[发明专利]功率因数变换器和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电源，并且更具体地是涉及电源中的反馈。

背景技术

功率变换器用在各种便携式电子设备中，其包括笔记本电脑、蜂窝电话、个人数字助理、视频游戏、视频摄像机，等等。此外，其也被使用在非便携式应用中，例如发光二极管(LED)驱动变换器。功率变换器可将在一个电压电平处的dc信号变换成在不同电压电平处的dc信号(这是dc-dc变换器)，将交流(ac)信号变换成dc信号(这是ac-dc变换器)，将dc信号变换成ac信号(这是dc-ac变换器)，或者将ac信号变换成ac信号(这是ac-ac变换器)。典型地，这些类型的变换器包括二极管桥式整流级和大容量存储电容器，其从ac线路提供的ac信号产生dc电压。该dc电压还被变换器处理，这产生横跨负载所施加的输出信号。在这种配置中，当瞬时ac电压大于横跨大容量存储电容器两端的电压时，整流电路仅从ac线路提取电力，这导致具有高谐振频率的非正弦电流信号。该配置的缺点在于有功功率与视在功率的比例或功率因数通常非常低。因此，变换器提取过量的电流但未能使用该过量的电流来执行或完成任何电路功能。

为了解决功率因数的问题，集成电路制造商将功率因数校正(PFC)级耦合到二极管桥式整流器，这通过使电流的形状更接近正弦波来改进从主ac线路中提取的电流的使用。一般来说，包括PFC级的功率变换器是两级功率变换器，即两级PFC结构，或者单级功率变换器，即单级PFC结构。具有两级PFC结构的变换器允许优化每个个别的功率级。然而，这种类型的结构使用大量的组件，并处理两倍的功率。具有单级PFC结构的变换器使用较少组件，处理较小倍数的功率，这能够改进效率，并且能够比两级结构更加可靠。单级结构的缺点在于具有大输出波动，其至少是ac线路频率的两倍。该波动的幅度能够过度驱动(overdrive)常规的反馈网络，强迫这些反馈网络处于线性响应区域之外，或者降低它们维持高功率因数的能力。一种用于平滑或减少波动的技术是将具有大电容值的滤波电容器耦合到输出滤波器网络。虽然大电容使得被送达负载的电流中的波动平滑而不干扰控制回路，但其使用的电解电容器体积大、昂贵，并且降低了电路的可靠性。此外，大电容减慢了控制回路的响应时间，从而产生出过量的电流，其能够过度驱动并且有可能损坏LED负载。当变换器被第一次通电时或者如果输入电压快速变化，过量的电流典型地出现。

缓和高输出波动的另一种途径涉及减慢LED电流反馈信号的响应时间。较慢的相应会在反馈信号中引入延迟，使反馈信号不再表示在给定瞬间的真实电流。慢控制回路被用来最小化LED电流反馈信号中相位延迟效应，并维持稳定的工作状态。这种慢响应限制了电路对改变电力线路状态的响应，有可能产生出过量LED电流。由于能够损伤LED的过冲，最初的加电也会产生过量的电流。有慢反馈响应的系统也易于发生在光源中不希望出现的闪变(flicker)。

因此，将会有利的是，具有为开关功率控制器提供反馈信号的方法和电路，其代表没有波动或时间延迟的平均负载电流，由此允许快速响应工作状态的改变。对所述功率变换器和方法而言将更加有利的是其被有成本效益地实现。

附图简述

采用结合附图的方式阅读以下详细描述，从中将更好地理解本发明，在附图中相同的参考符号指示相同的元件，并且其中：

图1是根据本发明实施方式用于控制反馈的变换器和电路的电路原理图；

图2是适合以图1中的变换器使用的、用于控制反馈的电路的一部分的电路原理图；以及

图3是可与图1和2电路相关的时序图。

详细描述

一般来说，本发明提供的方法和电路用于改进或增加功率因数。根据实施方式，所述方法是反馈方法，其包括将电压信号与参考信号相比较以产生比较信号，这里电压信号代表了电流信号。比较信号被箝位(clamped)或限幅(clipped)以形成被限幅信号，其被用来在节点上产生求和信号。控制信号从求和信号产生，这里控制信号与固定的斜坡信号比较，并且在功率变换器的输入处提供高功率因数特性。

根据另一个实施方式，提供了一种用于改变功率因数的方法，其包括使用反馈和单级功率因数调制电路。产生比较信号，并且将该比较信号的一部分传输至节点。功率因数调制控制信号从该比较信号的所述部分产生。

根据另一个实施方式，反馈电路包括耦合到变换器的电流感测电路。比较器电路具有连接到电流感测电路的输入端子，和连接到变换器的输入端子。定标电路具有连接到比较器输出端子的输入端子，以及连接到变换器输入端子的输出端子。补偿级连接到定标电路的输入端子。