[发明专利]无桥功率因数校正电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及电子电路领域，并且更具体地，涉及采用三角形电流模式(Triangular Current Mode，TCM)的无桥功率因素矫正(Power Factor Correction，PFC)电路及其控制方法。

背景技术

传统的有桥PFC电路中导通器件多，通态损耗大，不适于中大功率场合的应用。而无桥PFC电路可以减少通态损耗并且提高效率，随着市场对高效率、高功率密度需求的增加，无桥PFC电路取代传统的有桥PFC电路已经成为了一种趋势。图1示出了无桥PFC电路的拓扑，其为两路交错的无桥PFC电路。

现有的无桥PFC电路通常采用临界模式(Critical Mode，CRM)控制方法。即当电感电流接近零时关断开关元件(例如金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET))，电流继续流经开关元件的体二极管，依靠开关元件的体二极管的反向恢复电流实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)。

在图1所示的两路交错的无桥PFC电路中，2个桥臂错相180度工作。同理，如果无桥PFC电路中有3个桥臂，则3个桥臂错相120度工作。这里简单介绍单个桥臂(即电感L1连接的桥臂)的工作原理：在交流输入的正半周，MOSFET Q2充当主管，在MOSFET Q2的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、MOSFET Q2以及二极管D2，此时电感L1进行储能；在MOSFET Q2的关断时间Toff内，电流回路经过电感L1、MOSFET Q1、电容C以及二极管D2，此时电感L1输出能量。同理，在交流输入的负半周，MOSFET Q1充当主管，在MOSFET Q1的导通时间Ton内，电流回路经过二极管D1、MOSFET Q1及电感L1，此时电感L1进行储能；在MOSFET Q1的关断时间Toff内，电流回路经过二极管D1、电容C、MOSFET Q2及电感L1，此时电感L1输出能量。

下面仍以电感L1连接的桥臂为例，说明CRM控制方式的原理。为了简单起见，这里只介绍交流输入的正半周的工作原理。

在交流输入的正半周，MOSFET Q2充当主管，在MOSFET Q2的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、MOSFET Q2及二极管D2，而在MOSFET Q2的关断时间Toff内，电流回路经过电感L1、MOSFET Q1、电容C及二极管D2。此时，MOSFET Q1充当同步整流管，在这段时间内MOSFET Q1会有驱动，从而MOSFET Q1被导通，流经电感L1的电流会线性下降。当检测到电感L1的电流下降到接近0安培(A)的时候，关断MOSFET Q1，使得电流继续流过MOSFET Q1的体二极管，由于MOSFET Q1的体二极管的反向恢复特性，会存在一定的反向恢复电流，利用这个反向恢复电流去拉通MOSFET Q2的体二极管，从而实现MOSFET Q2的零电压导通。图2分别示出了电感L1的电流波形(三角形波)以及MOSFET Q1的驱动电压波形(方波)。交流输入负半周的原理和交流输入正半周的原理类似。

但是，流过开关元件(例如MOSFET)的体二极管的反向恢复电流是不可控的，并且该反向恢复电流会随着输入电压和负载而变化，同时又会影响开关元件的软开关状态。另外，在高压输入的情况下，电感不能得到负电流，因此也无法实现开关元件(即MOS管)的零电压导通。

发明内容

本发明实施例提供一种无桥PFC电路，它能够解决现有的无桥PFC电路引入不可控的反向恢复电流进而影响开关元件的软开关状态的问题。

一方面，提供了一种无桥PFC电路，其特征在于，包括交流电源模块、功率模块和控制模块，其中该交流电源模块与该功率模块连接以便为该功率模块提供电能，该功率模块包括一路或多路交错PFC电路，其中每路交错PFC电路包括一个电感、一对第一开关元件和至少一个电容，该电感的第一端与该交流电源模块连接，该电感的第二端分别通过该一对第一开关元件连接到每个该电容的两端，该控制模块采样该功率模块中的每个该第一开关元件的电流，并关断其中流经负电流的第一开关元件。