數字功率因數校正電路及其方法
【專利摘要】本申請公開了一種數字功率因數校正電路(PFC)及其方法。所述數字PFC電路包括：第一和第二輸入端子、整流器、輸入電容、功率開關電路、模數轉換單元、周期計算單元、補償電流產生單元、參考電流校正單元以及PFC控制器。所述數字PFC電路大大提高了電路的功率因數。
【專利說明】數字功率因數校正電路及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電子電路，更具體地說，本發明涉及一種數字功率因數校正電路及其方法。
【背景技術】
[0002]功率因數校正(PFC)電路被廣泛應用于電源轉換系統中，用于校正電流的相位，提高功率因數，減小系統損耗。功率因數(PF)的定義為平均功率與視在功率的比值，即
[0003]
【權利要求】
1.一種數字功率因數校正(PFC)電路，包括: 第一輸入端子和第二輸入端子，接收輸入線電壓； 整流器，耦接至第一輸入端子和第二輸入端子，將輸入線電壓整流成整流電壓； 輸入電容，耦接在整流器和參考地之間； 功率開關電路，包括至少一個功率開關，所述功率開關電路耦接至整流器接收整流電壓，并將整流電壓轉化為輸出電壓； 模數轉換單元，接收表征輸入線電壓的電壓前饋信號，將所述電壓前饋信號轉化為數字電壓信號； 周期計算單元，接收模數轉換單元提供的數字電壓信號，所述周期計算單元根據數字電壓信號，產生表征輸入線電壓周期的周期信號； 補償電流產生單元，接收周期計算單元提供的周期信號，產生補償電流，所述補償電流與流過輸入電容的電流互補； 參考電流校正單元，接收補償電流產生單元提供的補償電流，將補償電流與原始參考電流信號進行運 算，得到校正參考電流信號； PFC控制器，接收表征流過開關電路的電流的電流采樣信號和參考電流校正單元提供的校正參考電流信號，產生邏輯控制信號，用以控制功率開關的運行。
2.如權利要求1所述的數字PFC電路，其中所述周期計算單元包括: 峰值檢測模塊，接收模數轉換單元提供的數字電壓信號，檢測該數字電壓信號的峰值，產生峰值信號； 閾值設定模塊，接收峰值檢測模塊提供的峰值信號，并根據所述峰值信號設定電壓水平相近的第一閾值和第二閾值，其中所述第一閾值和第二閾值均小于所述數字電壓信號的峰值； 閾值檢測模塊，接收閾值設定模塊提供的第一閾值和第二閾值，并接收模數轉換單元提供的數字電壓信號，當檢測到數字電壓信號的右半周期位于第一閾值和第二閾值之間時，產生觸發信號； 時間計數模塊，接收閾值檢測模塊提供的觸發信號，并根據觸發信號產生周期信號，其中所述數字電壓信號的右半周期連續兩次位于第一閾值和第二閾值之間的時間間隔為所述輸入線電壓的周期。
3.如權利要求1所述的數字PFC電路，其中所述補償電流產生單元包括: 類正弦波幅值計算模塊，根據如下公式(a)計算幅值，其中DianpS幅值，(:1(14為輸入電容的電容值，f為輸入線電壓的頻率，I為輸入線電壓的有效值，Vatk ref為模數轉換單元的參考電平，N為模數轉換單元的比特位數:
存儲模塊，接收類正弦波幅值計算模塊提供的幅值和當前步所處的位置，根據如下公式(b)提供反三角函數值，其中η為當前步所處的位置:
運算模塊，接收存儲模塊提供的反三角函數值和周期計算單元提供的周期信號，計算當前步時長； 定時模塊，接收運算模塊提供的當前步時長，并定時所述當前步時長的時間后產生脈沖信號； 計數模塊，接收定時模塊提供的脈沖信號，提供當前步所處的位置； 相減模塊，接收類正弦波幅值計算模塊提供的幅值和當前步所處的位置，并對兩者進行相減運算，產生所述補償電流。
4.如權利要求1所述的數字PFC電路，其中所述補償電流產生單元包括: 鋸齒波幅值計算模塊，根據如下公式(c)計算幅值，其中DicmpS幅值，I為輸入線電壓的有效值、f為輸入線電壓的頻率、C1(I4為輸入電容的電容值、Vad。為模數轉換單元的參考電平，N為模數轉換單元的比特位數:
運算模塊，根據如下公式(d)計算時長，其中Tlim為周期計算單元提供的周期信號:
定時模塊，接收運算模塊提供的時長，并定時所述時長的時間后產生脈沖信號； 計數模塊，接收定時模塊提供的脈沖信號，提供當前步所處的位置； 相減模塊，接收鋸齒波幅值計算模塊提供的幅值和當前步所處的位置，并對兩者進行相減運算，產生所述補償電流。
5.如權利要求3或4所述的數字PFC電路，其中所述運算模塊包括乘法器。
6.如權利要求1所述的數字PFC電路，其中所述參考電流校正單元包括加法器。
7.一種用于數字功率因數校正(PFC)電路的的方法，所述數字PFC電路接收輸入線電壓，提供輸出電壓，所述數字PFC電路包括輸入電容和功率開關電路，所述方法包括: 接收表征輸入線電壓的電壓前饋信號，并通過模數轉換單元將所述電壓前饋信號轉化為數字電壓信號； 根據數字電壓信號計算得到輸入線電壓的周期； 根據輸入線電壓的周期、輸入線電壓的頻率、輸入線電壓的有效值、輸入電容的電容值、模數轉換單元的比特位數和模數轉換單元的參考電平產生與流過輸入電容的電流互補的補償電流； 將補償電流與原始參考電流信號進行疊加，產生校正參考電流信號； 控制流過功率開關電路的電流與所述校正參考電流信號成正比。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述步驟“根據數字電壓信號計算產生輸入線電壓的周期”包括:檢測數字電壓信號的峰值； 根據所述峰值設定電壓水平相近的第一閾值和第二閾值，其中所述第一閾值和第二閾值均小于數字電壓信號的峰值； 計算數字電壓信號的右半周期連續兩次位于第一閾值和第二閾值之間的時間間隔，得到所述輸入線電壓的周期。
9.如權利要求7所述的方法，其中所述步驟“根據輸入線電壓的周期、輸入線電壓的頻率、輸入線電壓的有效值、輸入電容的電容值、模數轉換單元的比特位數和模數轉換單元的參考電平產生與流過輸入電容的電流互補的補償電流”包括:用類正弦波實現補償電流，并且 (i)根據如下公式(e)計算幅值Dianp，其中C為輸入電容的電容值，I為輸入線電壓的有效值，f為輸入線電壓的頻率，Vad。ref為模數轉換單元的參考電平，N為模數轉換單元的比特位數:
(?)根據如下公式(f)計算當前步時長、，其中TliM為輸入線電壓的周期，η為當前步所處的位置:
(iii)在所述類正弦波的每二分之一周期，將幅值等分為Diranp步，每一步的時長對應于第(ii)步計算得到的當前步時長。
10.如權利要求7所述的方法，其中所述步驟“根據輸入線電壓的周期、輸入線電壓的頻率、輸入線電壓的有效值、輸入電容的電容值、模數轉換單元的比特位數和模數轉換單元的參考電平產生與流過輸入電容的電流互補的補償電流”包括:用鋸齒波實現補償電流，并且 (i)根據如下公式(g)計算幅值Dianp，其中C為輸入電容的電容值，I為輸入線電壓的有效值，f為輸入線電壓的頻率，Vad。ref為模數轉換單元的參考電平，N為模數轉換單元的比特位數
(ii)根據如下公式(h)計算時長、，其中TliM為輸入線電壓的周期
(iii)在所述鋸齒波的每二分之一周期，將幅值等分為Dianp步，每一步的時長均為步驟(?)計算得到的時長。
【文檔編號】H02M1/42GK104079159SQ201410257725
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】陸文斌, 林思聰, 趙啟明, 姜禮節, 張廣超 申請人:成都芯源系統有限公司