[发明专利]与PFC集成的VRMS和整流检测全桥同步整流

说明书

技术领域

本发明涉及同步整流器中的交流源电压检测以及电流检测，并且更具体地，本发明涉及具有PFC(功率因数校正)的全桥同步整流中的这种检测。 

背景技术

图1是将AC(交流)输入电压2转换成DC(直流)输出电压4的基本整流、升压电路的现有技术示意图。该电路具有两级，第一级是由D1-D4组成的二极管全波整流器，第二级是升压电感器Lb、升压开关Qb、升压二极管Db、以及输出滤波电容器Cf。Qb是N沟道MOSFET，其中栅极10和源极12之间的正电压导通Qb，并且对于从漏极14流到源极12的电流呈现低阻抗路径。如图所示，MOSFET Qb具有从源极到漏级的内部体二极管16，当源极电压比漏级电压高时可以载流。 

二极管D1-D4构成在电感器Lb左端提供整流的正弦电压12的全波整流器桥。功率MOSFET Qb由平均电流控制器6以比AC电源(mains)输入电压更高的开关频率来导通和关断。典型的开关频率在40kHz到100KHz的范围内。平均电流控制器脉宽调制(PWM)Qb的导通，从而迫使Lb中的基波电流与整流电压12的形状类似。例如，当D1的阳极相对D4的阴极由AC输入电压进行正向驱动时，升压电感器Lb通过D1、Qb、以及D4返回到AC输入2而进行充电(形成电流)。当Qb关断时，Db的阳极电压上升，直到Lb通过Db、负载8、并联电容器Cf以及D4返回到AC源2而放电。当Db导通时，其防止电容器Cf通过Qb回放电。输出电压4将被调节到某个DC电平，典型地，对于120/240Vac的AC电源输入，其是400Vdc。在下一个AC电源的半个周期，通过D3、Lb、Qb以及D2返回到AC电压源而对Lb进行充电。再次当Qb关断时，Lb通过Db、负载8以及并联电容器Cf进行放电并且将输出电压4调节到某个电平。 

图1的现有技术控制器6被设计成改变d(t)信号脉冲宽度，使得电流i_rd(t)10 与整流电压v_rd(t)成比例。如果是非常精确的成比例，那么功率因数为1.0，但是实际上功率因数仅能接近1.0。如下文所述，这种校正起了作用，从而使得AC电压源上的负载是阻性的。这种情况下，当前负载与AC电压源2成比例(即，正弦并且同相)。 

在图1所示的现有技术电路中，在D1和D3的阴极上检测电压v_rd(t)，并且可以用电流互感器或者通过检测串联电阻器两端的电压降来检测负载电流10。 

美国专利No.6,738,274B2(’274)描述了其中减小了电路损耗并且校正了功率因数的开关式电源。然而，在该专利中，未以任何细节示出或者讨论电流检测和电压检测。如果象现有技术那样使用电阻器和50/60Hz互感器的话，该专利中的许多优点都不能实现。串联电流检测电阻器消耗了功率并且50/60Hz线电压检测互感器有损耗并且实体上特别庞大。通过电阻器的现有技术电流检测典型地使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)以及图2的各个反并联二极管D10、D12。见’274专利的图5，控制信号的产生在该专利中并未详述。然而，如上所述，用于产生这种控制信号的控制器的逻辑电路的设计或者大规模IC(集成电路)计算机的使用对于本领域技术人员来说是公知的。 

除了将PFC功能与整流功能集成外，图2的电路操作与图1类似。控制器操作IGBT开关Q1和Q2，使得AC输入上的负载呈现电阻性。该实施例中，升压电感器Lb在公共铁心上典型地被分成两个绕组。在AC电压极性如图2中所标示时的AC输入半周期中，通过Q1对电感器Lb进行充电，放电通过导通和关断Q1进行控制。在该周期中，电感器的放电通过D1、Cf、负载和D12来完成。在交替的AC输入的半周期中，放电路径为通过D2、负载和D10。控制器的主要部分(content)可以是驱动Q1和Q2实现PFC接近1的处理器，PFC接近1就是AC输入上的负载呈现为电阻性。 

仍然参考图2，50/60Hz AC线路互感器将单独表示的输入AC信号V_rd(t)提供给控制器7。将该互感器的二次侧进行全波整流，从而提供与AC输入的绝对值成比例的信号。该互感器对于消除AC输入和控制器(负输出)之间共同存在的共模电压是必要的。从AC输入信号流出的电流ird(t)可以从互感器9或者从串联电阻器Rs中检测出来。将所检测的电流输入到控制器7中。控制器响应vrd(t)以及ird(t)输出开关频率PWM d(t)信号，其驱动Q1和Q2的栅极以便 使得AC输入上的负载为电阻性。