[发明专利]具有在低功率需求水平控制脉宽变异性开关的开关整流器

说明书

优先权要求和相关专利申请

本申请案基于35 U.S.C.§119(e)和37 C.F.R.§1.78主张2007年5月2日申请，题为“功率因素校正控制器(PFC)装置及方法”之美国临时专利申请案第60/915,547号之权利。

技术领域

本发明大体涉及到电子学领域，尤其是使用一具有在低功率需求水平控制信号脉宽开关的开关功率变换器以转换电压的系统和方法。

背景技术

很多装置利用电力操作。电力最初由一电源提供，如一个公用事业公司，通常它提供稳定输入电压。然而，各种设备使用的电压等级有别于电源所提供的稳定输入电压。例如，基于发光二极管(LED)的照明系统，工作于不同于公用事业公司所提供的电压等级下。为了调节来自电源电压与装置需要利用电压的不同，整流器连接于电源和装置之间以将交流电(AC)源提供的电压水平转换为，如，另外一不同于所供电压水平的交流电源。整流器还可以将AC电力转换为DC(直流电)电力和将DC电力转换为AC电力。

开关功率变换器即为一类整流器的实例。开关功率变换器利用开关及能源储存技术将输入电压转换为一部分与其相连的设备适宜的输出电压。

图1示出了一个功率控制系统100，它包括有一个开关开关功率变换器102。电压电源101提供AC输入“电源”电压V_mains至二极管全桥式整流器103。例如，电压电源101位于一公用事业单位，而AC电源电压V_mains则为，例如，在美国为60Hz/120V，在欧洲为50Hz/230V。整流器103对输入的电源电压V_mains进行整流。整流器103整流输入电源电压V_mains并提供整流后的，时变的初级供电电压V_X至开关功率变换器。开关功率变换器102提供近乎恒定的电压功率至负载112的同时对电压电源101维持阻性输入特性。对电压电源101维持阻性输入特性时提供近乎恒定的电压电力至负载112，这就被称为功率因素校正(PFC)。因此，控制功率因素校正后的开关功率变换器102可使输入开关功率变换器102的i_L产生与AC电源电压V_mains近乎成比例的变化。

PFC和输出电压控制器114控制开关模式开关108的电阻率，从而提供功率校正因数并调节开关功率变换器102的输出电压V_C。PFC和输出电压控制器114通过控制电感电流i_L以使平均电感电流i_L成线性并直接与初级供电电压V_X成比例。电感电流i_L与初级供电电压V_X的比例系数被调整以调节至负载112的电压。PFC和输出电压控制器114提供一脉宽调节(PWM)后的开关控制信号CS₀以控制开关108的传导性。在至少一个实例中，开关108是场效应晶体管(FET)，开关控制信号CS₀是开关108的触发电压。脉宽和开关控制信号CS₀的占空率取决于至少2个信号，即初级供电电压V_X和电容器电压/输出电压V_C。输出电压V_C通常也称为“链接电压”。电流控制环119提供电流i_RTN至PFC和输出电压控制器114以使PFC和输出电压控制器114调节平均i_L电流至目标i_L电流。

当二极管111为反向偏置和初级供电电压V_X低于输入电源的RMS值时，电容器106提供储能至负载112。电容器106的值与设计选择相关。在至少一个实例中，它非常大以维持非常稳定输出电压V_C，由PFC何输出电压控制器114确定。当使用400V输出电压V_C时，电容器106的值为1微法每瓦由开关整流器102提供的最大输出功率。输出电压V_C保持在非常稳定的目标值在稳定负载条件随初级供电电压V_X频率波动期间。然而，输出电压V_C随负载条件变化而变化。PFC和输出电压控制器114通过调节开关控制信号CS₀还原输出电压V_C至目标值以响应电压V_C的变化。在至少一个实例中，PFC和输出电压控制器114包括一小电容115以从初级供电电压V_X过滤任何高频信号。