本发明专利技术涉及与ＰＦＣ集成的ＶＲＭＳ和整流检测全桥同步整流。一种同步全桥整流器被控制以提供接近１的功率因数。该全桥整流器是每个具有控制输入的晶体管。检测电路内的ＡＣ输入信号和电流，并将其发送到控制器。作为响应，控制器基于相对ＡＣ输入信号形成接近１的功率因数，即时输出导通／关断整流ＭＯＳＦＥＴ的控制信号。该全波整流器由Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ形成，某些具有快速体二极管。这些ＭＯＳＦＥＴ是整流器以及ＰＦＣ控制元件。结果是具有ＰＦＣ的一级同步整流器。固态的精确模拟差动放大器检测ＡＣ线路波形，高频电流互感器检测电流。该控制器接受放大器的输入以及所检测的电流，并且输出导通和关断四个ＭＯＳＦＥＴ的控制信号。导通和关断的定时这样进行设置，使得从ＡＣ源得到的电流为正弦波并且与正弦波ＡＣ源的相位匹配。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及同步整流器中的交流源电压检测以及电流检测，并且更具体地，本专利技术涉及具有PFC(功率因数校正)的全桥同步整流中的这种检测。
技术介绍
图1是将AC(交流)输入电压2转换成DC(直流)输出电压4的基本整流、升压电路的现有技术示意图。该电路具有两级，第一级是由D1-D4组成的二极管全波整流器，第二级是升压电感器Lb、升压开关Qb、升压二极管Db、以及输出滤波电容器Cf。Qb是N沟道MOSFET，其中栅极10和源极12之间的正电压导通Qb，并且对于从漏极14流到源极12的电流呈现低阻抗路径。如图所示，MOSFET Qb具有从源极到漏级的内部体二极管16，当源极电压比漏级电压高时可以载流。二极管D1-D4构成在电感器Lb左端提供整流的正弦电压12的全波整流器桥。功率MOSFET Qb由平均电流控制器6以比AC电源(mains)输入电压更高的开关频率来导通和关断。典型的开关频率在40kHz到100KHz的范围内。平均电流控制器脉宽调制(PWM)Qb的导通，从而迫使Lb中的基波电流与整流电压12的形状类似。例如，当D1的阳极相对D4的阴极由AC输入电压进行正向驱动时，升压电感器Lb通过D1、Qb、以及D4返回到AC输入2而进行充电(形成电流)。当Qb关断时，Db的阳极电压上升，直到Lb通过Db、负载8、并联电容器Cf以及D4返回到AC源2而放电。当Db导通时，其防止电容器Cf通过Qb回放电。输出电压4将被调节到某个DC电平，典型地，对于120/240Vac的AC电源输入，其是400Vdc。在下一个AC电源的半个周期，通过D3、Lb、Qb以及D2返回到AC电压源而对Lb进行充电。再次当Qb关断时，Lb通过Db、负载8以及并联电容器Cf进行放电并且将输出电压4调节到某个电平。图1的现有技术控制器6被设计成改变d(t)信号脉冲宽度，使得电流ird(t)10与整流电压vrd(t)成比例。如果是非常精确的成比例，那么功率因数为1.0，但是实际上功率因数仅能接近1.0。如下文所述，这种校正起了作用，从而使得AC电压源上的负载是阻性的。这种情况下，当前负载与AC电压源2成比例(即，正弦并且同相)。在图1所示的现有技术电路中，在D1和D3的阴极上检测电压vrd(t)，并且可以用电流互感器或者通过检测串联电阻器两端的电压降来检测负载电流10。美国专利No.6,738,274B2(’274)描述了其中减小了电路损耗并且校正了功率因数的开关式电源。然而，在该专利中，未以任何细节示出或者讨论电流检测和电压检测。如果象现有技术那样使用电阻器和50/60Hz互感器的话，该专利中的许多优点都不能实现。串联电流检测电阻器消耗了功率并且50/60Hz线电压检测互感器有损耗并且实体上特别庞大。通过电阻器的现有技术电流检测典型地使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)以及图2的各个反并联二极管D10、D12。见’274专利的图5，控制信号的产生在该专利中并未详述。然而，如上所述，用于产生这种控制信号的控制器的逻辑电路的设计或者大规模IC(集成电路)计算机的使用对于本领域技术人员来说是公知的。除了将PFC功能与整流功能集成外，图2的电路操作与图1类似。控制器操作IGBT开关Q1和Q2，使得AC输入上的负载呈现电阻性。该实施例中，升压电感器Lb在公共铁心上典型地被分成两个绕组。在AC电压极性如图2中所标示时的AC输入半周期中，通过Q1对电感器Lb进行充电，放电通过导通和关断Q1进行控制。在该周期中，电感器的放电通过D1、Cf、负载和D12来完成。在交替的AC输入的半周期中，放电路径为通过D2、负载和D10。控制器的主要部分(content)可以是驱动Q1和Q2实现PFC接近1的处理器，PFC接近1就是AC输入上的负载呈现为电阻性。仍然参考图2，50/60Hz AC线路互感器将单独表示的输入AC信号Vrd(t)提供给控制器7。将该互感器的二次侧进行全波整流，从而提供与AC输入的绝对值成比例的信号。该互感器对于消除AC输入和控制器(负输出)之间共同存在的共模电压是必要的。从AC输入信号流出的电流ird(t)可以从互感器9或者从串联电阻器Rs中检测出来。将所检测的电流输入到控制器7中。控制器响应vrd(t)以及ird(t)输出开关频率PWM d(t)信号，其驱动Q1和Q2的栅极以便使得AC输入上的负载为电阻性。为图1、2、3和4a中的电路产生这些控制信号的电路在本领域技术人员的能力方面是公知的。该控制器电路包括低压(+12-15V直流)电源以及产生图中所示的信号和定时的可编程数字电子器件。同样，注意图1的电路具有两级，整流器二极管以及随后的功率因数校正级，而整流和功率因数控制出现在图2中的单个级中。在图2和3中，50/60Hz互感器用于检测AC输入电压。这些互感器非常大、占地大、有损耗并且昂贵。该互感器也不能在某些宽范围输入应用中出现的DC输入电压条件下操作。一个实例是提供UPS(不间断电源系统)特性的DC电池电压的应用。PF是实际功率与视在功率的比值，表达为0到1.0之间的小数。AC信号的实际功率测量为(作为时间函数的伏特)与(作为时间函数的安培)的乘积对时间的积分。也就是 视在功率或者伏特*安培是RMS电压乘以RMS电流的积。传统的PF偏移量表达为正弦电压和正弦电流之间的相位差得出的项，PF等于电压和电流之间的相角的余弦。如果负载为纯无功的、容性的或者感性的，则PF是零。这意味着当无功元件接收功率时没有消耗实际功率，而之后返回了功率。当然，这是在电路中始终有实际元件消耗功率的一个示意性实例，例如，二极管、开关、互感器等。然而，即使在所示出的实例中，如果没有消耗实际功率，那么包含实际电流和实际电压。这样，如果断路器运载小功率情况下的实际电流，那么断路器仍然烧断。这就是具有无功元件的断路器上的负载将不能吸收与阻性负载一样多的功率的原因。例如，阻性负载表现为PF为1，但功率因数小于1的任何负载将吸收由功率因数所减小的功率。这样，阻性负载可以从线路吸收最大电流(即，断路器不跳闸)，但PF为0.5的负载仅能吸收1/2的最大功率，仍然不能将断路器跳闸。表达PF值的一种方式是从AC电路可提供的功率Pout＝(V)(I)(PE)(E)。其中V和I是rms值，E是任何连接电路的功率损耗的测量值。无功负载的另一个问题是当所存储的功率返回到初始电源上，典型地如AC线路或者电源插座上时，同一线路上的电力公司以及其他用户必须对其进行处理。但是，如果所返回的功率包括低功率因数系统的谐波和非线性电流，那么对于相同电源的其他用户存在相关的问题以及非常行为。当AC负载是开关式电源时，所吸收的电流是非线性的，且其功率因数典型地为大约0.65。电流脉冲是不断续的短脉冲。除了小心将断路器跳闸之外，这种非线性电流脉冲产生谐波，该谐波形成噪声以及在连接电路、线路等上产生的不希望的发热。值得注意的是，典型的“容性输入”开关式电源的0.65PF最初由谐波电流产生，而不是由基波(正弦)线路电压以及电流之间的相角产生。这种情况下，功率因数等式分母中的安培项的形式是IacRMS=Ifund2+I3rd2+I5th2+··,]]>本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有ＡＣ输入和ＤＣ输出的同步全桥整流电路，该电路包括： 第一节点耦接到ＡＣ信号上的升压电感器； 功能性连接在升压电感器的第二节点以及ＤＣ输出之间的全桥整流器电路，该全波整流器电路包括至少两个可控开关； 用于检测ＤＣ输出中以及ＡＣ输入的两个半个周期上的升压电感器的充电路径中的电流的装置；以及 设置成接收ＡＣ信号、所检测的电流、以及ＤＣ输出的控制器，其中该控制器输出信号，以其中同步全桥整流器的ＰＦ相对ＡＣ源接近１的方式控制至少两个可控开关。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑帕特谢卡瓦特，罗纳德H兰德尔，许童永，
申请(专利权)人：快捷半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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