操作在邊界導通模式中的無橋式升壓pfc變換器的升壓電感消磁檢測的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于功率變換的電路。更具體地，本發明涉及用于包括功率因數校正(PFC)的無橋式升壓功率變換器的控制電路。
【背景技術】
[0002]常規PFC變換器包括為交流輸入電壓提供全波整流的二極管橋，使得常規PFC變換器的功率變換電路始終接收正極性輸入電壓。功率變換電路通常包括升壓電感，升壓電感具有用于消磁感測的附加繞組。附加繞組耦合到包括模擬比較器或集成電路(1C)設備的檢測電路。
[0003]常規升壓變換器的常用操作模式包括連續導通模式和邊界導通模式。在連續導通模式中，流過升壓變換器的升壓電感的電流是連續的。在邊界導通模式中，當流過升壓電感的電流達到0(即，連續導通模式和非連續導通模式之間的邊界)時，升壓變換器中的開關接通。在非連續導通模式中，流過升壓電感的電流達到并在繞組重置時間段內保持為0，形成“死區”(dead zone)。因此，在流過升壓電感的電流達到0的臨界點時，操作在邊界導通模式中的升壓變換器接通開關，以避免“死區”。操作在邊界導通模式中的升壓變換器消除了對操作在連續導通模式中的升壓變換器所需的快速恢復(fast-recovery) 二極管的需要。此外，升壓變換器的開光能夠在邊界導通模式中的電流為0或基本為0時接通，這降低了升壓變換器中的開關損耗。
[0004]無橋式PFC變換器依賴于包括在無橋式PFC變換器的開關電路中的二極管和開關來對交流輸入電壓進行整流。因為無橋式PFC變換器使PFC變換器的功率變換器電路上的輸入電壓每交流輸入電壓的半周期在正極和負極之間變化，常規消磁感測電路一般無法和無橋式PFC變換器使用。更具體地，常規消磁感測電路使用二極管將升壓電感的附加繞組耦合到感測電路，以便向感測電路發送消磁脈沖，并且這種二極管耦合使感測電路只能檢測單種極性。
[0005]因此，無橋式PFC變換器的消磁感測需要特殊的設計考慮，使得正極性和負極性的消磁脈沖都能夠被檢測。圖1示出了具有消磁感測電路的常規無橋式PFC變換器10。
[0006]如圖1所示，無橋式PFC變換器10包括與升壓電感L1串聯的交流電源AC。無橋式PFC變換器10還包括以圖騰柱(totem-pole)配置相串聯的第一晶體管Q1和第二晶體管Q2，以及相串聯的第一二極管D1和第二二極管D2。第一晶體管Q1和第二晶體管Q2與電容C1并聯。電容C1是儲能大容量電容，并且電容C1上的電壓提供無橋式PFC變換器10的直流輸出DC。無橋式PFC變換器10還可包括與第一晶體管Q1和第二晶體管Q2串聯的電流感測變壓器CS1和CS2，以檢測流過第一晶體管Q1和第二晶體管Q2的電流。
[0007]升壓電感L1和交流電源AC分別連接到第一晶體管Q1和第二晶體管Q2之間的點以及第一二極管D1和第二二極管D2之間的點。這種布置允許PFC變換器10作為無橋式PFC變換器來操作，由于第一晶體管Q1和第二晶體管Q2以及第一二極管D1和第二二極管D2對交流電源AC進行整流，使得在直流輸出DC上，正電壓總是施加于電容C1。具體地，當交流電源AC輸出正電壓時，第二晶體管Q2和第二二極管D2導通，以提供充電電流給升壓電感L1，并且第一晶體管Q1和第二二極管D2導通，以提供從升壓電感L1到電容C1的放電電流。然而，當交流電源AC輸出負電壓時，第一晶體管Q1和第一二極管D1導通，以提供充電電流給升壓電感L1，并且第二晶體管Q2和第一二極管D1導通，以提供從升壓電感L1到電容C1的放電電流。在交流電源AC輸出負電壓的半周期期間，交流電源AC的負電壓轉換為正電壓，并被提供給直流輸出DC。
[0008]為實現PFC變換器10中的升壓變換，有必要適當地控制第一晶體管Q1和第二晶體管Q2的通斷(on-off)操作，使得PFC變換器10操作在邊界導通模式。具體地，基于控制裝置11確定的導通時間和升壓電感L1的磁化狀態來控制第一晶體管Q1和第二晶體管Q2，以獲得所需的邊界導通模式操作，并獲得所需的輸出電壓和輸入電流特性。
[0009]如圖1所示，無橋式PFC變換器10的消磁感測電路包括感測電阻R1、差分放大器
12、隔離裝置ISO和控制裝置11。感測電阻R1串聯布置在交流電源AC和升壓電感L1之間。通過差分放大器12檢測感測電阻R1上的電壓降，并且經由隔離裝置IS0，由控制裝置11接收從差分放大器12輸出的信號。如圖1所示，隔離裝置ISO可以是變壓器。根據感測電阻R1上的電壓，通過確定升壓電感L1中的電流的過零，控制裝置11能夠檢測升壓電感L1何時變為消磁。更具體地，控制裝置11能夠檢測流過感測電阻R1的電流何時從正電流變為負電流，或者流過感測電阻R1的電流何時從負電流變為正電流。
[0010]升壓電感L1的磁化狀態根據流過升壓電感L1的電流而變化。當PFC變換器10的升壓開關接通時，電流從交流電源AC流過升壓電感L1，產生磁場并使升壓電感L1磁化。在升壓電感L1被磁化后，升壓開關關斷，并且飛輪(freewheel)開關接通，以將升壓電感L1連接到直流輸出DC。然后，飛輪開關關斷，并且升壓電感L1消磁。基于升壓電感L1的磁化狀態，控制裝置11輸出控制第一晶體管Q1和第二晶體管Q2的通斷操作的信號，以保持PFC變換器10的邊界導通模式操作。更具體地，控制裝置11確定到升壓開關被接通以啟動切換半周期的延時。可通過控制裝置11來計算延時，或者控制裝置11可基于包括例如輸入電壓、輸出電壓和負載狀況的信息，根據查找表確定延時。
[0011]第一晶體管Q1和第二晶體管Q2之間的升壓開關每交流電源AC的半周期就發生改變。即，在交流電源AC輸出正電壓的半周期期間，根據控制裝置11輸出的開關控制信號，第二晶體管Q2作為升壓開關來操作，且第一晶體管Q1作為飛輪開關來操作。相反，在交流電源AC輸出負電壓的半周期期間，根據控制裝置11輸出的開關控制信號，第一晶體管Q1作為升壓開關來操作，且第二晶體管Q2作為飛輪開關來操作。
[0012]然而，由于升壓電感L1的磁化狀態根據檢測電阻R1上的電壓來檢測，與圖1所示的無橋式PFC變換器10—起使用的消磁感測電路降低了無橋式PFC變換器10的效率。具體地，感測電阻R1是耗散元件，使得消磁感測電路無法在高效應用或者以高電壓操作的無橋式PFC變換器中使用。
【發明內容】
[0013]本發明的優選實施例提供了一種具有消磁感測、且不包括與升壓電感串聯的感測電阻的無橋式PFC變換器。
[0014]根據本發明的優選實施例，一種無橋式變換器包括:與交流電源串聯的升壓電感；第一串聯電路，包括相串聯的第一開關裝置和第二開關裝置；第二串聯電路，包括相串聯的第三開關裝置和第四開關裝置；與所述第一串聯電路和所述第二串聯電路并聯的電容；以及磁化感測電路，包括與所述升壓電感電感性耦合的至少一個附加繞組。
[0015]所述至少一個附加繞組優選地包括第一附加繞組和第二附加繞組，并且優選地，所述第一附加繞組和所述第二附加繞組相串聯。優選地，第一電阻和第二電阻相串聯并布置在所述第一附加繞組和第二附加繞組之間。優選地，電壓比較器包括連接到所述第一電阻和第二電阻之間的點的第一輸入以及連接到參考電壓的第二輸入，并且所述參考電壓優選地是地。優選地，控制裝置與所述電壓比較器的輸出相連，并且優選地，所述控制裝置根據所述電壓比較器的輸出來控制所述第一開關裝置和所述第二開關裝置。
[0016]優選地，所述升壓電感在所述第一開關裝置和第二開關裝置之間的點處連接到所述第一串聯電路。優選地，所述交流電源在所述第三開關裝置和第四開關裝置之間的點處連接到所述第二串聯電路。優選地，所述第一開關裝置和所述第二開關裝置的每一個都是場效應晶體管。優選地，所述第三開關裝置和所述第四開關裝置的每一個都是二極管或場效應晶體管。
[0017]優選地，布置第一電流感測變壓器來感測第一開關裝置中的電流，以及布置第二電流感測變壓器來感測第二開關裝置中的電流。優選地，比較器電路包括選擇性地連接到所述第一電流感測變壓器和第二電流感測變壓器的第一輸入以及連接到參考電壓的第二輸入。優選地，當所述第一開關裝置為接通狀態時，所述第一電流感測變壓器連接到所述比較器電路；以及優選地，當所述第二開關裝置為接通狀態時，所述第二電流感測變壓器連接到所述比較器電路。優選地，控制裝置與所述比較器電路的輸出相連。優選地，所述控制裝置根據所述第一開關裝置和第二電流感測變壓器的輸出，控制所述第一開關裝置和所述第二開關裝置。優選地，感測電阻連接在所述比較器電路的第一輸入和地之間。
[0018]根據本發明的優選實施例，一種針對電壓變換器的電感的磁化感測電路包括:至少一個繞組，與所述電壓變換器的電感電感性耦合；以及電壓比較器，包括與所述至少一個繞組相連的第一輸入和與參考電壓相連的第二輸入。所述電壓比較器的輸出是指示所述電壓變換器的電感的磁化狀態的信號。