一种用于功率因数校正转换器及其控制电路

技术领域

本发明属于变换器技术领域，特别涉及一种用于功率因数校正转换器及其控制电路。

背景技术

在半桥和全桥电路配置中，桥的每个支路中的晶体管或开关级联连接。在图腾柱PFC转换器(TPPFC)中，低端晶体管的源极端子连接到PFC回路(PFC V-)。通常，几伏特的正栅源电压Vgs足以导通金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。同样，通常需要高于2V的正栅极-源极电压Vgs来导通用于功率器件的n沟道MOSFET。在大多数应用中，通常很容易获得电源的低电压，因此驱动低端MOSFET几乎不成问题。但是，半桥或全桥电路中高端MOSFET的源极端子连接到级联配置的中间点，该中间点也是低端MOSFET的漏极端子。该连接点通常称为半桥(HB)节点。因此，必须在HB节点处产生正栅极电压，以导通高端MOSFET。因为HB节点上的电压可以达到桥电路的整流输出电压，所以必须提供更高的栅极-源极电压Vgs来导通高端MOSFET。

已经使用了几种产生栅极-源极电压Vgs的方法来导通高端MOSFET。一种方法是为高端栅极驱动器提供单独的电源，该电源可以从电路中的变压器绕组中获得。另一种方法是使用现有的可用电源和连接到HB节点的自举电路。自举电路解决方案使用较少的元件和空间，但在设计过程中需要仔细考虑以确保正确运行。如果自举电路用于高端栅极驱动器的图腾柱拓扑中，则除非在自举电路中预装了电容器，否则在AC周期的负数部分启动PFC转换器时可能会出现问题。

然而，在双通道TPPFC转换器中，可以在某些条件下断开第二通道以提高效率。但是，第二通道应能够在需要时无延迟地运行。如果通道处于输入交流电压的负半周中，则在不对自举电容器进行预充电的情况下自举高端电源输入可能会产生几毫秒的明显延迟。在某些条件下这是有问题的。要求通道立即启动的一种情况是线路掉线后的转换器恢复期间。如果恢复时刻落在负AC半周期内，则第二个通道将在负半周期内不启动。通常，驱动MOSFET的控制电路对诸如线路丢失情况之类的问题不响应，并且假设高端和低端通道均处于工作状态，将以50％的功率驱动两个通道。在这种情况下，只有一个通道处于活动状态，并提供所需功率的一半。结果是转换器输出电压进一步下降，这可能会由于欠压输入条件而导致下一个转换器级关闭。这样的操作行为限制了转换器的穿越能力。

可能引起延迟问题的另一条件是在负载的瞬变期间。第二通道升压操作的延迟将导致输出电压跟踪误差增加。控制电路通常可以通过从主通道产生更多功率来进行补偿。但是，对一个通道施加过大应力可能会导致出现问题，例如达到最大允许电流。转换器的瞬态响应也受到影响，因为在交流输入电压的正部分期间第二通道的突然接合会由于先前来自控制电路的功率补偿而在输出电压中产生过冲。由于过压情况，明显的过冲可能会设置各种警告标志。控制电路最终将纠正此问题，并将输出功率设置为正确的值，但转换器的整体瞬态响应和性能会下降。

如上所述，一种产生必要的栅极-源极电压Vgs来导通高端MOSFET的方法是使用专用的变压器绕组为高端栅极驱动器供电。但是，专用绕组需要额外的整流器和滤波器。另一方面，使用具有自举电路的现有电源是更简单的选择，但存在上述局限性。

发明内容

本发明公开一种功率因数校正转换器，其从交流输入电压输出直流输出电压，所述功率因数校正转换器包括：

第一高侧开关和第一低侧开关级联连接在功率因数校正转换器的正输出端子和负输出端子之间，并且第一节点在第一高侧开关和第一低侧之间开关；第二高侧开关和第二低侧开关级联连接在正输出端子和负输出端子之间，并且第二节点在第二高侧开关和第二低侧开关之间；电感，其连接到交流输入电压的第一端和第一节点；栅极驱动器，连接到第二高侧开关和第二低侧开关；自举电路，连接到第二节点和栅极驱动器；其中第二节点连接至交流输入电压的第二端；自举电路在交流输入电压的负半周期开始时进行预充电。

所述的功率因数校正转换器，其中

第一高侧开关和第一低侧开关限定第一通道；第二高侧开关和第二低侧开关是线晶体管。

所述的功率因数校正转换器，还包括：第三高侧开关和第三低侧开关，所述第三高侧开关和第三低侧开关级联地连接在所述正输出端子与所述负输出端子之间，并且第三节点与所述第二高端子之间侧开关和第二低侧开关；其中

第一高侧开关和第一低侧开关限定第一通道；

第二高侧开关和第二低侧开关限定第二通道；和

第三高侧开关和第三低侧开关是线晶体管。

所述的功率因数校正转换器，其中

通过互补地接通和断开第一高端开关和第一低端开关来接合第一通道；和

通过关闭第二高端开关和第二低端开关来断开第二通道，除了在负半周期的开始时打开第二低端开关以对自举电路进行预充电之外。

所述的功率因数校正转换器，其中，当通过互补地接通和断开第二高端开关和第二低端开关来接合第二通道时，自举电路不是预加电的带电。

所述的功率因数校正转换器，其中

在交流输入电压的正半周期内：

在第一通道的升压操作期间，第一低侧开关和第三低侧开关导通，第一高侧开关和第三高侧开关截止；

在第二通道的升压操作期间，第二低侧开关和第三低侧开关导通，第二高侧开关和第三高侧开关截止；

在第一通道的同步操作期间，第一高侧开关和第三低侧开关导通，并且第一低侧开关和第三高侧开关关断；和

在第二通道同步工作时，第二高侧开关和第三低侧开关导通，第二低侧开关和第三高侧开关截止；和

在交流输入电压的负半周期内：

IB在第一通道的升压操作期间，第一高侧开关和第三高侧开关导通，第一低侧开关和第三低侧开关截止；

在第二通道的升压工作期间，第二高侧开关和第三高侧开关导通，第二低侧开关和第三低侧开关截止；

在第一通道的同步操作期间，第一低侧开关和第三高侧开关导通，并且第一高侧开关和第三低侧开关关断；和

在第二通道的同步操作期间，第二低侧开关和第三高侧开关被接通，第二高侧开关和第三低侧开关被断开。

所述的功率因数校正转换器，其中，

自举电路包括彼此串联连接的二极管和电容器；和

对自举电路进行预充电对电容器进行预充电。

一种用于功率因数校正转换器的控制电路，该控制电路从交流输入电压输出直流输出电压，该控制电路包括：

栅极驱动器，包括：

高侧驱动器端子，其连接到功率因数校正转换器的高侧开关，以接通和断开高侧开关；

连接到低端的低端驱动器端子功率因数校正转换器的开关可打开和关闭低侧开关；

高端接地端子，其连接到高端开关和低端开关之间的节点；

低侧接地端连接到功率因数校正转换器的负输出端；高端电压端子；和

低侧电压端子；

连接到栅极驱动器的控制器；

自举电路，包括：

自举电容器，与高侧电压端子和高侧接地端子并联连接并连接至节点；和

二极管连接在自举电容器和低侧电压端子之间；和

电容器，其与低侧电压端子和低侧接地端子并联连接并连接至负输出端子；其中

控制器经过编程或配置为在交流输入电压的负半周期开始时打开低侧开关以对自举电容器进行预充电。

所述的控制电路，所述控制器通过使所述高侧开关和所述低侧开关均断开而使所述第二开关导通，来断开所述功率因数校正转换器的通道；低压侧开关，用于在交流输入电压的负半周期开始时对自举电路进行预充电。

附图说明

图1为本发明公开一种功率因数校正转换器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1所示，为本发明公开一种功率因数校正转换器的示意图，其从交流输入电压输出直流输出电压，所述功率因数校正转换器包括：

第一高侧开关和第一低侧开关级联连接在功率因数校正转换器的正输出端子和负输出端子之间，并且第一节点在第一高侧开关和第一低侧之间开关；第二高侧开关和第二低侧开关级联连接在正输出端子和负输出端子之间，并且第二节点在第二高侧开关和第二低侧开关之间；电感，其连接到交流输入电压的第一端和第一节点；栅极驱动器，连接到第二高侧开关和第二低侧开关；自举电路，连接到第二节点和栅极驱动器；其中第二节点连接至交流输入电压的第二端；自举电路在交流输入电压的负半周期开始时进行预充电。

所述的功率因数校正转换器，其中

第一高侧开关和第一低侧开关限定第一通道；第二高侧开关和第二低侧开关是线晶体管。

所述的功率因数校正转换器，还包括：第三高侧开关和第三低侧开关，所述第三高侧开关和第三低侧开关级联地连接在所述正输出端子与所述负输出端子之间，并且第三节点与所述第二高端子之间侧开关和第二低侧开关；其中

第一高侧开关和第一低侧开关限定第一通道；

第二高侧开关和第二低侧开关限定第二通道；和

第三高侧开关和第三低侧开关是线晶体管。

所述的功率因数校正转换器，其中

通过互补地接通和断开第一高端开关和第一低端开关来接合第一通道；和

通过关闭第二高端开关和第二低端开关来断开第二通道，除了在负半周期的开始时打开第二低端开关以对自举电路进行预充电之外。

所述的功率因数校正转换器，其中，当通过互补地接通和断开第二高端开关和第二低端开关来接合第二通道时，自举电路不是预加电的带电。

所述的功率因数校正转换器，其中

在交流输入电压的正半周期内：

在第一通道的升压操作期间，第一低侧开关和第三低侧开关导通，第一高侧开关和第三高侧开关截止；

在第二通道的升压操作期间，第二低侧开关和第三低侧开关导通，第二高侧开关和第三高侧开关截止；

在第一通道的同步操作期间，第一高侧开关和第三低侧开关导通，并且第一低侧开关和第三高侧开关关断；和

在第二通道同步工作时，第二高侧开关和第三低侧开关导通，第二低侧开关和第三高侧开关截止；和

在交流输入电压的负半周期内：

IB在第一通道的升压操作期间，第一高侧开关和第三高侧开关导通，第一低侧开关和第三低侧开关截止；

在第二通道的升压工作期间，第二高侧开关和第三高侧开关导通，第二低侧开关和第三低侧开关截止；

在第一通道的同步操作期间，第一低侧开关和第三高侧开关导通，并且第一高侧开关和第三低侧开关关断；和

在第二通道的同步操作期间，第二低侧开关和第三高侧开关被接通，第二高侧开关和第三低侧开关被断开。

所述的功率因数校正转换器，其中，

自举电路包括彼此串联连接的二极管和电容器；和

对自举电路进行预充电对电容器进行预充电。

一种用于功率因数校正转换器的控制电路，该控制电路从交流输入电压输出直流输出电压，该控制电路包括：

栅极驱动器，包括：

高侧驱动器端子，其连接到功率因数校正转换器的高侧开关，以接通和断开高侧开关；

连接到低端的低端驱动器端子功率因数校正转换器的开关可打开和关闭低侧开关；

高端接地端子，其连接到高端开关和低端开关之间的节点；

低侧接地端连接到功率因数校正转换器的负输出端；高端电压端子；和

低侧电压端子；

连接到栅极驱动器的控制器；

自举电路，包括：

自举电容器，与高侧电压端子和高侧接地端子并联连接并连接至节点；和

二极管连接在自举电容器和低侧电压端子之间；和

电容器，其与低侧电压端子和低侧接地端子并联连接并连接至负输出端子；其中

控制器经过编程或配置为在交流输入电压的负半周期开始时打开低侧开关以对自举电容器进行预充电。

所述的控制电路，所述控制器通过使所述高侧开关和所述低侧开关均断开而使所述第二开关导通，来断开所述功率因数校正转换器的通道；低压侧开关，用于在交流输入电压的负半周期开始时对自举电路进行预充电。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。