無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母遬fc恒流控制裝置及電壓變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置及電壓變換器，該裝置包括自動(dòng)增益控制器，輸入端為原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的交流輸入電壓采樣信號(hào)，輸出端輸出與輸入電壓同頻同相但幅值恒定的信號(hào)；峰值電流控制比較器，具有正、負(fù)輸入端和輸出端，負(fù)輸入端與自動(dòng)增益控制器的輸出端相連，正輸入端與原邊電流感應(yīng)電阻的正端相連;時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，輸入端為輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的直流電壓采樣信號(hào)，輸出端輸出一個(gè)頻率與直流采樣電壓成正比的時(shí)鐘信號(hào)；觸發(fā)器，用于接收時(shí)鐘信號(hào)以及峰值電路控制比較器輸出的比較信號(hào)，并基于時(shí)鐘信號(hào)與比較信號(hào)來(lái)控制功率開關(guān)管的開啟或關(guān)斷。本發(fā)明無(wú)需光偶和環(huán)路補(bǔ)償，即可實(shí)現(xiàn)高PFC和輸出恒流控制。
【專利說明】無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置及電壓變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說涉及一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流 控制裝置，其可同時(shí)適用于隔離型反激式變換器、非隔離的升降壓變換器以及非隔離的降 壓變換器。

【背景技術(shù)】
[0002] LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，LED正向電壓的微小 變化會(huì)引起較大的LED電流變化，從而引起電流的較大變化。所以，采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保 證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，LED通常都采用恒流源 驅(qū)動(dòng)。
[0003] 出于安全的考慮，很多的LED燈具均要求LED驅(qū)動(dòng)器具有隔離功能，即實(shí)現(xiàn)輸出與 電網(wǎng)輸入的電氣隔離；在中小功率(小于150W)的應(yīng)用中，反激式變換器是應(yīng)用最為廣泛的 隔離變換器，目前最通用的反饋方式是通過光耦對(duì)輸出進(jìn)行采樣來(lái)反饋控制。但由于光耦 存在老化問題，故會(huì)影響電路的穩(wěn)定性，同時(shí)亦弱化了電氣隔離的強(qiáng)度。
[0004] 另一方面，電力電子的廣泛應(yīng)用給公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，無(wú)功功率日益受到重 視。為了減輕電力污染的危害程度，許多國(guó)家紛紛制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)功率超過一定值 (>5W)，必須滿足高功率因數(shù)（PF>0. 9)。因此較大功率的LED驅(qū)動(dòng)器需要采用功率因數(shù)校 正（Power Factor Correction,簡(jiǎn)稱PFC)技術(shù)，來(lái)達(dá)到高PFC。其中，在本申請(qǐng)中所稱的高 PFC，是指功率因數(shù)超過0. 9。
[0005] 目前，市面的控制方式幾乎都是基于傳統(tǒng)開關(guān)電源的環(huán)路控制方式，在不同的架 構(gòu)下進(jìn)行一些算法的變化，但都有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是需要環(huán)路補(bǔ)償才能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定， 并且針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，比如不同的功率，不同的外圍架構(gòu)，需要不同的環(huán)路補(bǔ)償，這給 應(yīng)用帶來(lái)了不便。如圖1所示，其為現(xiàn)有技術(shù)中反激式PFC恒流控制裝置的示意圖，該P(yáng)FC 恒流控制裝置的核心是一個(gè)恒流PFC控制器，該恒流PFC控制器設(shè)置在LED負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電 路中，從而起到高PFC以及恒流控制的作用。
[0006] 該驅(qū)動(dòng)電路具有整流模塊、輸入電容Cin、原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)Rl、R2、變壓器T、功 率開關(guān)管Q1、原邊電流感應(yīng)電阻R0、副邊整流二極管D1、輸出電容Cout、輸出LED負(fù)載L、輔 助繞組邊整流二極管D2、輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)R3、R4 ;該恒流PFC控制器中設(shè)置有一個(gè)單 獨(dú)的補(bǔ)償引腳，可以用來(lái)外接一個(gè)補(bǔ)償電容Ccomp，在不同的應(yīng)用條件下，需要調(diào)整這個(gè)補(bǔ) 償電容Ccomp的容值來(lái)達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定性；當(dāng)然也有個(gè)別設(shè)計(jì)通過巧妙的控制方式不需要 環(huán)路補(bǔ)償?shù)模捎谄涮囟ǖ目刂品绞绞蛊渫ㄓ眯越档汀?br> [0007] 除了環(huán)路補(bǔ)償?shù)牟煌酝?，市面上還有單級(jí)和兩級(jí)這兩種方式來(lái)達(dá)到高PFC的恒 流系統(tǒng)，兩級(jí)控制方式設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但效率較低；單級(jí)控制方式設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但效率較 商。
[0008] 因此，研究一種通用的無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)姆醇な絾渭?jí)高PFC恒流控制方式，不僅在 技術(shù)上是具有挑戰(zhàn)性的工作，同時(shí)具有高集成度，低成本，高效率，通用性強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其反饋環(huán)節(jié)基 于大信號(hào)的形式，去掉了傳統(tǒng)形式的小信號(hào)閉合環(huán)路，進(jìn)而在不需要環(huán)路補(bǔ)償及相關(guān)的環(huán) 路穩(wěn)定調(diào)試下，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定。
[0010] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是： 一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其中，包括： 自動(dòng)增益控制器，輸入端為原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的交流輸入電壓采樣信號(hào)，輸出端則輸 出一個(gè)與輸入電壓同頻同相但幅值恒定的信號(hào)； 峰值電流控制比較器，具有正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端，該負(fù)輸入端與自動(dòng)增益控 制器的輸出端相連，正輸入端與原邊電流感應(yīng)電阻的正端相連； 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，輸入端為輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的直流電壓采樣信號(hào)，輸出端則輸 出一個(gè)頻率與直流采樣電壓成正比的時(shí)鐘信號(hào)； 觸發(fā)器，用于接收時(shí)鐘信號(hào)以及峰值電路控制比較器輸出的比較信號(hào)，并基于時(shí)鐘信 號(hào)與比較信號(hào)來(lái)控制功率開關(guān)管的開啟或關(guān)斷。
[0011] 進(jìn)一步，該自動(dòng)增益控制器具有第一運(yùn)算放大器、固定電阻、可變電阻、計(jì)數(shù)器以 及第一比較器，該第一運(yùn)算放大器的正輸入端與原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)相連，該第一運(yùn)算放大 器的負(fù)輸入端通過固定電阻而與電源地相連，該第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還通過可變電 阻而與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，該第一比較器的負(fù)輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出 端相連，該第一比較器的正輸入端與第一標(biāo)準(zhǔn)電壓相連，該第一比較器的輸出端與計(jì)數(shù)器 的輸入端相連，該計(jì)數(shù)器的輸出端則與可變電阻相連以調(diào)節(jié)可變電阻的大小。
[0012] 進(jìn)一步，該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器具有第二運(yùn)算放大器、第二比較器、第一 M0S管、第二 M0S管、第三M0S管、第四M0S管、第一電容以及第七電阻，該第二運(yùn)算放大器的正輸入端與 輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)相連，該第二運(yùn)算放大器的輸出端與第一 M0S管的柵極相連，該第 一 M0S管還與第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和第七電阻相連，該第七電阻另外一端則與電源 地相連，該第二M0S管和第三M0S管組成1:1的鏡像電流源，該第二比較器的輸出端為時(shí)鐘 端，該第四M0S管的柵極與第二比較器的輸出端相連，源極與第二比較器的正輸入端相連， 漏極與電源地相連；該第三M0S管的漏極通過第一電容而與電源地相連，該第二比較器的 負(fù)輸入端連接有第二標(biāo)準(zhǔn)電壓。
[0013] 進(jìn)一步，所述觸發(fā)器為RS觸發(fā)器，具有R端、S端以及Q端，該S端與時(shí)鐘信號(hào)發(fā) 生器的輸出端相連，R端與峰值電流控制比較器的輸出端相連，Q端則與功率開關(guān)管的柵極 控制端相連以控制功率開關(guān)管的開啟關(guān)斷。
[0014] 本發(fā)明還提供一種電壓變換器，其包括根據(jù)前述任一項(xiàng)所述的高PFC恒流控制裝 置，以及 整流模塊，用于接收交流輸入電壓，并對(duì)所述交流輸入電壓進(jìn)行整流； 原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)所述整流模塊所整流的交流輸入電壓進(jìn)行采樣，以生成所 述交流輸入電壓米樣信號(hào)； 電壓變換模塊，其用于接收所述被整流的交流輸入電壓，并且與功率開關(guān)管以及原邊 電流感應(yīng)電阻串聯(lián)連接，所述電壓變換模塊在所述功率開關(guān)管的控制下向負(fù)載提供輸出電 壓。
[0015] 進(jìn)一步，所述電壓變換模塊是反激式變換模塊，其包括變壓器，輸出二極管以及輸 出電容。變壓器主級(jí)側(cè)正端與母線VIN相連，其負(fù)端與功率管的漏級(jí)相連；變壓器次級(jí)側(cè)正 端與LED負(fù)端及輸出電容負(fù)端相連，其正端與輸出二極管陽(yáng)極相連，輸出電容正端與二極 管陰極相連；變壓器輔助側(cè)正端與主級(jí)側(cè)大地相連，其負(fù)端與輔助側(cè)二極管陽(yáng)極相連。
[0016] 進(jìn)一步，所述電壓變換模塊是升降壓式變換模塊，其包括變壓器，續(xù)流二極管，輔 助二極管以及輸出電容。變壓器主級(jí)側(cè)正端與母線VIN及輸出電容負(fù)端相連，其負(fù)端與功 率管漏極及續(xù)流二極管陽(yáng)極相連，輸出電容正端與二極管陰極相連；變壓器輔助側(cè)正端與 大地相連，其負(fù)端與輔助二極管相連。
[0017] 采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明涉及一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其通過 讓自動(dòng)增益控制器輸出一個(gè)與輸入電壓同頻同相但幅值恒定的信號(hào)，如此確保了電壓信號(hào) 和電流信號(hào)之間能具有相同相位，進(jìn)而確保了高功率因數(shù)；同時(shí)通過設(shè)置峰值電流控制比 較器、RS觸發(fā)器以及時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，并且讓時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率與直流采樣電 壓成正比的時(shí)鐘信號(hào)，如此可形成一恒流源。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：本發(fā)明無(wú)需光偶和環(huán)路補(bǔ)償，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 高PFC和輸出恒流控制，并且系統(tǒng)穩(wěn)定；同時(shí)由于本發(fā)明采用單級(jí)控制方式，減少了外圍元 器件，節(jié)省了成本與空間，達(dá)到了小型化的目的；另外，發(fā)明的原理通用性強(qiáng)，不僅適用于反 激式變換器，還可適用于升降壓變換器和降壓變換器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的反激式PFC恒流控制裝置的示意圖； 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的反激式高PFC恒流控制裝置的電路示意圖； 圖3為圖2中自動(dòng)增益控制器具體實(shí)施例的電路示意圖； 圖4為圖2中時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器具體實(shí)施例的電路示意圖； 圖5為基于本發(fā)明控制方式所描繪的交流輸入電壓、功率開關(guān)管控制信號(hào)、主級(jí)側(cè)電 流和次級(jí)側(cè)電流波形的示意圖； 圖6為本發(fā)明應(yīng)用于非隔離的升降壓變換器的電路示意圖。
[0020] 圖中： 反激式變換器 100 橋式整流模塊 1 高PFC恒流控制裝置2 自動(dòng)增益控制器 21 計(jì)數(shù)器 211 峰值電流控制比較器22 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器 23 RS觸發(fā)器 24。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡 述。
[0022] 如圖2所示，其為本發(fā)明涉及一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置2應(yīng)用在 反激式變換器100中的示意圖，該反激式變換器100包括橋式整流模塊1、輸入電容Cin，變 壓器T，功率開關(guān)管Q1，原邊電流感應(yīng)電阻R0,原邊電壓采樣電阻網(wǎng)絡(luò)Rl，R2,副邊整流二 極管D1，輸出電容Cout，輸出LED負(fù)載，輔助繞組邊整流二極管D2,輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò) R3, R4, Caux。
[0023] 本發(fā)明涉及的無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置2,包括自動(dòng)增益控制器21、峰 值電流控制比較器22、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器23和RS觸發(fā)器24。
[0024] 該自動(dòng)增益控制器21的輸入端為原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的交流輸入電壓采樣信 號(hào)，在本實(shí)施例中，該自動(dòng)增益控制器21與原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)相連，其連接點(diǎn)的電壓 為

【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其特征在于，包括： 自動(dòng)增益控制器，輸入端為原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的交流輸入電壓采樣信號(hào)，輸出端則輸 出一個(gè)與輸入電壓同頻同相但幅值恒定的信號(hào)； 峰值電流控制比較器，具有正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端，該負(fù)輸入端與自動(dòng)增益控 制器的輸出端相連，正輸入端與原邊電流感應(yīng)電阻的正端相連； 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，輸入端為輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的直流電壓采樣信號(hào)，輸出端則輸 出一個(gè)頻率與直流采樣電壓成正比的時(shí)鐘信號(hào)； 觸發(fā)器，用于接收時(shí)鐘信號(hào)以及峰值電路控制比較器輸出的比較信號(hào)，并基于時(shí)鐘信 號(hào)與比較信號(hào)來(lái)控制功率開關(guān)管的開啟或關(guān)斷。
2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其特征在于，該自動(dòng)增益 控制器具有第一運(yùn)算放大器、固定電阻、可變電阻、計(jì)數(shù)器以及第一比較器，該第一運(yùn)算放 大器的正輸入端與原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)相連，該第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過固定電阻而 與電源地相連，該第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還通過可變電阻而與第一運(yùn)算放大器的輸出 端相連，該第一比較器的負(fù)輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，該第一比較器的正輸 入端與第一標(biāo)準(zhǔn)電壓相連，該第一比較器的輸出端與計(jì)數(shù)器的輸入端相連，該計(jì)數(shù)器的輸 出端則與可變電阻相連以調(diào)節(jié)可變電阻的大小。
3. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其特征在于，該時(shí)鐘信 號(hào)發(fā)生器具有第二運(yùn)算放大器、第二比較器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS 管、第一電容以及第七電阻，該第二運(yùn)算放大器的正輸入端與輔助繞組電壓采樣網(wǎng)絡(luò)相連， 該第二運(yùn)算放大器的輸出端與第一 MOS管的柵極相連，該第一 MOS管還與第二運(yùn)算放大器 的負(fù)輸入端和第七電阻相連，該第七電阻另外一端則與電源地相連，該第二MOS管和第三 MOS管組成1:1的鏡像電流源，該第二比較器的輸出端為時(shí)鐘端，該第四MOS管的柵極與 第二比較器的輸出端相連，源極與第二比較器的正輸入端相連，漏極與電源地相連；該第三 MOS管的漏極通過第一電容而與電源地相連，該第二比較器的負(fù)輸入端連接有第二標(biāo)準(zhǔn)電 壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償?shù)母逷FC恒流控制裝置，其特征在于，所述觸發(fā)器 為RS觸發(fā)器，具有R端、S端以及Q端，該S端與時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的輸出端相連，R端與峰 值電流控制比較器的輸出端相連，Q端則與功率開關(guān)管的柵極控制端相連以控制功率開關(guān) 管的開啟關(guān)斷。
5. -種電壓變換器，包括根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的高PFC恒流控制裝置，以及 整流模塊，用于接收交流輸入電壓，并對(duì)所述交流輸入電壓進(jìn)行整流； 原邊電壓采樣網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)所述整流模塊所整流的交流輸入電壓進(jìn)行采樣，以生成所 述交流輸入電壓米樣信號(hào)； 電壓變換模塊，其用于接收所述被整流的交流輸入電壓，并且與功率開關(guān)管以及原邊 電流感應(yīng)電阻串聯(lián)連接，所述電壓變換模塊在所述功率開關(guān)管的控制下向負(fù)載提供輸出電 壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓變換器，其特征在于，所述電壓變換模塊是反激式變換 模塊，其包括變壓器，輸出二極管以及輸出電容，其中，變壓器主級(jí)側(cè)正端與母線相連，其負(fù) 端與功率管的漏級(jí)相連；變壓器次級(jí)側(cè)正端與LED負(fù)端及輸出電容負(fù)端相連，其正端與輸 出二極管陽(yáng)極相連，輸出電容正端與二極管陰極相連；變壓器輔助側(cè)正端與主級(jí)側(cè)大地相 連，其負(fù)端與輔助側(cè)二極管陽(yáng)極相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓變換器，其特征在于，所述電壓變換模塊是升降壓式變 換模塊，其包括變壓器，續(xù)流二極管，輔助二極管以及輸出電容，其中，變壓器主級(jí)側(cè)正端與 母線及輸出電容負(fù)端相連，其負(fù)端與功率管漏極及續(xù)流二極管陽(yáng)極相連，輸出電容正端與 二極管陰極相連；變壓器輔助側(cè)正端與大地相連，其負(fù)端與輔助二極管相連。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK104124862SQ201310154927
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】吳超, 鄭鵬峰 申請(qǐng)人:矽恩微電子(廈門)有限公司