CN110365202B - 无桥pfc转换器及其控制方法和封装式ic装置 - Google Patents

无桥pfc转换器及其控制方法和封装式ic装置 Download PDF

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Abstract

无桥PFC转换器及其控制方法和封装式IC装置。实例实施例是操作功率转换器的方法，包含通过以下操作在交流电AC源的正半线路周期期间操作所述功率转换器：通过低侧开关以具有第一极性的第一充电电流对电感进行充电；使用低侧电流变换器CT测量第一充电电流，同时使高侧CT的次级绕组短路；以及通过高侧开关以具有第一极性的第一放电电流对所述电感进行放电。在AC源的负半线路周期期间操作所述功率转换器通过以下操作来进行：通过高侧开关以具有第二极性的第二充电电流对所述电感进行充电；使用高侧CT测量所述第二充电电流，同时使低侧CT的次级绕组短路；以及通过低侧开关以具有第二极性的第二放电电流对电感进行放电。

Description

无桥PFC转换器及其控制方法和封装式IC装置
技术领域
本申请涉及电力转换器的技术领域，且具体地说，涉及无桥功率因数校正电力转换器。
背景技术
越来越需要具有更高效率和更小占据面积的电力转换器。最近满足所述需要的注意力集中在整流桥，以及无桥功率因数校正(PFC)转换器的具体进展。此类设计的一个难题是以增加无桥PFC转换器的高效操作的方式精确感测无桥PFC转换器内的电流。提高当前感测的精确度的任何方法或***将在市场中提供竞争性的优势。
发明内容
至少一个实例实施例是一种操作功率转换器的方法，包括在交流电(AC)源的正半线路周期期间操作功率转换器，并在AC源的负半线路周期期间操作功率转换器。在正半线路周期期间操作可包括：使高侧电流变换器的次级绕组短路；通过快支路低侧电控开关以具有第一极性的第一充电电流对电感进行充电；使用低侧电流变换器测量第一充电电流；且接着通过快支路高侧电控开关以具有第一极性的第一放电电流对电感进行放电。在负半线路周期期间操作可包括：使低侧电流变换器的次级绕组短路；通过快支路高侧电控开关以具有第二极性的第二充电电流对电感进行充电，所述第二极性与第一极性相反；使用高侧电流变换器测量第二充电电流；且接着通过快支路低侧电控开关以具有第二极性的第二放电电流对电感进行放电。
在实例方法中，电感可以在连续导电模式中进行充电和放电。
在实例方法中使用低侧电流变换器测量第一充电电流可另外包括：由低侧电流变换器的次级绕组在低侧感测节点上生成输出电压；以及通过低侧整流器在低侧感测节点和当前感测节点之间传导电流，其中低侧整流器经配置以将电流从低侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流。在实例方法中使用高侧电流变换器测量第二充电电流可另外包括：由高侧电流变换器的次级绕组在高侧感测节点上生成输出电压；以及通过高侧整流器在高侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中高侧整流器经配置以将电流从高侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流。
在实例方法中使用低侧电流变换器测量第一充电电流可另外包括：由低侧电流变换器的次级绕组在低侧感测节点上生成输出电压；以及通过低侧整流器在低侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中低侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到低侧感测节点并阻断相反方向上的电流。在实例方法中使用高侧电流变换器测量第二充电电流可另外包括：由高侧电流变换器的次级绕组在高侧感测节点上生成输出电压；以及通过高侧整流器在高侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中高侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到高侧感测节点并阻断相反方向上的电流。
实例方法可另外包括：由放电电流传感器测量第一放电电流；由放电电流传感器测量第二放电电流；将第一复合电流计算为第一充电电流和第一放电电流的总和；以及将第二复合电流计算为第二充电电流和第二放电电流的总和。
另一实例实施例是一种无桥功率因数校正(PFC)转换器，其包括：第一线路输入和第二线路输入；慢支路高侧场效应晶体管(FET)，其限定栅极、耦合到第一线路输入的源极和耦合到正节点的漏极；慢支路低侧FET，其限定栅极、耦合到第一线路输入的漏极和耦合到负节点的源极；电感，其限定耦合到第二线路输入的第一引线和限定开关节点的第二引线；快支路高侧FET，其限定栅极、耦合到开关节点的源极和耦合到正节点的漏极；高侧电流变换器(CT)，其经配置以感测通过快支路高侧FET的电流；快支路低侧FET，其限定栅极、耦合到负节点的源极和耦合到开关节点的漏极；低侧CT，其经配置以感测通过快支路低侧FET的电流；以及PFC控制器。PFC控制器可经配置以在耦合到第一线路输入和第二线路输入的交流电(AC)源的正半线路周期期间操作转换器，所述操作通过使转换器进行以下操作来进行：通过快支路低侧FET以具有第一极性的第一充电电流对电感进行充电；使用低侧CT测量第一充电电流，同时使高侧CT的次级绕组短路；且接着通过快支路高侧FET以具有第一极性的第一放电电流对电感进行放电。PFC控制器可经另外配置以通过使转换器进行以下操作在AC源的负半线路周期期间操作转换器：通过快支路高侧FET以具有第二极性的第二充电电流对电感进行充电，所述第二极性与第一极性相反；使用高侧CT测量第二充电电流，同时使低侧CT的次级绕组短路；且接着通过快支路低侧FET以具有第二极性的第二放电电流对电感进行放电。
实例无桥PFC转换器的PFC控制器可经另外配置以在连续导电模式中对电感进行充电和放电。
实例无桥PFC转换器可另外包括：PFC控制器，其经配置以在AC源的正半线路周期期间确证极性输出并在AC源的负半线路周期期间撤销确证极性输出；高侧开关，其经配置以响应于极性输出被确证而在高侧CT的第一和第二次级端子之间传导电流；以及低侧开关，其经配置以响应于极性输出被撤销确证而在低侧CT的第一和第二次级端子之间传导电流。
实例无桥PFC转换器的高侧CT可经配置以测量正节点和快支路高侧FET之间或快支路高侧FET和开关节点之间的第二充电电流。
实例无桥PFC转换器的低侧CT可经配置以测量开关节点和快支路低侧FET之间或快支路低侧FET和负节点之间的第一充电电流。
实例无桥PFC转换器可另外包括放电电流传感器，所述放电电流传感器经配置以测量第一放电电流和第二放电电流。放电电流传感器可另外包含电流变换器(CT)，所述电流变换器经配置以感测正节点和负节点之间的电流。放电电流传感器可经另外配置以测量负节点和输出电容器之间的第一放电电流和第二放电电流中的每一个。放电电流传感器可经另外配置以测量正节点和输出电容器之间的第一放电电流和第二放电电流中的每一个。
实例无桥PFC转换器可另外包括：低侧电流变换器的次级绕组，其经配置以在低侧感测节点上生成输出电压；低侧整流器，其耦合在低侧感测节点和电流感测节点之间，其中低侧整流器经配置以将电流从低侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流；高侧电流变换器的次级绕组，其经配置以在高侧感测节点上生成输出电压；高侧整流器，其耦合在高侧感测节点和电流感测节点之间，其中高侧整流器经配置以将电流从高侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流。
实例无桥PFC转换器可另外包括：低侧电流变换器的次级绕组，其经配置以在低侧感测节点上生成输出电压；低侧整流器，其耦合在低侧感测节点和电流感测节点之间，其中低侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到低侧感测节点并阻断相反方向上的电流；高侧电流变换器的次级绕组，其经配置以在高侧感测节点上生成输出电压；高侧整流器，其耦合在高侧感测节点和电流感测节点之间，其中高侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到高侧感测节点并阻断相反方向上的电流。
实例无桥PFC转换器可另外包括：低侧开关，其经配置以选择性地使低侧电流变换器的次级绕组短路；以及高侧开关，其经配置以选择性地使高侧电流变换器的次级绕组短路。低侧开关和高侧开关中的每一个可经配置以选择性地在第一引线和第二引线之间传导电流。低侧开关或高侧开关中的一个包含：第一FET，其限定栅极、耦合到高侧开关或低侧开关中的所述一个的第二引线的漏极和耦合到中心节点的源极；第二FET，其限定耦合到第一FET的栅极的栅极、耦合到高侧开关或低侧开关中的所述一个的第一引线的漏极和耦合到中心节点的源极；以及二极管，其限定耦合到第一FET的栅极和第二FET的栅极中的每一个的阳极端子及耦合到高侧开关或低侧开关中的所述一个的第一引线的阴极端子。
实例无桥PFC转换器可另外包括：低侧开关，其经配置以选择性地使低侧电流变换器的次级绕组短路；以及高侧开关，其经配置以选择性地使高侧电流变换器的次级绕组短路。低侧开关和高侧开关中的每一个经配置以选择性地在第一引线和第二引线之间传导电流，且低侧开关或高侧开关中的一个包含：p沟道FET，其限定栅极、耦合到高侧开关或低侧开关中的所述一个的第二引线的漏极和源极；二极管，其限定耦合到高侧开关或低侧开关中的所述一个的第一引线的阳极端子和耦合到p沟道FET的源极的阴极端子。
另一实例实施例是一种用于控制无桥功率因数校正(PFC)转换器的封装式集成电路(IC)装置，其包括：AC感测端子、慢支路高侧端子、慢支路低侧端子、快支路高侧端子、快支路低侧端子、充电电流端子和放电电流端子；线路侧控制器，其耦合到慢支路高侧端子和慢支路低侧端子，所述线路侧控制器经配置以感测连接到AC感测端子的交流电(AC)的极性，且所述线路侧控制器经配置以在极性为正时确证慢支路低侧端子并撤销确证慢支路高侧端子，并且所述线路侧控制器经配置以在极性为负时确证慢支路高侧端子并撤销确证慢支路低侧端子；电感器电流监测块，其耦合到充电电流端子和放电电流端子且经配置以使用充电电流端子上的充电电流信号和放电电流端子上的放电电流信号来确定平均电感器电流；极性输出端子，其经配置以响应于交流电(AC)源在正半线路周期或负半线路周期中的一个中而被确证，所述极性输出端子经配置以响应于交流电(AC)源在正半线路周期或负半线路周期中的与其中极性输出端子被确证的正半线路周期或负半线路周期中的所述一个相反的一个中而被撤销确证。
实例封装式IC装置的极性输出端子可经另外配置以在交流电(AC)源的正半线路周期期间确证并在交流电(AC)源的负半线路周期期间撤销确证。
附图说明
为了详细描述实例实施例，现在参考随附图式，其中：
图1展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器的电路示意图；
图2展示根据至少一些实施例的在正半线路周期期间和在电感的充电期间的无桥PFC转换器的电路示意图；
图3展示根据至少一些实施例的在正半线路周期期间和在电感的放电期间的无桥PFC转换器的电路示意图；
图4展示根据至少一些实施例的在负半线路周期期间和在电感的充电期间的无桥PFC转换器的电路示意图；
图5展示根据至少一些实施例的在负半线路周期期间和在电感的放电期间的无桥PFC转换器的电路示意图；
图6展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器的局部示意性的局部框图；
图7展示根据至少一些实施例的PFC控制器的框图；
图8展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器的一部分的电路示意图；
图9展示根据至少一些实施例的表示无桥功率因数校正(PFC)转换器内的电感的充电电流的充电电流感测信号的时序图；
图10展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器的一部分的电路示意图；
图11展示根据至少一些实施例的表示无桥功率因数校正(PFC)转换器内的电感的充电电流的充电电流感测信号的时序图；
图12展示根据至少一些实施例的放电电流传感器的电路示意图；
图13展示根据至少一些实施例的放电电流传感器的电路示意图；
图14展示根据至少一些实施例的表示无桥功率因数校正(PFC)转换器内的电感的放电电流的放电电流感测信号的时序图；
图15展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器内的复合电流的时序图；
图16展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器内的开关的电路示意图；
图17展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器内的替代性开关的电路示意图；
图18展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器的电路示意图；
图19展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器的电路示意图；
图20展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器的电路示意图；以及
图21展示根据至少一些实施例的方法步骤。
定义
使用各个术语来指代具体的***组件。不同公司可以用不同名称指代组件——本文件并不意图区分名称不同但功能相同的组件。在以下论述中并且在权利要求书中，术语“包含”和“包括”是以开放式方式使用的，因此应被解译为意味着“包含但不限于……”。并且，术语“耦合”意在意味着间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么所述连接可以是通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接连接。
“控制器”将意味着个别电路组件、所构造的专用集成电路(ASIC)、微控制器(具有控制软件)、现场可编程门阵列(FPGA)或其组合，它们经配置以读取信号并响应于此类信号而采取动作。
关于电气装置，术语“输入”和“输出”是指到电气装置的电连接，并且不应被理解为需要动作的动词。例如，控制器可具有栅极输出和一或多个感测输入。
具体实施方式
本申请要求2018年4月10日提交的标题为“用于图腾柱无桥PFC的电流感测技术(CURRENT SENSING TECHNIQUE FOR TOTEM POLE BRIDGELESS PFC)”的第62/655,598号美国临时申请的权益。所述临时申请以引用的方式并入本文中，就如同在下文完整再现一般。
以下论述涉及本发明的各种实施例。尽管这些实施例中的一或多个可以是优选的，但是所公开的实施例不应解释为或以其它方式用作对包含权利要求书的本公开的范围的限制。此外，本领域技术人员将理解以下描述具有广泛应用，且任何实施例的论述仅意图例示所述实施例，且并不意图表示包含权利要求书的本公开的范围限于所述实施例。
各种实例实施例涉及无桥功率因数校正(PFC)转换器(有时被称为图腾柱无桥PFC)的方法和***。更具体地说，实例实施例涉及以使用一组简化且一致的组件精确且有效地测量充电和放电电流的方式操作无桥PFC的方法。例如，使用电流变换器(CT)来感测充电和放电电流。同样更具体地说，在实例实施例中，当CT不是有源地用于感测充电电流时，使CT的次级绕组短路，从而阻止短路的CT在充电电流感测节点上生成损害信号，所述充电电流感测节点用于控制场效应晶体管(FET)的开关以生成转换器的输出电压。为了使读者确定方向，本说明书首先转向实例无桥PFC转换器。
图1展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器。具体地说，图1展示限定第一线路输入102和第二线路输入104的无桥PFC转换器100。AC源106耦合到线路输入102和104。在一些情况下，AC源具有50或60赫兹的行频以及在约85到约265VRMS范围内的均方根(RMS)电压。无桥PFC转换器100进一步限定慢支路高侧FET 108，所述慢支路高侧FET 108限定栅极110、耦合到第一线路输入102的源极112和耦合到无桥PFC转换器100的正节点116的漏极114。无桥PFC转换器100进一步限定慢支路低侧FET 118，所述慢支路低侧FET 118限定栅极120、耦合到第一线路输入102的漏极122和耦合到负节点126的源极124。慢支路高侧FET 108基于它在图中的位置(例如，上部部分)、慢支路高侧FET 108基于AC源106的行频开关的事实以及使慢支路高侧FET 108完全导电可涉及将栅极110驱动到略微大于转换器100的输出电压VOUT的电压的事实来命名。慢支路低侧FET 118基于它在图内与慢支路高侧FET 108相对的位置(例如，下部部分)以及慢支路低侧FET 118基于AC源106的行频开关的事实来命名。FET108和118是在许多情况下使用的实例；但是FET表示可用作电控开关的任何装置(例如，晶体管、结型晶体管、氮化镓(GaN)高电子移动性晶体管(HEMT)、碳化硅(SiC)装置、其它类型的FET以及硅控整流器)。
实例无桥PFC转换器100另外包括电感128，所述电感128限定耦合到第二线路输入104的第一引线130和限定开关节点134的第二引线132。在实例实施例中，电感128由单绕组电感器提供。然而，电感128可由多绕组电感器或使用变换器的一或多个绕组提供。
实例无桥PFC转换器100另外包括快支路高侧FET 136，所述快支路高侧FET 136限定栅极138、耦合到开关节点134的源极140和耦合到正节点116的漏极142。还包含快支路低侧FET 144，所述快支路低侧FET 144限定栅极146、耦合到负输出126的源极148和耦合到开关节点134的漏极150。快支路高侧FET 136基于它在图中的位置(例如，上部部分)、快支路高侧FET 136在大于AC源106的行频的开关频率下开关的事实以及使快支路高侧FET 136完全导电可涉及将栅极138驱动到略微大于转换器的VOUT的电压的事实来命名。快支路低侧FET 144基于它在图内与快支路高侧FET 136相对的位置(例如，下部部分)以及快支路低侧FET 144在大于AC源106的行频的开关频率下开关的事实来命名。FET 136和144是在大多数情况下使用的实例；但是FET 136和144表示可用作电控开关的任何装置(例如，晶体管、结型晶体管、GaN HEMT、SiC装置、其它类型的FET以及硅控整流器)。
实例无桥PFC控制器100限定耦合到正节点116的正输出152和耦合到负节点126的负输出154。在实例***中，正输出152和负输出154限定无桥PFC转换器100的输出电压VOUT。实例无桥PFC转换器100另外包括跨正输出152和负输出154耦合的平滑或输出电容器156。输出电容器156使输出电压平滑，并且在电感128处于充电模式(在下文详细论述)时的时间段期间存储和提供电荷。在一些情况下，输出电压VOUT跨85到265VRMS的整个实例AC源电压范围可以是400伏DC，但是其它输出电压也是可能的。因此，无桥PFC转换器100向跨正输出152和负输出154耦合的负载供电，其中实例负载展示为电阻器158。然而，在一些情况下，负载可以是另一功率转换器，例如设计和构造成将由无桥PFC转换器形成的400VDC转换成适用于下游电子器件的更低电压(例如，20伏、12伏或5伏)的返驰转换器。
实例无桥PFC转换器100另外包括：高侧电流传感器160，其经配置以感测通过快支路高侧FET 136的电流；低侧电流传感器162，其经配置以感测通过快支路低侧FET 144的电流；以及放电电流传感器164，其经配置以感测正节点116和正输出152之间的电流或负节点126和负输出154之间的电流。电流传感器在下文更详细地论述。
实例无桥PFC转换器100的操作可在概念上划分成两个宽泛类别：AC源106的正半线路周期；以及AC源106的负半线路周期。在正半线路周期中，AC源106具有使得第二线路输入104处的电压大于第一线路输入102的极性。相反地，在负半线路周期中，AC源106具有使得第一线路输入102处的电压大于第二线路输入104处的电压的极性。如“正”或“负”的标示是任意的，但是应选定并一致地使用以免混淆。
在正半线路周期期间，慢支路高侧FET 108不导电，且慢支路低侧FET 118导电。假设AC源106具有60赫兹的行频，慢支路高侧FET 108在正半线路周期中在一秒的1/120内保持不导电，且慢支路低侧FET 118在一秒的同一1/120内保持导电。在负半线路周期期间，慢支路高侧FET 108导电，且慢支路低侧FET 118不导电。再次假设AC源106具有60赫兹的行频，慢支路高侧FET 108在负半线路周期中在一秒的1/120内保持导电，且慢支路低侧FET118在一秒的同一1/120内保持不导电。FET 108和118的导电和不导电状态由此来回切换，其中AC源106的电压的极性相应改变。
在每个概念性划分(例如，正半线路周期和负半线路周期)内，无桥PFC转换器100具有两个可能状态：对电感128进行充电(有时被称为充电模式)；以及对电感128进行放电(有时称为放电模式)。说明书现在借助一连串图转向无桥PFC转换器100的操作。在每个图中，导电的FET展示为闭合开关触点，且不导电的FET展示为断开开关触点。
图2展示根据至少一些实施例的在正半线路周期期间和在电感的充电期间的无桥PFC转换器的电路示意图。具体地说，在正半线路周期期间，慢支路高侧FET 108不导电(展示为断开开关触点)，且慢支路低侧FET 118导电(展示为闭合开关触点)。图2的实例无桥PFC转换器100展示为对电感128进行充电，因此快支路高侧FET 136不导电(展示为断开开关触点)，且快支路低侧FET 144导电(展示为闭合开关触点)。展示的配置产生流过电感128的第一充电电流ICHARGE1，第一充电电流ICHARGE1具有第一极性(例如，相对于开关节点134在第一引线130处产生正电压)。假设稳态操作，在电感128的充电期间，输出电压VOUT由输出电容器156供应。第一充电电流ICHARGE1在电感128周围的场中形成并存储能量。同样在实例正半循环期间，无桥PFC转换器100接着转变为对电感128进行放电。
图3展示根据至少一些实施例的在正半线路周期期间和在电感128的放电期间的无桥PFC转换器的电路示意图。具体地说，同样在正半线路周期期间，慢支路高侧FET 108不导电，且慢支路低侧FET 118导电。图2的实例无桥PFC转换器100展示为对电感128进行放电，并且因此快支路高侧FET 136导电(展示为闭合开关触点)，且快支路低侧FET 144不导电(展示为断开开关触点)。因为通过电感的电流无法瞬时改变，所以当无桥PFC转换器100转变为对电感128进行放电时，第一放电电流IDISCHARGE1流过电感128，且第一放电电流IDISCHARGE1具有第一极性。更具体地说，第一放电电流IDISCHARGE1流到输出电容器156的第一引线和/或输出电压VOUT的正输出152。因此，在放电模式期间，第一放电电流IDISCHARGE1供应输出电压和电流，并对输出电容器156进行再次充电。
在实例正半线路周期期间，无桥PFC转换器100在充电模式和放电模式之间来回切换以供应输出电压VOUT。更具体地说，实例实施例在连续导电模式中操作无桥PFC转换器100，其中在通过电感器的电流未达到零的情况下，电感器128在充电模式和放电模式之间切换。换句话说，当在半线路周期期间，无桥PFC转换器100在连续导电模式中操作时，第一放电电流IDISCHARGE1在下一充电模式开始之前并不达到零。
仍然考虑图2和3的实例正半线路周期，电感128、快支路高侧FET 136和快支路低侧FET 144由此形成非隔离升压转换器，从而升高AC源106的电压以形成输出电压VOUT。
图4和5展示相对于AC源106的负半线路周期的无桥PFC转换器100内的充电电流ICHARGE2和放电电流IDISCHARGE2。更精确地，图4和5展示了在AC源106施加在第二线路输入104上的电压低于施加在第一线路输入102上的电压的时间段期间的充电电流ICHARGE2和放电电流IDISCHARGE2。
至此论述的无桥PFC转换器100的各种实施例假设但未明确地展示控制各种FET和监测各种信号的PFC控制器的存在。说明书现在转向包含PFC控制器的无桥PFC转换器的更详细描述。
图6展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器100的局部示意性局部框图。具体地说，图6展示图1中介绍的许多同一组件，并且那些组件具有相同的附图标号且不会关于图6再次介绍。图6明确地展示整体无桥PFC转换器100内的PFC控制器600。实例PFC控制器600是封装式集成电路(IC)，其具有电暴露在封装式IC的外表面上的多个端子。在一些实例***中，封装式IC是20引脚双列直插封装(DIP)，但是可使用任何合适的封装。实例PFC控制器600限定第一线路感测端子602、第二线路感测端子604、极性输出端子606、极性条输出端子608、快支路高侧端子610、快支路低侧端子612、第一电流感测端子614、第二电流感测端子616、慢支路低侧端子618和慢支路高侧端子620。还将存在额外端子(例如，电源、接地或共用端)，但是省略了这些额外端子以免使图过于复杂。
实例无桥PFC转换器100包含：PFC控制器600的第一线路感测端子602，其耦合到AC源106的第一线路输入102；和PFC控制器600的第二线路感测端子604，其耦合到AC源106的第二线路输入104。尽管图6展示端子602和604分别直接耦合到线路输入102和104，但是实际上，所述连接可包含降低从AC源106施加到PFC控制器600的电压的分压器。另外地或可替代地，线路输入102和104与端子602和604之间的连接可包含减小从AC源106供应到PFC控制器600的电流的限流电阻器。
在一些实施例中，PFC控制器600经配置以响应于AC源106在正半线路周期中而确证极性输出端子606，并响应于AC源106在负半线路周期中而撤销确证极性输出端子606。可替代地，PFC控制器600可经配置以响应于AC源106在负半线路周期中而确证极性输出端子606，并响应于AC源106在正半线路周期中而撤销确证极性输出端子606。在实例实施例中，极性条输出端子608配置为极性输出端子606的反相。换句话说，PFC控制器600经配置以仅在极性输出端子606被撤销确证时确证极性条输出端子608。
尽管在一些情况下，PFC控制器600能够直接驱动FET的栅极，但是实例实施例使用慢支路栅极驱动器630来相对于慢支路高侧FET 108和慢支路低侧FET 118执行所述任务。实例实施例还使用快支路栅极驱动器640来相对于快支路高侧FET 136和快支路低侧FET144执行所述任务。实例慢支路栅极驱动器630限定慢支路低侧输入632、慢支路高侧输入634、慢支路低侧输出636和慢支路高侧输出638。慢支路低侧输入632耦合到慢支路低侧端子618。慢支路高侧输入634耦合到慢支路高侧端子620。慢支路低侧输出636耦合到慢支路低侧FET 118的栅极120。慢支路高侧输出638耦合到慢支路高侧FET 108的栅极110。慢支路栅极驱动器630响应于被驱动到PFC控制器600的慢支路端子618和620的信号而使得慢支路FET 108和118导电和不导电。
实例快支路栅极驱动器640限定快支路低侧输入642、快支路高侧输入644、快支路低侧输出646和快支路高侧输出648。快支路低侧输入642耦合到快支路低侧端子612。快支路高侧输入644耦合到快支路高侧端子610。快支路高侧输出648耦合到快支路高侧FET 136的栅极138。快支路低侧输出646耦合到快支路低侧FET 144的栅极146。快支路栅极驱动器640响应于被驱动到PFC控制器600的快支路端子610和612的信号而使得快支路FET 136和144导电和不导电。
仍参考图6，高侧电流传感器160限定高侧电流输出650，且低侧电流传感器162限定低侧电流输出652。高侧电流传感器160包含高侧开关660，所述高侧开关660限定高侧命令输入662，且经配置以选择性地启用高侧电流传感器160以在高侧电流输出650上生成信号。高侧命令输入662连接到PFC控制器600的极性输出端子606，如由共用标签“极性”指示。低侧电流传感器162包含低侧开关664，所述低侧开关664限定低侧命令输入666，且经配置以选择性地启用低侧电流传感器162以在低侧电流输出652上生成信号。低侧命令输入666连接到PFC控制器600的极性条输出端子608，如由共用标签
Figure GDA0002239709520000111
指示。
在实例实施例中，高侧电流输出650和低侧电流输出652中的每一个耦合到充电电流感测节点654，所述充电电流感测节点654耦合到PFC控制器600的第一电流感测端子614，如由共用参考符号“CS1”指示。类似地，放电电流传感器164限定耦合到PFC控制器600的第二电流感测端子616的放电电流感测节点656，如由共用参考符号“CS2”指示。
图7展示根据至少一些实施例的PFC控制器600的框图。虽然不一定在物理上，但PFC控制器600的功能性可在概念上划分成极性输出驱动器700、线路侧控制器702、调制处理块710和转换器侧控制器720。
实例极性输出驱动器700耦合到第一线路感测端子602、第二线路感测端子604、极性输出端子606和极性条输出端子608。极性输出驱动器700经配置以借助于第一线路感测端子602和第二线路感测端子604感测AC源106的极性，且极性输出驱动器700经配置以在极性是正(例如，在第二线路输入104上比第一线路输入102电压更高)时确证极性输出端子606并撤销确证极性条输出端子608。另外，极性输出驱动器700经配置以在极性是负(例如，在第一线路输入102上比第二线路输入104电压更高)时确证极性条输出端子608并撤销确证极性输出端子606。
实例线路侧控制器702耦合到慢支路高侧端子620和慢支路低侧端子618。线路侧控制器702包含连接到极性输出端子606来接收AC源106的极性的极性输入704。替代地或另外，线路侧控制器702可通过连接到极性条输出端子608的输入从极性输出驱动器700接收输入信号。替代地，极性输出驱动器700可将一或多个极性信号直接传达到线路侧控制器702。线路侧控制器702经配置以在极性是正(例如，在第二线路输入104上比第一线路输入102电压更高)时确证慢支路低侧端子618并撤销确证慢支路高侧端子620。另外，线路侧控制器702经配置以在极性是负(例如，在第一线路输入102上比第二线路输入104电压更高)时确证慢支路高侧端子620并撤销确证慢支路低侧端子618。
实例PFC控制器600的调制处理块710界定调制输出712。调制处理块710包含耦合到第一电流感测端子614和第二电流感测端子616中的每一个的求和块714。求和块714经配置以叠加地组合来自第一电流感测端子614和第二电流感测端子616中的每一个的电流信号，所述电流信号分别表示电感128的充电电流ICHARGE1、ICHARGE2和放电电流IDISCHARGE1、IDISCHARGE2。求和块714经配置以在求和输出716上产生输出信号，随后通过调制输出712将所述输出信号传达到转换器侧控制器720。在实践中，调制处理块710可组合例如缩放因数、偏移和/或平滑等其它信号和/或功能与求和输出716以驱动调制输出712，但为简单起见从图7省略了那些其它信号和/或功能。
转换器侧控制器720界定连接到极性输出端子606来接收AC源106的极性的极性输入722。替代地或另外，转换器侧控制器720可通过连接到极性条输出端子608的输入接收极性信号。替代地，极性输出驱动器700可将一或多个极性信号直接传达到转换器侧控制器720。转换器侧控制器720还界定调制输入724，所述调制输入耦合到调制处理块710的调制输出712。
转换器侧控制器720还连接到快支路高侧端子610和快支路低侧端子612。在正半线路周期期间，转换器侧控制器720使转换器100置于充电和放电模式下以供应输出电压VOUT。也就是说，通过确证快支路低侧端子612并撤销确证快支路高侧端子610，转换器侧控制器720通过快支路低侧FET 144对电感128进行充电。通过确证快支路高侧端子610并撤销确证快支路低侧端子612，转换器侧控制器720接着将转换器置于放电模式下并通过快支路高侧FET 136对电感128进行放电。
在负半线路周期期间，转换器侧控制器720使转换器100置于充电和放电模式下以供应输出电压VOUT。也就是说，通过确证快支路高侧端子610并撤销确证快支路低侧端子612，转换器侧控制器720通过快支路高侧FET 136对电感128进行充电。转换器侧控制器720将转换器置于放电模式下并通过快支路低侧FET 144对电感128进行放电。
转换器侧控制器720经配置以使用脉冲宽度调制(PWM)控制策略来在充电模式与放电模式之间切换，无桥PFC转换器100在充电时间间隔TON内处于充电模式下，且无桥PFC转换器100在放电时间间隔TOFF内处于放电模式下。充电时间间隔TON与如通过调制输出712所传达的平均电感器电流成反比。此控制策略描述于安森美半导体公司(ON Semiconductor)的公开案HBD853/D Rev.5(2014年4月)中，所述公开案以全文引用的方式并入本文。因此，此控制策略取决于电感128的充电电流ICHARGE1、ICHARGE2和放电电流IDISCHARGE1、IDISCHARGE2两者的准确测量。
图8展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器100的一部分的电路示意图。具体来说，图8包含根据一些实施例的高侧电流传感器160和低侧电流传感器162中的每一个的详细示意图。在图8的实例实施例中，高侧电流传感器160包含高侧电流变换器(CT)800，其包含初级绕组802和次级绕组804。邻近于次级绕组804的极性点指示次级绕组804的侧，当电流在由邻近初级绕组802的点所指示的侧处进入初级绕组802时从所述侧流出电流。初级绕组802经配置以测量通过快支路高侧FET 136的第二充电电流ICHARGE2。次级绕组804产生从参考节点806到高侧感测节点808的输出电流，输出电流与第二充电电流ICHARGE2成正比。参考节点806连接到信号接地。实例高侧电流传感器160还包含界定第一电阻器引线812和第二电阻器引线814的放电复位电阻器810。第一电阻器引线812和第二电阻器引线814分别连接到参考节点806和高侧感测节点808。高侧电流传感器160还包含界定第一整流器引线822和第二整流器引线824的高侧整流器820。第一整流器引线822连接到高侧感测节点808，且第二整流器引线824连接到充电电流感测节点654。更具体地说，图8中所展示的高侧整流器820经配置以将来自高侧感测节点808的电流传导到充电电流感测节点654，同时在相对方向上阻断电流流动。在至少一些实施例中，且如图8中所展示，高侧整流器820包含单个二极管，但可使用其它整流器布置(例如，切换整流器)。
高侧电流传感器160还包含高侧开关660。具体来说，高侧开关660界定第一开关引线816和第二开关引线818，所述第一开关引线和第二开关引线相应地连接到参考节点806和高侧感测节点808。高侧开关660经配置以响应于高侧命令输入662的确证而在第一开关引线816与第二开关引线818之间选择性地传导电流。换句话说，高侧开关660响应于高侧命令输入662的确证而选择性地使高侧CT 800的次级绕组804短路。
当高侧开关660处于不导电状态时(即，当高侧开关660未使次级绕组804短路时)，与第二充电电流ICHARGE2成比例的感测电流从高侧感测节点808流动通过高侧整流器820且在电流信号电阻器870上产生电压(即，图9中展示的电压)。在此时间段期间，在高侧CT 800中累积磁化电流。一旦第二充电电流ICHARGE2停止流动通过高侧初级绕组802，那么磁化电流流经高侧复位电阻器810以在高侧感测节点808处产生短持续时间的负电压，其根据伏秒平衡原理而使高侧CT 800复位。
高侧电流传感器160会受与第二充电电流ICHARGE2不相关的效应影响。举例来说，第一放电电流IDISCHARGE1在与第二充电电流ICHARGE2的流动反向相反的方向上流动通过高侧CT800的高侧初级绕组802使在从高侧参考节点806到高侧感测节点808的方向上通过高侧复位电阻器810。因此，在高侧CT 800中累积与由第二充电电流ICHARGE2感应的磁化电流的方向相对的磁化电流。一旦第一放电电流IDISCHARGE1停止流经高侧初级绕组802，那么磁化电流继续流经高侧整流器820并跨越电流信号电阻器870产生小的正电压。此小的正电压表示误扰信号，所述信号损坏或扭曲低侧CT 162跨越电流信号电阻器870产生的电流感测电压。可通过在第二充电电流ICHARGE2不流动(例如，在正半线路周期期间和/或在放电时间间隔TOFF期间)时使高侧CT 800的次级绕组804短路来减少或消除此类误扰信号。
在图8的实例实施例中，低侧电流传感器162包含包含初级绕组842和次级绕组844的低侧电流变换器(current transformer，CT)840。邻近于次级绕组844的极性点指示次级绕组844的侧，当电流在由邻近初级绕组842的点所指示的侧处进入初级绕组842时从所述侧流出电流。初级绕组842经配置以测量穿过快支路低侧FET 144的第一充电电流ICHARGE1。次级绕组844产生从参考节点846到低侧感测节点848的输出电流，输出电流与第一充电电流ICHARGE1成正比。参考节点846连接到信号接地。实例低侧电流传感器162还包含界定第一电阻器引线852和第二电阻器引线854的低侧复位电阻器850。第一电阻器引线852和第二电阻器引线854分别连接到参考节点846和低侧感测节点848。低侧电流传感器162还包含界定第一整流器引线862和第二整流器引线864的低侧整流器860。第一整流器引线862连接到低侧感测节点848，且第二整流器引线864连接到充电电流感测节点654。更具体地说，图8中所展示的低侧整流器860经配置以将来自高侧感测节点848的电流传导到充电电流感测节点654，同时在相对方向上阻断电流流动。在至少一些实施例中，且如图8中所展示，低侧整流器860包含单个二极管，但可使用其它整流器布置(例如，切换整流器)。
低侧电流传感器162还包含低侧开关664。具体地说，低侧开关664界定第一开关引线856和第二开关引线858，所述开关引线分别连接到参考节点846和低侧感测节点848。低侧开关664经配置以响应于低侧命令输入666的确证而选择性地在第一开关引线856与第二开关引线858之间传导电流。换句话说，低侧开关664响应于低侧命令输入666的确证而选择性地使低侧CT 840的次级绕组844短路。
当低侧开关664处于不导电状态下时(即，当低侧开关664不使次级绕组844短路)时，与第一充电电流ICHARGE1成正比的感测电流从低侧感测节点848流经低侧整流器860并在电流信号电阻器870上产生电压(即，图9中展示的电压)。在此时间段期间，在低侧CT 840中累积磁化电流。一旦第一充电电流ICHARGE1停止流经低侧初级绕组842，那么磁化电流流经低侧复位电阻器850以在低侧感测节点848处产生短持续时间的负电压，其根据伏秒平衡原理而使低侧CT 840复位。
低侧电流传感器162会受与第一ICHARGE1不相关的效应影响。举例来说，在与第一充电电流ICHARGE1的流动相对的方向上流经低侧CT 840的低侧初级绕组842的第二放电电流IDISCHARGE2在从低侧参考节点846到低侧感测节点848的方向上产生穿过低侧复位电阻器850的次级电流。因此，在低侧CT 840中累积与由第一充电电流ICHARGE1感应的磁化电流的方向相对的磁化电流。一旦第二放电电流IDISCHARGE2停止流经低侧初级绕组842，那么磁化电流继续流经低侧整流器860并跨越电流信号电阻器870产生小的正电压。此小的正电压表示误扰信号，所述信号损坏或扭曲高侧CT 160跨越电流信号电阻器870产生的电流感测电压。可通过在第一充电电流ICHARGE1不流动(例如，在负半线路周期和/或在放电时间间隔TOFF期间)时使低侧CT 840的次级绕组844短路来减少或消除此类误扰信号。
仍参考图8，实例无桥PFC转换器100还包含界定第一电阻器引线872和第二电阻器引线874的电流信号电阻器870。第一电阻器引线872连接到充电电流感测节点654且第二电阻器引线874连接到信号接地。因此，当充电电流感测节点654未由高侧电流传感器160或低侧电流传感器162中的任一个通电时，电流信号电阻器870可用以下拉充电电流感测节点654以匹配信号接地的0V电位。
图9展示根据至少一些实施例的时序图。图9中的时标不必按比例绘制。确切地说，曲线图900展示充电电流感测节点654上并表示第一充电电流ICHARGE1的正向偏置感测信号的图形，所述第一充电电流在电感128充电时跨充电时间间隔TON增大。换句话说，
图9说明例如可由图8的实例实施例中展示的低侧电流传感器162产生的正向偏置感测信号。当AC源106处于正半线路周期中(即，处于图2中展示的配置中)时，图9中展示的第一充电电流ICHARGE1可由低侧电流传感器162感测到。当AC源106处于负半线路周期中(即，处于图4中展示的配置中)时，高侧电流传感器160可在充电电流感测节点654上产生表示第二充电电流ICHARGE2的类似正向偏置感测信号。
图10展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器100的一部分的电路示意图。图10的无桥PFC转换器100包含在形式和功能上与上文参考图8所描述的高侧电流传感器160相同的高侧电流传感器160，不同之处在于高侧CT 800的次级绕组804在相对卷绕方向(如由邻近参考节点806的点指示)上配置，且高侧整流器820经配置以在相对方向上导电。在操作中，高侧CT 800的次级绕组804产生从高侧感测节点808到参考节点806的电流，所述电流与第二充电电流ICHARGE2成正比。因此，高侧感测节点808相对于参考节点806具有负向偏置输出电压。将所述负向偏置输出电压发射穿过高侧整流器820到充电电流感测节点654。
图10的实例实施例中的低侧电流传感器162在形式和功能上与上文参考图8所描述的低侧电流传感器162相同，不同之处在于低侧CT 840的次级绕组844在相对卷绕方向(如由邻近参考节点846的点指示)上配置，且低侧整流器860经配置以在相对方向上导电。在操作中，低侧CT 840的次级绕组844产生从低侧感测节点848到参考节点846的电流，所述电流与第一充电电流ICHARGE1成正比。因此，低侧感测节点848相对于参考节点846负向偏置。将所述负向偏置信号发射穿过低侧整流器860到充电电流感测节点654。
图11展示根据至少一些实施例的时序图。图11中的时标不必按比例绘制。确切地说，曲线图1100展示充电电流感测节点654上并表示第一充电电流ICHARGE1的负向偏置感测信号的图形，所述第一充电电流在电感128充电时跨充电时间间隔TON增大。换句话说，图11说明例如可由图10的实例实施例中展示的低侧电流传感器162产生的负向偏置感测信号。当AC源106处于正半线路周期中(即，处于图2中展示的配置中)时，图11中展示的第一充电电流ICHARGE1可由低侧电流传感器162感测到。当AC源106处于负半线路周期中(即，处于图4中展示的配置中)时，高侧电流传感器160可在充电电流感测节点654上产生表示第二充电电流ICHARGE2的类似负向偏置感测信号。
图12展示根据至少一些实施例的放电电流传感器164的电路示意图。具体地说，放电电流传感器164包含包含初级绕组1202和次级绕组1204的放电CT 1200。初级绕组1202经配置以测量无桥PFC转换器100中的放电电流IDISCHARGE1或IDISCHARGE2(且因此图展示IDISCHARGEX)。次级绕组1204产生从参考节点1206到放电感测节点1208的输出电流，所述输出电流与放电电流IDISCHARGEX成正比。参考节点1206连接到信号接地。实例放电电流传感器164还包含界定第一电阻器引线1212和第二电阻器引线1214的放电复位电阻器1210。第一电阻器引线1212和第二电阻器引线1214分别连接到参考节点1206和放电感测节点1208。放电电流传感器164还包含界定第一整流器引线1218和第二整流器引线1220的放电整流器1216。第一整流器引线1218连接到放电感测节点1208，且第二整流器引线1220连接到放电电流感测节点656。更具体地说，图12中所展示的放电整流器1216经配置以将来自放电感测节点1208的电流传导到放电电流感测节点656同时在相对方向上阻断电流流动。在图中未展示的其它实施例中，放电电流传感器164可经配置以通过反转次级绕组的极性且通过反转放电整流器1216的极性来在放电电流感测节点656上产生负极性。此负极性配置可以与上文参考图10所描述的电流传感器160、162类似的方式操作。在至少一些实施例中，且如图12中所展示，放电整流器1216包含单个二极管，但可使用其它整流器布置(例如，切换整流器)。
仍参考图12，放电电流传感器164还包含界定第一电阻器引线1232和第二电阻器引线1234的放电信号电阻器1230。第一电阻器引线1232连接到信号接地且第二电阻器引线1234连接到放电电流感测节点656。因此，当放电电流感测节点656未由放电感测节点1208通过放电整流器1216通电时，放电信号电阻器1230可用以下拉放电电流感测节点656以匹配信号接地的0V电位。
图13展示根据至少一些实施例的放电电流传感器164的电路示意图。图13中所展示的实例放电电流传感器164包含界定第一电阻器引线1302和第二电阻器引线1304的放电感测电阻器1300。第一电阻器引线1302连接到负节点126且还连接到信号接地。第二电阻器引线1304连接到放电电流感测节点656。在操作中，将第二放电电流IDISCHARGE2传导穿过放电感测电阻器1300，所述放电感测电阻器在第一电阻器引线1302与第二电阻器引线1304之间产生对应压降。因此，所述压降包括放电电流感测节点656上的放电电流信号。图13中所展示的放电电流传感器164以与图12中所展示的放电电流传感器164类似的方式操作以便感测放电电流IDISCHARGEX。
图14展示根据至少一些实施例的时序图。图14中的时标不必按比例绘制。确切地说，曲线图1400展示放电电流IDISCHARGEX的图形，所述放电电流在电感128放电时跨放电时间间隔TOFF增大，而不论半线路周期。换句话说，图14说明例如可由放电电流传感器164在放电电流感测节点656上产生的正向偏置感测信号。
图15展示根据至少一些实施例的时序图。图15中的时标不必按比例绘制。确切地说，曲线图1500展示包含第一充电电流ICHARGE1和第一放电电流IDISCHARGE1两者的复合信号的图形。当AC源106处于正半线路周期中(即，处于图2到3中展示的配置中)时，图15上表示的复合信号是上文参考图7所论述的求和输出716的输出信号。当AC源106处于负半线路周期中(即，处于图4到5中展示的配置中)时，求和输出716可产生包含第二充电电流ICHARGE2和第二放电电流IDISCHARGE2两者的类似求和信号。
图16展示根据至少一些实施例的用于在无桥PFC转换器100内使用的实例开关660、664的电路示意图图16中所展示的实例开关660、664界定第一开关引线816、856和第二开关引线818、858以及命令输入662、666。根据一些实施例，实例开关660、664经配置以响应于命令输入662、666被撤销确证而选择性地将来自第一开关引线816、856的电流传导到第二开关引线818、858。实例开关660、664经配置以阻断在第一开关引线816、856与第二开关引线818、858之间流动的电流，命令输入662、666被确证，且第二开关引线818、858相对于第一开关引线816、856具有正电压或负电压。换句话说，实例开关660、664充当二象限开关。四象限开关也可用于高侧开关660和/或低侧开关664。
具体地说，图16中所展示的实例开关660、664包含界定栅极1602的第一FET 1600、耦合到第二开关引线818、858的漏极1604和耦合到中心节点1608的源极1606。第一体二极管1610包含连接到漏极1604的阳极端子和连接到第一FET 1600的源极1606的阴极端子。第二FET 1612界定耦合到第一FET 1600的栅极1602的栅极1614、耦合到第一开关引线816、856的漏极1616、和耦合到中心节点1608的源极1618。第二体二极管1620包含连接到漏极1616的阳极端子和连接到第二FET 1612的源极1618的阴极端子。外部二极管1622界定阳极端子1624和阴极端子1626。阳极端子1624连接到第一FET 1600的栅极1602和第二FET 1612的栅极1614，且阴极端子1626连接到第一开关引线816、856。实例开关660、664还包含电阻器1628，所述电阻器界定连接到中心节点1608的第一引线1630和连接到第一FET 1600的栅极1602和第二FET 1612的栅极1614两者的第二引线1632。信号电容器1634界定连接到命令输入662、666的第一引线1636和连接到第一FET 1600的栅极1602和第二FET 1612的栅极1614两者的第二引线1638。
图17展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(power factor correcting，PFC)转换器内的开关的电路示意图。图17中所展示的实例开关660、664界定第一开关引线816、856和第二开关引线818、858以及命令输入662、666。根据一些实施例，实例开关660、664经配置以响应于命令输入662、666被撤销确证而选择性地将来自第一开关引线816、856的电流传导到第二开关引线818、858。实例开关660、664经配置以阻断在第一开关引线816、856与第二开关引线818、858之间流动的电流，命令输入662、666被撤销确证，且第二开关引线818、858相对于第一开关引线816、856具有正电压或负电压。换句话说，实例开关660、664充当二象限开关。四象限开关也可用于高侧开关660和/或低侧开关664。具体地说，图17中所展示的实例开关660、664包含界定栅极1702的p沟道FET 1700、耦合到第二开关引线818、858的漏极1704和耦合到中心节点1708的源极1706。体二极管1710包含连接到漏极1704的阳极端子和连接到p沟道FET 1700的源极1706的阴极端子。实例开关660、664还包含二极管1712，所述二极管界定连接到第一开关引线816、856的阳极端子1714和连接到中心节点1708的阴极端子1716。
相对于处于关断(即，不导电)条件下的第一开关引线816、856，开关660、664各自用以阻断第二开关引线818、858处的相对大的负复位电压和相对小的正感测电压。开关660、664还各自用以将来自第一开关引线816、856的电流传导到处于接通(即，导电)条件下的第二开关引线818、858。图16中所展示的实例开关660、664比图17中所展示的实例开关660、664更复杂，但图16中所展示的实例开关660、664可具有更高容量以阻断关断条件下的第二开关引线818、858处的正电压和/或负电压中的任一个或两个。另外或替代地，当与图17中所展示的实例开关660、664比较时，图16中所展示的实例开关660、664可以能够将来自第一开关引线816、856的更多电流传导到处于接通条件下的第二开关引线818、858。
图18展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器100的电路示意图。具体地说，图18展示在上文参考图1描述的无桥PFC转换器100的变型，但高侧电流传感器160在不同位置中。如图18中所展示，高侧电流传感器160经配置以感测快支路高侧FET 136与开关节点134之间的电流。在其它实施例中，例如在上文参考图1所论述的实施例中，高侧电流传感器160经配置以感测正节点116与快支路高侧FET 136之间的电流。这些配置中的任一个使高侧电流传感器160能够测量穿过快支路高侧FET 136的第二充电电流ICHARGE2。
图19展示根据至少一些实施例的无桥PFC转换器100的电路示意图。具体地说，图19展示在上文参考图1描述的无桥PFC转换器100的变型，但低侧电流传感器162在不同位置中。如图19中所展示，低侧电流传感器162经配置以感测快支路低侧FET 144与负节点126之间的电流。在其它实施例中，例如在上文参考图1所论述的实施例中，低侧电流传感器162经配置以感测开关节点134与快支路低侧FET 144之间的电流。这些配置中的任一个使低侧电流传感器162能够测量穿过快支路低侧FET 144的第一充电电流ICHARGE1。
图20展示根据至少一些实施例的无桥功率因数校正(PFC)转换器100的电路示意图。具体地说，图20展示在上文参考图1描述的无桥功率因数校正(PFC)转换器100的变型，但放电电流传感器164在不同位置中。如图20中所展示，放电电流传感器164经配置以感测穿过正节点116与输出电容器156之间的导体的电流(即，感测正节点116与正输出152之间的电流)。在其它实施例中，例如在上文参考图1所论述的实施例中，放电电流传感器164经配置以感测穿过负节点126与负输出154之间的导体的电流(即，感测负节点126与负输出154之间的电流)。这些配置中的任一个允许放电电流传感器164在电感128放电时测量穿过电感128的放电电流IDISCHARGE1、IDISCHARGE2。
图21展示根据至少一些实施例的操作功率转换器的方法。确切地说，方法开始(框2100)并包括：在交流电(AC)源的正半线路周期期间操作功率转换器(框2102)；和在AC源的负半线路周期期间操作功率转换器(框2104)。此后方法结束(框2106)。具体地说，框2102包含使高侧电流变换器的次级绕组短路(框2102a)；通过快支路低侧电控开关以具有第一极性的第一充电电流对电感进行充电(框2102b)；使用低侧电流变换器来测量第一充电电流(框2102c)；并接着通过快支路高侧电控开关以具有第一极性的第一放电电流对电感进行放电(框2102d)。类似地，框2104包含使低侧电流变换器的次级绕组短路(框2104a)；通过快支路高侧电控开关以具有与第一极性相反的第二极性的第二充电电流对电感进行充电(框2104b)；使用高侧电流变换器来测量第二充电电流(框2104c)；并接着通过快支路低侧电控开关以具有第二极性的第二放电电流对电感进行放电(框2104d)。在一些实施例中，在连续导电模式下对电感进行充电和放电。
在一些实施例中，在AC源的整个正半线路周期中执行(框2102)使高侧电流变换器的次级绕组短路(框2102a)。在其它实施例中，在短于AC源的正半线路周期的完整时间内执行(框2102)使高侧电流变换器的次级绕组短路(框2102a)。
在一些实施例中，在AC源的整个负半线路周期中执行(框2104)使低侧电流变换器的次级绕组短路(框2104a)。在其它实施例中，在短于AC源的负半线路周期的完整时间内执行(框2104)使低侧电流变换器的次级绕组短路(框2104a)。
在一些实施例中，使用低侧电流变换器来测量第一充电电流(框2102c)的步骤另外包含：由低侧电流变换器的次级绕组生成低侧感测节点上的输出电压；并通过低侧整流器在低侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中低侧整流器经配置以将电流从低侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流。在本公开中参考图8另外描述此操作。
在一些实施例中，使用高侧电流变换器来测量第二充电电流(框2104c)的步骤另外包含：由高侧电流变换器的次级绕组生成高侧感测节点上的输出电压；并通过高侧整流器在高侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中高侧整流器经配置以将电流从高侧感测节点传导到电流感测节点并阻断相反方向上的电流。在本公开中参考图8另外描述此操作。
在一些实施例中，使用低侧电流变换器来测量第一充电电流(框2102c)的步骤另外包含：由低侧电流变换器的次级绕组生成低侧感测节点上的输出电压；并通过低侧整流器在低侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中低侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到低侧感测节点并阻断相反方向上的电流。在本公开中参考图10另外描述此操作。
在一些实施例中，使用高侧电流变换器来测量第二充电电流(框2104c)的步骤另外包含：由高侧电流变换器的次级绕组生成高侧感测节点上的输出电压；并通过高侧整流器在高侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中高侧整流器经配置以将电流从电流感测节点传导到高侧感测节点并阻断相反方向上的电流。在本公开中参考图10另外描述此操作。
在一些实施例中，功率转换器的操作方法另外包括：通过放电电流传感器测量第一放电电流；通过放电电流传感器测量第二放电电流；将第一复合电流计算为第一充电电流与第一放电电流的总和；和将第二复合电流计算为第二充电电流与第二放电电流的总和。在本公开中参考图15另外描述此操作。
以上论述意在说明本发明的原理和各种实施例。一旦完全理解上述公开内容，许多变化和修改对于所属领域的技术人员将变得显而易见。希望将所附权利要求书解释为包涵所有此类变化和修改。

Claims (10)

1.一种操作功率转换器的方法，其包括：
通过以下操作在交流电AC源的正半线路周期期间操作所述功率转换器：
使高侧电流变换器的次级绕组短路；
通过快支路低侧电控开关以具有第一极性的第一充电电流对电感进行充电；
使用低侧电流变换器测量所述第一充电电流；且接着
通过快支路高侧电控开关以具有所述第一极性的第一放电电流对所述电感进行放电；
通过以下操作在所述AC源的负半线路周期期间操作所述功率转换器：
使所述低侧电流变换器的次级绕组短路；
通过所述快支路高侧电控开关以具有第二极性的第二充电电流对所述电感进行充电，所述第二极性与所述第一极性相反；
使用所述高侧电流变换器测量所述第二充电电流；且接着
通过所述快支路低侧电控开关以具有所述第二极性的第二放电电流对所述电感进行放电。
2.根据权利要求1所述的方法：
其中使用所述低侧电流变换器测量所述第一充电电流另外包括：
由所述低侧电流变换器的所述次级绕组在低侧感测节点上生成输出电压；
通过低侧整流器在所述低侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中所述低侧整流器经配置以将电流从所述低侧感测节点传导到所述电流感测节点并阻断相反方向上的电流；以及
其中使用所述高侧电流变换器测量所述第二充电电流另外包括：
由所述高侧电流变换器的所述次级绕组在高侧感测节点上生成输出电压；
通过高侧整流器在所述高侧感测节点和所述电流感测节点之间传导电流，其中所述高侧整流器经配置以将电流从所述高侧感测节点传导到所述电流感测节点并阻断相反方向上的电流。
3.根据权利要求1所述的方法：
其中使用所述低侧电流变换器测量所述第一充电电流另外包括：
由所述低侧电流变换器的所述次级绕组在低侧感测节点上生成输出电压；
通过低侧整流器在所述低侧感测节点和电流感测节点之间传导电流，其中所述低侧整流器经配置以将电流从所述电流感测节点传导到所述低侧感测节点并阻断相反方向上的电流；以及
其中使用所述高侧电流变换器测量所述第二充电电流另外包括：
由所述高侧电流变换器的所述次级绕组在高侧感测节点上生成输出电压；
通过高侧整流器在所述高侧感测节点和所述电流感测节点之间传导电流，其中所述高侧整流器经配置以将电流从所述电流感测节点传导到所述高侧感测节点并阻断相反方向上的电流。
4.一种无桥功率因数校正PFC转换器，其包括：
第一线路输入和第二线路输入；
慢支路高侧场效应晶体管FET，其限定栅极、耦合到所述第一线路输入的源极和耦合到正节点的漏极；
慢支路低侧FET，其限定栅极、耦合到所述第一线路输入的漏极和耦合到负节点的源极；
电感，其限定耦合到所述第二线路输入的第一引线及限定开关节点的第二引线；快支路高侧FET，其限定栅极、耦合到所述开关节点的源极和耦合到所述正节点的漏极；
高侧电流变换器CT，其经配置以感测通过所述快支路高侧FET的电流；
快支路低侧FET，其限定栅极、耦合到所述负节点的源极和耦合到所述开关节点的漏极；
低侧CT，其经配置以感测通过所述快支路低侧FET的电流；
PFC控制器，其经配置以在耦合到所述第一和第二线路输入的交流电AC源的正半线路周期期间操作所述转换器，所述操作通过使所述转换器进行以下操作来进行：
通过所述快支路低侧FET以具有第一极性的第一充电电流对所述电感进行充电；
使用所述低侧CT测量所述第一充电电流，同时使所述高侧CT的次级绕组短路；且接着
通过所述快支路高侧FET以具有所述第一极性的第一放电电流对所述电感进行放电；
所述PFC控制器经配置以在所述AC源的负半线路周期期间通过使所述转换器进行以下操作来操作所述转换器：
通过所述快支路高侧FET以具有第二极性的第二充电电流对所述电感进行充电，所述第二极性与所述第一极性相反；
使用所述高侧CT测量所述第二充电电流，同时使所述低侧CT的次级绕组短路；且接着
通过所述快支路低侧FET以具有所述第二极性的第二放电电流对所述电感进行放电。
5.根据权利要求4所述的无桥功率因数校正PFC转换器，其另外包括：
所述PFC控制器，其经配置以在所述AC源的所述正半线路周期期间确证极性输出，并在所述AC源的所述负半线路周期期间撤销确证所述极性输出；
高侧开关，其经配置以响应于所述极性输出被确证而在所述高侧CT的第一和第二次级端子之间传导电流；以及
低侧开关，其经配置以响应于所述极性输出被撤销确证而在所述低侧CT的第一和第二次级端子之间传导电流。
6.根据权利要求4所述的无桥功率因数校正PFC转换器，其另外包括：
低侧电流变换器的所述次级绕组，其经配置以在低侧感测节点上生成输出电压；低侧整流器，其耦合在所述低侧感测节点和电流感测节点之间，其中所述低侧整流器经配置以将电流从所述低侧感测节点传导到所述电流感测节点并阻断相反方向上的电流；
所述高侧电流变换器的所述次级绕组，其经配置以在高侧感测节点上生成输出电压；
高侧整流器，其耦合在所述高侧感测节点和所述电流感测节点之间，其中所述高侧整流器经配置以将电流从所述高侧感测节点传导到所述电流感测节点并阻断相反方向上的电流。
7.根据权利要求4所述的无桥功率因数校正PFC转换器，其另外包括：
低侧电流变换器的所述次级绕组，其经配置以在低侧感测节点上生成输出电压；低侧整流器，其耦合在所述低侧感测节点和电流感测节点之间，其中所述低侧整流器经配置以将电流从所述电流感测节点传导到所述低侧感测节点并阻断相反方向上的电流；
所述高侧电流变换器的所述次级绕组，其经配置以在高侧感测节点上生成输出电压；
高侧整流器，其耦合在所述高侧感测节点和所述电流感测节点之间，其中所述高侧整流器经配置以将电流从所述电流感测节点传导到所述高侧感测节点并阻断相反方向上的电流。
8.根据权利要求4所述的无桥功率因数校正PFC转换器，其另外包括：
低侧开关，其经配置以选择性地使低侧电流变换器的所述次级绕组短路；
高侧开关，其经配置以选择性地使所述高侧电流变换器的所述次级绕组短路；
其中所述低侧开关和所述高侧开关中的每一个经配置以选择性地在第一引线和第二引线之间传导电流；以及
其中所述低侧开关或所述高侧开关中的一个包含：
第一FET，其限定栅极、耦合到所述高侧开关或所述低侧开关中的所述一个的所述第二引线的漏极和耦合到中心节点的源极；
第二FET，其限定耦合到所述第一FET的所述栅极的栅极、耦合到所述高侧开关或所述低侧开关中的所述一个的所述第一引线的漏极和耦合到所述中心节点的源极；以及
二极管，其限定耦合到所述第一FET的所述栅极和所述第二FET的所述栅极中的每一个的阳极端子及耦合到所述高侧开关或所述低侧开关中的所述一个的所述第一引线的阴极端子。
9.一种用于控制无桥功率因数校正PFC转换器的封装式集成电路IC装置，其包括：
AC感测端子、慢支路高侧端子、慢支路低侧端子、快支路高侧端子、快支路低侧端子、充电电流端子和放电电流端子；
线路侧控制器，其耦合到所述慢支路高侧端子和所述慢支路低侧端子，所述线路侧控制器经配置以感测连接到所述AC感测端子的交流电AC的极性，且所述线路侧控制器经配置以在所述极性为正时确证所述慢支路低侧端子并撤销确证所述慢支路高侧端子，并且所述线路侧控制器经配置以在所述极性为负时确证所述慢支路高侧端子并撤销确证所述慢支路低侧端子；
电感器电流监测块，其耦合到所述充电电流端子和所述放电电流端子，且经配置以使用所述充电电流端子上的充电电流信号和所述放电电流端子上的放电电流信号来确定平均电感器电流；
极性输出端子，其经配置以响应于所述交流电AC源在正半线路周期或负半线路周期中的一个中而被确证，所述极性输出端子经配置以响应于所述交流电AC源在所述正半线路周期或所述负半线路周期中的与其中所述极性输出端子被确证的所述正半线路周期或所述负半线路周期中的所述一个相反的一个中而被撤销确证。
10.根据权利要求9所述的封装式集成电路IC装置，其中所述极性输出端子经配置以在所述交流电AC源的所述正半线路周期期间确证并在所述交流电AC源的所述负半线路周期期间撤销确证。
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