專利名稱：具電流檢測(cè)電路的無橋功率因子校正電路系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無橋功率因子校正(Bridgeless PFC)電路系統(tǒng)的電流檢測(cè)電路及其 方法，尤指一種H橋PFC電路系統(tǒng)中的電流檢測(cè)電路及其控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的升壓型功率因子校正(Boost PFC)電路中之整流橋損耗成為整個(gè)開關(guān)電 源的主要損耗之一。隨著對(duì)轉(zhuǎn)換效率的要求提高，由傳統(tǒng)Boost PFC電路衍生而來的無橋 Boost電路逐漸成為研究的熱點(diǎn)。它略掉了 Boost PFC前端的整流橋，使之在工作回路上只 有兩個(gè)二極管，減少了一個(gè)二極管的通態(tài)損耗，提高了效率。H-PFC電路是一種適用于中、大 功率的無橋PFC電路(如第一圖所示)。圖1中包括一電感L、四個(gè)二極管D1-D4、兩個(gè)開關(guān) Q1-Q2，以及一輸出電容CB，用于接收一交流輸入電壓Vin與產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo。圖2a和2b分別顯示一如第一圖所示之H-PFC電路，在一個(gè)交流輸入電壓的工頻 周期內(nèi)，其正負(fù)半周之工作狀態(tài)。開關(guān)Ql和Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同相。在圖2a中，當(dāng)該交流輸 入電壓Vin正半周時(shí)，L1、D1、D4、Q1、Q2與CB組成一個(gè)升壓(Boost)電路，其中D4與Q2是 常通。Ql開通時(shí)，電流流過Li、Ql與Q2返回；Ql關(guān)斷時(shí)，電流流過Li、DU CB與D4返回。 在圖2b中，當(dāng)該輸入電壓Vin負(fù)半周時(shí)，L1、D2、Q1、Q2、D3與CB組成另外一個(gè)Boost電路， 其中Ql與D3是常通。Q2開通時(shí)，電流流過L1、Q1與Q2返回；Q2關(guān)斷時(shí)，電流流過L1、D3、 CB與D2返回。該交流輸入電壓在正負(fù)半周時(shí)，Li、Ql與Q2上的電流方向是相反的。由于 D3與D4箝制交流到Boost電路的輸出電容CB，可以獲得與傳統(tǒng)Boost PFC電路相同的共 模噪聲。由于在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的任何工作時(shí)刻，電流只經(jīng)過兩個(gè)組件，減小了導(dǎo)通損耗。職是之故，發(fā)明人鑒于習(xí)知技術(shù)之缺失，乃思及改良發(fā)明之意念，終能發(fā)明出本案 之「具電流檢測(cè)電路之無橋功率因子校正電路系統(tǒng)及其方法」。
發(fā)明內(nèi)容
本案之主要目的在于提供一種具電流檢測(cè)電路之無橋PFC電路系統(tǒng)及其方法，用 于檢測(cè)流經(jīng)該P(yáng)FC電路之開關(guān)與電感的電流，該電流檢測(cè)電路具有電路架構(gòu)與方法簡(jiǎn)單、 成本低與檢測(cè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，亦可用于需抗干擾能力較強(qiáng)、較大功率或?qū)﹄娏餍盘?hào)采樣要求 較高之場(chǎng)合。本案之又一主要目的在于提供一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，包含一無 橋PFC電路，具一第一和一第二開關(guān)與一電感，用于接收一交流輸入電壓與產(chǎn)生一直流輸 出電壓，一電流感測(cè)電路，包括一第一換流器，具一一次側(cè)繞組、一第一二次側(cè)與一第二二 次側(cè)繞組，其中該一次側(cè)繞組耦合于該第二開關(guān)，該第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具 一第一端與一第二端，且該換流器用于感測(cè)一流經(jīng)該電感和該第一與該第二開關(guān)之第一電 流，一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一二次側(cè)繞組之該第一 端，且該第二端耦合于該第一二次側(cè)繞組之該第二端與該第二二次側(cè)繞組之該第一端，以 及一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一電阻之該第二端，且該第二端耦合于該第二二次側(cè)繞組之該第二端。根據(jù)上述之構(gòu)想，該電流感測(cè)電路更包括一具一一次側(cè)繞組耦合于該無橋PFC電 路，且用于感測(cè)一流經(jīng)該電感之第二電流之第二換流器，該無橋PFC電路為一具一第一與 一第二輸入端，一第一與一第二輸出端、一包括一第一與一第二二極管與一第一中點(diǎn)之第 一橋臂、一包括一第三與一第四二極管與一第二中點(diǎn)之第二橋臂與一輸出電容之H-PFC電 路，該第一與該第二開關(guān)、該電感和該輸出電容各具一第一端與一第二端，該第一至該第 四二極管各具一陽極與一陰極，該第一二極管之該陽極與該第二二極管之該陰極耦合于該 第一中點(diǎn)，該第一二極管之該陰極與該第三二極管之該陰極耦合于該第二換流器之該一次 側(cè)繞組，該第三二極管之該陽極與該第四二極管之該陰極耦合于該第二中點(diǎn)，該輸出電容 之該第一端耦合于該第二換流器之該第一繞組與該第一輸出端，該第二二極管之該陽極與 該第四二極管之該陽極耦合于該輸出電容之該第二端與該第二輸出端，該第一換流器之該 一次側(cè)繞組耦合于該第二中點(diǎn)，該第二開關(guān)之該第一端耦合于該第一換流器之該一次側(cè)繞 組，該第一開關(guān)之該第二端耦合于該第二開關(guān)之該第二端，該電感之該第一端耦合于該第 一輸入端，該電感之該第二端耦合該第一中點(diǎn)，且該第二中點(diǎn)耦合于該第二輸入端。根據(jù)上述之構(gòu)想，該電流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第三電阻 和一第三開關(guān)，及各具一陽極與一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該 第一端耦合于該第五二極管之該陰極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第三開關(guān)之 該第一端，該第二二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第六二極管之該陰極，該第五二極管之 該陽極耦合于該第六二極管之該陽極與該第三電阻之該第一端，而該第三開關(guān)之該第二端 耦合于該第三電組之該第二端且接地。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第一電流與該第二電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一 電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之鋸齒波。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第二換流器更包括一具一第一端與一第二端之二次側(cè)繞組， 該二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第三電阻之該第二端，該電流感測(cè)電路更包括一具一陽 極與一陰極之第七二極管，該二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第七二極管之該陰極，且該 第七二極管之該陽極耦合于該第三電阻之該第一端。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第一電流與該第二電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一 電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之三角波。根據(jù)上述之構(gòu)想，該電流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第三電 阻和一第三與一第四開關(guān)，及各具一陽極與一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次 側(cè)繞組之該第一端耦合于該第五二極管之該陽極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該 第三電阻之該第二端，該第二二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第六二極管之該陽極，該第 五二極管之該陰極耦合于該第三開關(guān)之該第一端，該第六二極管之該陰極耦合于該四開關(guān) 之該第一端，該第三開關(guān)之該第二端耦合于該第四開關(guān)之第二端與該第三電阻之該第一 端，且該第三電阻之該第二端接地。本案之另一主要目的在于提供一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，包含一無 橋PFC電路，具一第一和一第二開關(guān)與一電感，用于接收一交流輸入電壓與產(chǎn)生一直流輸 出電壓，一電流感測(cè)電路，包括一第一換流器，具一一次側(cè)繞組、一第一二次側(cè)與一第二二 次側(cè)繞組，其中該一次側(cè)繞組耦合于該第二開關(guān)，且該第一換流器用于感測(cè)一流經(jīng)該電感之第一電流。根據(jù)上述之構(gòu)想，該電流感測(cè)電路更包括一具一一次側(cè)繞組耦合于該無橋PFC電 路，且用于感測(cè)一流經(jīng)該電感之第二電流之第二換流器，該無橋PFC電路為一具一第一與 一第二輸入端，一第一與一第二輸出端、一包括一第一與一第二二極管與一第一中點(diǎn)之第 一橋臂、一包括一第三與一第四二極管與一第二中點(diǎn)之第二橋臂與一輸出電容之H-PFC電 路，該第一與該第二開關(guān)、該電感和該輸出電容各具一第一端與一第二端，該第一至該第 四二極管各具一陽極與一陰極，該第一二極管之該陽極與該第二二極管之該陰極耦合于該 第一中點(diǎn)，該第一二極管之該陰極與該第三二極管之該陰極耦合于該第二換流器之該一次 側(cè)繞組，該第三二極管之該陽極與該第四二極管之該陰極耦合于該第二中點(diǎn)，該輸出電容 之該第一端耦合于該第二換流器之該第一繞組與該第一輸出端，該第二二極管之該陽極與 該第四二極管之該陽極耦合于該輸出電容之該第二端與該第二輸出端，該第一換流器之該 一次側(cè)繞組耦合于該第二中點(diǎn)，該第二開關(guān)之該第一端耦合于該第一換流器之該一次側(cè)繞 組，該第一開關(guān)之該第二端耦合于該第二開關(guān)之該第二端，該電感之該第一端耦合于該第 一輸入端，該電感之該第二端耦合該第一中點(diǎn)，且該第二中點(diǎn)耦合于該第二輸入端。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端， 該電流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第一至一第三電阻和一第三開關(guān)，及 各具一陽極與一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第 一電阻之該第一端與該第五二極管之該陰極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第 二二次側(cè)繞組之該第一端、該第一電阻之該第二端、該第二電阻之該第一端與該第三開關(guān) 之該第一端，該第二二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第二電阻之該第二端與該第六二極管 之該陰極，該第五二極管之該陽極耦合于該第六二極管之該陽極與該第三電阻之該第一 端，而該第三開關(guān)之該第二端耦合于該第三電組之該第二端且接地。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第二換流器更包括一具一第一端與一第二端之二次側(cè)繞組， 該二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第三電阻之該第二端，該電流感測(cè)電路更包括一具一陽 極與一陰極之第七二極管，該二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第七二極管之該陰極，且該 第七二極管之該陽極耦合于該第三電阻之該第一端。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端， 該電流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第一至一第三電阻和一第三與一第 四開關(guān)，及各具一陽極與一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端 耦合于該第一電阻之該第一端與該第五二極管之該陽極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦 合于該第二二次側(cè)繞組之該第一端、該第一電阻之該第二端、該第二電阻之該第一端與該 第三電阻之該第二端，該第二二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第二電阻之該第二端與該第 六二極管之該陽極，該第五二極管之該陰極耦合于該第三開關(guān)之該第一端，該第六二極管 之該陰極耦合于該四開關(guān)之該第一端，該第三開關(guān)之該第二端耦合于該第四開關(guān)之該第二 端與該第三電阻之該第一端，且該第三電阻之該第二端接地，而該電流感測(cè)電路需進(jìn)行一 相位檢測(cè)。本案之下一主要目的在于提供一種用于一無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)的 控制方法，其中該無橋PFC電路系統(tǒng)包括一具一第一換流器之電流感測(cè)電路、一電感、一第 一與一第二開關(guān)、一第一至一第四二極管和一輸出電容，該方法包含下列之步驟(a)提供一交流輸入電壓，且該電壓位于一正半周；(b)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使該電感、 該第一與該第二開關(guān)和該第一換流器彼此串聯(lián)電連接以形成一第一回路，且經(jīng)由該第一換 流器測(cè)量流經(jīng)該第一回路之一第一電感電流；以及(C)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)關(guān)斷時(shí)，使 該電感、該第一二極管、該輸出電容與該第四二極管串聯(lián)電連接以形成一第二回路，且測(cè)量 流經(jīng)該第二回路之一第二電感電流。根據(jù)上述之構(gòu)想，該步驟(b)更包括下列之步驟(bl)提供該第一換流器之一二 次側(cè)與一次側(cè)之匝數(shù)比(duty ratios)為n，且該第三電阻之一電阻值為R3 ； (b2)當(dāng)該第 一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使流經(jīng)該第三電阻之一采樣電流為該第一電感電流*(_n)*R3 ；以 及(b3)藉由流經(jīng)該第三電阻之該采樣電流以求得該第一電感電流。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第二回路更包括該第二換流器串聯(lián)電連接于該第一二極管與 該輸出電容，用于測(cè)量該第二電感電流，該第一電感電流與該第二電感電流經(jīng)一累加，以形 成流經(jīng)該電感上之一電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之鋸齒波。根據(jù)上述之構(gòu)想，該步驟(C)更包括下列之步驟(Cl)提供該第二換流器之 一二次側(cè)與一次側(cè)之匝數(shù)比(duty ratios)為n，且該第三電阻之一電阻值為R3 ；以及 (c2)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使流經(jīng)該第三電阻之一采樣電流為該第二電感電流 *(-n)*R3;以及(c3)藉由流經(jīng)該第三電阻之該采樣電流以求得該第二電感電流。根據(jù)上述之構(gòu)想，該第一電感電流與該第二電感電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電 感上之一電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之三角波。為了讓本發(fā)明之上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并 配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的H-PFC電路的電路圖；圖2a和2b是如圖1所示的H-PFC電路在一個(gè)輸入電壓的工頻周期內(nèi)之工作狀 態(tài)；圖3a和3b分別是一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第一較佳實(shí)施例的H-PFC電路之主電路與 電流檢測(cè)電路之電路圖；圖3c是如3b所示的電流檢測(cè)電路用于檢測(cè)一有正弦包絡(luò)線的鋸齒波之波形圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第一較佳實(shí)施例的H-PFC電路之主電路與電流檢測(cè)電路 在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的工作波形圖；圖5a和5b分別是如圖3a和3b所示的主電路與電流檢測(cè)電路在一個(gè)交流輸入電 壓的工頻周期之正半周的第一與第二工作階段的電路示意圖；圖6a和6b分別是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實(shí)施例的H-PFC電路之主電路與電 流檢測(cè)電路之電路圖；圖6c是如6b所示的電流檢測(cè)電路用于檢測(cè)一有正弦包絡(luò)線的三角波之波形圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實(shí)施例的H-PFC電路之主電路與電流檢測(cè)電路 在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的工作波形圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第二較佳實(shí)施例的H-PFC電路之主電路與電流檢測(cè)電路 在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的第二工作階段的電路示意圖；以及
圖9是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第三較佳實(shí)施例的H-PFC電路之電流檢測(cè)電路的電路 圖。
具體實(shí)施例方式圖3a和3b分別顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第一較佳實(shí)施例的H-PFC電路系統(tǒng)之主 電路與電流檢測(cè)電路之電路圖。應(yīng)用此電流檢測(cè)電路的主電路如圖3a所示。圖3a與圖1 之不同處在于其增加了一個(gè)換流器(CT)CTl。該第一較佳實(shí)施例是利用一個(gè)如圖3b所示 之電流信號(hào)檢測(cè)電路來檢測(cè)如圖3a所示之H-PFC電路的Ql與Q2電流。如圖3b所示之電 流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)一個(gè)有正弦包絡(luò)線的鋸齒波，該鋸齒波如圖3c所示。此檢測(cè)電路除 了換流器CTl的二次側(cè)第一繞組CT1_1與第二繞組CT1_2外，尚包括Rl、R2、D5、D6、R3與 Q3，而Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)跟主功率開關(guān)的Ql與Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是一樣的。圖4顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第一較佳實(shí)施例的H-PFC電路系統(tǒng)之主電路與電流 檢測(cè)電路在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的工作波形圖。閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ql，Q2， Q3為開關(guān)Ql，Q2與Q3 (其均為金氧半場(chǎng)效晶體管M0SFET)的閘極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形，iL為電 感上的電流，Il為通過開關(guān)管Ql與Q2的電流即CTl 一次側(cè)的電流。圖5a和5b分別顯示 一如圖3a和3b所示之主電路與電流檢測(cè)電路在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的 第一與第二工作階段的電路示意圖，展示了如圖3a和3b所示電路在該交流輸入電壓正半 周時(shí)工作狀態(tài)的具體分析。該交流輸入電壓負(fù)半周時(shí)之電路工作狀態(tài)的分析等類似于正半 周時(shí)。η是換流器CTl的二次側(cè)與一次側(cè)之匝數(shù)比(CT的一次側(cè)在主電路側(cè)，CT的二次側(cè) 在采樣電路側(cè))。如圖5a所示，在電路的第一工作階段，三個(gè)開關(guān)Ql，Q2與Q3同時(shí)導(dǎo)通，電流流經(jīng) Li、Ql, Q2與CTl返回。在此期間CTl的一次側(cè)電流為IL，CTl 二次側(cè)的電流為nIL ；二次 側(cè)的CTI_1的電流通過Q3，R3與D5返回，二次側(cè)的CT1_2上的電流則流經(jīng)R2返回，所以采 樣電阻R3上的電壓為-nILR3。如第圖5b所示，是該H-PFC電路的第二工作階段。開關(guān)Q1、Q2與Q3同時(shí)關(guān)斷后， 電流流經(jīng)L、D1、CB與D4返回。在此期間，由于Q3關(guān)斷，CTl的二次側(cè)繞組該第一二次側(cè) 繞組CT1_1與該第二二次側(cè)繞組CT1_2與采樣電阻R3斷開，所以CTl對(duì)電路沒有影響。這 樣我們可以檢測(cè)主功率組件Ql與Q2上的電流，且不用相位檢測(cè)就可以準(zhǔn)確的檢測(cè)到。此 方法在此一工作階段只用了一個(gè)CT1，其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。為了得到電感上的電流波形，在原來CTl的基礎(chǔ)上，還需加入另一個(gè)換流器CT2， CT2在整流橋Dl，D2，D3，D4與電容CB之間，構(gòu)成另一電流信號(hào)采樣電路，如圖6b所示，為 本發(fā)明之第二較佳實(shí)施例，其主電路則如圖6a所示。該電流信號(hào)采樣電路采樣帶有正弦包 絡(luò)線的三角波電流信號(hào)，該三角波電流信號(hào)如圖6c所示。在開關(guān)Q1，Q2與Q3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)， 如圖5a所示，其與第一實(shí)施例相同。在MOSFET Ql, Q2與Q3同時(shí)關(guān)斷后，電流流經(jīng)L、DU CT2，CB與D4返回。在此期間CT2的電流為IL，CT2 二次側(cè)的電流為_nIL ；流經(jīng)CT2 二次 側(cè)的電流是流經(jīng)R3與D7返回，所以采樣電阻R3上的電壓為-nILR3，如圖6b所示。在開關(guān) Q1，Q2與Q3導(dǎo)通與關(guān)斷兩個(gè)時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)采樣累加，形成電感上的電流信號(hào)。這樣我 們僅僅利用CTl與CT2等兩個(gè)CT就可以檢測(cè)電感上的電流。圖7顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第二較佳實(shí)施例的H-PFC電路系統(tǒng)之主電路與電流檢測(cè)電路在一個(gè)交流輸入電壓的工頻周期之正半周的工作波形圖。圖8則顯示一依據(jù)本發(fā) 明構(gòu)想之第二較佳實(shí)施例的H-PFC電路系統(tǒng)之主電路與電流檢測(cè)電路在一個(gè)交流輸入電 壓的工頻周期之正半周的第二工作階段包含電流途徑等的電路示意圖，而圖7中之11+12 為開關(guān)管Q1、Q2與Q3導(dǎo)通與關(guān)斷等兩個(gè)時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)采樣累加的波形圖。本發(fā)明還可用兩個(gè)開關(guān)Q4與Q5以取代如圖3b中之開關(guān)Q3，而來構(gòu)建，如圖9所 示。該圖9顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想之第三較佳實(shí)施例的H-PFC電路系統(tǒng)之電流檢測(cè)電路的 電路圖，其中二極管D5的陽極耦合于電阻Rl的第一端，二極管D5的陰極耦合于開關(guān)Q4的 第一端，二極管D6的陽極耦合于電阻R2的第二端，且二極管D6的陰極耦合于開關(guān)Q5的第 一端，開關(guān)Q4與Q5的第二端均耦合于電阻R3的第一端，這是第九圖與圖3b的不同處。這 樣，該電流檢測(cè)電路的抗干擾能力更強(qiáng)，可運(yùn)用于大功率或?qū)﹄娏餍盘?hào)采樣要求較高的場(chǎng) 合(如數(shù)字控制)，但需進(jìn)行相位檢測(cè)。本發(fā)明利用上述該等電流檢測(cè)電路，無需增加控制電路，可采樣帶正弦包絡(luò)的三 角波或鋸齒波信號(hào)。該方法簡(jiǎn)單，低成本，且檢測(cè)準(zhǔn)確。綜上所述，本發(fā)明揭露了一種具電流檢測(cè)電路之無橋PFC電路及其控制方法，用 于檢測(cè)流經(jīng)該P(yáng)FC電路之開關(guān)與電感的電流，該電流檢測(cè)電路具有電路架構(gòu)與方法簡(jiǎn)單、 成本低與檢測(cè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，且亦可用于需抗干擾能力較強(qiáng)、較大功率或?qū)﹄娏餍盘?hào)采樣要 求較高之場(chǎng)合，因而確實(shí)有其進(jìn)步性與新穎性。是以，縱使本案已由上述之實(shí)施例所詳細(xì)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(qǐng)專利范圍所欲保護(hù)者。
權(quán)利要求
一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，包含一無橋PFC電路，具一第一和一第二開關(guān)與一電感，用于接收一交流輸入電壓與產(chǎn)生一直流輸出電壓；一電流感測(cè)電路，包括一第一換流器，具一一次側(cè)繞組、一第一二次側(cè)與一第二二次側(cè)繞組，其中該一次側(cè)繞組耦合于該第二開關(guān)，該第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端，且該換流器用于感測(cè)一流經(jīng)該電感和該第一與該第二開關(guān)之第一電流；一第一電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一二次側(cè)繞組之該第一端，且該第二端耦合于該第一二次側(cè)繞組之該第二端與該第二二次側(cè)繞組之該第一端；以及一第二電阻，具一第一端與一第二端，其中該第一端耦合于該第一電阻之該第二端，且該第二端耦合于該第二二次側(cè)繞組之該第二端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 電流感測(cè)電路更包括一具一一次側(cè)繞組耦合于該無橋PFC電路，且用于感測(cè)一流經(jīng)該電感 之第二電流之第二換流器，該無橋PFC電路為一具一第一與一第二輸入端，一第一與一第 二輸出端、一包括一第一與一第二二極管與一第一中點(diǎn)之第一橋臂、一包括一第三與一第 四二極管與一第二中點(diǎn)之第二橋臂與一輸出電容之H-PFC電路，該第一與該第二開關(guān)、該 電感和該輸出電容各具一第一端與一第二端，該第一至該第四二極管各具一陽極與一陰 極，該第一二極管之該陽極與該第二二極管之該陰極耦合于該第一中點(diǎn)，該第一二極管之 該陰極與該第三二極管之該陰極耦合于該第二換流器之該一次側(cè)繞組，該第三二極管之該 陽極與該第四二極管之該陰極耦合于該第二中點(diǎn)，該輸出電容之該第一端耦合于該第二換 流器之該第一繞組與該第一輸出端，該第二二極管之該陽極與該第四二極管之該陽極耦合 于該輸出電容之該第二端與該第二輸出端，該第一換流器之該一次側(cè)繞組耦合于該第二中 點(diǎn)，該第二開關(guān)之該第一端耦合于該第一換流器之該一次側(cè)繞組，該第一開關(guān)之該第二端 耦合于該第二開關(guān)之該第二端，該電感之該第一端耦合于該第一輸入端，該電感之該第二 端耦合該第一中點(diǎn)，且該第二中點(diǎn)耦合于該第二輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該電 流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第三電阻和一第三開關(guān)，及各具一陽極與 一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第五二極管之該 陰極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第三開關(guān)之該第一端，該第二二次側(cè)繞組之 該第二端耦合于該第六二極管之該陰極，該第五二極管之該陽極耦合于該第六二極管之該 陽極與該第三電阻之該第一端，而該第三開關(guān)之該第二端耦合于該第三電組之該第二端且 接地。
4.如權(quán)利要求3所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該第 一電流與該第二電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶 有正弦包絡(luò)線之鋸齒波。
5.如權(quán)利要求3所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該第 二換流器更包括一具一第一端與一第二端之二次側(cè)繞組，該二次側(cè)繞組之該第一端耦合于 該第三電阻之該第二端，該電流感測(cè)電路更包括一具一陽極與一陰極之第七二極管，該二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第七二極管之該陰極，且該第七二極管之該陽極耦合于該第 三電阻之該第一端。
6.如權(quán)利要求5所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該第 一電流與該第二電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一電流信號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶 有正弦包絡(luò)線之三角波。
7.如權(quán)利要求2所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該電 流感測(cè)電路更包括各具一第一端與一第二端之一第三電阻和一第三與一第四開關(guān)，及各具 一陽極與一陰極之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第五二 極管之該陽極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第三電阻之該第二端，該第二二次 側(cè)繞組之該第二端耦合于該第六二極管之該陽極，該第五二極管之該陰極耦合于該第三開 關(guān)之該第一端，該第六二極管之該陰極耦合于該四開關(guān)之該第一端，該第三開關(guān)之該第二 端耦合于該第四開關(guān)之第二端與該第三電阻之該第一端，且該第三電阻之該第二端接地。
8.一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，包含一無橋PFC電路，具一第一和一第二開關(guān)與一電感，用于接收一交流輸入電壓與產(chǎn)生 一直流輸出電壓；一電流感測(cè)電路，包括一第一換流器，具一一次側(cè)繞組、一第一二次側(cè)與一第二二次側(cè)繞組，其中該一次側(cè)繞 組耦合于該第二開關(guān)，且該第一換流器用于感測(cè)一流經(jīng)該電感之第一電流。
9.如權(quán)利要求8所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 電流感測(cè)電路更包括一具一一次側(cè)繞組耦合于該無橋PFC電路，且用于感測(cè)一流經(jīng)該電感 之第二電流之第二換流器，該無橋PFC電路為一具一第一與一第二輸入端，一第一與一第 二輸出端、一包括一第一與一第二二極管與一第一中點(diǎn)之第一橋臂、一包括一第三與一第 四二極管與一第二中點(diǎn)之第二橋臂與一輸出電容之H-PFC電路，該第一與該第二開關(guān)、該 電感和該輸出電容各具一第一端與一第二端，該第一至該第四二極管各具一陽極與一陰 極，該第一二極管之該陽極與該第二二極管之該陰極耦合于該第一中點(diǎn)，該第一二極管之 該陰極與該第三二極管之該陰極耦合于該第二換流器之該一次側(cè)繞組，該第三二極管之該 陽極與該第四二極管之該陰極耦合于該第二中點(diǎn)，該輸出電容之該第一端耦合于該第二換 流器之該第一繞組與該第一輸出端，該第二二極管之該陽極與該第四二極管之該陽極耦合 于該輸出電容之該第二端與該第二輸出端，該第一換流器之該一次側(cè)繞組耦合于該第二中 點(diǎn)，該第二開關(guān)之該第一端耦合于該第一換流器之該一次側(cè)繞組，該第一開關(guān)之該第二端 耦合于該第二開關(guān)之該第二端，該電感之該第一端耦合于該第一輸入端，該電感之該第二 端耦合該第一中點(diǎn)，且該第二中點(diǎn)耦合于該第二輸入端。
10.如權(quán)利要求9所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端，該電流感測(cè)電路更包括各具一 第一端與一第二端之一第一至一第三電阻和一第三開關(guān)，及各具一陽極與一陰極之一第五 與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第一電阻之該第一端與該第五二 極管之該陰極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第二二次側(cè)繞組之該第一端、該第 一電阻之該第二端、該第二電阻之該第一端與該第三開關(guān)之該第一端，該第二二次側(cè)繞組 之該第二端耦合于該第二電阻之該第二端與該第六二極管之該陰極，該第五二極管之該陽極耦合于該第六二極管之該陽極與該第三電阻之該第一端，而該第三開關(guān)之該第二端耦合 于該第三電組之該第二端且接地。
11.如權(quán)利要求10所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 第二換流器更包括一具一第一端與一第二端之二次側(cè)繞組，該二次側(cè)繞組之該第一端耦合 于該第三電阻之該第二端，該電流感測(cè)電路更包括一具一陽極與一陰極之第七二極管，該 二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第七二極管之該陰極，且該第七二極管之該陽極耦合于該 第三電阻之該第一端。
12.如權(quán)利要求9所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 第一二次側(cè)與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端，該電流感測(cè)電路更包括各具一 第一端與一第二端之一第一至一第三電阻和一第三與一第四開關(guān)，及各具一陽極與一陰極 之一第五與一第六二極管，該第一二次側(cè)繞組之該第一端耦合于該第一電阻之該第一端與 該第五二極管之該陽極，該第一二次側(cè)繞組之該第二端耦合于該第二二次側(cè)繞組之該第一 端、該第一電阻之該第二端、該第二電阻之該第一端與該第三電阻之該第二端，該第二二次 側(cè)繞組之該第二端耦合于該第二電阻之該第二端與該第六二極管之該陽極，該第五二極管 之該陰極耦合于該第三開關(guān)之該第一端，該第六二極管之該陰極耦合于該四開關(guān)之該第一 端，該第三開關(guān)之該第二端耦合于該第四開關(guān)之該第二端與該第三電阻之該第一端，且該 第三電阻之該第二端接地，而該電流感測(cè)電路需進(jìn)行一相位檢測(cè)。
13.一種用于一無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)的控制方法，其中該無橋PFC電路 系統(tǒng)包括一具一第一換流器之電流感測(cè)電路、一電感、一第一與一第二開關(guān)、一第一至一第 四二極管和一輸出電容，其特征在于，該方法包含下列之步驟(a)提供一交流輸入電壓，且該電壓位于一正半周；(b)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使該電感、該第一與該第二開關(guān)和該第一換流器彼 此串聯(lián)電連接以形成一第一回路，且經(jīng)由該第一換流器測(cè)量一流經(jīng)該第一回路之一第一電 感電流；以及(c)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)關(guān)斷時(shí)，使該電感、該第一二極管、該輸出電容與該第四二 極管串聯(lián)電連接以形成一第二回路，且測(cè)量一流經(jīng)該第二回路之一第二電感電流。
14.如權(quán)利要求13所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 無橋PFC電路系統(tǒng)為一如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)所述之無橋PFC電路系統(tǒng)，且該步驟(b)更 包括下列之步驟(bl)提供該第一換流器之一二次側(cè)與一次側(cè)之匝數(shù)比(duty ratios)為n，且該第三 電阻之一電阻值為R3 ；(b2)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使流經(jīng)該第三電阻之一采樣電流為該第一電感電 流*(-n)*R3 ；以及(b3)藉由流經(jīng)該第三電阻之該采樣電流以求得該第一電感電流。
15.如權(quán)利要求14所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 第二回路更包括該第二換流器串聯(lián)電連接于該第一二極管與該輸出電容，用于測(cè)量該第二 電感電流，該第一電感電流與該第二電感電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一電流信 號(hào)，且該電流信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之鋸齒波。
16.如權(quán)利要求13所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該無橋PFC電路系統(tǒng)為一如申請(qǐng)專利范圍第5項(xiàng)所述之無橋PFC電路系統(tǒng)，且該步驟(c)更 包括下列之步驟(Cl)提供該第二換流器之一二次側(cè)與一次側(cè)之匝數(shù)比(duty ratios)為n，且該第三 電阻之一電阻值為R3;以及(c2)當(dāng)該第一與該第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，使流經(jīng)該第三電阻之一采樣電流為該第二電感電 流*(-n)*R3 ；以及(c3)藉由流經(jīng)該第三電阻之該采樣電流以求得該第二電感電流。
17.如權(quán)利要求16所述的一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，其特征在于，其中該 第一電感電流與該第二電感電流經(jīng)一累加，以形成流經(jīng)該電感上之一電流信號(hào)，且該電流 信號(hào)為一帶有正弦包絡(luò)線之三角波。
全文摘要
本發(fā)明系揭露一種無橋功率因子校正(PFC)電路系統(tǒng)，包含一無橋PFC電路，具一第一和一第二開關(guān)與一電感，用于接收一交流輸入電壓與產(chǎn)生一直流輸出電壓，一電流感測(cè)電路，包括一第一換流器，具一一次側(cè)繞組、一第一二次側(cè)與一第二二次側(cè)繞組，其中該一次側(cè)繞組耦合于該第二開關(guān)，且該第一換流器用于感測(cè)一流經(jīng)該電感和該第一與該第二開關(guān)之第一電流。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101958550SQ200910165128
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者曾劍鴻, 甘鴻堅(jiān), 金紅元 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司;臺(tái)達(dá)能源技術(shù)(上海)有限公司