[发明专利]具有改善的功率因数和减少的能量存储的升压转换器的前馈系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月9日提交的美国临时申请S/N 61/569,013的权益，该申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。

附图说明

参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点，在附图中：

图1是包括根据一个实施例实现的前端升压转换器的功率转换系统的简化方框图；

图2是根据图1的升压转换器的一个实施例实现的升压转换器的简化示意方框图；

图3是示出图2的升压转换器的操作的时序图；

图4是根据本发明另一实施例实现的使用电流感测电路取代电流传感器的升压转换器的简化示意方框图；

图5是根据本发明另一实施例实现的其中调节斜坡控制信号的斜率的升压转换器的简化示意方框图；

图6-9示出使用具有根据本文描述的任何一种配置实现的升压转换器的图1的转换器的各种电子设备；以及

图10是包括以与图8所示相同的方式配置的图1的转换器的电子设备的方框图，该转换器用于向一个或多个LED提供电流。

详细说明

参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点。给出以下描述以使本领域普通技术人员能在特定应用及其需求的背景下实施和利用所提供的本发明。然而，优选实施例的多种修改对本领域普通技术人员将会很明显，而且可将本文所限定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不旨在受限于本文中示出和描述的特定实施例，而应被给予与本文中公开的原理和新颖特征一致的最广范围。

通过不连续电流模式(DCM)升压转换器获得高功率因数的传统技术要么对高电压下的输出进行调节，要么增加了控制复杂性。将输出电压调节至高于峰值AC输入电压(大约)两倍实现高功率因数和低输入电流失真，这是以高的组件负荷为代价的。若干传统方法使用前馈技术来改变线路周期上的开关器件的导通时间，以改善较低输出电压下的功率因数。然而，多数(即使不是全部)传统方法在控制器中使用精确的乘、除和/或求平方根功能。将这种复杂性加至控制器减少了工作在DCM中的PFC升压的最初吸引力。

使升压输出电容器最小化是理想的。减少电容可降低成本、减小尺寸并增加转换器的工作寿命(允许用寿命更长的陶瓷电介质来取代电解电容器)。然而，减少升压输出电容使输出电压波纹增大。这是因为被编程以提供高功率因数的升压转换器将随AC输入变化的能量传递至输出电容器。高波纹电压能使输入电流失真并使功率因数劣化。

需要提供一种简单的功率因数控制技术，这种技术不需要精确的乘、除或求平方根功能并以最小输出电容工作在中等输出电压电平下。

这里披露了对于升压开关转换器的一种简单控制系统和方法，所述升压开关转换器获得高功率因数和低谐波失真并具有最小能量存储电容。该方法将升压电流信号注入控制器以改变开关器件在AC输入线路周期上的导通时间。

图1是包括根据一个实施例实现的前端升压转换器107的功率转换系统100的简化方框图。交流电(AC)源101将输入AC电压VG提供给电压转换器103，该电压转换器103将经稳压的输出电压VO提供给负载105。转换器103包括升压转换器107，该升压转换器107接收VG并将输出直流(DC)电压VB提供给第二级转换器109。本公开主要涉及升压转换器107的实现。第二级转换器109将VB转换成较低的电压、经稳压的输出电压VO以向负载105提供功率。

图2是可用作图1的升压转换器107的根据本发明的一个实施例实现的升压转换器200的简化示意方框图。AC源101将AC电压的正极信号和负极信号提供给全波桥式整流器BR的相应输入端子，该全波桥式整流器BR具有耦合至公共节点(COM)的负输出端子以及耦合至节点202的正输出端子，节点202提供经整流的电压VR。要注意COM代表具有合适的正、负或接地电压电平的公共或基准节点。也应注意，COM以简化形式图示出并也可代表给定实现的多个基准节点，所述给定实现例如为多个接地电平，比如信号接地、功率接地、机壳接地等。节点202耦合至电感器L的一端，电感器L的另一端耦合至节点204，节点204进一步耦合至二极管D的阳极以及金属氧化物半导体、场效应管(MOSFET)Q的漏极。要理解，可使用任何其它合适的受控开关器件来实现Q。二极管D的阴极耦合至输出节点206，输出节点206形成电压VB。