TWI436563B

TWI436563B - 用於臨界連續電流模式之無橋功率因數校正電路及其方法

Info

Publication number: TWI436563B
Application number: TW098111903A
Authority: TW
Inventors: Hongyuan Jin; Hongjian Gan
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2014-05-01
Also published as: TW201037947A; US8625319B2; US20100259957A1

Description

用於臨界連續電流模式之無橋功率因數校正電路及其方法

本發明揭露一種用於臨界連續電流模式(Critical Continuous Current Mode)之無橋功率因數校正電路(Bridgeless PFC Circuit)及其控制方法，可用以解決無橋PFC的臨界連續電流模式之控制問題。

傳統的Boost PFC電路中整流橋損耗成為整個開關電源的主要損耗之一。隨著對轉換效率的要求提高，由傳統Boost PFC拓撲衍生而來的無橋Boost拓撲逐漸成為研究的熱點。它略掉了傳統Boost PFC前端的整流橋，因而減少了一個二極體的通態損耗，提高了效率。H-PFC是一種適用於中、大功率的無橋PFC拓撲(參見第一圖)。在第一圖中，該無橋PFC接收輸入電壓Vin與產生一輸出電壓Vo，且包括二極體D1-D4，開關Q1-Q2，電感L與輸出電容C_B 。

在中、小功率應用中，工作於臨界連續電流模式下的傳統Boost PFC拓撲，因其結構簡單，穩定性好，開關應力小得到了廣泛的應用。在臨界連續電流模式中，電感電流下降到零以後開通MOSFET。因為這時整流管的電流也為零，所以沒有升壓整流二極體的反向恢復損耗，這一模式下的工作效率較高。PFC將調整這些三角波的幅度以使得線圈電流平均為(整流後的)正弦波(參見第二圖，其中之三角波區域之意義及波形與橫座標等之名稱均如該圖所示，在此不再贅述)。

在傳統Boost PFC中，通常用檢測Boost電感輔助繞組電壓的方法判斷電感電流歸零的時間，從而實現臨界連續電流模式控制。電感輔助繞組的極性與電感相反，MOSFET導通時，輔助繞組電壓為負值，且與整流後的交流電壓幅值成比例；MOSFET關斷時，其上電壓感應為正值，與輸出電壓和整流後交流電壓的差值成比例，當電感電流歸零時，MOSFET輸出雜散電容和Boost電感諧振，輔助繞組電壓諧振下降，當其低於IC設定的門檻電壓(threshold voltage)時，產生導通MOSFET的信號，這樣就可以實現臨界連續電流模式控制(參見第三圖)。這種方法已經為許多IC採用，例如L6561、FAN7528、NCP1606與UCC38050等。在第三圖中，該PFC接收輸入電壓Vin與產生一輸出電壓Vo，且包括二極體D1-D6，電阻R1-R6及R_ZCD ，開關S1，積體電路(IC:FAN7529，具端點：MOT、COMP、CS、INV、ZCD與V_CC )、電感L1及輔助繞組N_AUX ，以及電容C1-C2與Co，其中GND為接地端。

第四圖(a)-(b)分別顯示一習知之H-PFC電路在一個工作頻率週期之正、負半週的工作狀態之電路示意圖。第四圖所包含之元件與第一圖中者相同，其中Q1和Q2的驅動信號同相。輸入電壓正半周時，L、D1、D4、Q1、Q2與CB組成一個Boost電路，其中D4與Q2是常通。Q1導通時，電流流過L、Q1與Q2返回；Q1關斷時，電流流過L、D1、CB與D4返回。輸入電壓負半周時，L、D2、Q1、Q2、D3與CB組成另外一個Boost電路，其中Q1與D3是常通。Q2導通時，電流流過L、Q1與Q2返回；Q2關斷時，電流流過L、D3、CB與D2返回。輸入電壓在正負半周時，L、Q1與Q2上的電流方向是相反的。由於D3與D4鉗制交流到Boost輸出電容CB，可以獲得與傳統Boost PFC電路相同的共模雜訊。由於在一個開關週期內電流只經過兩個半導體器件，減小了導通損耗。

第五圖是利用電流互感器實現臨界連續電流模式控制的H-PFC電路。除與第一圖相同的部分外，其尚包括一RS正反器，一比較器、一誤差放大器EA與兩個電流互感器CT1-CT2。由於H-PFC電路在輸入電壓正負半周時共對應了兩個電流支路，所以必須以對應的兩個電流互感器CT1-CT2採樣電感電流，在電感電流歸零時導通MOSFET以實現臨界連續電流模式控制。MOSFET的關斷時刻由斜波信號(ramp signal)和電壓誤差放大器EA的輸出信號Vcomp決定。

第六圖是第五圖所示電路的控制信號波形圖，其包括電感電流(信號)、電流互感器信號、斜波(信號)、Q1驅動(信號)與Q2驅動(信號)。由於電感電流信號是通過電流互感器採樣得到的，其幅值隨著輸入交流電壓的高低、輸出負載的輕重變化。當電感電流幅值很小時，該信號易被雜訊干擾，使MOSFET的導通產生誤動作，喪失零電壓導通條件；當輸入電壓很高時，電感電流的下降斜率很緩慢，由於檢測閾值(threshold value)很小，在電感電流降到零之前，MOSFET被導通，這樣使導通損耗增加。

職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念，終能發明出本案之「用於臨界連續電流模式之無橋功率因數校正電路及其控制方法」。

本案之主要目的在於提供一種利用檢測電感輔助繞組來得到電感電流過零點檢測信號的控制方法，從而控制H-PFC以臨界連續電流模式工作。該控制方法無需檢測電感電流，能夠獲得與交流輸入電壓和輸出負載無關的電感電流過零點檢測信號，從而使MOSFET動作準確，以減小導通損耗，沒有升壓整流二極體的反向恢復損耗，提高效率。

本案之又一主要目的在於提供一種無橋功率因數校正電路，包含一交流電源，具一第一與一第二端，一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點，其中該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，該第二橋臂之該中點與該交流電源之該第二端連接，一可雙向流動電流之開關模組，連接至該兩中點，一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該交流電源之該第一端，且該第二端耦合於該第一橋臂之該中點，以及一第一輔助繞組，磁性耦合於該電感。

根據上述之構想，該電路更包括一第二輔助繞組，其中該第一輔助繞組具一第一端，用於產生一第一感測電壓，一第二輔助繞組，磁性耦合於該電感，且具一第一端用於產生一第二感測電壓。

根據上述之構想，該電路更包括一信號處理電路，用於通過累加該第一與該第二感測電壓，產生一電感電流檢測信號，其為一電感電流過零點檢測信號，並據以控制該可雙向流動電流之開關模組。

根據上述之構想，該電路更包括具一第一端與一第二端之一輸出電容，其中該第一橋臂包括一第一與一第二二極體，該第二橋臂具一第三與一第四二極體，每一該二極體具一陽極與一陰極，該第一二極體之該陰極連接於該第三二極體之該陰極與該輸出電容之該第一端，該第一二極體之該陽極連接該第二二極體之該陰極，形成該第一橋臂之該中點，該第三二極體之該陽極連接該第四二極體之該陰極，形成該第二橋臂之該中點，且該第四二極體之該陽極連接該第二二極體之該陽極以及該輸出電容之該第二端。

根據上述之構想，該可雙向流動電流之開關模組包含一第一開關及一與該第一開關串聯的第二開關，且接收一驅動信號，該第一輔助繞組與該第二輔助繞組更分別包括一第二端，該第一輔助繞組之該第二端與該第二輔助繞組之該第二端均用於接地，該第一輔助繞組之一極性與該第二輔助繞組之一極性均與該電感之一極性相反，且該感測電路更包括一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第一輔助繞組之該第一端，一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第二輔助繞組之該第一端，一第一電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合於該第一電阻之該第二端，且該第二端接地，一第二電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合於該第二電阻之該第二端，且該第二端接地，一第五二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第一電容之該第一端，一第六二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第二電容之該第一端，一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陰極與該第六二極體之該陰極，用於輸出該電感電流檢測信號，且該第二端耦合於該第二電容之該第二端，一第三開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第三電阻之該第一端，該第二端接地，一第四電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第三開關之該控制端，一第三電容，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第四電阻之該第一端，且該第二端耦合於該第四電阻之該第二端與接地，以及一第七二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極接收該驅動信號，且該陰極耦合於該第三電容之該第一端。

根據上述之構想，其中該第一開關及該第二開關分別包括一第一端、一第二端、一控制端、具一陽極且並聯電連接於該第一端與該第二端之一體二極體與並聯電連接於該體二極體之一雜散電容，該第一開關的該體二極體之該陽極耦合於該第二開關的該體二極體之該陽極，該第一開關的該第二端耦合於該第一二極體的該陽極，且該第二開關的該第二端耦合於該第三二極體的該陽極。

根據上述之構想，該無橋功率因數校正電路為一H-功率因數校正電路(H-PFC circuit)，且當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該雙向開關可雙向流動電流之開關模組。

根據上述之構想，該電路更包括一控制電路，包括一誤差放大器，接收一參考電壓與該無橋功率因數校正電路所產生之一輸出電壓回饋信號，且用以產生一第一輸出信號，一比較器，接收該第一輸出信號與一外加之斜坡信號，且用以產生一第二輸出信號，以及一正反器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感電流檢測信號，該第二輸入端接收該第二輸出信號，該輸出端產生一驅動信號，且該驅動信號用於驅動該可雙向流動電流之開關模組。

根據上述之構想，該正反器係為一RS正反器。

本案之次一主要目的在於提供一種無橋功率因數校正電路，包含一交流電源，具一第一與一第二端，一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點，其中該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，該第二橋臂之該中點與該交流電源之該第二端連接，一可雙向流動電流之開關模組，連接至該兩中點，一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該交流電源之該第一端，且該第二端耦合於該第一橋臂之該中點，以及一感測電路，磁性耦合於該電感。

根據上述之構想，該電路更包括一信號處理電路，其中該感測電路為一輔助繞組，用於產生一感測電壓，而該信號處理電路通過處理該感測電壓，產生一電感電流檢測信號，其為一電感電流過零點檢測信號，並據以控制該可雙向流動電流之開關模組。

根據上述之構想，該可雙向流動電流之開關模組包含一第一開關及一與該第一開關串聯的第二開關，且接收一驅動信號，該輔助繞組具一第一端與一第二端，該輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反，且該感測電路更包括一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該輔助繞組之該第一端，一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該輔助繞組之該第二端，一第五二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第一電阻之該第二端，一第六二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第二電阻之該第二端，一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陰極與該第六二極體之該陰極，且用於輸出該電感電流檢測信號，一第三開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第六二極體之該陽極，該第二端接地，以及一第四開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陽極，該第二端耦合於該第三開關之該第二端與該第三電阻之該第二端。

根據上述之構想，該無橋功率因數校正電路為一H-功率因數校正電路(H-PFC circuit)，且當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。

本案之另一主要目的在於提供一種無橋功率因數校正電路，包含一第一與一第二輸出端和一第一與一第二電源輸入端，一電感，兩個開關橋和一輸出電容，該兩開關橋和該輸出電容連接在該第一與該第二輸出端之間，每一開關橋包括兩串聯開關，該兩開關橋各具一該兩串聯開關的中點，該兩中點其中之一通過該電感連接到該第一電源輸入端，另一中點連接到該第二電源輸入端，一可雙向流動電流之開關模組，連接於該兩中點，以及一第一輔助繞組，耦合於該電感。

根據上述之構想，該電路更包括一第二輔助繞組與一信號處理電路，其中該第一輔助繞組磁性耦合於該電感，且產生一第一感測信號，該第二輔助繞組磁性耦合於該電感，且產生一第二感測信號，該兩串聯開關是兩個二極體，該信號處理電路通過累加該第一與該第二感測信號產生一控制信號，其為一電流過零點信號，並據以控制該可雙向流動電流之開關模組。

本案之下一主要目的在於提供一種用於一無橋功率因數校正電路的控制方法，其中該電路具有一可雙向流動電流之開關模組，一電感及耦合於該電感之一第一輔助繞組與一第二輔助繞組，且該方法包含下列之步驟：使該第一輔助繞組產生一第一感測電壓；使該第二輔助繞組產生一第二感測電壓；運用該第一與該第二感測電壓以產生一電感電流檢測信號；以及當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。

根據上述之構想，該第一輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反，且該第二輔助繞組之一極性亦與該電感之該極性相反。

本案之又一主要目的在於提供一種用於一無橋功率因數校正電路的控制方法，其中該電路具有一可雙向流動電流之開關模組，一電感及耦合於該電感之一輔助繞組，且該方法包含下列之步驟：使該輔助繞組產生一感測電壓；運用該感測電壓以產生一電感電流檢測信號；以及當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組，

根據上述之構想，該輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反。

為了讓本發明之上述目的、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：

第七圖顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例利用一個輔助繞組實現臨界連續電流模式控制的H-PFC電路。耦合於電感L的輔助繞組L1所感應的電壓為Vaux1，由於輸入電壓在正負半周時，對應於電感L的電壓是相反的，而輔助繞組L1所感應的電壓Vaux1與電感L的電壓也是相反的。在輸入電壓正半周時，Q3一直導通，讓輔助繞組L1的B端通過R2與Q3連接到地。在輸入電壓負半周時，Q4一直導通，讓輔助繞組L1的A端通過R1與Q4連接到地。最終的檢測信號V_XCD 送入IC(例如L6561、FAN7528、NCP1606與UCC38050等ZCD端，圖七中未顯示，可參考圖三).

第八圖顯示如第七圖所示電路的工作波形，其中i_L 為電感L上的電流，V_GS 為MOSFET Q1與Q2的閘極驅動信號，V_AUX1 為輔助繞組L1的電壓，V_ZCD 是電感過零點電流檢測信號，V_DS 為MOSFET Q1的drain(汲極)與source(源極)之間電壓。

第九圖(a)、第九圖(b)、第九圖(c)與第九圖(d)顯示如第七圖所示電路在第八圖中當輸入電壓正半周時四個不同工作狀態下的開關狀態和電流流向。輸入電壓負半周時電路工作狀態的分析等同于正半周時。Q3則是一直導通。

請參看第九圖(a)，在如第七圖所示電路的第一工作階段，其工作波形如第八圖中t0-t1階段所示。兩個MOSFET Q1與Q2同時導通，電流流經L、Q1，Q2返回。在此期間電感電流線性上升。電感L上的電壓為V_in ，輔助繞組L1感應的電壓Vauxl是-nV_in (n是輔助繞組L1與電感L之匝數比)。由於Vaux1是負電壓，Q4的寄生二極體、R2與R1，經過Q3構成一個迴路，Vaux2=0V，所以二極體D5與D6斷開，而V_ZCD 僅僅通過R3連接到GND，因此V_ZCD =0V。在此階段初始，該檢測信號觸發MOSFET Q1與Q2驅動信號，經過(其中P_OUT 為輸出功率，V_ac 為交流輸入電壓，L為電感值，而η是主電路的轉換效率)，MOSFET Q1與Q2關斷。

請參看第九圖(b)，在如第七圖所示電路的第二工作階段，其工作波形如第八圖中t1-t2階段所示。兩個MOSFET Q1與Q2同時關斷後，電流流經L、D1、CB與D4返回。在此期間電感L的電壓是V_out -V_in ，電感電流線性下降至零。輔助繞組L1所感應的電壓Vaux1是n(V_out -V_in )。由於Vaux1是正電壓，Q3、R2、L1、R1、D5與R3構成一個迴路，Q4和D6斷開，。

請參看第九圖(c)，在如第七圖所示電路的第三工作階段，其工作波形如第八圖中t2-t3階段所示。電感L的電流到零點後整流二極體D1與D4自然關斷，不產生反向恢復電流。Q1的雜散電容C_OSS1 放電，與電感L通過Vin諧振(Q2的雜散電容則為C_OSS2 )。該階段輔助繞組L1感應的電壓Vaux1諧振下降，在該階段結束時，Vaux1的幅值為一預設值。由於Vaux1是正電壓，Q3、R2、L1、R1、D5與R3構成一個迴路，Q4和D6斷開，由於該檢測端電容的存在，該檢測端電壓值仍然大於導通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測閾值。

請參看第九圖(d)，在如第七圖所示電路的第四工作階段，其工作波形如第八圖中t3-t4階段所示。Q1的雜散電容C_OSS1 與電感L1通過Vin繼續諧振。該階段電流路徑與前一階段相同。電感L的輔助繞組L1感應的電壓Vaux1為負值，經過RC/2的延時(其中R為R3的電阻值，C為V_ZCD 部分的寄生電容)，該電壓值低於導通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測閾值，MOSFET Q1與Q2導通，正半周的四個工作階段結束。

第七圖電路中由一個電感輔助繞組電壓累加得來的信號雜訊容限高，從而使MOSFET動作準確，使導通損耗減小。另外，與第五圖電路中由兩個電流互感器累加得來的信號相比，第七圖電路中得來的信號幅值穩定，與負載無關，但是Q3，Q4的信號來自於對輸入電壓的相位檢測，來控制Q3，Q4，增加電路的複雜性。

第十圖顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例利用電感L的兩個輔助繞組L1與L2實現臨界連續電流模式控制的H-PFC電路。電感L的輔助繞組L1所感應的電壓Vaux1和電感L的輔助繞組L2所感應的電壓Vaux2分別經過相同的電阻R1、R2，相同的電容C1、C2，相同的二極體D5、D6，及R3與Q3來得到導通的檢測信號，與前述第一較佳實施例相比，第二較佳實施例無需輸入電壓的相位檢測，電子電路比較簡單。

第十一圖顯示如第十圖所示電路的工作波形，其中i_L 為電感L上的電流，V_GS Q1,V_GS Q2是MOSFET Q1與Q2的驅動信號，V_GS Q3是MOSFET Q3的驅動信號，V_AUX1 為輔助繞組L1的電壓，V_AUX2 為輔助繞組L2的電壓，V_ZCD 為電感過零點電流檢測信號，V_DS 為MOSFET Q1的drain與source之間電壓。

第十二圖(a)、第十二圖(b)、第十二圖(c)與第十二圖(d)顯示了如第十圖所示電路在輸入電壓正半周時四個不同工作狀態下的開關狀態和電流流向。輸入電壓負半周時電路工作狀態對應於其正半周時。

請參看第十二圖(a)，在如第十圖所示電路的第一工作階段，其工作波形如第十一圖中t0-t1階段所示。兩個MOSFET Q1與Q2同時導通，電流流經L、Q1與Q2返回。在此期間電感電流線性上升。電感L上感應的電壓為V_in (輸入電壓)，輔助繞組L1感應的電壓Vaux1是-nV_in ；輔助繞組L2感應的電壓Vaux2是nV_in (輔助繞組L1與電感L的匝數比為n,輔助繞組L2與電感L的匝數比亦為n)，此時Q3與Q1是一樣的信號，Q3一直導通，所以過零點電流的檢測信號為0V。-在此階段初始，該檢測信號觸發MOSFETQ1與Q2的驅動信號，經過的時間之後，MOSFET Q1與Q2關斷。

請參看第十二圖(b)，在如第十圖所示電路的第二工作階段，其工作波形如第十一圖中t1-t2階段所示。兩個MOSFET Q1與Q2同時關斷後，電流流經L、D1、CB與D4返回。在此期間電感電壓是V_out (輸出電壓)-V_in ，電感電流線性下降至零。輔助繞組L1感應的電壓Vaux1是n(V_out -V_in )；輔助繞組L2感應的電壓Vaux2是-n(V_out -V_in )。在MOSFETQ1與Q2關斷時，Vaux1由負電壓變正電壓，Vaux2由正電壓變負電壓，為了避免這時對V_ZCD 信號檢測的影響，加入了Q3驅動的延時(如第十圖與十二圖(a)中所示，VQ1為Q1的驅動信號，VQ1_1則為Q3的驅動信號)。在Q3關斷以後，由於D5的存在，過零點檢測信號V_ZCD 由Vaux1決定。在此階段，，其中i_PEAK 是電感電流的峰值。

請參看第十二圖(c)，在如第十圖所示電路的第三工作階段，其工作波形如第十一圖中t2-t3階段所示。電感電流到零點後整流二極體D1與D4自然關斷，不產生反向恢復電流。Q1的雜散電容C_OSS1 放電，與電感L通過Vin諧振。該階段，電感L的輔助繞組L2感應的電壓Vaux2為負電壓，由於D6鉗位，所以對V_ZCD 沒有影響。電感L的輔助繞組L1感應的電壓Vaux1諧振下降，該階段結束時幅值為一預設值。Vaux1與Vaux2這兩個電壓信號分別經過相同的電阻值R累加(R為R3的電阻值)，由於該檢測端電容的存在，該檢測端電壓值仍然大於導通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測閾值。在此階段，，其中C_oSS 為雜散電容COSS1的電容值。

請參看第十二圖(d)，在如第十圖所示電路的第四工作階段，其工作波形如第十一圖中t3-t4階段所示。Q1的雜散電容C_OSS1 與電感L通過Vin繼續諧振。該階段電流路徑與前一階段相同。電感L的輔助繞組L2感應的電壓Vaux2是零；電感L的輔助繞組L1感應的電壓Vaux1諧振下降為負值，該階段結束時幅值接近於-n(V_in -V_S1 -V_D1 )，其中V_S1 為Q1的源極電壓，V_D1 為Q1的汲極電壓，對應於Q1的源極與汲極之間電壓VDS1接近於零。這兩個電壓信號累加，經過RC/2的延時，該電壓值低於導通MOSFET Q1與Q2所需要的檢測閾值，MOSFET Q1與Q2導通，正半周的四個工作階段結束。在此階段，。

綜上所述，本發明利用檢測電感輔助繞組來得到電感電流歸零點檢測信號，從而控制H-PFC以臨界導通模式工作。該控制方法無需檢測電感電流，能夠獲得與交流輸入電壓和輸出負載無關的電感電流歸零點檢測信號，從而使MOSFET動作準確，以減小導通損耗，沒有升壓整流二極體的反向恢復損耗，提高效率，而具有其進步性與新穎性。

是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

第一圖：其係顯示一習知之H-PFC電路的電路圖；

第二圖：其係顯示一工作於臨界連續電流模式下之電感電流波形圖；

第三圖：其係顯示一習知之Boost PFC電路中通過檢測Boost電感的輔助繞組電壓來實現臨界連續電流模式控制之電路示意圖；

第四圖(a)-(b)：其係分別顯示一習知之H-PFC電路在一個工作頻率週期的正、負半週之工作狀態的電路示意圖；

第五圖：其係顯示利用電流互感器來實現臨界連續電流模式控制的習知之H-PFC電路的電路示意圖；

第六圖：其係顯示如第五圖所示電路之工作波形圖；

第七圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例利用一個輔助繞組來實現臨界連續電流模式控制的H-PFC電路之電路圖；

第八圖：其係顯示如第七圖所示，輸入電壓正半周的電路之工作波形圖；

第九圖(a)-(d)：其係分別顯示如第七圖所示電路在第八圖中當輸入電壓正半周時其四個不同工作狀態下之開關狀態和電流流向的電路示意圖；

第十圖：其係顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例利用兩個輔助繞組來實現臨界連續電流模式控制的H-PFC電路之電路圖；

第十一圖：其係顯示如第十圖所示，輸入電壓正半周的電路之工作波形圖；以及

第十二圖(a)-(d)：其係分別顯示如第十圖所示電路在第十一圖中當輸入電壓正半周時，其四個不同工作狀態下之開關狀態和電流流向的電路示意圖。

Claims

一種無橋功率因數校正電路，包含：一交流電源，具一第一與一第二端；一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點，其中該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，該第二橋臂之該中點與該交流電源之該第二端連接；一可雙向流動電流之開關模組，包括一具有一第一端與一第二端之可雙向流動電流之開關，其中該可雙向流動電流之開關之該第一端連接至該第一橋臂之該中點，該可雙向流動電流之開關之該第二端連接至該第二橋臂之該中點；一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該交流電源之該第一端，且該第二端耦合於該第一橋臂之該中點；以及一第一輔助繞組，磁性耦合於該電感。
如申請專利範圍第1項所述之電路，更包括具第一端與一第二端之電流互感器，其中該電流互感器之該第一端連接於該可雙向流動電流之開關之該第二端，該電流互感器之該第二端連接於該第二橋臂之該中點，該可雙向流動電流之開關更包含一第一開關及一與該第一開關串聯的第二開關，該第一開關與該第二開關各包括一第一與一第二端，該第一開關之該第一端耦接於該第一橋臂中點，該第二開關之該第一端耦接於該電流互感器之該第一端，該第一開關之該第二端與該第二開關之該第二端耦接。
如申請專利範圍第2項所述之電路，更包括一第二輔助繞組，其中該第一輔助繞組具一第一端，用於產生一第一感測電壓，該第二輔助繞組，磁性耦合於該電感，且具一第一端用於產生一第二感測電壓。
如申請專利範圍第3項所述之電路，更包括一信號處理電路，用於通過累加該第一與該第二感測電壓，產生一電感電流檢測信號，其為一電感電流過零點檢測信號，並據以控制該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第4項所述之電路，更包括具一第一端與一第二端之一輸出電容，其中該第一橋臂包括一第一與一第二二極體，該第二橋臂具一第三與一第四二極體，每一該二極體具一陽極與一陰極，該第一二極體之該陰極連接於該第三二極體之該陰極與該輸出電容之該第一端，該第一二極體之該陽極連接該第二二極體之該陰極，形成該第一橋臂之該中點，該第三二極體之該陽極連接該第四二極體之該陰極，形成該第二橋臂之該中點，且該第四二極體之該陽極連接該第二二極體之該陽極以及該輸出電容之該第二端。
如申請專利範圍第5項所述之電路，更包括一感測電路，其中該可雙向流動電流之開關模組接收一驅動信號，該第一輔助繞組與該第二輔助繞組更分別包括一第二端，該第一輔助繞組之該第二端與該第二輔助繞組之該第二端均用於接地，該第一輔助繞組之一極性與該第二輔助繞組之一極性均與該電感之一極性相反，且該感測電路更包括：一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第一輔助繞組之該第一端；一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第二輔助繞組之該第一端；一第一電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合於該第一電阻之該第二端，且該第二端接地；一第二電容，具一第一端與第二端，其中該第一端耦合於該第二電阻之該第二端，且該第二端接地；一第五二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第一電容之該第一端；一第六二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第二電容之該第一端；一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陰極與該第六二極體之該陰極，用於輸出該電感電流檢測信號，且該第二端耦合於該第二電容之該第二端；一第三開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第三電阻之該第一端，該第二端接地；一第四電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第三開關之該控制端；一第三電容，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第四電阻之該第一端，且該第二端耦合於該第四電阻之該第二端與接地；以及一第七二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極接收該驅動信號，且該陰極耦合於該第三電容之該第一端。
如申請專利範圍第6項所述之電路，其中該第一開關及該第二開關更分別包括一控制端、具一陽極且並聯電連接於各該開關之該第一端與該第二端之一體二極體與並聯電連接於該體二極體之一雜散電容，該第一開關的該體二極體之該陽極耦合於該第二開關的該體二極體之該陽極。
如申請專利範圍第5項所述之電路，其中該無橋功率因數校正電路為一H-功率因數校正電路(H-PFC circuit)，且當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第5項所述之電路，更包括一控制電路，包括：一誤差放大器，接收一參考電壓與該無橋功率因數校正電路所產生之一輸出電壓回饋信號，且用以產生一第一輸出信號；一比較器，接收該第一輸出信號與一外加之斜坡信號，且用以產生一第二輸出信號；以及一正反器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感電流檢測信號，該第二輸入端接收該第二輸出信號，該輸出端產生一驅動信號，且該驅動信號用於驅動該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第9項所述之電路，其中該正反器係為一RS正反器。
一種無橋功率因數校正電路，包含：一交流電源，具一第一與一第二端；一第一與一第二橋臂，該第一與該第二橋臂各包含一第一端、一第二端及一中點，其中該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，該第二橋臂之該中點與該交流電源之該第二端連接；一可雙向流動電流之開關模組，包括具有一第一端與一第二端之一可雙向流動電流之開關，其中該可雙向流動電流之開關之該第一端連接至該第一橋臂之該中點，該可雙向流動電流之開關之該第二端連接至該第二橋臂之該中點；一電感，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該交流電源之該第一端，且該第二端耦合於該第一橋臂之該中點；以及一感測電路磁性耦合於該電感。
如申請專利範圍第11項所述之電路，更包括一信號處理電路，其中該感測電路為一輔助繞組，用於產生一感測電壓，而該信號處理電路通過處理該感測電壓，產生一電感電流檢測信號，其為一電感電流過零點檢測信號，並據以控制該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第12項所述之電路，更包括具一第一端與一第二端之一輸出電容，其中該第一橋臂包括一第一與一第二二極體，該第二橋臂具一第三與一第四二極體，每一該二極體具一陽極與一陰極，該第一二極體之該陰極連接於該第三二極體之該陰極與該輸出電容之該第一端，該第一二極體之該陽極連接該第二二極體之該陰極，形成該第一橋臂之該中點，該第三二極體之該陽極連接該第四二極體之該陰極，形成該第二橋臂之該中點，且該第四二極體之該陽極連接該第二二極體之該陽極以及該輸出電容之該第二端。
如申請專利範圍第13項所述之電路，其中該可雙向流動電流之開關模組包含一第一開關及一與該第一開關串聯的第二開關，且接收一驅動信號，該第一開關與該第二開關各包括一第一與一第二端，該第一開關之該第一端耦接於該第一橋臂中點，該第二開關之該第一端耦接於該第二橋臂中點，該第一開關之該第二端與該第二開關之該第二端耦接，該輔助繞組具一第一端與一第二端，該輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反，且該感測電路更包括：一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該輔助繞組之該第一端；一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該輔助繞組之該第二端；一第五二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第一電阻之該第二端；一第六二極體，具一陽極與一陰極，其中該陽極耦合於該第二電阻之該第二端；一第三電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陰極與該第六二極體之該陰極，且用於輸出該電感電流檢測信號；一第三開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第六二極體之該陽極，且該第二端接地；以及一第四開關，具一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦合於該第五二極體之該陽極，且該第二端耦合於該第三開關之該第二端與該第三電阻之該第二端。
如申請專利範圍第13項所述之電路，其中該無橋功率因數校正電路為一H-功率因數校正電路(H-PFC circuit)，且當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第13項所述之電路，更包括一控制電路，包括：一誤差放大器，接收一參考電壓與該無橋功率因數校正電路所產生之一輸出電壓回饋信號，且用以產生一第一輸出信號；一比較器，接收該第一輸出信號與一外加之斜坡信號，且用以產生一第二輸出信號；以及一正反器，具一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端接收該電感電流檢測信號，該第二輸入端接收該第二輸出信號，該輸出端產生一驅動信號，且該驅動信號用於驅動該可雙向流動電流之開關模組。
一種用於一無橋功率因數校正電路的控制方法，其中該電路包括具一第一端與一第二端之一交流電源、各具一第一端、一第二端及一中點之一第一與一第二橋臂、具一可雙向流動電流之開關之一可雙向流動電流之開關模組，一具一第一端與一第二端之電感及耦合於該電感之一第一輔助繞組與一第二輔助繞組，該可雙向流動電流之開關具一第一端與一第二端，該可雙向流動電流之開關之該第一端連接至該第一橋臂之該中點，該可雙向流動電流之開關之該第二端連接至該第二橋臂之該中點，該電感之該第一端連接至該交流電源之該第一端，該電感之該第二端連接至該第一橋臂之該中點，該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，且該方法包含下列之步驟：使該第一輔助繞組產生一第一感測電壓；使該第二輔助繞組產生一第二感測電壓；運用該第一與該第二感測電壓以產生一電感電流檢測信號；以及當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該第一輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反，且該第二輔助繞組之一極性亦與該電感之該極性相反，其中該無橋功率因數校正電路係為一如申請專利範圍第5項所述之無橋功率因數校正電路。
一種用於一無橋功率因數校正電路的控制方法，其中該電路包括具一第一端與一第二端之一交流電源、各具一第一端、一第二端及一中點之一第一與一第二橋臂、具一可雙向流動電流之開關之一可雙向流動電流之開關模組，一具一第一端與一第二端之電感及耦合於該電感之一輔助繞組，該可雙向流動電流之開關具一第一端與一第二端，該可雙向流動電流之開關之該第一端連接至該第一橋臂之該中點，該可雙向流動電流之開關之該第二端連接至該第二橋臂之該中點，該電感之該第一端連接至該交流電源之該第一端，該電感之該第二端連接至該第一橋臂之該中點，該第一橋臂之該第一端連接至該第二橋臂之該第一端，該第一橋臂之該第二端連接至該第二橋臂之該第二端，且該方法包含下列之步驟：使該輔助繞組產生一感測電壓；運用該感測電壓以產生一電感電流檢測信號；以及當該電感電流檢測信號之一值為一預設值時，導通該可雙向流動電流之開關模組。
如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該輔助繞組之一極性與該電感之一極性相反，且該無橋功率因數校正電路係為一如申請專利範圍第11項所述之無橋功率因數校正電路。