TWI343515B - Power factor correction circuit and output control circuit and method used therein - Google Patents

Description

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種功率因素校正電路及其使用之輸出 控制電路與方法，且特別是有關於一種利用耦合感應電壓來做 輸出控制的功率因素校正電路及其使用之輸出控制電路與方 法0 【先前技術】 功率因素校正（power factor correction，PFC)電路是目

前廣泛運用於電子裝置中的一種電源轉換電路，其可以改善交 流電源以使電壓與電流能盡量成為同相位的狀態。此外， 操作特性的緣故，PFC電路從電源抽取電力的速度較為和緩'， 因此可以降低抽取電力時所造成的電流峰值，進而減少電源的 、但是，在電子裝置的電源輸入端新增PFC電路誠然可以 減少電源的瞬間負載’卻同時也@為必須增加相對應的控制電 ^來控制PFC電路的運作而提高電力的耗損量。所以，對二 月源逐漸缺乏而重視節能的現代社會來說，pFC電路的加入將 與能源利用的發展方向背道而驰。為了解決這個問題，一般的 電路設計都是在電子裝置待機的時㈣閉pFC的功能 使待機狀態時的PFC電路的輸出為開迴路。 δ月參恥圖其為習知技術中常用的PFC電路的電路方塊 ，?圖所不1知技術在PFC電路10的低電輸出端1Η ，南電壓輸出端112)設置—個關13()，並 1 回20广确助電壓請、系統端控制源… 迴路128等雜成的控㈣絲使得待機 〜時 知作迴路觸的輸出為開迴路（負載接於高電 6 1343515

壓輸出私112與低電壓輸出端114之間），藉此以減少pFC 電路10的電力消耗量。 此種PFC電路及其使用之控制電路的設計方式已經被廣 泛使用，如美國第6229724號專利與美國第6157177號專利， ，者美國第20070115695號專利申請案與美國第2〇〇6〇267513 號專利申請案等，雜用了類似的輸出控制電路。然而，該等 電路仍有以下的缺陷存在：

，1.控制電路所產生的控制訊號必須同時提供給pFC操作 迴路100 (藉以控制PFC積體電路）卩及開關13〇，藉此來控 制PFC電路1〇的輸出。 2. 前述的第一開關迴路126與第二開關迴路128等傳統 開關驅動電路啸複雜，需要财的電子零件以及製造成本。 3. !知技财常❹N㉟金氧半導體場效電晶體 (NMOSFET)為開關13〇。但因為線路特性的要求，此種開 電壓輸出端Μ (如圖1所示）。而若要將此 種汗U於rsjf壓輸出端112，麟路的複雜度合更為提升。 有很= = :FC電路及其使用的輸出控制電路還 【發明内容】 耗費績供—種功率因純4路，射減少雜時所需 電路本種功率因素校正電路所使用之輸出控制 電路，、了k供相對習知技術來說更為簡單 率因素校正電路的輪出。 Μ路’以控制功 t發明另外提供—種功率因素校正電路 制方法，其根據功率因素校正電路的作動而改變此功率= 1M3515 正電路的輸出。 本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的 徵中得到進-步的了解。 7将 —為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明一 二施例提出一種功率因素校正電路，於此功率因素校正 電源輸入端耦接第一電感的第—端，並使第一電感的第二 —單向導通元件的正端。第—單向導通元件的負: 缝儲存元件的第—端電性她至高電壓輸出端，而第 儲存元件的第二劇電性输至低電壓輸出端。此功率 I素板正電路的特徵在於包括電壓輕合it件、第二能量儲存元 及第二單向電流導通元件，其中，合元件 感^弟-電感之電壓變化而產生―個控制訊號；第二能量 二^接至電壓輕合猶以根據控制訊號的狀態而儲存 ，里，開關元件的輸人端電性祕於第—能量儲存元件斑古 端或低電壓輸出端之間’其控制端接收前述的控制= 否ΙΓί量=電元量’以藉此決定開關元件是 電^導件電_接於關元件的輪出端 ^電流從電壓耦合元件向開關元件的輸出端流動。 ^發明Ρ個實施例提供了—種功翔素校正電路所使 j輸出控制電路，其用以控制功率时校正電路之輸出。此 因，校正電路包括電㈣合元件、能量儲存元件、開關元 單向電流導通it件。其中，電_合藉根據功率因素 ^正電路的電壓變化而產生對應的控制訊號；能量储存元件接 =此控制職’並根據㈣m號的㈣補存或釋放能量 關7C件電性_於功率因素校正電路之輸出端組巾的一個接 腳上’再者’開關元件由前述的控制訊號及能量儲料件所釋 8 1343515 放的能量來蚊是科通；單向電流導通元件電絲接於電壓 搞合7"件與前述的接腳之間，藉此以禁止電流從電魏合元件 流向此接腳。 本發明另一個實施例提供了 一種功率因素校正電路所使 用之輸ώ控㈣H其中’功率时校正電路根據_個切換訊 號而運作。此輸$控制方法首先藉她合錢因為此切換訊號 而在功率電路巾造成的電壓變化來產生控制訊號，之 後再根據控制訊號*決定要儲存或釋放能量，最制結合前述 的控制til號及能量來控制功率因素校正電路對外輸出的電路 是否導通。 因為直接根據功率因素校正電路的電壓變化來控制功率 因素杈正電路本身的輸出，因此在電路設計上十分簡單。此 外’根據此種電路設計方式’即使開關元件設置在高電壓輸出 端，也不會使得電路設計變得更為複雜。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以下 配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈 現。以下實施例中所提到的方向用語’例如：上、下、左、右、 前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是 用來說明並非用來限制本發明。請參照圖2,其為根據本發明一 實施例之功率因素校正（p0wer factor correcti〇n，ρρς;)電路 之電路方塊圖。在本實施例中，PFC電路2〇包括了電壓耦合 元件200與212、單向導通元件2〇2與216、能量儲存元件204 與 214、開關元件 206 與 218、PFC 積體電路（Integrated Circuit， 9 1343515 .IC ) 208、待機電源230、系、統端控制源、232、待機電源輔助電 壓234及開關迴路240。其中，電壓輕合元件雇的一端電性 耦接至輸入電源VlN，另一端則電性辆接至單向導通元件202 的正端以及開關元件206的一個輸入/輸出端。單向導通元件 202的負端電性麵接至能量儲存元件2〇4的一端，而能量儲存 兀件204的另一端與開關元件2〇6的另一個輸入/輸出端接地。 如本技術領域者所知，電壓耦合元件2〇〇、單向導通元件 2犯、能量儲存元件204及開關元件2〇6組成一個基本的升壓 變換器（b〇ostconverter)。此升壓變換器是構成pFc電路2〇 •工作能力的基礎電路。當PFC IC 2〇8從開關迴路謂獲得電 力供應的時候，PFC IC 會產生一個切換訊號25〇。藉由輸 出切換訊號250，PFC IC 208就可以控制開關元件2〇6的開啟 /關閉。隨著切換訊號250改變開關元件施關啟/關閉狀態， 流經電壓輕合元件的電流會產生變化，義使得電壓麵合 元件200的跨壓也跟著改變。這個電壓變化會受到單向導通元 件202的控制，並同時配合能量儲存元件2〇4的能量儲存/釋 放功能而在由接腳222 (或稱高電壓輸出端）及接腳224 (或 • 稱低電，輸出端）所組成的輸出端組上產生一個輸出電壓。一 本實施例中的一個重點在於PFC電路2〇之中包括了一個 輸出控制電路210。此輸出控制電路210包括了前述的電壓耦 合元件212、能量儲存元件214、單向導通元件216以及開關 元件218。其中，電壓耦合元件212的一端電性耦接至單向導 通元件216的負端，電壓耦合元件212的另一端與能量儲存元 件214的一端相電性耦接’並一起電性耦接至開關元件218的 控制端。開關元件218的一個輸入/輸出端電性耦接於單向導 通兀件202的負端，另一個輸入/輸出端則電性耦接至能量儲 1343515 • 存元件214的另一端及單向導通元件21ό的正端。 如圖所示，電壓耦合元件200設置於電壓耦合元件200 的附近，藉此以耦合感應電壓耦合元件200上的跨壓變化而產 生一個相對應的控制訊號。當此控制訊號的電壓值大於能量儲 存元件214兩端跨壓的時候，能量就會被儲存到能量儲存元件 214之中；相對的，當此控制訊號的電壓值小於能量儲存元件 214兩端跨壓的時候，能量儲存元件214就會反過來輸出能 量。控制訊號及能量儲存元件214所釋放的能量提供至開關元 Β 件218的控制端以控制開關元件218的開啟/關閉。 更詳細地說，一般在待機的時候’由待機電源230、系統 端控制源232、待機電源輔助電壓源234以及開關迴路240所 形成的控制電路並不會啟動PFC 1C 208。是以，電壓耦合元件 200不會因為電流改變而產生電壓變化，而電壓耦合元件212 也就不會產生耦合電壓。在這種狀況下，開關元件218將不會 被驅動而導通，所以PFC電路20不會在接腳222與224提供 輸出電壓給負載220使用。據此，可以利用切斷PFC電路20 的輸出通路而使得在待機狀態下的PFC電路20不會產生損 • 耗。 在非待機的狀況下，PFC 1C 208就會被啟動。假設PFC 1C 2〇8所輸出的切換訊號250導致開關元件206關閉，則電路特 性將使得電壓耦合元件200的打點端成為負電位。此時，電壓 輕合元件212會耦合感應出一個切換電壓，且其打點端也會是 負電位，所以單向導通元件216會導通。在這種狀況下，能量 儲存元件214將會被此切換電壓進行充電，且開關元件218將 會被驅動導通。 類似的，假設PFC 1C 208所輸出的切換訊號250導致開 1343515 端成！ 2〇6 _閉’則電路特性將使得電壓輕合元件200的打點 .換t正電位。此時’電壓编合元件212會耗合感應出一個切 因】t ’且其打點端也會是正電位，所以單向導通元件216會 存在处=止電流經由其而流向接腳222。在這種狀況下，儲 關元存疋件214中的能量會被釋放出來以驅動導通開 值得/主忍的是，由於開關迴路24〇只需要控制pFcIC2〇8 =需要額外控制如圖i所示的第二關迴路128，因此可 • _ =開關迴路240的線路複雜度。此夕卜，圖中所示的開關 18除了可以设置在接腳222上，也可以設置在接腳224 再者，除了使用由待機電源23〇、系統端控制源232、待 機電源輔助電壓源234及開關迴路240所組成的繁雜控制電 路之外’也可以使用如圖3所示的控制電路來控制pFCIC2〇8 的啟閉。請參照圖3，其為根據本發明一實施例之pF(：電路 中用以控制PFC 1C啟閉之電路的電路方塊圖。在此電路中， 辅助電壓源300可以提供電力、给PFC IC 32〇以驅動開關元件 (相當於圖2中的開關元件206)，此外並僅使用一個訊 * 號340來控制開關元件310以決定輔助電壓源300是否能被 提供到PFC 1C 320。至於訊號340的提供則為此技術領域者 所熟知，在此不予贅述。 另外值得注意的是’雖然在本實施例中是以電感代表電壓 耦合元件、以電容代表能量儲存元件、以二極體代表單向導通 元件，以及以N型金氧半導體（NM0S，N_type MetaR)xide

Semiconductor )代表開關元件，但這並非表示只能使用這些電 子零件來做成這些元件。如此技術領域者所知，其他具有相同 或類似功能的電子零件，也可以在不修改電路或略微修改電路 12 1343515 的前提下適用於本發明所提供的概念下。 接下來請參照圖4,其為根據本發明一實施例之PFc電路 所使用之輸出控制方法的流程圖。為了讓此技術領域者能輕易 瞭解說明内容，在此將合併圖2的内容來說明這個流程圖。在 圖4所不的實施例中，首先是藉由耦合感應在pFc電路2〇之 中因為切換訊號所造成的電壓變化（步驟S400)而產生相對 個控制訊號（步驟S410)。當判斷控制訊號電位大於 忐=儲存元件214的電位的時候（步驟s42〇)，由控制訊號 所帶來的能量就會被儲存進能量儲存元件214之中（步驟 〇)，相對的，當判斷控制訊號電位不大於能量儲存元件 214的電位的時候（步驟S42G)，原本在能量儲存元件214 之，的能量就會被釋放出來（步驟S44〇)。在這之後，控制 =與則述能量的結合結果就可以被用來驅動開關元件2 ^ 8， 猎此以控制輸出電路是否能導通（步驟S45〇)。 述:藉由上述之電路與控制方法，除了電路架構更 電路射以在不需要外加控制訊號的情況下使得PFC ^路的輸出能在其運作時自動導通，並在其不運作時自動斷 本發日發明已雜佳實_揭露如上，然其並非用以限定 了作二許之更動與潤飾，因此本 附之申請專利範圍所界定 =月之保化圍當視後 申請專利_不須達縣發 卜^_任—實施例或 並非用來限助專敎件搜尋之用， 1343515 • 【圖式簡單說明] 圖1為習知技術中-種PFC電路的電路方塊圖。 圖2為根據本發明一實施例之PFC電路之電路方塊圖。 圖3為根據本發明一實施例之PFC電路中用以控制pFC 1C啟閉之電路的電路方塊圖。 圖4為根據本發明—實施例之PFC電路所使用之輸出控 制方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 10、20 : PFC 電路 • 100 : PFC操作迴路 112 :高電壓輸出端 114 :低電壓輸出端 120、230 :待機電源 122、234 .待機電源輔助電壓源 124、232 :系統端控制源 126 :第一開關迴路 128 ·第二開關迴路 • 130:開關 200、212 :電壓耦合元件 202、216 .早向導通元件 204、214 :能量儲存元件 206、218、310、330 : 元件

208、320 : PFC 1C 210 :輸出控制電路 220 :負載 222、224 :接腳 1343515

240 :開關迴路 250 :切換訊號 300 :輔助電壓源 S400〜S450 :本發明一實施例之施行步驟 15

Claims (1)

1343515 十、申請專利範園： ▲種功率因素;f父正電路所使用之輸出控制電路，用以控制 該功率因素校正電路之輸出，包括： 電壓耦合70件，該電壓耦合元件根據該功率因素校正電 一处$的電壓變化而產生對應的一控制訊號； 月匕里儲存元件，該能量儲存元件接收該控制訊號，並根 據该控制訊號的狀態而儲存或釋放一能量； 一開關元件，電_接於該功率因素校正電路之一輸出端 組中的-接腳上，該開關元件由該控制訊號及該能量 。。儲存元件所釋放的該能量決定是否導通；以及 一單向電流導通it件’電性輕接於該電_合元件與該接 腳之間，禁止電献該電_合元件流向該接腳。 、如申請專職圍第丨項所述之功相素校正電路所使用之 輸出控制電路，其中該電壓耦合元件為一電减。 L、山如申請專鄕圍第1項所叙功率因素校正電路所使用之 輸出控制電路，其中該能量儲存元件為—電容。 制帛1顿狀功相素校正電輯使用之 輸出控制電路，其中該單向電流導通元件為—二極體。 料鄉M1項㈣之功率目餘正魏所使用之 輸出控制電路，其中該開關元件為一繼電器。 之 幹出H月犯圍第1項所述之功率因素校正電路所使用 輸出控制電路，其中該開關元件為一金氧半導體。 幹㈣帛1摘狀功率目素校正魏所使用之 =制:路，其中該輸出端組更包括另一接腳，且獅接 忒開關7L件之該接腳的電壓係高於該另—接腳。 8、如申請專利_第丨項所述之功率因素校正電路所使用之 1343513 輸出控制電路，其中哕扒山 該開關元件之該接腳組更包括另一接腳，且電性耦接 9、-種幽素彳低於該另一接腳。 源輸入端_1 —雷@ ’於遠功率时校正電路中，一電 麵接至-第-單向導ί第—端’該第—電感的-第二端 -負端及-第1量^ _的—正端’該第—單向導通元件的 壓輸出端，該第-能量^①件的—第―端電性耦接至一高電 壓輸出端，該功件的—第二端紐_至一低電 制t 該第一電感之電壓變化而產生一控 件’轉接至該電_合元件以根據該控 制訊唬的狀悲而儲存或釋放一能量； 一開關’具有一輪入端、-控制端與-輸出端，該輸 =·:馳於該第一單向導通元件，該控制端接收 以控制錢及該第二能量儲存S件所釋放的該能量 以決定該開關元件是否導通；以及 一第二單向電流導通元件，電性耦接於該輪出端，以禁止 電流從該電壓耦合元件向該輸出端流動。 10、 如申請專利範圍第9項所述之功率因素校正電路，其中該 電壓耦合元件為一第二電感。 ~ ox 11、 如申請專利範圍第9項所述之功率因素校正電路，其中該 第二能量儲存元件為一電容。 ~ ^ 12、 如申請專利範圍第9項所述之功率因素校正電路，其中該 第二單向電流導通元件為一二極體。 13、 如申請專利範圍第9項所述之功率因素校正電路，其中該 開關元件為一繼電器。 17