[发明专利]功率因数校正

说明书

技术领域

本申请涉及一种进行功率因数校正的方法和电路。

背景技术

AC电力系统的功率因数是流向负载的有功功率和电路中视在功率的比率，并且是0～1之间的无量纲值。功率因数越趋近于1越是理想的。

功率因数校正(PFC)电路通常用在执行AC／DC整流的电力应用中。这样的整流结构通常包括全波电压整流器(通常是二极管桥)和输出电容器以在输出总线处提供输出波形的调节。这种整流结构仅在全波整流器电压高于输出电容器两端的电压时从AC电源汲取电流。产生由分离的具有较高峰值的电流的窄脉冲构成的输入AC电流的低效率的电流形状是不理想的。这种电流形状的高谐波成分使整流结构整体具有较低功率因数(通常0.5)。

通过在二极管桥和输出电容器之间提供PFC电路来改进功率因数。这种PFC电路基本上包括位于二极管之后的电感器，并且开关(通常是FET)连接在电感器与二极管之间以接地。

通过快速切换开关，电感器重复地首先通过开关直接接地，然后在开关关断时(通过二极管)连接到输出电容器。当开关导通时，流过电感器的电流增加，并且，在紧接着的开关关断的时间段期间，电流减少，有效地推动电流通过二极管以向输出电容器充电。尽管由于二极管的动作与电感器的“升压”动作关联而使得输出电压总是高于输入电压，但是通过合适的功率因数控制电路校正开关的导通和关断的时间，可以将输出电压调整成固定的理想值(目标值)。

图1示出了已知的基于升压变换器拓扑的功率因数校正电路125。平滑电容器104对由分压器105、106检测到的输入电压(通常是来自桥整流器)进行滤波。输入电压通常是整流后的AC输入电压(例如，供电电压)。输入电压被施加到电感器101。二次绕组102检测通过电感器101的电流的过零。连接到开关107(通常是FET)的源极的电流感测电阻(分流器)108允许检测电感器峰电流以确定可能的过电流状态。与输出电容器111并联的第二分压器109、110设置成测量DC输出电压和例如由于负载变化导致的浪涌状态。

上述四种测量在功率因数校正电路125中借助于电子控制电路116的四个测量输入端117、118、119和120进行。控制电路116还具有用于控制开关107的输出121。电子控制电路116通常设置成ASIC。总共五个引脚用于功率因数校正。

在该功率因数校正电路125中，输入电压被馈送到电感器101。电感器101通过开关107加载或卸载。基于所测量的DC输出电压V_bus与固定的基准电压的比较来控制开关107的导通时间，并且因此控制电感器101的加载时间。开关107关断以对电感器101放电直到通过电感器101的电流下降到零(由二次绕组102检测)。开关107的切换频率(至少10kHz)比供电电压的频率(通常50Hz)和整流后的AC输入电压的频率(通常100Hz)高得多。

测量引脚117可以用于检测电压从其通常的AC输入改变到DC(例如，从电池)的时间。

为减少成本，例如根据DE102004025597和WO2011009717，已知包括仅具有单个用于接收检测输入的引脚的电子控制电路的功率因数校正结构。

如上所述，通常PFC电路的输入电压为具有交流电压的AC电源。其它类型的交流电源的也是可以的。另外，PFC电路的输入电压将是非交变的基本恒定的电压，例如，其对应于来自电池的DC电源。

作为示例，如果PFC电路对照明系统的灯供电，在正常操作中，灯将会由经由PFC电路施加于灯的AC电源供电。照明系统可以包括下述装置，其用于检测供电电源停止的时间(例如发生停电的时间)，然后激活备用电池DC电源以提供应急照明，这会是比正常照明低的强度。

本发明的实施方式的目的是提供下述方法和PFC电路，其即使在不能够直接监视输入电压(例如在单输入引脚电子控制电路中)时也能够检测PFC电路的输入是否在交流电压输入和非交流电压输入之间变化。这对于检测照明系统的AC供电电源被切断且由备用电池DC电源代替的时间是特别有利的。有利的是，检测电源是DC电源的时间，例如使得灯可以以增大的频率开关，以防止特定频率的任何电干扰的集中。

虽然本发明特别有利于驱动灯，然而，应该理解的是，本发明可应用于对除了灯之外的装置进行供电的PFC电路。

发明内容