用于强制开关电源单元内功率因数校正的装置

摘要

一种用于强制开关电源单元内功率因数校正的装置，包括转换器(20)和与转换器(20)连接的控制装置(100)以便输出从输入交流干线电压(Vin)获得稳定的直流电压(Vout)，转换器(20)包括功率晶体管(M)而控制装置(100)包括：差分放大器(3)，差分放大器(3)的反相输入端上输入与调节过的电压(Vout)成正比的第一信号(Vr)；同相输入端输入基准电压(Vref)；与差分放大器(3)的输出端连接的功率晶体管(M)的驱动电路(4－7，10)，控制装置(100)包括适于产生表示有效输入电压的电流信号(It)的装置(42，C

说明书

技术领域

本发明涉及用于强制(forced)开关电源单元内功率因数校正的装置。

背景技术

一般知道为了用于在通常使用的像计算机、电视机、监控器等等之类电子设备中使用的强制开关电源单元和用于给荧光灯供电的有功功率因数校正(PFC)而使用的装置，所使用的装置是强制开关预调节级，其任务是从干线吸收也与干线电压同相的近似正弦电流。所以本类型的强制开关电源单元包括PFC以及与PFC输出端连接的直流电流转成直流电流的转换器、即DC-DC转换器。

传统类型的强制开关电源单元包括DC-DC转换器以及与配电干线连接由全波整流二极管电桥和由直接连接下游的电容器构成以便产生源于正弦干线交流电压的非调节直流电压的输入级。电容器的电容量如此之大，以致在其端上相对于连续电平有比较小的波纹。因而对于大多数周期来说，在干线电压的瞬时值低于电容器上的电压条件下，电桥中的整流二极管仅在干线电压中每个半周期的小区段内导通。结果是将由一连串幅度是所得到的平均值的5-10倍的窄脉冲构成被干线吸收的电流。

这就产生值得考虑的后果：与正弦电流吸收的情况相比被干线吸收的电流有非常大的峰值和效率，与网络连接的所有用户几乎同时发生脉冲吸收的影响使干线电压畸变，在三相系统的情况中，中性线内的电流大大增加而且对发电系统的高能动力资源的利用率是极低的。事实上，脉冲电流波形含大量奇次谐波，即使奇次谐波对输送到负载的功率没有产生影响，但是奇次谐波有助于增大被干线吸收的有效电流，因而成为增大电能损耗的原因之一。

在定量术语中，所有的定量术语既能用指定为在(电源单元对负载产生以热的形式在负载内消耗的)有效功率和表现功率(有效干扰电压与被吸收的有效电流的乘积)之间比率的功率因数(PF)，又能用一般指定为所有较高次谐波有关的电能和基波有关的电能之间百分比率的总谐波失真(THD)二者来表达。一般来说，装有电容滤波器的电源单元具有0.4-0.6PF和大于100％的THD。

设置在整流器电桥和DC-DC转换器输入之间的PFC容许从也与电压同相的近似正弦电流吸收，而使PF接近1并且降低THD。

在图1中示意表示包括直流-直流升压变换器20和控制装置1的预调节级PFC，在这样的情况中控制装置L4981由STMicroelectronicsS.P.A.生产。直流-直流升压变换器20包括在输入中具有干线电压Vin的全波二极管整流器电桥2、具有与二极管电桥2端连接的端的(起高频滤波器作用的)电容器1、与一个电容器C1端连接的电感L、具有与电感L后面下游端连接的漏极端和具有接地源端的MOS功率晶体管M、具有与电感L和晶体管M的共同端连接的正极以及与含另一接地端的电容器Co连接的负极的二极管。直流-直流升压(boost)变换器20在输出中产生在电容器Co上的直流Vout，直流电压Vout大于最大的干线峰值电压，对于用全欧电力网或用全世界输电线输送的系统来说，一般是400V。这个电压Vout将是与PFC连接的DC-DC转换器的输入电压。

直流-直流升压变换器还包括检测电阻Rs，检测电阻Rs连接在晶体管M源端和二极管电桥2端之间靠近允许读出流过电感L电流的电路上。

控制装置1通过反馈控制作用必须使输出电压Vout保持在恒定数值上。控制装置1包括运算差分放大器(operational error amplifier)3，运算差分放大器3适用于把一部分输出电压Vout、也就是由Vr＝R2^*Vout/(R2+R1)(式中电阻R1和R2是相互串联连接并且与电容器Co并联连接)给出的电压Vr、与例如数值为2.5V的基准电压Vref比较，并且适用于产生与电压Vr和基准电压Vref之差成正比的差信号Se。输出电压Vout以干线频率二倍的频率呈现波纹而且叠加到直流数值上。然而通过使用包括至少一个电容器的适当补偿网络和假定几乎平稳而有规律地起作用而显著地减小差分放大器的频带幅度(一般低于20Hz)的时候，也就是在恒定的有效输入电压和输出负载的情况下，这种波纹会大大地衰减并且差信号会变得恒定。

把差信号Se送到乘法器4，在那里一部分由二极管电桥2整流的干线电压给出的信号Vi按比例放大差信号Se。在输入到乘法器4中也有在从倒换器平方电路部件41输出中的信号，电压信号Vrap是在倒换器平方电路部件41的输入端上，Vrap表示通过部件42获得的干线电压的有效值；在从部件41输出中的信号是1/Vrap²。

在乘法器4的输出端上有整流过的正弦曲线给出的电流信号Imolt，整流过的正弦曲线幅度取决于有效干线(mains)电压和取决于差信号Se。上述电流信号Imolt流过电阻Rm并且产生代表用于调制PWM的正弦曲线基准的电压。把上述电压信号以输入方式接到运算放大器6同相输入端，运算放大器6的反相输入端是接地的。考虑有效接地原理，用I_L表示在电阻Rs上流动的电流，我们得出