功率因数校正电路制造技术

一种功率转换器，其可操作来将交流功率转换为直流功率，该直流功率可被输送到负载。所述功率转换器操作来在每个交流功率周期的一部分期间旁路功率因数校正（ＰＦＣ）电路。当交流输入电压大于直流输出电压时，所述功率转换器旁路所述ＰＦＣ电路。所述功率转换器也可以包括感测电路，用于感测所述功率转换器的交流输入电压和直流输出电压。所述功率转换器可以包括一个或多个二极管，用于当所述交流输入电压大于所述直流输出电压时将功率直接输送到负载，从而旁路ＰＦＣ电路。所述功率转换器的直流输出电压可被调节为比所述峰值交流输入电压更小的电平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率因数校正电路。
技术介绍
诸如笔记本电脑、台式计算机、监视器等之类的电子设备通常接收来自交流电源 的功率。然而，在大多数情况中，设备需要直流功率来工作，因此来自交流电源的功率必须 被转换为直流功率。实现这一目的的最简单的方式是通过二极管整流电路。在这种类型的 电路中，二极管被放置在电路中，从而交流电流仅在一个方向上流动，因此整流器的输出维 持非负(non-negative)电压。这种方法通常是最便宜的交流_直流转换方案，但是它在交 流功率网络上也产生最多的噪声或污染。这如以下情况因为当功率转换器耦接到非纯 电阻性的负载(例如，包括电容器和电感器的电抗性负载)时，从交流电源流出的电流可能 与交流电压异相，因此这可能导致谐波(harmonics)增加。因而，如果被大量使用，则使用 这一方法的设备可能极大地影响交流电力线的质量。另外，电抗性负载使得功率转换器不 太有效。电抗性负载中存储的能量导致电流波形与电压波形之间的时间差。该存储的能量 返回到电源并且在负载处不起作用，因此电路的实际功率少于视在功率。实际功率与 视在功率之比通常被称作电路的功率因数。如可理解的，与具有高功率因数的电路相比，具 有低功率因数的电路将被要求流出更大的电流以便输送给定数量的实际功率，这在功率分 配系统中转化为增加的损耗以及增加的能量成本。因此，期望提供不具有这些缺点的交流 到直流功率转换。 为了实现这个目的，可以使用包括功率因数校正(PFC)电路的功率转换器。通常， PFC电路具有将交流电流与直流电压维持为基本同相的功能，因此功率转换器将纯电阻性 负载重组到交流电源，这降低了交流电力线上的污染且增加了功率转换器的效率。一种PFC 电路通常被称作无源PFC电路。无源PFC电路仅使用无源组件，例如电感器和电容器，来执 行功率因数校正。无源PFC电路通常坚固耐用且有效，但是它通常难以使失真降低到可接 受级别。再者，由于无源PFC电路以相对低的线频率(例如，50Hz或60Hz)操作，因此所需 的电感器和电容器尺寸可能较大且成本较高。 另一种PFC电路通常被称作有源PFC电路。有源PFC电路一般具有至少一个开关。 最常使用的有源PFC电路基于升压转换器(boost converter)，该升压转换器被包含在图1 中所示的现有技术的PFC电路10中。PFC电路10操作以便对输入电流整形，从而实现低失 真级别。由于使用了相对较高的切换频率(例如，50kHz到300kHz)，因此当与无源PFC电 路相比时，极大地减小了所需的相关联的无源组件的尺寸。然而，如可以理解的，典型的有 源PFC电路具有固有的缺陷，包括，由于增加了切换级(stage)和相关联的功率损耗而具有 降低的整体功率转换效率。 现在参考图1来描述现有技术的有源PFC电路10的结构。如可以看出的，交流电 源14跨接在全波桥式整流器D3的输入端。桥式整流器D3的第一输出端经由节点26耦接 到电感器L的第一端。电感器L的第二端在节点21处耦接到晶体管开关Q的漏极和二极管D的阳极。二极管D的阴极耦接到大容量电容器C的第一端，该大容量电容器C的第一端形成PFC输出节点22，该PFC输出节点22可以进一步耦接到负载。如所示，桥式整流器D3的第二输出端、晶体管开关Q的源极和电容器C的第二端可以耦接到地。而且，PFC控制电路18可以耦接到晶体管开关Q的栅极以便控制晶体管开关Q是通电(即，该开关闭合)或不通电(g卩，该开关断开)。另外，PFC控制电路18可被操作来感测功率转换器中的各种电压和电流。 在操作中，电流从桥式整流器D3流经电感器L，并且当开关Q闭合时流经开关Q。在所述条件下，二极管D被电容器C(即，PFC输出节点22)上的电压反向偏压。流经电感器L的电流以电磁场的形式存储能量。当开关Q断开时，所存储的能量通过流经二极管D的电流被输送到大容量电容器C，该二极管D在所述条件下被正向偏压。大容量电容器C中的能量维持PFC输出节点22处的电压，并且可用来驱动负载(例如，另一电源级)。如可以理解的，能量从交流电源14输送到电容器C的比率取决于晶体管开关Q的占空比。因此，使用反馈电压和电流信号，PFC控制电路18可以控制晶体管开关Q的切换发生的时间，因此交流电流和交流电压基本同相，从而PFC输出节点22的电压被基本维持在恒定直流电平。 通常，上述的PFC电路IO可以操作来将PFC输出节点22处的电压升高到固定电压，而与交流输入电压和输出负载变化无关。然而，在这种配置中，当交流输入电压相对较低时，PFC电路10必须消耗大量的功率和热量来维持固定的输出电压。这会导致PFC电路IO的效率下降。为了解决这一问题，可以实现升压跟随器PFC电路。在升压跟随器中，PFC输出电压22可以是可变的并且与交流输入电压成比例。这种配置的优点是以低交流输入电压降低了开关Q中的功率损耗，但是不足之处在于需要大且价高的功率组件(例如，电感器L、开关Q和二极管D)，以便适应繁重的负载条件。 相对于这种
技术介绍
已经研发了此处所述的功率因数校正电路。
技术实现思路
结合意欲示例性且图示性、且不是对范围的限制的系统、工具和方法描述并图示了下列实施例及其方面。在各个实施例中，已经减少或者消除了上述问题中的一个或多个，同时其它实施例致力于其它改进。 根据第一方面，提供了一种功率转换器，其能够在输入端上接收来自交流电源的交流功率并且在输出端上将直流功率输送到负载。所述功率转换器包括整流器，其具有一耦接到所述交流电源的输入端和一输出端，所述整流器可操作来在其输入端上接收交流电压并且在其输出端上输送整流电压。所述功率转换器进一步包括功率因数校正电路，其具有一与所述整流器的输出端耦接的输入端和一与所述功率转换器的输出端耦接的输出端，所述功率因数校正电路可操作来改变所述功率转换器的功率因数，并且可操作来将直流功率输送到负载。另外，所述功率转换器包括辅助电路，其操作来当所述交流电源的输出端的电压幅值大于所述功率转换器的输出端的电压时，旁路所述功率因数校正电路。 根据第二方面，提供了一种功率转换器，其能够在输入端上接收来自交流电源的交流功率并且在输出端上将直流功率输送到负载。所述功率转换器包括整流器，其具有一耦接到所述交流电源的输入端和一输出端，所述整流器可操作来在其输入端上接收交流电压并且在其输出端上输送整流电压。所述功率转换器进一步包括功率因数校正电路，其具有一输入端和一输出端，所述输入端耦接到所述整流器的输出端，所述功率因数校正电路可操作来改变所述功率转换器的功率因数，并且可操作来将直流功率输送到负载。而且，所述功率转换器包括辅助电路，其操作来当所述交流电源的输出端的电压幅值大于所述功率转换器的输出端的电压时，旁路所述功率因数校正电路。另外，所述功率转换器包括电流整形电路，其具有一耦接到所述功率因数校正电路的输出端的输入端和一耦接到所述功率转换器的输出端的输出端，其中所述电流整形电路可操作来降低所述交流电源的电流的谐波失真。 根据第三方面，提供了一种在功率转换器中使用的方法，所述功率转换器可操作来在输入端上接收来自交流电源的交流功率并且在输出端上将直流功率输送到负载。所述方法包括步骤将输入交流电压转换为整流电压；并将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换器，其能够在输入端上接收来自交流电源的交流功率并且在输出端上将直流功率输送到负载，所述功率转换器包括：整流器，其具有耦接到所述交流电源的输入端和输出端，所述整流器可操作来在其输入端上接收交流电压并且在其输出端上输送整流电压；功率因数校正电路，其具有与所述整流器的输出端耦接的输入端和与所述功率转换器的输出端耦接的输出端，所述功率因数校正电路可操作来改变所述功率转换器的功率因数，并且可操作来将直流功率输送到负载；和辅助电路，其操作来当所述交流电源的输出端的电压幅值大于所述功率转换器的输出端的电压时，旁路所述功率因数校正电路。

【技术特征摘要】
US 2008-10-1 12/243,082一种功率转换器，其能够在输入端上接收来自交流电源的交流功率并且在输出端上将直流功率输送到负载，所述功率转换器包括整流器，其具有耦接到所述交流电源的输入端和输出端，所述整流器可操作来在其输入端上接收交流电压并且在其输出端上输送整流电压；功率因数校正电路，其具有与所述整流器的输出端耦接的输入端和与所述功率转换器的输出端耦接的输出端，所述功率因数校正电路可操作来改变所述功率转换器的功率因数，并且可操作来将直流功率输送到负载；和辅助电路，其操作来当所述交流电源的输出端的电压幅值大于所述功率转换器的输出端的电压时，旁路所述功率因数校正电路。2. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述辅助电路可操作来将电流从交流电源 流入负载。3. 如权利要求2所述的功率转换器，其中，从交流电源流出的大部分电流在交流电源 的周期的至少一部分期间流经所述辅助电路。4. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述辅助电路在交流电源的周期的至少一 部分期间操作成旁路所述功率因数校正电路。5. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述辅助电路包括具有阳极和阴极的二极 管，所述阳极耦接到在所述交流电源与所述功率因数校正电路的输入端之间的节点，并且 所述阴极耦接到在所述功率因数校正电路的输出端与所述功率转换器的输出端之间的节 点。6. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述辅助电路包括第一二极管，该第一二极管具有与所述交流电源的第一输出端耦接的阳极、和与所述 功率转换器的输出端耦接的阴极；禾口第二二极管，该第二二极管具有与所述交流电源的第二输出端耦接的阳极、和与所述 功率转换器的输出端耦接的阴极。7. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路进一步可操作来将 所述功率转换器的输出端处的电压调节为小于或等于所述交流电源的峰值电压的电平。8. 如权利要求7所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路可操作来将所述功 率转换器的输出端处的电压调节为近似在所述交流电源的峰值电压的80%与100%之间 的电平。9. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路包括第一感测电路， 该第一感测电路可操作来感测所述功率转换器的输出端处的输出电压，并且其中所述功率 因数校正电路可操作来根据所感测的输出电压来调节所述功率转换器的输出端处的电压。10. 如权利要求9所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路包括第二感测电 路，该第二感测电路可操作来感测与所述交流电源的瞬时电压对应的输入电压，并且其中 所述功率因数校正电路可操作来根据所感测的输入电压来调节所述功率转换器的输出端 处的电压。11. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路包括集成电路，该 集成电路可操作来在预定的条件下以降低的功率电平工作。12. 如权利要求1所述的功率转换器，其中，所述功率因数校正电路包括电感器，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到所述功率因数校正电路的输入丄山顺；二极管，其具有与所述电感器的第二端耦接的阳极、和与所述功率因数校正电路的输 出端耦接的阴极；可控开关，其具有第一端和第二端，所述第一端耦接到所述电感器与所述二极管之间 的交叉点，并且所述第二端接地；控制电路，用于以高频切换所述可控开关接通和断开；禾口 耦接于所述二极管的阴极与地之间的电容器。13. —种功率转换器，其能够在输入端上接收来自交流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓阳，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]