一种混模式功率因数校正器及其操作方法技术

一种混模式功率因数校正器及其操作方法，校正器包括功率因数校正电路、零交越侦测电路及控制器。功率因数校正电路包括功率电感与功率开关，且零交越侦测电路侦测电感电流下降至零时，功率开关两端的开关电压所产生之谐振现象。控制器通过零交越侦测电路与操作频率控制功率开关的切换而控制功率因数校正电路转换输入电压至输出电压，并控制功率因数校正电路所抽取的输入电流追随输入电压。控制器基于电感电流低至零时，开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值，且功率开关切换的时点到达操作频率，控制功率开关导通。控制功率开关导通。控制功率开关导通。

【技术实现步骤摘要】
一种混模式功率因数校正器及其操作方法


[0001]本专利技术为一种功率因数校正器及其操作方法，尤指一种混模式功率因数校正器及其混模式操作方法。

技术介绍

[0002]PFC即Power Factor Correction」代表功率因数校正，其目的是提升视在功率与实际功率比，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。各国对于市电用电的法规不同，但是基本上电源输入功率超过75W时就需要PFC。
[0003]传统主动式功率因数校正器的实现与应用，一般皆以升压式（Boost）转换器为主，依其电感电流的操作，大致可分为不连续导通模式（DCM）、边界导通模式（BCM）与连续导通模式（CCM）三种。如图1所示，在临界导通模式（BCM）中，电感电流Il的尖峰值会比连续导通模式中的尖峰值来得大，使得功率元件需承受较高之电流应力与传导损失之缺点。但是临界导通模式没有二极管反向恢复时间的问题，且主功率开关二端的开关电压可于较低之电压（低谷）进行切换，所以有切换损失较小之优点。然而，在电感电流较小时，操作在临界导通模式会伴随较高之开关切换频率，造成额外的切换损失，进而导致效率降低。
[0004]所以，如何设计出一种混模式功率因数校正器及其混模式操作方法，以使单一功率因数校正器可操作于连续导通模式、临界导通模式及非连续导通模式，且避免电感电流较小时，开关切换频率过高的问题，乃为本案创作人所欲行研究的一大课题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种混模式功率因数校正器，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术混模式功率因数校正器，包括功率因数校正电路、零交越侦测电路及控制器。功率因数校正电路接收输入电压，且包括功率电感与功率开关。零交越侦测电路耦接该功率电感，以侦测功率开关二端的开关电压的谐振。控制器耦接功率开关与零交越侦测电路，且通过操作频率控制功率开关的切换而控制功率因数校正电路转换输入电压至输出电压，并控制功率因数校正电路所抽取的输入电流追随输入电压。其中，控制器基于电感电流低至零时，开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值，且功率开关切换的时点到达操作频率。
[0006]本专利技术功率因数校正器的混模式操作方法包括下列步骤：（a）通过操作频率控制功率因数校正电路的功率开关的切换而控制功率因数校正电路转换输入电压至输出电压，且控制功率因数校正电路所抽取的输入电流追随输入电压。（b）侦测功率因数校正电路的功率开关两端的开关电压的谐振。（c）基于电感电流低至零时，开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值，且功率开关切换的时点到达操作频率，控制功率开关导通。
[0007]本专利技术的有益效果是，本专利技术的混模式功率因数校正器可基于电感电流的大小，将功率因数校正电路操作于连续导通模式、临界导通模式及非连续导通模式，且将功率开
关的切换的频率限制在大致上等于固定频率，以达成避免功率开关切换的频率上升而降低切换损失，进而提升功率因数校正器之效率。
附图说明
[0008]图1为现有技术的临界导通模式的波形示意图；图2为本专利技术混模式功率因数校正器的电路方框图；图3为本专利技术混模式功率因数校正器的波形示意图；图4为本专利技术控制器的内部电路方框图；图5为本专利技术功率因数校正器的混模式操作方法的方法流程图。
[0009]100功率因数校正器、1功率因数校正电路、L功率电感、Q功率开关、2零交越侦测电路、3控制器、MULT乘法器、32比较模块、34触发模块、RS1第一触发器、OR1第一或模块、RS2第二触发器、AND及模块、OR2第二或模块、RS3第三触发器、200负载、Vin输入电压、Vo输出电压、Vdc直流电压、Vds开关电压、Vref1、Vref2参考电压、Il电感电流、Iin输入电流、Sv电压信号、Sc控制信号、Vo_fb、Vin_fb/Vin_rms回授信号、Iref半弦波信号、Ipfc误差信号、RAMP三角波信号、Szcd比较信号、Sp脉冲信号、S1、S2、S3输出信号、Slg逻辑信号、Sck时脉信号、CCM连续导通模式、BCM临界导通模式、DCM非连续导通模式、P零交越点、Fsw操作频率、ZCD阈值、t0~t1时间、（S100）~（S400）步骤。
具体实施方式
[0010]本专利技术之
技术实现思路
及详细说明，配合图式说明如下：请参阅图2，混模式功率因数校正器100接收交流的输入电压Vin，且将输入电压Vin转换为直流的输出电压Vo，以提供输出电压Vo对负载200供电。功率因数校正器100包括功率因数校正电路1、零交越侦测电路2及控制器3，且功率因数校正电路1可以为升压或降压式转换电路，也可以是隔离或非隔离型的转换电路。以升压转换电路为例，功率因数校正电路1包括功率电感L与功率开关Q。功率因数校正电路100接收输入电压Vin，且通过桥整电路将输入电压Vin整流为直流电压Vdc后，再通过功率开关Q的切换而使功率电感L储能/释能而产生电感电流Il，以将直流电压Vdc转换为输出电压Vo。
[0011]零交越侦测电路2耦接功率电感L，以侦测功率开关Q两端的开关电压Vds的谐振。其中，零交越侦测电路2可以为绕组耦合式、比流器感应式或电阻感应式的零交越侦测电路。以绕组耦合式为例，零交越侦测电路2为绕组，且绕组耦合功率电感而L，以侦测开关电压Vds的谐振而产生相应的电压信号Sv。控制器3耦接功率开关Q与零交越侦测电路2，且通过具有操作频率的控制信号Sc控制功率开关Q的切换，以控制功率因数校正电路1转换该输入电压Vin为输出电压Vo。功率因数校正器100的特点在于，控制器3通过控制功率开关Q的切换时机，可以控制功率因数校正电路1所抽取的输入电流Iin的波形追随输入电压Vin，以改善功率因数校正器100输入端的功率因数（通常可改善至0.9以上）。其中，操作频率大致上可为固定频率（例如但不限于，大致上为65KHz）。
[0012]合参阅图2和图3，本专利技术的主要目的及特征在于，控制器3可基于电感电流Il的大小，将功率因数校正电路1操作于连续导通模式CCM、临界导通模式BCM及非连续导通模式DCM。当电感电流Il较大时，可于CCM模式，以较小之电感电流Il峰值来减少功率开关Q等功
率元件之电流应力与传导损失（Conduction loss），进而提升满载之效率。当电感电流Il较小时，可于BCM或DCM模式下操作，并将功率开关Q切换的频率限制在大致上等于固定频率，以避免功率开关Q切换的频率上升而降低切换损失（Switching loss），进而提升功率因数校正器之效率（在轻载或是电感电流Il接近零交越点P时）。主要原因在于，电感电流Il越接近输入电压Vin的零交越点P时，电感电流Il势必较迅速地碰触到输入电压Vin弦波与零交越点P（因二者电压差太低），若不加以限制操作频率Fsw，则电感电流Il越接近零交越点P时，功率开关Q切换的频率势必会越快。
[0013]因此，本专利技术的控制器3系判断功率开关Q切换的时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混模式功率因数校正器，包括：功率因数校正电路，接收输入电压，且包括功率电感与功率开关；零交越侦测电路，耦接该功率电感，以侦测该功率开关两端的开关电压的谐振；及控制器，耦接该功率开关与该零交越侦测电路，且通过操作频率控制该功率开关的切换而控制该功率因数校正电路转换该输入电压至输出电压，并控制该功率因数校正电路所抽取的输入电流追随该输入电压；其特征在于：该控制器基于电感电流低至零时，该开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值，且功率开关切换的时点到达操作频率，控制功率开关导通。2.根据权利要求1所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该控制器包括：比较模块，耦接该零交越侦测电路，且比较相应于该电感电流的电压信号与相应于该阈值的参考电压而提供比较信号；及触发模块，基于该比较信号产生脉冲信号；其中，该控制器基于该脉冲信号控制该功率开关于栓锁时段保持关断，且该栓锁时段为该电感电流低至该阈值至该功率开关切换的时点到达该操作频率之间的时段。3.根据权利要求2所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该控制器还包括：第一触发器，基于该脉冲信号提供第一输出信号；及第二触发器，基于该第一输出信号而提供第二输出信号；其中，该第一触发器基于该脉冲信号的触发，提供该第一输出信号栓锁该第二触发器，以将该第二输出信号锁定而控制该功率开关于该栓锁时段保持关断。4.根据权利要求2所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该控制器还包括：及模块，基于该比较信号与相应于该操作频率的时脉信号而提供第三输出信号；其中，该及模块基于该比较信号与该时脉信号得知该功率开关切换的时点到达该操作频率，且该电感电流低至零时，该开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值，相应的提供可控制该功率开关导通的该第三输出信号。5.根据权利要求1所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该控制器基于该输入电压于零交越点周围的第一预定范围内，控制该功率因数校正电路操作于非连续导通模式，基于该输入电压于峰值的第二预定范围内，控制该功率因数校正电路操作于连续导通模式，且基于该输入电压于第一预定范围与该第二预定范围外，控制该功率因数校正电路操作于临界导通模式。6.根据权利要求5所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该控制器基于操作于该非连续导通模式，且满足该功率开关切换的时点到达该操作频率与该电感电流低至零时，该开关电压所产生之谐振接近零交越侦测电路的阈值条件下，于该开关电压谐振至低谷而导通该功率开关。7.根据权利要求1所述的一种混模式功率因数校正器，其特征在于：该零交越侦测电路为绕组，该绕组耦合该功率电感而侦测该开关电压的谐振。8.根据权利要求1所述的一种混模式功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪宗良，邱绍贤，
申请(专利权)人：亚荣源科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：