CN101122730A - 功率因子校正电路以及相关的投影机 - Google Patents

Abstract

一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，调整单元用于目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，控制开关元件的工作周期，以调整直流输出电压与整流后的电压间的电压差。

Description

功率因子校正电路以及相关的投影机

技术领域

本发明涉及电源供应电路，特别涉及一种应用于投影机的电源供应电路。

背景技术

一般的显示装置，例如阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器(LCD)，最多仅能显示30-40英寸的影像，且由于其庞大的尺寸而难于携带。投影机由于够能显示数十或上百英寸的影像，且体积上又小，因此在娱乐效果(entertainment purpose)和商业演示文稿(business briefing)方面上，都优于阴极射线管显示器或液晶显示器。

传统投影机都包括功率因子控制电路(power factor correctioncircuit)，用于供应一个与温度无关的固定直流电压至直流/直流转换器以及点灯器。由于功率因子控制电路提供了整个投影机绝大部分的电力，所以若能提高功率因子控制电路的效率且减少功率损失，便能进一步减少投影机于散热设计(thermal design)上所需附出的努力。

发明内容

本发明提供一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，调整单元用于目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，控制开关元件的工作周期，以调整直流输出电压与整流后的电压间的电压差。

本发明还提供一种功率因子校正电路，包括：升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将整流后的电压转换成直流输出电压，该公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表整流后的电压、V_O代表直流输出电压，而D(t)代表开关元件的工作周期，其中V(t)以及D(t)均为时间的函数，V(t)即为整流后的电压，D(t)会因为控制单元侦测V(t)电压大小而随着改变；分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，分压电路用于根据目前温度与直流输出电压，产生调整信号；以及控制单元，用于根据调整信号，在开关元件或电感元件的温度上升时，缩短开关元件的工作周期，以降低直流输出电压。

本发明还提供一种投影机，包括前述的功率因子校正电路、灯泡，以及安定器，用于耦接直流输出电压，用于启动该灯泡的照明。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1所示为本发明的投影机的实施例。

图2所示为本发明的功率因子校正电路的实施例。

具体实施方式

图1所示为本发明的投影机的实施例。如图所示，投影机100包括整流器10、功率因子校正电路20、点灯器30、直流/直流(DC/DC)转换器40以及系统控制单元50以及灯泡60。

整流器10用于对系统交流电进行全波整流，以便输出整流后的电压V(t)，整流器10为全桥式整流器，但不是用于限定本发明。在本实施例中，整流器10所输出的电压V(t)应为具有涟波的电压，其涟波大小与电容C0的大小有关，还可以和时间有关。

功率因子校正电路20，用于将整流器10所输出的整流后的电压V(t)，转换成直流输出电压V_O，例如为380VDC，提供至点灯器30与直流/直流转换器40。举例而言，功率因子校正电路20为主动式功率因子校正电路。如图1中所示，功率因子校正电路20包括升压转换单元21、控制单元23以及调整单元25。

升压转换单元21，用于将来自整流器10的整流后的电压V(t)转换成直流输出电压V_O，举例而言，升压转换单元21包括开关元件Q1(显示于图2中)，并用于接收来自控制单元的控制，调整所输出的直流输出电压V_O。

控制单元23，用于根据调整单元25所产生的调整信号SAD，控制升压转换单元21中开关元件Q1的工作周期，以调整直流输出电压V_O与整流后的电压V(t)的电压差。举例而言，控制单元23根据调整信号SAD，在温度上升时，产生控制信号SC，用于缩短开关元件Q1的工作周期，以降低该直流输出电压V_O。

调整单元25，根据目前温度与直流输出电压V_O产生调整信号SAD，举例而言调整单元25为分压电路，并且包括具有正温度系数的热敏电阻(未显示图中)。

点灯器30利用功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O启动灯管60发光，并维持功率因子输出于稳定状态。举例而言，点灯器30为具有输入电压范围为220VDC～400VDC的电子安定器(Ballast)，但不是用于限定本发明。换言之，只要功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O在220VDC～400VDC的范围内，点灯器30就可以启动灯管60发光。

直流/直流转换器40，用于将功率因子校正电路20所产生的输出电压V_O，转换成直流电压VDC2，例如12VDC、5VDC或3.3VDC，供系统控制单元50使用。此外，系统控制单元50用于控制整个投影机100的动作。

图2所示为本发明功率因子校正电路的实施例。如图所示，升压转换单元21由电阻R0、电感L1、开关元件Q1与二极管D1所构成。调整单元25为分压电路，由第一电阻R1、第二电阻R2、热敏电阻R3构成，第一电阻R1具有第一端，其耦接该直流输出电压，和第二端；第二电阻R2，具有第一端，其耦接该第一电阻的第二端，和第二端，其耦接至接地电位；以及热敏电阻R3，其与该第二电阻并联连接，其中该第二电阻R2的第一端与第二端间的压降(voltage drop)作为该调整信号，电阻R3为具有正温度系数的热敏电阻，并且电阻R3在布局时最好设置于电感L1或开关元件Q1这类具有大功率损失的元件的接脚(pin)的附近。

此外，整流器10用于对系统交流电VAC进行全波整流，以便输出整流后的电压V(t)，在本实施例中，整流器10所输出的电压V(t)应为具有涟波的电压，其涟波大小与电容C0的大小有关，还可以和时间有关。

根据升压转换单元21的电路结构，其输入电压V(t)与输出电压V_O的关系，可用方程式 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right)$ 来表示，其中D(t)代表开关元件Q1的工作周期。由此可知，若要越高的输出电压V_O，开关元件Q1的工作周期D(t)也要越大。然而，开关元件Q1的工作周期越大，流经电感L1的电流I_P也会越大，便会使得开关元件Q1切换时造成更大的功率损失，同时造成元件温度上升。

一般而言，在输入电压由240VAC变成100VAC的情形下，若升压转换单元21仍要将输出电压V_O维持在380VDC，开关元件Q1的工作周期要很大才能达成。由于流通于电感L1的电流I_P正比于开关元件Q1的工作周期，于是开关元件Q1切换时将造成更大的功率损失，使得效率下降和元件温度上升。

为了克服这个问题，本实施例通过具有热敏电阻的调整单元25根据目前温度与升压转换元件21所输出的输出电压V_O，来产生调整信号SAD，并提供至控制单元23以控制开关元件Q1的工作周期。换言之，当升压转换单元21由于开关元件Q1的切换而产生功率损失且温度升高时，控制单元23会据调整信号SAD产生控制信号SC，缩短开关元件Q1的工作周期，以便减少流经电感L1的电流I_P和切换时造成的功率损失。

调整单元25耦接升压转换单元21的输出电压V_O，以产生分压Vref作为调整信号SAD输出至控制单元23，并且输出电压V_O与电压Vref间的关系可表示成 $V_O=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{RS}}\×r1+\mathrm{Vref},$ 其中r1代表电阻R1的电阻值、RS代表电阻R2与R3并联后的电阻值，即

而r2代表电阻R2的电阻值，r3代表电阻R3的电阻值。

由于电阻R3(热敏电阻)具有正温度系数，且设置于电感L1或开关元件Q1的接脚(pin)的附近(未示于图中)。举例而言，电阻R3(热敏电阻)可邻近于电感L1的第一端或第二端，或者邻近于开关元件Q1的第一端或第二端。因此当电感L1与开关元件Q1的温度上升时，电阻R3的阻值r3会变大，阻值RS  会变大，使得输出电压V_O变小。于是控制单元23会根据调整单元25所产生的调整信号SAD，缩小开关元件Q1的工作周期，以减少切换时造成的功率损失，最后升压转换元件21的输出电压V_O，将与温度维持平衡。

由于本实施例中点灯器30为具有输入电压范围为220VDC～400VDC的电子安定器(镇流器)，因此即使功率升压转换单元21所产生的输出电压V_O降低，但只要在220VDC～400VDC的范围内，点灯器30就可以启动灯管60发光。

虽然本发明已经以优选实施例披露如上，但其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不背离本发明的精神和范围内，可以进行一些更改和变化，因此本发明的保护范围以所附的权利要求所界定的为准。

主要元件符号说明

10：整流器            20：功率因子校正电路

21：升压转换单元      23：控制单元

25：调整单元          30：点灯器

40：直流/直流转换器   50：系统控制单元

60：灯管              100：投影机

VAC：系统交流电       V(t)：整流后的电压

V_O：直流输出电压      SAD：调整信号

SC：控制信号      C0～C1：电容

R0～R3：电阻      Q1：开关元件

L1：电感元件      D1：二极管

Vref：分压        I_P：充电电流

Claims (23)

1.一种功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将整流后的电压转换成直流输出电压；

调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述调整单元根据温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，控制所述开关元件的工作周期，以调整所述直流输出电压与所述整流后的电压之间的电压差。

2.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其中所述控制单元根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压。

3.根据权利要求1所述的功率因子校正电路，其中所述调整单元包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

4.根据权利要求2所述的功率因子校正电路，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端，其耦接所述电感元件的第二端，第二端，其耦接接地电压，控制端，其耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

5.根据权利要求4所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

6.根据权利要求4所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

7.一种功率因子校正电路，包括；

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将整流后的电压转换成直流输出电压，所述公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表整流后的电压、V_O代表直流输出电压，而D(t)代表开关元件的工作周期；

分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述分压电路根据温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压。

8.根据权利要求7所述的功率因子校正电路，其中所述分压电路包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻，其与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

9.根据权利要求7所述的功率因子校正电路，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端，其耦接所述电感元件的第二端、第二端，其耦接接地电压，控制端，其耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

10.根据权利要求9所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

11.根据权利要求9所述的功率因子校正电路，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

12.一种投影机，包括：

整流器，耦接交流电压，并输出整流后的电压；

功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于将所述整流后的电压转换成直流输出电压；

调整单元，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述调整单元根据温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，控制所述开关元件的工作周期，以调整所述直流输出电压与所述整流后的电压之间的电压差；

灯泡；以及

点灯器，用于耦接所述直流输出电压，用于启动所述灯管的照明。

13.根据权利要求12所述的投影机，还包括直流/直流转换器，用于将所述直流输出电压转换成第二直流电压，供电至系统控制单元，其中所述直流输出电压高于所述整流后的电压的峰值，而所述第二直流电压低于所述直流输出电压。

14.根据权利要求12所述的投影机，其中所述点灯器为电子安定器。

15.根据权利要求12所述的投影机，其中

所述调整单元包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

16.根据权利要求12所述的投影机，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端，其耦接所述电感元件的第二端，第二端，其耦接接地电压，控制端，其耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件和所述开关元件的第一端，及阴极端；以及

第一电容，耦接在所述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

17.根据权利要求16所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

18.根据权利要求16所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

19.一种投影机，包括；

整流器，耦接交流电压，并输出整流后的电压；

功率因子校正电路，包括：

升压转换单元，包括开关元件以及电感元件，用于根据公式，将所述整流后的电压转换成直流输出电压，所述公式为 $V_O=\frac{1}{(1-D\left(t\right))}\×V\left(t\right),$ 其中V(t)代表所述整流后的电压、V_O代表所述直流输出电压，而D(t)代表所述开关元件的工作周期；

分压电路，包括具有正温度系数的热敏电阻，所述分压电路根据温度与所述直流输出电压，产生调整信号；以及

控制单元，用于根据所述调整信号，在所述开关元件或所述电感元件的温度上升时，缩短所述开关元件的工作周期，以降低所述直流输出电压；

灯泡；以及

安定器，用于耦接所述直流输出电压，用于启动所述灯管的照明。

20.根据权利要求19所述的投影机，其中所述升压转换单元包括：

所述电感元件，具有第一端，其耦接所述整流后的电压，以及第二端；

所述开关元件，具有第一端，其耦接所述电感元件的第二端，第二端，其耦接接地电压，控制端，其耦接至所述控制单元；

二极管元件，具有阳极端，其耦接所述电感元件和所述开关元件的第一端，以及阴极端；以及

第一电容，耦接在上述二极管元件的阴极端与所述接地电压之间。

21.根据权利要求20所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述电感元件的第一端或第二端。

22.根据权利要求20所述的投影机，其中所述热敏电阻邻近所述开关元件的第一端或第二端。

23.根据权利要求19所述的投影机，其中所述分压电路包括：

第一电阻，具有第一端，其耦接所述直流输出电压，以及第二端；

第二电阻，具有第一端，其耦接所述第一电阻的第二端，以及第二端，其耦接至接地电位；以及

所述热敏电阻与所述第二电阻并联连接，其中所述第二电阻的第一端与第二端间的压降作为所述调整信号。

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