[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN114629338A - 具有功率因数控制的开关模式电源 - Google Patents

具有功率因数控制的开关模式电源 Download PDF

Info

Publication number
CN114629338A
CN114629338A CN202111261504.5A CN202111261504A CN114629338A CN 114629338 A CN114629338 A CN 114629338A CN 202111261504 A CN202111261504 A CN 202111261504A CN 114629338 A CN114629338 A CN 114629338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control signal
transistor
circuit
stage
rectifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111261504.5A
Other languages
English (en)
Inventor
A·佩维尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Publication of CN114629338A publication Critical patent/CN114629338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/0085—Partially controlled bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/23—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本公开内容涉及具有功率因数控制的开关模式电源。根据一个实施例，用于开关模式电源的电路包括具有有源整流器级、第一升压级和第二升压级的双升压功率因数校正(PFC)转换器。电路还包括：有源整流器控制器电路，被配置为根据AC输入电压生成用于分别驱动有源整流器级的第一和第二整流器晶体管导通和关断的第一和第二控制信号；PFC控制器电路，被配置为生成脉宽调制(PWM)控制信号，PWM控制信号基于第一和第二升压级的输出电压，并且还基于电流感测信号；以及逻辑电路，被配置为基于第一和第二控制信号中的至少一个以及PWM控制信号生成用于第一升压级的第一晶体管的第三控制信号和用于第二升压级的第二晶体管的第四控制信号。此外，描述了相关的方法。

Description

具有功率因数控制的开关模式电源
技术领域
本公开内容涉及开关转换器领域，具体而言，涉及具有功率因数校正(PFC)和合适的控制电路的开关模式电源(SMPS)。
背景技术
具有PFC的AC/DC转换器通常用于开关模式电源中。PFC需要控制输入电流与交流电网电压同相，并具有尽可能小的相位偏移。使相位偏移最小意味着使电网所承载的无功功率最小。已知几种合适的电路拓扑，其中之一被称为(无桥)双升压PFC转换器。然而，在许多应用中，使用标准升压PFC转换器，因为控制这种标准电路不太复杂。
在数据表Texas Instruments“8-Pin Continuous Conduction Mode(CCM)PFCController”(UCC28019，2007年4月)中讨论了标准升压PFC转换器的一个示例。为了能够使输入电流和输入电压之间的相位差最小，需要电流感测电路，通常使用单个电流感测电阻器来实现电流感测电路。上述双升压PFC转换器拓扑相对于标准升压PFC转换器拓扑具有一些优点(例如，较低的导通损耗和较低的冷却要求)。然而，在双升压PFC转换器拓扑中，负载电流分成至少两个单独的电路支路，这使得感测精确的电流更加困难。因此，用于标准升压PFC转换器的标准控制器不能用于控制双升压PFC转换器。
发明人已经认识到需要进一步改进双升压PFC转换器的控制。
发明内容
本文描述了一种用于开关模式电源的电路。根据一个实施例，所述电路包括双升压功率因数校正(PFC)转换器，所述双升压功率因数校正(PFC)转换器具有：具有第一整流器晶体管和第二整流器晶体管的有源整流器级；具有第一电感器和第一晶体管的第一升压级；以及具有第二电感器和第二晶体管的第二升压级。所述电路还包括有源整流器控制器电路，其被配置为根据AC输入电压生成用于分别驱动第一整流器晶体管和第二整流器晶体管导通和关断的第一控制信号和第二控制信号。此外，所述电路包括PFC控制器电路，其被配置为生成脉宽调制(PWM)控制信号，所述脉宽调制控制信号基于第一升压级和第二升压级的输出电压，并且还基于表示通过有源整流器级的电流的电流感测信号。逻辑电路被配置为基于第一控制信号和第二控制信号中的至少一个以及PWM控制信号来生成用于第一升压级的第一晶体管的第三控制信号和用于第二升压级的第二晶体管的第四控制信号。
另一个实施例涉及一种方法，所述方法可以用于操作双升压PFC转换器，所述双升压PFC转换器具有：具有第一整流器晶体管和第二整流器晶体管的有源整流器级；具有第一电感器和第一晶体管的第一升压级；以及具有第二电感器和第二晶体管的第二升压级。所述方法包括根据AC输入电压生成用于分别驱动第一整流器晶体管和第二整流器晶体管导通和关断的第一控制信号和第二控制信号；感测通过有源整流器级的电流，并提供相应的电流感测信号；基于第一升压级和第二升压级的输出电压并且还基于电流感测信号来生成PWM控制信号；以及基于第一控制信号和第二控制信号中的至少一个以及PWM控制信号，生成用于第一升压级的第一晶体管的第三控制信号以及用于第二升压级的第二晶体管的第四控制信号。
附图说明
参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部件。在附图中：
图1示出了双升压PFC转换器拓扑的一个示例；
图2示出了对于电路的不同开关状态流过图1的电路的电流(示意图(a)和(b))；
图3包括示意图，其示出了对于50％和100％的标称负载电流的电感器电流和整流器电流的示例性信号波形；
图4示出了具有多个电流传感器的双升压PFC转换器的一个示例；
图5示出了包括控制电路和一个电流传感器的双升压PFC转换器的一个实施例；
图6包括时序示意图，其示出了AC输入电压和用于进行有源整流的晶体管以及用于进行功率因数校正的晶体管的相应栅极电压的示例性波形；
图7示出了具有仅需要一个电流传感器的完全集成的PFC控制电路的双升压PFC转换器的实施例；
图8示出了图5的示例的替代方案；
图9包括流程图，其示出了用于控制双升压PFC转换器的操作的一种示例性方法。
具体实施方式
图1示出了双升压PFC转换器拓扑的一个示例。图1的电路包括两个输入节点IN1和IN2以及两个输出节点OUT1和OUT2，在这两个输入节点处施加交流输入电压VIN_AC(例如230V/50Hz的电网电压)，在这两个输出节点处提供DC输出电压VOUT_DC。输出节点OUT2可以连接到接地节点GND，其电位可以被定义为地电位VGND(例如0V)。二极管D5和D6是续流二极管，并且分别连接在输入节点IN2和输出节点OUT1之间以及输入节点IN1和输出节点OUT1之间，其中二极管D5和D6的阳极分别连接到输入节点IN2和IN1。类似地，二极管D3和D4分别连接在输入节点IN2和输出节点OUT2之间以及输入节点IN1和输出节点OUT2之间，其中二极管D3和D4的阴极分别连接到输入节点IN2和IN1。MOSFET Q3和Q4可以分别并联连接到二极管D3和D4。MOSFETQ3和Q4形成有源整流器级。
第一电感器L1连接在输入节点IN1和电路节点N1之间，而第二电感器L2连接在输入节点IN2和电路节点N2之间。二极管D1和D2分别连接在电路节点N1和输出节点OUT1之间以及电路节点N2和输出节点OUT1之间，其中二极管D1和D2的阳极分别连接到电路节点N1和N2。MOSFET Q1和Q2分别连接在电路节点N1和输出节点OUT2之间以及电路节点N2和输出节点OUT2之间。输出电容器COUT连接在输出节点OUT1和OUT2之间。应当注意，在其他实施例中，可以使用其他类型的晶体管来代替MOSFET。第一电感器L1和MOSFET Q1形成第一升压级，而第二电感器L2和MOSFET Q2形成第二升压级。如稍后将讨论的，第一升压级在AC输入电压VIN_AC的正半波期间处于运行中(PFC操作)，而第二升压级在AC输入电压的负半波期间处于运行中(否则是不运行的)。PFC转换器具有两个升压级的事实是双升压PFC转换器的名称的原因。
为了允许控制电路(生成用于MOSFET的驱动信号(栅极电压))具有低复杂性，MOSFET Q1和Q2用相同的脉宽调制(PWM)信号驱动。为了提高电路的效率，使用与二极管D3和D4并联连接的MOSFET Q3和Q4来实现有源整流。应当注意，在一些实施例中，MOSFET Q3和Q4的本征体二极管可以用作二极管D3和D4。在其他实施例中，二极管D3、D4、D5和D6可以由全桥整流器形成(在这种情况下，MOSFET Q3和Q4的本征体二极管是冗余的)。当使用图1所示的电路拓扑时，电感器电流iL1和iL2在相应电感器L1和L2的充电和放电时间段期间经由不同的电流路径返回。图2的示意图示出了在交流输入电压VIN_AC的正半周期期间电感器电流所采用的不同电流路径。在50Hz电网电压的情况下，半周期的持续时间是10ms(对于60Hz为8.33ms)。
在图2中，示意图(a)示出了MOSFET Q1导通的情况(电感器L1充电，存储在电感器L1中的能量增加)，而示意图(b)示出了MOSFET Q1关断的情况(电感器L1放电，存储在电感器L1中的能量减少)。示意图(a)和(b)都涉及交流输入电压VIN_AC为正的情况。
一旦MOSFET Q1导通，电感器电流iL1就从输入节点IN1通过电感器L1和MOSFET Q1的MOS沟道(参见图2，示意图(a)，虚线)。在MOSFET Q1之后，电路可以经由两个不同的电流路径(返回路径)闭合。电感器电流的第一部分c·iL1采用通过二极管D3的路径，而电感器电流的第二部分(1-c)·iL1采用通过MOSFET Q2和电感器L2(MOSFET Q2在该阶段期间导通)的路径。此处，变量c是0和1之间的数，并且可以被解释为电感器电流的采用第一电流路径回到输入节点IN2的部分。因此，1-c可以被解释为电感器电流的采用第二电流路径回到输入节点IN2的部分。在图2的示意图(a)中示出了这种情况。点划线示出了回到输入节点IN2的第一电流路径，而双点划线示出了回到输入节点IN2的第二电流路径。
一旦MOSFET Q1关断，经由MOSFET Q1的电流路径就被阻断，因此，电感器电流iL1从输入节点IN1通过电感器L1和输出电容器COUT(参见图2，示意图(b)，虚线)，从而对输出电容器COUT充电。在输出电容器COUT之后，电路可以再次经由两个不同的电流路径闭合。电感器电流的第一部分c·iL1采用通过二极管D3的路径，而电感器电流的第二部分(1-c)·iL1采用通过MOSFET Q2的本征体二极管和电感器L2(MOSFET Q2在该阶段期间关断)的路径。在图2的示意图(b)中示出了这种情况。点划线示出了回到输入节点IN2的第一电流路径，而双点划线示出了回到输入节点IN2的第二电流路径。部分c(和1-c)的实际值取决于两个返回路径的实际电阻抗。
如上所述，图2涉及交流输入电压VIN_AC为正(正半周期)的情况。在负半周期期间，即当交流输入电压VIN_AC为负时，情况是类似的。在这种情况下，电感器电流iL2从输入节点IN1通过电感器L2，并经由两个不同的返回路径流回到输入节点IN2。
图3中示出了两个单独返回路径的实验验证结果。图3的左示意图涉及在标称负载电流iLOAD的50％下的情况，并且它示出了通过电感器L1的电感器电流iL1以及通过MOSFET Q3的电流iQ3，其用于整流(参考图2)。在这种情况下(50％负载)，几乎所有的电感器电流都经由MOSFET Q3流回AC输入电压源(即，在图2的示意图(a)中，部分c≈1)。因此，电流iL1和iQ3的波形近似匹配。
图3的右示意图涉及在标称负载电流iLOAD的100％下的情况，并且还示出了通过电感器L1的电感器电流iL1以及通过MOSFET Q3的电流iQ3。在这种情况下(100％负载)，大部分但不是全部的电感器电流经由MOSFET Q3流回AC输入电压源(即，在图2的示意图(a)中，部分c＜1)。这意味着电流的一部分(即，部分1-c)采用经由MOSFET Q2和电感器L2的第二返回路径。电流通过转换器的另一支路(即电感器L2)流回的一个不期望的影响是在负半周期期间的负的失真正弦形电感器电流iL1。
用于PFC转换器的常用模拟控制器需要一个电流感测信号，其中通常使用电流感测电阻器来测量经整流的电流。将这个构思应用于图1的双升压转换器将意味着必须将电流感测电阻器插入经过MOSFET Q1的第一电流路径中。在这种情况下，在正半周期中测量通过MOSFET Q3的晶体管电流iQ3(并且在负半周期中测量通过MOSFET Q4的电流)。然而，如上文参考图3所讨论的，该方案将导致电流感测信号不能完全反映总电感器电流，而是仅反映电流的部分c·iL1，其中c的实际值取决于实际负载电流。当需要提供单个栅极信号(用于晶体管Q3和Q4)的简单模拟控制器时，通常用于标准升压PFC转换器的标准方案不能应用于双升压PFC转换器拓扑。
由于电感器电流被分成(至少)两个电流路径，所以在电路的三个不同位置处需要电流传感器电路，以便能够获得全电流信息。图4中示出了示例(基于图1)。为了能够使用标准PFC控制器10，需要三个电流传感器CS1、CS2、CS3。为了获得正确的电流信息，需要单独的传感器信号处理电路11，该单独的传感器信号处理电路11能够利用由电流传感器CS1、CS2、CS3提供的各个传感器信号生成电流感测信号iSENSE。不言而喻，电流感测信号的额外处理增加了整个电路布置的复杂性。
在这一点上，应该强调的是，标准模拟PFC控制器电路(例如，Texas Instruments的8引脚有源PFC控制器UCC28019)仅提供单个PWM信号作为用于升压级的栅极信号。如上所述，在双升压PFC转换器拓扑中，晶体管Q1和Q2都可以由标准模拟PFC控制器电路生成的同一PWM信号驱动。其一个结果是如上文详细论述的分开的返回电流路径。在许多应用中，都非常期望使用标准模拟PFC控制器电路，结果是如上文参考图4所述的需要相当复杂的电流感测。在下文中，提出了一种替代方案，该替代方案允许利用标准模拟PFC控制器电路操作双升压PFC转换器，而不需要复杂的电流感测和传感器信号处理。
本文描述的实施例使用晶体管Q3和Q4用于有源整流，以避免整流二极管D3和D4中的损耗。用于有源整流器的控制器电路是已知的，并因此在此处不作进一步讨论。图5中示出了一个示例。图5的转换器拓扑基本上与先前示例中的转换器拓扑相同。然而，借助于有源整流器控制器20和PFC控制器10的输出信号的“智能”组合，单个电流传感器就足够了。在本示例中，将电流传感器CS1置于与整流器晶体管Q3和Q4串联的返回电流路径中(晶体管Q3仅在AC输入电流的正半波期间运行，而Q4仅在AC输入电流的负半波期间运行)。因此，电流传感器感测返回到(并通过)整流器级(晶体管Q3和Q4)的电流，该电流基本上等于电感器电流iL1或iL2(在正半波或负半波中)。避免了电感器电流iL1和iL2(分别在正半波和负半波期间)在两个单独的返回电流路径之间的分配(参见图2)，因为第二返回路径(在正半波期间经由Q2而在负半波期间经由Q1)由于相应晶体管Q2(在正半波期间)和Q1(在负半波期间)的停用(切换到非导通状态)而被阻断。
有源整流器控制器20被配置为在AC输入电压VIN_AC的正半波期间将晶体管Q3驱动为运行(导通)状态，并且在负半波期间将晶体管Q3驱动为不运行(不导通)状态。相反，有源整流器控制器20被配置为在AC输入电压VIN_AC的负半波期间将晶体管Q4驱动为运行(导通)状态，并且在正半波期间将晶体管Q4驱动为不运行(不导通)状态。因此，有源整流器控制器20的标记为“GateN”和“GateL”的输出分别连接到晶体管Q3和Q4的栅电极。相应的栅极信号被表示为VG3和VG4。如上所述，诸如控制器电路10之类的简单PFC控制器仅生成单个脉宽调制驱动信号VG(PWM栅极信号)。在图5的当前示例中，由与(AND)门21将PWM栅极信号VG与栅极信号VG3组合，以生成用于晶体管Q1的栅极信号VG1。类似地，由与门22将PWM栅极信号VG与栅极信号VG4组合，以生成用于晶体管Q2的栅极信号VG2。与组合(AND-combination)具有以下效果，即，PWM信号VG在AC输入电压VIN_AC的正半波期间仅发送到晶体管Q1的栅极(这时晶体管Q2的栅极信号被消隐)，并且在AC输入电压VIN_AC的负半波期间仅发送到晶体管Q2的栅极(这时晶体管Q1的栅极信号被消隐)。因此，仅第一返回电流路径(即在AC输入电压VIN_AC的正半波期间经由晶体管Q3的电流路径和在AC输入电压VIN_AC的负半波期间经由晶体管Q4的电流路径)是可用的。第二返回电流路径(例如，在正半波期间经由晶体管Q2，参见图2)被阻断。
在图6的时序示意图中进一步示出了图5的电路的功能。顶部的示意图示出了AC输入电压VIN_AC。该波形包括六个半波，并且在50Hz电网电压的情况下，每个半波具有例如10ms的持续时间。图6的第二示意图和第三示意图分别示出了有源整流器晶体管Q3和Q4的栅极信号VG3和VG4。如可以看出的，在AC输入电压VIN_AC的正半波期间，晶体管Q3导通(VG3处于高电平)并且Q4不导通，而在负半波期间，晶体管Q4导通并且Q3不导通。
如上所述，由于PWM信号VG与栅极信号VG3和VG4的与组合，栅极信号VG1(通过将VG和VG3进行与操作而得到)在正半波期间被脉宽调制，而在负半波期间是零(即消隐，在本示例中这意味着处于低电平)，从而在负半波期间阻断第二返回电流路径。类似地，栅极信号VG2(通过将VG和VG4进行与操作而得到)在负半波期间被脉宽调制，并且在正半波期间被消隐，从而在正半波期间阻断第二返回电流路径。基本上，栅极信号VG3和/或栅极信号VG4用于区分AC输入电压VIN_AC的正半波和负半波。
也可以使用完全集成的双升压PFC控制器100来实现用于生成图6所示的栅极信号VG1、VG2、VG3和VG4所需的功能。图7示出了这种集成解决方案。集成双升压PFC控制器100可以包括硬连线电路以及处理器，该处理器被配置为执行用于生成图7的双升压PFC转换器的栅极信号(该栅极信号与图5的示例中的栅极信号相同)所需的功能。如果控制器100包括处理器，则用于生成栅极信号的功能可以通过软件指令来实现，所述软件指令在SMPS的操作期间由处理器执行。在这种情况下，控制器包括用于存储软件指令的非易失性存储器。可替换地，可以使用硬连线逻辑电路来代替处理器。
应当注意，用于生成升压级的控制信号VG1和VG2(即，晶体管Q1和Q2的栅极信号)的逻辑电路可以以各种不同的方式来得以实现。图5中示出了一种选择，其中使用与门21和22来基于控制信号VG3和VG4中的至少一个以及PWM控制信号VG(由PFC控制器10提供)生成控制信号VG1和VG2。图8示出了示例性的替代方案，其中与门21被或非(NOR)门21'代替，或非门21'接收信号VG4(VG4基本上是信号VG3的反相)和信号VG的反相(参见反相器23)作为输入信号。应当理解，存在用于实现逻辑电路的各种其他选择，它们都基本上实现相同的功能。
下面总结上述一些实施例。然而，应当注意，以下仅是技术特征的示例性概述而非详尽的解释。一个实施例涉及一种包括双升压PFC转换器的电路，该双升压PFC转换器具有：有源整流器级，具有第一整流器晶体管和第二整流器晶体管(例如，参见图5，MOSFET Q3和Q4)；第一升压级，具有第一电感器和第一晶体管(例如，参见图5，电感器L1和MOSFET Q1)；以及第二升压级，具有第二电感器和第二晶体管(例如，参见图5，电感器L2和MOSFET Q2)。该电路还包括有源整流器控制器电路，被配置为根据AC输入电压生成用于分别驱动第一整流器晶体管和第二整流器晶体管导通和关断的第一控制信号和第二控制信号(例如，参见图5，控制器电路20，控制信号VG3和VG4)。此外，电路包括PFC控制器电路，被配置为生成PWM控制信号(例如，参见图5，由PFC控制器10提供的PWM信号VG)，所述PWM控制信号基于第一升压级和第二升压级的输出电压(例如，参见图5，共同输出电压VOUT_DC)，并且还基于表示通过有源整流器级的电流的电流感测信号(例如，参见图5，单个电流传感器CS1)。逻辑电路被配置为基于第一控制信号和第二控制信号中的至少一个以及PWM控制信号来生成用于第一升压级的第一晶体管的第三控制信号和用于第二升压级的第二晶体管的第四控制信号(例如，参见图5，逻辑门电路21和22基于PWM信号VG和整流器控制器输出来提供信号VG1和VG2)。
在一个实施例中，有源整流器控制器电路可以被配置为生成第一控制信号和第二控制信号(参见图5，信号VG3、VG4)，使得第一整流器晶体管(参见图5，MOSFET Q3)在提供给整流器级的AC输入电压的正半波期间导通，并且第二整流器晶体管(参见图5，MOSFET Q4)在提供给整流器级的AC输入电压的负半波期间导通。此外，上述逻辑电路可以被配置为利用PWM控制信号生成第三控制信号(参见图5，栅极信号VG1)和第四控制信号(参见图5，栅极信号VG2)，使得第三控制信号在AC输入电压的正半波期间对应于PWM控制信号并且在AC输入电压的负半波期间被消隐，而相反地，第四控制信号在AC输入电压的负半波期间对应于PWM控制信号并且在AC输入电压的正半波期间被消隐。第一控制信号和/或第二控制信号由上述逻辑电路(参见图5，逻辑门电路21和22)使用，以区分AC输入电压的正半波和负半波。
在一个具体实施例中，第一门电路可以被配置为通过组合PWM控制信号和第一控制信号(例如，图5，与门21组合信号VG和VG3)来生成第三控制信号。类似地，第二门电路可以被配置为通过组合PWM控制信号和第二控制信号(例如图5，与门22组合信号VG和VG4)来生成第四控制信号。应当理解，可以通过许多不同的逻辑电路实施方式来获得相同或类似的结果。
图9的流程图示出了另一实施例，该另一实施例涉及一种可以用于操作双升压PFC转换器的方法。这种双升压PFC转换器具有有源整流器级、第一升压级和第二升压级，有源整流器级具有第一整流器晶体管和第二整流器晶体管，第一升压级具有第一电感器和第一晶体管，第二升压级具有第二电感器和第二晶体管(例如，参见图5、图7和图8)。该方法包括根据AC输入电压生成用于分别驱动第一整流器晶体管和第二整流器晶体管导通和关断的第一控制信号和第二控制信号(参见图9，步骤S1)；感测通过有源整流器级的电流，并提供相应的电流感测信号(参见图9，步骤S2)；基于第一升压级和第二升压级的输出电压并且还基于电流感测信号来生成PWM控制信号(参见图9，步骤S3)；以及基于第一控制信号和第二控制信号中的至少一个以及PWM控制信号，生成用于第一升压级的第一晶体管的第三控制信号和用于第二升压级的第二晶体管的第四控制信号(参见图9，步骤S4)。
在一个实施例中，生成PWM控制信号可以由PFC控制器电路(例如参见图5，PFC控制器10)来执行。另外，生成第一控制信号和第二控制信号可以由有源整流器控制电路(例如参见图5，有源整流器控制器20)执行。此外，在一个实施例中，生成第三控制信号和第四控制信号包括在AC输入电压的正半波期间将PWM控制信号引导到第一升压级的晶体管，以及在AC输入电压的负半波期间将PWM控制信号引导到第二升压级的晶体管。上述“引导”步骤可以由上述逻辑电路完成，例如由图5中所示的与门21、22完成。应当理解，可以以各种不同的方式实现等效的功能，包括硬连线逻辑电路以及执行适当的软件/固件的可编程电路或处理器。
尽管已经针对一个或多个实施方式示出和描述了本发明，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对所示示例进行改变和/或修改。例如，在一些应用中，逻辑电平可以被反相，并且可以使用不同类型的逻辑门和互补晶体管类型。特别是关于由上述部件或结构(单元、组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所述部件的指定功能的任何部件或结构(例如，功能上等同)，即使其在结构上不等同于执行本发明的本文所示的示例性实施方式中的功能的所公开的结构。

Claims (10)

1.一种电路，包括：
双升压功率因数校正(PFC)转换器，包括：具有第一整流器晶体管(Q3)和第二整流器晶体管(Q4)的有源整流器级；具有第一电感器(L1)和第一晶体管(Q1)的第一升压级；以及具有第二电感器(L2)和第二晶体管(Q2)的第二升压级；
有源整流器控制器电路(20)，被配置为根据AC输入电压(VIN_AC)生成用于分别驱动所述第一整流器晶体管(Q3)和所述第二整流器晶体管(Q4)导通和关断的第一控制信号(VG3)和第二控制信号(VG4)；
PFC控制器电路(10)，被配置为基于所述第一升压级和所述第二升压级的输出电压(VOUT)，并且还基于表示通过所述有源整流器级的电流的电流感测信号来生成脉宽调制(PWM)控制信号(VG)；以及
逻辑电路(21、22)，被配置为基于所述第一控制信号(VG3)和所述第二控制信号(VG4)中的至少一个以及所述PWM控制信号(VG)来生成用于所述第一升压级的所述第一晶体管(Q1)的第三控制信号(VG1)和用于所述第二升压级的所述第二晶体管(Q2)的第四控制信号(VG2)。
2.根据权利要求1所述的电路，
其中，所述有源整流器控制器电路(20)被配置为生成所述第一控制信号(VG3)和所述第二控制信号(VG4)，使得所述第一整流器晶体管(Q3)在所述AC输入电压(VIN_AC)的正半波期间导通，并且所述第二整流器晶体管(Q4)在所述AC输入电压(VIN_AC)的负半波期间导通。
3.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述逻辑电路被配置为利用所述PWM控制信号(VG)生成所述第三控制信号(VG1)和所述第四控制信号(VG2)，使得：
所述第三控制信号(VG1)在所述AC输入电压(VIN_AC)的正半波期间对应于所述PWM控制信号(VG)并且在所述AC输入电压(VIN_AC)的负半波期间被消隐；以及
所述第四控制信号(VG2)在所述AC输入电压(VIN_AC)的负半波期间对应于所述PWM控制信号(VG)并且在所述AC输入电压(VIN_AC)的正半波期间被消隐。
4.根据权利要求3所述的电路，
其中，所述第一控制信号(VG3)和所述第二控制信号(VG4)中的至少一个由所述逻辑电路使用，以区分所述AC输入电压(VIN_AC)的正半波和负半波。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电路，其中，所述逻辑多路包括：
第一门电路(21)，被配置为通过组合所述PWM控制信号(VG)和所述第一控制信号(VG3)来生成所述第三控制信号(VG1)；以及
第二门电路(22)，被配置为通过组合所述PWM控制信号(VG)和所述第二控制信号(VG4)来生成所述第四控制信号(VG2)。
6.根据权利要求5所述的电路，
其中，所述第一门电路(21)是与门，并且所述第二门电路(22)是与门。
7.一种用于操作双升压功率因数校正(PFC)转换器的方法，所述双升压功率因数校正(PFC)转换器包括：具有第一整流器晶体管(Q3)和第二整流器晶体管(Q4)的有源整流器级；具有第一电感器(L1)和第一晶体管(Q1)的第一升压级；以及具有第二电感器(L2)和第二晶体管(Q2)的第二升压级；
所述方法包括：
根据AC输入电压(VIN_AC)生成用于分别驱动所述第一整流器晶体管(Q3)和所述第二整流器晶体管(Q4)导通和关断的第一控制信号(VG3)和第二控制信号(VG4)；
感测通过所述有源整流器级的电流，并提供相应的电流感测信号；
基于所述第一升压级和所述第二升压级的输出电压(VOUT)，并且还基于所述电流感测信号来生成脉宽调制(PWM)控制信号(VG)；以及
基于所述第一控制信号(VG3)和所述第二控制信号(VG4)中的至少一个以及所述PWM控制信号(VG)，生成用于所述第一升压级的所述第一晶体管(Q1)的第三控制信号(VG1)和用于所述第二升压级的所述第二晶体管(Q2)的第四控制信号(VG2)。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，生成所述PWM控制信号(VG)由PFC控制器电路(10)来执行。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其中，生成所述第一控制信号(VG3)和所述第二控制信号(VG4)由有源整流器控制器电路(20)执行。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，生成所述第三控制信号(VG1)和所述第四控制信号(VG2)包括：
在所述AC输入电压(VIN_AC)的正半波期间将所述PWM控制信号(VG)引导到所述第一升压级的所述第一晶体管(Q1)、以及在所述AC输入电压(VIN_AC)的负半波期间将所述PWM控制信号(VG)引导到所述第二升压级的所述第二晶体管(Q2)。
CN202111261504.5A 2020-12-09 2021-10-28 具有功率因数控制的开关模式电源 Pending CN114629338A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20212888.0A EP4012906A1 (en) 2020-12-09 2020-12-09 Switched mode power supply with power factor control
EP20212888.0 2020-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114629338A true CN114629338A (zh) 2022-06-14

Family

ID=73790013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111261504.5A Pending CN114629338A (zh) 2020-12-09 2021-10-28 具有功率因数控制的开关模式电源

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11695329B2 (zh)
EP (1) EP4012906A1 (zh)
CN (1) CN114629338A (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2953663B1 (fr) * 2009-12-03 2012-02-03 Aeg Power Solutions Bv Circuit de pre-charge pour convertisseur ac/dc
US9590495B2 (en) * 2011-08-26 2017-03-07 Futurewei Technologies, Inc. Holdup time circuit and method for bridgeless PFC converter
JP5825410B1 (ja) * 2014-08-06 2015-12-02 Tdk株式会社 ブリッジレス力率改善コンバータ
JP6930214B2 (ja) * 2017-05-23 2021-09-01 富士電機株式会社 電源装置
JP6972931B2 (ja) * 2017-11-01 2021-11-24 Tdk株式会社 スイッチング電源
CN108512431B (zh) * 2018-04-24 2019-08-27 上海推拓科技有限公司 双整流交错式全桥单级功率因素校正电源电路及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11695329B2 (en) 2023-07-04
US20220181966A1 (en) 2022-06-09
EP4012906A1 (en) 2022-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8094473B2 (en) Bridgeless power factor correction circuit
TWI693781B (zh) 具有功率因數校正的無橋式ac-dc轉換器及用於其之方法
TWI501533B (zh) 一種離線電壓調節器、離線調節器積體電路及其電壓轉換方法
TWI423003B (zh) 雙線式負載控制裝置
US20100079085A1 (en) Supply circuit
US9941785B2 (en) Power factor correction circuit and electronic product including the same
CN109660137B (zh) 使用双向有源整流桥的电力转换器和双向有源整流桥
US20230299665A1 (en) Power converting device
US9001540B2 (en) Power source apparatus
KR101911262B1 (ko) 노이즈 저감 기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
CN114629338A (zh) 具有功率因数控制的开关模式电源
CN111725987B (zh) 电力转换装置
US20060187692A1 (en) Output voltage control of a synchronous rectifier
JP7379131B2 (ja) 電力変換装置
KR100637286B1 (ko) 인버터 전원장치
JP5013153B2 (ja) 電力変換装置
TW202337123A (zh) 電力轉換系統
WO2021059402A1 (ja) 昇圧コンバータ
KR20210052428A (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP3729050B2 (ja) インバータ装置
JPH07177742A (ja) 直流電源装置
JPH1023755A (ja) アクティブフィルタ回路
JPH08186982A (ja) 直流電源装置
JPH10243652A (ja) 複合コンバータ回路
KR20180101857A (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination