[发明专利]功率因数修正升压转换器及其切换频率调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率因数修正器，且特别涉及一种应用于高效率交换式电源供应器的功率因数修正升压转换器(PFC Boost converter)。

背景技术

近年来环保意识的提升，与全球暖化问题，迫使节约能源成为世界各国重要政策之一。美国环境协会(U.S.Environmental Protection Agency，EPA)对于各项信息电子设备也相对规定高效率的规范以去达到节能的目地，如在PC电源供应器上有80+基本款需求(80％，80％，80％)，铜牌(82％，85％，82％)、银牌(85％，88％，85％)、金牌(87％，90％，87％)认证，所以提高电源转换器的效率是我们目前必须克服的难题。

在电力电子的应用中，交流对直流转换器(AC to DC converter)的应用非常广泛，例如家电与电脑都需要使用交流对直流转换器来将交流电转换为直流电使用。基于现有的电脑的电源供应器产业已经朝向高效率与高功因(功率因数)的趋势发展，所以目前在电力电路的设计上，对于电子设备的功率因数有相当严谨的要求。由于在交流对直流转换器中存在有很多的非线性元件，例如桥式整流滤波器，所以需要使用功因修正器来调整输出电压与输出电流的相位以提高功率因数。其中，功因修正升压转换器是最常见的架构之一。

一般转换器采用CCM平均电流模式定频控制，使得电源供应器不论输出电压在任何负载下，切换频率都是定值。而对于交换式电源供应器的轻载及中载而言，较高的切换频率不是一个好的操作，因为其会增加功率晶体管的切换损失(switching loss)、驱动损失(driver loss)与磁性元件的铁损(core loss)，影响整体电源供应器的转换效率。因此，如何降低交换式电源供应器在切换时的功率消耗成为目前电力电子重要的研究方向。

发明内容

本发明提供一种功率因数修正升压转换器，适用于使用功因修正升压转换器的电源供应器，其通过一控制单元，致使转换器的切换频率为可调制的，可以依据输出负载调整切换频率，以降低功率开关的切换损失与磁性元件的固定损失等，进而提升电源转换器的转换效率。

本发明提出一种功率因数修正升压转换器，用以产生电力至一电压转换器，此功率因数修正升压转换器包括一功率因数修正转换单元与一控制单元。功率因数修正转换单元根据一脉波宽度调制信号调整输出至电压转换器的电力。控制单元耦接于功率因数修正转换单元，根据功率因数修正转换单元的一输出负载调整脉波宽度调制信号的频率。其中，当功率因数修正转换单元的输出负载提高时，控制单元提高脉波宽度调制信号的频率；当功率因数修正转换单元的输出负载降低时，控制单元降低该脉波宽度调制信号的频率。

在本发明一实施例中，上述控制单元包括电流检测电路、电压检测电路与控制电路。电流检测电路用以产生对应于功率因数修正转换单元的一输出负载电流的一第一检测信号。电压检测电路用以产生对应于功率因数修正转换单元的一输出负载电压的一第二检测信号。控制电路耦接于电流检测电路与电压检测电路，根据第一检测信号/第二检测信号调整脉波调制信号的频率。其中，当功率因数修正转换单元的负载电流小于一第一预设值或功率因数修正转换单元的该输出负载电压小于一第二预设值时，控制电路降低脉波宽度调制信号的频率以降低功率因数修正转换器的切换损耗。反之，当功率因数修正转换单元的输出负载电流大于一第一预设值或功率因数修正转换单元的输出负载电压大于一第二预设值时，控制电路会提高脉波宽度调制信号的频率。

从另一个角度来看，本发明另提出一种功率因数修正升压转换器的切换频率调制方法，其中功率因数修正升压转换器根据一脉波宽度调制信号调整输出至一电压转换器的电力，上述频率调制方法包括下列步骤：检测功率因数修正升压转换器的一输出负载；检测输出负载的变化，当功率因数修正升压转换器的输出负载提高时，提高脉波宽度调制信号的频率；当功率因数修正转换单元的该输出负载降低时，降低脉波宽度调制信号的频率。

综合上述，本发明所提出的功率因数修正升压转换器，可以依据输出负载来调整切换频率。当负载低时，控制器主动降低切换频率以降低功率因数修正升压转换器的切换损失。尤其在中载与轻载下，本发明会自动操作在较低的切换频率下以降低功率损耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明第一实施例的功率因数修正升压转换器的功能方块图。

图1B为本发明第一实施例的升压型功率因数修正转换器的电路示意图。