适应电路，以用于将较高电压的市电电源信号适配为用于驱动较低电压LED设备的低电压信号。该专利技术还描述了一种从整流的较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的方法。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据第一组示例，提供了一种AC/DC转换器，包括：用于接收AC输入信号的AC输入和用于为输出负载供电的DC输出；整流器，在第一和第二整流器端子之间提供整流信号；波形整形电容器，被连接在第一和第二整流器端子之间；电流源电路，与DC输出串联连接；以及与DC输出并联连接的体电容器，具有比波形整形电容器大的电容，其中电流源电路被适配为根据时序而接通和关断，该时序取决于AC输入信号的相位。该转换器利用跨整流器DC端子的整流器和电容器的标准配置。然而，该电容器仅是波形整形元件，其不足够大以用作体存储电容器。就其本身而言，波形整形电容器例如不足够大以阻止流向输出负载的电流的不连续性。相反，另一体电容器被设置为跨负载。输出电流由电流源电路递送，该电流源电路控制负载电流和体电容器的充电/放电电流之和。因此，电流源电路在功能上与负载串联。当电流源电路接通时，电流从输入中被汲取，当它关断时，没有电流从输入中汲取。与基本整流器电路相比，该电路使能使功率因数增加，而不会向电路引入过多的复杂性。这是通过根据AC输入信号的相位而设置从输入汲取电流并且将电流提供给输出(即，负载)的时序来实现的。它使能将转换器集成到诸如LED灯泡的低成本产品中。电流源电路例如被适配为在接通时递送恒定电流。这使能电流源电路的简单实施方式。在一个示例中，电流源电路包括线性电流源电路。这使能简单的电路实施方式。电流源电路例如包括与DC输出串联的晶体管和向晶体管的控制端子(即，双极结晶体管的基极或场效应晶体管的栅极)提供控制电压的恒压源。分流电阻器可以被设置在晶体管和下参考端子(例如，接地)之间。然后，市电输入电压中的变化导致集电极-发射极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AC/DC转换器，包括：用于接收AC输入信号(12)的AC输入和用于为负载(82)供电的DC输出；整流器(10)，在第一整流器端子和第二整流器端子之间提供整流信号；波形整形电容器(81)，被连接在所述第一整流器端子和所述第二整流器端子之间；电流源电路(76)，与所述DC输出串联连接；以及体电容器(14)，与所述DC输出并联，所述体电容器(14)具有比所述波形整形电容器大的电容，其中所述电流源电路(76)被适配为在切换周期期间连续地接通和关断，所述切换周期是其中跨所述波形整形电容器(81)的电压大于跨所述负载(82)的实际电压的周期，并且其中当所述电流源电路(76)被接通时，所述电流被提供给所述负载(82)和并联的所述体电容器(14)，并且当所述电流源电路(76)被关断时，没有电流被递送到所述负载(82)和并联的所述体电容器(14)，但是所述体电容器(14)保持通过所述负载(82)的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.24 EP 16200405.51.一种AC/DC转换器，包括：用于接收AC输入信号(12)的AC输入和用于为负载(82)供电的DC输出；整流器(10)，在第一整流器端子和第二整流器端子之间提供整流信号；波形整形电容器(81)，被连接在所述第一整流器端子和所述第二整流器端子之间；电流源电路(76)，与所述DC输出串联连接；以及体电容器(14)，与所述DC输出并联，所述体电容器(14)具有比所述波形整形电容器大的电容，其中所述电流源电路(76)被适配为在切换周期期间连续地接通和关断，所述切换周期是其中跨所述波形整形电容器(81)的电压大于跨所述负载(82)的实际电压的周期，并且其中当所述电流源电路(76)被接通时，所述电流被提供给所述负载(82)和并联的所述体电容器(14)，并且当所述电流源电路(76)被关断时，没有电流被递送到所述负载(82)和并联的所述体电容器(14)，但是所述体电容器(14)保持通过所述负载(82)的电流。2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述电流源电路被适配为在被接通时递送恒定电流。3.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述电流源电路包括线性电流源电路。4.根据权利要求3所述的转换器，其中所述电流源电路包括晶体管(80)和恒压源(88)，所述晶体管(80)与所述DC输出串联，所述恒压源(88)向所述晶体管的控制端子提供控制电压。5.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述电流源电路包括开关模式功率转换器。6.根据权利要求5所述的转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·索尔兰德，C·哈特拉普，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL