CN101572500B

CN101572500B - 降压-升压功率因数修正转换器

Info

Publication number: CN101572500B
Application number: CN2009101455997A
Authority: CN
Inventors: 杨大勇
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: TWI398079B; TW201004113A; CN101572500A; US7881076B2; US20100007317A1

Abstract

一种降压-升压功率因数修正转换器，包括：电感器、第一晶体管、第二晶体管、以及控制电路。电感器具有第一端与第二端。第一晶体管耦接正电源轨以及电感器的第一端。正弦波信号提供至正电源轨。第二晶体管耦接电感器的第二端以及负电源轨。第一二极管耦接于电感器的第二端与降压-升压功率因数修正转换器的输出端之间。控制电路用以产生第一信号与第二信号，以分别控制第一晶体管与第二晶体管。第一信号用来导通第一晶体管，以使正电源轨耦接至电感器，而第二信号用来导通第二晶体管，以使电感器耦接负电源轨。

Description

降压-升压功率因数修正转换器

技术领域

本发明涉及一种降压-升压转换器，更特别是有关于一种降压-升压功率因数修正(Power Factor Correction，PFC)转换器。

背景技术

功率因数修正(Power Factor Correction，PFC)功率转换器用来改善交流(AC)功率的功率因数。PFC转换器的详细技术可由多个先前技术来获得，例如美国专利编号7,116,090，标题为“Switching control circuit fordiscontinuous mode PFC converters”。传统的PFC方法适用来将交流输入转换为直流电压，其高于线电压的峰值。然而，当输入较高的线电压时，例如380VAC，则会导致令人困扰的问题。大多数的普遍使用功率电子装置与马达都是设计为240VAC的输入。本发明的目的在于发展一种降压-升压功率因数修正(PFC)转换器以解决当输入较高的线电压时所产生的问题。而此降压-升压功率因数修正转换器的输出电压可低于或高于线电压。

发明内容

本发明提供一种降压-升压功率因数修正转换器，包括：电感器、第一晶体管、第二晶体管、以及控制电路。电感器具有第一端与第二端。第一晶体管耦接正电源轨以及电感器的第一端。正弦波信号提供至正电源轨。第二晶体管耦接电感器的第二端以及负电源轨。第一二极管耦接于电感器的第二端与降压-升压功率因数修正转换器的输出端之间。控制电路用以产生第一信号与第二信号，以分别控制第一晶体管与第二晶体管。第一信号用来导通第一晶体管，以使正电源轨耦接至电感器，而第二信号用来导通第二晶体管，以使电感器耦接负电源轨。

本发明又提供一种降压-升压功率因数修正转换器，包括电感器、两晶体管、输入二极管、输出二极管、以及控制电路。电感器用作功率转换。此两晶体管耦接输入电源轨。当这些晶体管导通时，输入电源轨对电感器充电。输入二极管与输出二极管耦接电感器。当这些晶体管关闭时，输入二极管与输出二极管将电感器的能量放电至降压-升压功率因数修正转换器的输出端。控制电路用以产生多个切换信号来控制这些晶体管，以调整降压-升压功率因数修正转换器的输出电压并完成功率因数修正。输出二极管耦接降压-升压功率因数修正转换器的输出端。当这些晶体管关闭时，输入二极管提供飞轮路径给电感器。降压-升压功率因数修正转换器的输出电压可低于或高于输入电源轨的电压。

附图说明

图1表示根据本发明实施例的降压-升压功率因数修正转换器；

图2表示根据本发明实施例的控制电路；以及

图3表示根据本发明实施例的脉冲产生器。

【主要组件符号说明】

图1

10～电感器； 15、17～电阻器；

20～第一晶体管； 25～输入二极管；

30～第二晶体管； 35～输出二极管；

40～整流器； 51、52～电阻器；

50～电容器； 60～电容器；

100～控制电路； N₁～第一线圈；

N₂～第二线圈； S₁～第一信号；

S₂～第二信号； V+～正电源轨；

V-～负电源轨； V_AC～交流电压；

V_FB～反馈信号； V_I～电流信号；

V_O～输出端/信号； V_S～反射信号；

图2

110、115～脉冲产生器；

120～比较器； 125～触发器；

130、140～缓冲器； 150～运算放大器；

160～比较器； 165～加法器；

170～反相器； 171～晶体管；

172～电流源； 173～电容器；

175～比较器； 181～反相器；

185～与门； S_O～输出脉冲信号；

S_R～斜坡信号； S_S～斜率信号；

S_W～PWM信号； V_COM～信号；

V_R～参考信号； V_T1～临界值；

V_T2～临界值；

图3

210～反相器； 211～晶体管；

212～电流源； 213～电容器；

214～反相器； 215～与门；

IN～脉冲产生器的输入信号；

OUT～输出脉冲信号。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1表示根据本发明实施例的降压-升压功率因数修正(Power FactorCorrection，PFC)转换器，其包括电感器10。电感器10在其第一线圈N1上具有第一端与第二端。第一晶体管20耦接正电源轨V+以及电感器10的第一端。在一实施例中，属于正弦波信号的交流(AC)电压V_AC提供至整流器40，且整流器40根据AC电压V_AC来提供整流后的信号至正电源轨V+。第二晶体管30耦接电感器10的第二端以及负电源轨V-。二极管35(又称为输出二极管)耦接于电感器10的第二端与转换器的输出端V_O之间。电容器50也耦接输出端V_O。电阻器51及52形成一个耦接输出端V_O的分压器，以产生反馈信号V_FB。反馈信号V_FB耦合至控制电路100。控制电路100则根据产生反馈信号V_FB来产生第一信号S₁与第二信号S₂以分别控制第一晶体管20与第二晶体管30。第一信号S₁用来导通第一晶体管20，以使正电源轨V+耦接至电感器10。第二信号S₂用来导通第二晶体管30，以使电感器10透过电阻器15而耦接至负电源轨V-。电阻器15产生电流信号V_I耦合至控制电路100。电流信号V_I与电感器10的切换电流相关联。输入二极管25耦接于电感器10的第一端与负电源轨V-之间，其中，当第一信号S₁与第二信号S₂关闭时，输入二极管25用以循环电感器10的能量。第一晶体管20与第二晶体管30同时地导通/关闭。实际上，当晶体管20及30导通时，两晶体管20及30耦接至包括正电源轨V+与负电源轨V-的输入电源轨，使得此输入电源轨对电感器10充电。输入二极管25与输出二极管35耦接电感器10，以使得当晶体管20及30关闭时，用来将电感器10的能量放电至转换器的输出端V_O。输出二极管35耦接转换器的输出端V_O。当晶体管20及30关闭时，输入二极管25提供飞轮路径(free-wheeling path)给电感器10。电感器10更包括第二线圈N₂，经电阻17耦合至控制电路100以产生反射信号V_S。控制电路100根据反射信号V_S来产生第一信号S₁与第二信号S₂。功率转换器的输出电压V_O可由以下式子来决定：

V_{O} = \frac{T_{ON}}{T - T_{ON}} \times V_{+} - - - (1)

其中，T_ON表示晶体管20及30的导通时间，T表示第一信号S₁与第二信号S₂的转换周期，且V+表示给正电源轨V+的电压。因此，根据此式子可得知，转换器的输出电压V_O可低于或高于转换器的输入电源轨V+/V-的电压V+。

图2表示根据本发明实施例的控制电路100。比较器120用来接收反射信号V_S。一旦反射信号V_S低于临界值V_T1时，比较器120将触发脉冲产生器110。脉冲产生器110的输出脉冲信号则是用来使能触发器125，以产生脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号S_W。PWM信号S_W更透过缓冲器130与140以分别产生第一信号S₁与第二信号S₂。PWM信号S_W藉由重置触发器125而被禁能。与门185用来重置触发器185。与门185的第一输入端耦接比较器160的输出端。比较器160的第一输入端耦合信号V_COM。运算放大器150的输出端产生信号V_COM。运算放大器150的输出端耦接电容器60，以进行频率补偿。运算放大器150的正输入端接收参考信号V_R。反馈信号V_FB耦合至运算放大器150的负输入端。比较器160的第二输入端耦接加法器165的输出端。加法器165藉由将斜坡信号S_R与电流信号V_I相加来产生斜率信号S_S。斜坡信号S_R是根据PWM信号S_W而产生。一旦斜率信号S_S高于信号V_COM，触发器125将被重置。PWM信号S_W透过反相器170来导通/关闭晶体管171。电流源172用来对电容器173充电。晶体管171则是用来使电容器173放电。因此，斜坡信号S_R是根据PWM信号S_W而产生于电容器173。斜坡信号S_R更耦合至比较器175。当斜坡信号S_R高于临界值V_T2时，比较器175将使能脉冲产生器115。脉冲产生器115经由反相器181输出脉冲信号S_O并透过与门185来重置触发器125。因此，第一信号S₁与第二信号S₂的最大导通时间被电容器173的电容值与临界值V_T2所限制。

图3表示脉冲产生器110与115的电路示意图。参阅图3，电流源212用来对电容器213充电。晶体管211则是使电容器213放电。信号IN透过反相器210来控制晶体管211。信号IN更耦合至与门215的输入端。与门215的另一输入端透过反相器214耦接电容器213。脉冲产生器的输出脉冲信号OUT的脉冲宽度由电流源212所提供的电流值与电容器213的电容值来决定。在此实施例中，假使图3的脉冲产生器作为图2的脉冲产生器110，信号IN则由比较器120的输出端所提供，且输出脉冲信号OUT则提供来使能触发器125以产生PWM信号S_W。假使图3的脉冲产生器是作为图2的脉冲产生器115，信号IN则由比较器175的输出端所提供，且输出脉冲信号OUT则是提供至反相器181的输入端。

综上所述，本发明提供一种降压-升压功率因数修正(PFC)转换器。因此，本发明的功率因数修正功率可将AC输入转换为DC电压，且此DC电压可高于或低于线电压的峰值。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种降压-升压功率因数修正转换器，包括：

一电感器，包括一第一线圈以及一第二线圈，该第一线圈和第二线圈分别具有一第一端与一第二端；

一第一晶体管，耦接一正电源轨以及该第一线圈的该第一端，其中，一正弦波信号提供至该正电源轨；

一第二晶体管，耦接该第一线圈的该第二端以及一负电源轨；

一第一二极管，耦接于该第一线圈的该第二端与该降压-升压功率因数修正转换器的一输出端之间；

一第二二极管，耦接于该第一线圈的该第一端与该负电源轨之间；以及

一控制电路，用以产生一第一信号与一第二信号，以分别控制该第一晶体管与该第二晶体管；

其中，该第一信号用来导通该第一晶体管，以使该正电源轨耦接至该电感器，且该第二信号用来导通该第二晶体管，以使该电感器耦接该负电源轨；

其中，输出端的输出电压V_O由下式决定：

V_{O} = \frac{T_{ON}}{{T - T}_{ON}} \times V_{+};

以及

其中，T_ON表示第一晶体管和第二晶体管的导通时间，T表示第一信号与第二信号的转换周期，且V+表示该正电源轨的电压，

其中，该第一晶体管与该第二晶体管同时地导通/关闭，以及

其中，该第二线圈用以产生耦合至该控制电路的一反射信号。

2.如权利要求1所述的降压-升压功率因数修正转换器，其中，该控制电路根据该反射信号来产生该第一信号与该第二信号。

3.如权利要求1所述的降压-升压功率因数修正转换器，其中，该第一信号与该第二信号的最大导通时间受到该控制电路所限制。

4.如权利要求1所述的降压-升压功率因数修正转换器，更包括：

一第一电阻器，耦接于该第二晶体管与该负电源轨之间，用以产生一电流信号；以及

一分压器，耦接该降压-升压功率因数修正转换器的该输出端，用以产生一反馈信号；

其中，该控制电路根据电流信号、该反馈信号、以及该反射信号来产生该第一信号与该第二信号。

5.如权利要求4所述的降压-升压功率因数修正转换器，其中，该控制电路包括：

一触发器，用以产生一脉冲宽度调制信号；

一第一缓冲器，用以接收该脉冲宽度调制信号且产生该第一信号；以及

一第二缓冲器，用以接收该脉冲宽度调制信号且产生该第二信号；

其中，该触发器根据该反射信号而被使能，以产生该脉冲宽度调制信号，且该触发器根据该反馈信号与该电流信号而重置，以禁能该脉冲宽度调制信号。

6.一种降压-升压功率因数修正转换器，包括：

一电感器，包括一第一线圈以及一第二线圈，该第一线圈和第二线圈分别具有一第一端与一第二端，用作功率转换；

两晶体管，耦接一输入电源轨，其中，当这些晶体管导通时，该输入电源轨对该电感器充电；

一输入二极管与一输出二极管，其中该输入二极管以及该输出二极管分别连接至该电感器的该第一线圈的第一端与第二端，其中，当该等晶体管关闭时，该输入二极管与该输出二极管将该电感器的能量放电至该降压-升压功率因数修正转换器的一输出端；以及

一控制电路，用以产生多个切换信号来控制这些晶体管，以调整该降压-升压功率因数修正转换器的一输出电压并达成功率因数修正；

其中，该输出二极管耦接该降压-升压功率因数修正转换器的该输出端；

其中，当这些晶体管关闭时，该输入二极管提供一飞轮路径给该电感器；

其中，该降压-升压功率因数修正转换器的该输出电压可低于或高于该输入电源轨的电压；以及

其中，该输出电压V_O由下式决定：

V_{O} = \frac{T_{ON}}{{T - T}_{ON}} \times V_{+};

以及

其中，T_ON表示这些晶体管的导通时间，T表示多个切换信号的转换周期，且V+表示输入电源轨的电压，

其中，这些晶体管同时地导通/关闭，以及

7.如权利要求6所述的降压-升压功率因数修正转换器，其中，该控制电路根据该反射信号来产生切换信号。

8.如权利要求6所述的降压-升压功率因数修正转换器，其中，切换信号的最大导通时间受到该控制电路所限制。