CN102364991A - 一种原边控制led恒流驱动开关电源控制器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器及其方法和使用该开关电源控制器构成的开关电源控制装置，所述的开关电源控制器由输入调光角度检测电路、乘法器、开通信号控制电路、过零检测电路、比较器、触发器以及驱动电路构成。电路采用原边控制的办法来控制LED恒流驱动，实现了可控硅调光、高低压输入情况下输出电流相同、高功率因数，直接使用变压器隔离，提高了电路的安全性能，外围电路简单，降低了电路成本，PCB布版空间很小，有利于产品小型化。

Description

一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器及其方法

技术领域

本发明涉及LED照明技术，尤其涉及功率因数调整(PFC)、可控硅调光、原边控制LED恒流驱动技术。

背景技术

随着LED技术的发展，LED的亮度和效率不断提高。日常家用的LED照明不断发展，逐渐成为节能减排、绿色照明的主流。

传统的交流供电的带功率因数调整(PFC)功能的LED恒流驱动电路，隔离型和非隔离型两种结构。在隔离型结构中又有两种控制结构，一种是两级控制，一种是单级控制。相对于两级控制来说，单级控制的电路相对简单，成本也相对较低。

在隔离型单级控制的LED驱动电路中，一般采用光耦反馈得到恒流控制信号，由于采用光耦反馈，需要在副边增加误差放大器，采样输出电流，还需要光耦来实现隔离，把输出电流信号传递到输入端，所需要的元件较多，电路实现较为复杂。PCB布版空间很大，不利于产品小型化，而且电路成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的缺陷，提出了一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器及其方法，该控制器集成了功率因数调整、可控硅调光、原边LED恒流控制功能。同时提出了使用上述的控制器构成单级LED驱动开关电源的装置。

一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器，包括：

乘法器电路，接收表示输入电压瞬时交流值的信号，输出基准电压信号，所述基准电压信号与输入电压瞬时交流值的信号成正比；

过零检测电路，接收开关电源的辅助绕组信号，检测开关电源的副边输出续流二极管的导通时间，输出过零检测信号；

开通信号控制电路，接收过零检测电路输出的过零检测信号和乘法器电路输出的基准电压信号，控制开关电源副边输出续流二极管的导通时间与开关电源的功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器电路输出的基准电压成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号；

比较器电路，采样开关电源的变压器原边峰值电流，并与所述基准电压信号进行比较，当原边峰值电流采样电压与乘法器的输出的基准电压信号相同时，输出功率开关的关断信号；

触发器电路，接收开通信号控制电路的输出信号和比较器电路输出信号，输出第一驱动信号到驱动电路；

驱动电路，接收触发器电路输出的第一驱动信号，当比较器电路的输出为功率开关的关断信号时，控制功率开关关断；当开通信号控制电路的输出为功率开关的开通信号时，控制功率开关开通。

所述控制器还包括输入调光角度检测电路，检测输入电压的可控硅调光角度，并且把调光角度信号转换成直流电平信号输入到乘法器的输入端，该直流电平信号与输入电压的瞬时交流值的信号相乘，实现调光。

进一步，所述的调光角度检测电路包括比较器电路和低通滤波器，所述比较器将输入可控硅调光信号与一个给定接近零电压的基准比较，把输入调光信号变为一个随调光角度变化的占空比信号；而后该占空比信号经过低通滤波器的滤波，转换成一个直流电平信号，为调光角度信号；该调光角度信号输入到乘法器的输入端，与输入电压瞬时交流值相乘。

开通信号控制电路可以由电流对电容充放电电路实现，电流对电容充放电情况对应于：在开关电源的副边输出续流二极管的导通时间内对电容充电，在副边输出续流二极管的不导通时间内对电容放电。通过充放电电荷的平衡，实现控制开关电源的副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器的输出基准电压信号成正比。

开通信号控制电路也可以为第一定时电路，由第一定时电路控制副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器输出的基准电压信号成正比。

为实现在开关电源输入电压高低压变化时，开关电源具有相同的恒流特性，控制器还进一步包括输入电压有效值或输入电压平均值检测电路，输入电压有效值或输入电压平均值检测电路检测得到输入电压有效值或输入电压平均值，然后输入到乘法器的输入端，乘法器中将输入电压的瞬时值除以输入电压有效值或输入电压平均值，得到一个与输入电压有效值或输入电压平均值无关的交流输入检测信号，即归一化的交流输入瞬时值，归一化的交流输入瞬时值代替输入电压瞬时交流值的信号。

所述输入电压有效值或输入电压平均值检测电路由一个低通滤波器实现。

所述比较器电路可以用第二定时电路实现；功率开关的导通时间由第二定时电路控制，当功率开关的导通时间达到第二定时电路给出的固定导通时间时，输出功率开关的关断信号；当需要实现高低压下输出恒流值相同时，所述固定导通时间与输入电压有效值或输入电压平均值成反比；当需要实现可控硅调光功能时，所述固定导通时间与调光角度信号成正比。一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制方法，所述的方法包括步骤：

步骤1：采样输入交流瞬时电压，然后输入到乘法器的输入端；

步骤2：乘法器输出与交流瞬时输入电压成正比的基准电压信号；

步骤3：当开关电源的变压器原边峰值电流达到基准电压信号决定的电流值时，开关电源的功率开关关断；

步骤4：检测开关电源的辅助绕组上的电压，得到开关电源副边续流二极管的导通时间；

步骤5：设定副边续流二极管的导通时间与功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器的输出的基准电压信号成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号；

通过步骤1到步骤5保证输出电流的恒流特性，同时实现功率因数调整功能。

进一步，为实现在开关电源输入的交流电高低压变化时，开关电源具有相同的恒流特性，所述的步骤1进一步检测输入电压有效值或输入电压平均值，得到输入电压有效值或输入电压平均值，然后输入到乘法器的输入端，乘法器中将输入电压除以输入电压有效值或输入电压平均值，得到一个与输入电压有效值或输入电压平均值无关的交流输入检测信号，即归一化的交流输入瞬时值，该归一化的交流输入瞬时值作为基准电压信号。

进一步，步骤1还包括检测输入电压瞬时交流值的可控硅调光角度，并且把调光角度信号转换成直流电平信号输入到乘法器的输入端，该直流信号与输入电压的瞬时交流值的信号相乘，实现调光。进一步的实现方法为，将输入电压的可控硅调光角度信号与一个给定接近零电压的基准比较，把输入调光信号变为一个随调光角度变化的占空比信号；而后该占空比信号经过滤波，转换成一个直流电平信号，即调光角度信号；所述调光角度信号输入到乘法器的输入端，与输入电压瞬时交流值相乘。

一种原边控制LED驱动开关电源装置，所述的装置包括：AC输入整流电路(101)，输出整流电路(D1)，开关电源控制器(201)，输入交流采样电压Vac，采样电阻Rs采样隔离变压器(105)原边电流，驱动功率开关(106)，通过隔离变压器105把输入能量传递给输出，其特征在于，所述开关电源控制器(201)采用如上所述的一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器。

在上述控制器和方法中，开关的导通时间采用了峰值电流控制模式或者固定导通时间模式，当采用峰值电流控制模式时，峰值电流决定开关的导通时间，电感峰值电流与输入交流电压瞬时值成正比，与输入电压的有效值或平均值成反比；开关周期由开通信号控制电路实现，开通信号控制电路电路保证副边二极管的续流时间与开关周期的比值保持常数，这样就能做到恒流控制与PFC控制的兼顾。当采用固定导通时间模式时，也可以实现恒流控制与PFC控制的兼顾。

本发明的有益效果：电路采用原边控制的办法来控制LED恒流驱动，实现了可控硅调光、高低压输入情况下输出电流恒定、很高的输入功率因数；电路省去了光耦反馈、副边的误差放大器，直接使用变压器隔离，提高了电路的安全性能；外围电路简单，降低了电路成本，PCB布版空间很小，有利于产品小型化。

附图说明

图1为传统的单级LED驱动开关电源的结构图；

图2为本发明的原边控制LED恒流驱动开关电源的第一实施例结构图；

图3A为本发明的原边控制LED恒流驱动开关电源的第二实施例结构图；

图3B为本发明的图2、图3A中控制信号的一种时序关系图；

图4A为本发明的输入调光角度检测电路的一种结构图；

图4B为本发明的图4A中控制信号的一种时序关系图；

图5为本发明的开通信号控制电路的一种结构图；

图6为本发明的图5中控制信号的一种时序关系图；

图7为本发明的原边控制LED恒流驱动开关电源的第三实施例结构图；

图8为本发明的固定开通信号控制电路的一种结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容进一步说明。

图1为传统的单级LED驱动开关电源的结构图。所述的单级LED驱动开关电源的结构包括：AC输入整流电路101，输出整流电路D1，PFC控制器109，功率开关106等，通过隔离变压器105把输入能量传递给输出。

电路在副边采样输出电流，由放大器120放大误差信号，而后把该信号通过光耦传递到原边的PFC控制器109，通过控制功率开关106实现恒流和PFC的功能。由于一般的PFC(功率因数调整)控制器是专门用于升压模式控制，导致电路的PFC性能不可能做的很理想，特别是在输入电压很高的情况下，功率因数下降。由于电路需要从副边采样电流，导致电路不会非常简化，PCB布版面积也大，不利于产品的小型化发展趋势。

图2为本发明的原边控制LED恒流驱动开关电源的第一实施例结构图，图3A为本发明的原边控制LED恒流驱动开关电源的第二实施例结构图。图3A相对与图2增加了两个模块：输入调光角度检测电路204，低通滤波器203。输入调光角度检测电路204用来实现可控硅调光功能，低通滤波器203用来实现高低压输入电压下输出恒流值相同。

如图3A所示，原边控制LED恒流驱动开关电源包括：AC输入整流电路101，输出整流电路D1，开关电源控制器201，输入交流采样电压Vac，采样电阻Rs采样隔离变压器105原边电流，功率开关106，通过隔离变压器105把输入能量传递给输出。其中，所述开关电源控制器201包括：

乘法器207，所述的乘法器207接收表示输入电压瞬时交流值的信号，如开关电源的交流电压经过整流后得到的采样电压瞬时交流值信号Vac、输入交流电压的有效值信号Vavg205和表示调光角度的直流信号Vdc206，输出第二基准电压信号Vref2 209至开通信号控制电路210和输出第一基准电压信号Vref1 208至比较器219，第二基准电压信号Vref2与第一基准电压信号Vref1成比例，第二基准电压信号Vref2与第一基准电压信号Vref1与输入电压瞬时交流值的信号成正比，；

过零检测电路215，所述的过零检测电路215根据反馈端FB接收开关电源的辅助绕组信号222，产生表示开关电源的副边续流二极管导通时间TOFF1的信号ENA，即过零检测信号ENA给开通信号控制电路210；

开通信号控制电路210，接收过零检测电路215输出的过零检测信号ENA和乘法器电路207输出的第二基准电压信号209，控制开关电源副边输出续流二极管的导通时间与开关电源的功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器电路207输出的基准电压成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号212；

比较器219，所述的比较器219比较来自乘法器207的第一基准电压信号Vref1 208和来自采样电阻Rs上的信号cs221进行比较，并将比较结果的信号218发送至触发器211；

触发器211，所述的触发器211用于根据从触发器211接收的信号212和从比较器219接收的信号218产生触发信号216提供给驱动电路217；

驱动电路217，所述的驱动电路217用于接收来自触发器211的触发信号216，并输出电压信号Vds 220至开关电源的功率开关S1 106；

调光角度检测电路204，所述的输入调光角度检测电路204用于根据输入交流电压Vac产生表示调光角度的直流信号Vdc206，并将直流信号Vdc206提供给乘法器207，直流信号Vdc206输出电压越低，调光角度越大，当不使用调光功能时，输入调光角度检测电路204不用；

图4A为本发明的输入调光角度检测电路204的一种结构图，包括：一个比较器301，低通滤波器306。输入的信号Vac是可控硅调光信号。电压Vref3302为给定的接近零的基准电压，以便于检测出可控硅调光角度，经过比较器301的作用，输入调光信号变为一个随调光角度变化的占空比信号，而后经过低通滤波器306的滤波，转换成一个直流电平Vdc206，该直流电平的高低表示了输入调光角度的大小，直流电平越高，调光角越小，直流电平最高时，不调光。如果把调光比较器301输出反向，则输出调光脚越小，直流电平越高，不调光时，输出电平接近零伏，这样可以同样得到表示调光的直流信号。

输入电压有效值或输入电压平均值检测电路由低通滤波器203实现，所述的低通滤波器203用于产生输入交流电压Vac的有效值信号Vavg205，而后再提供给乘法器207；

以下进一步说明。

乘法器207实现检测交流输入的归一化函数的目的。乘法器模块接收开关电源的交流电压经过整流后得到的采样电压瞬时交流值信号Vac202，输入交流电压的有效值信号Vavg205，表示调光角度的直流信号Vdc206，计算得到两个基准电压：

$V_{\mathrm{ref}1}=\frac{K_1\·V_{\mathrm{ac}}\·V_{\mathrm{dc}}}{V_{\mathrm{avg}}}---\left(1\right)$

$V_{\mathrm{ref}2}=\frac{K_2\·V_{\mathrm{ac}}\·V_{\mathrm{dc}}}{V_{\mathrm{avg}}}---\left(2\right)$

其中K1、K2为比例系数，由乘法器的电路结构决定。

先分析电路在不进行调光时的情况：

假设整流后的交流输入电压为：

V_in＝V_M·|sin ωt|                                (3)

其中，V_M为输入交流电压的幅值，ω输入交流电压的角频率，t为时间。

则经过整流后得到的采样电压瞬时交流值信号Vac与V_M成正比，输入交流电压的有效值信号Vavg也与V_M成正比，此时，V_dc为一个常数，所以V_ref1，V_ref2与输入电压的幅值无关，仅仅与输入电压的相位有关，即是归一化的函数。

即可以表示为：

V_ref1＝K₃·|sin ωt|                        (4)

V_ref2＝K₄·|sin ωt|                        (5)

其中K3、K4为比例系数。

功率开关的关断由比较器219控制。在功率开关S1导通时间内，电感L1上的电感电流不断增加，当电流增加到由比较器的比较点所限制的电流值，即达到基准电压信号时，比较器219发生翻转，经后面的触发器211和驱动电路217，关断功率开关S1。如果在功率开关开通时的电流为零，假设导通时间T_on，原边电感量为L，开关关断时的电流峰值为I_pk，输入电压为V_in，整流及功率开关上的电压降落为V_drop(一般忽略不计)。

则有如下关系成立：

$I_{\mathrm{pk}}=\frac{V_{\mathrm{ref}1}}{R_S}=\frac{K_3\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}{R_S}---\left(6\right)$

$T_{\mathrm{on}}=\frac{L\·I_{\mathrm{pk}}}{V_{\mathrm{in}}-V_{\mathrm{drop}}}\≈\frac{L\·I_{\mathrm{pk}}}{V_{\mathrm{in}}}=\frac{L\·I_{\mathrm{pk}}}{V_M\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}=\frac{L\·\frac{K_3\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}{R_S}}{V_M\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}=\frac{L\·K_3}{V_M\·R_S}---\left(7\right)$

即导通时间由变压器原边电感量L、内部设定的参数K3，采样电阻Rs，输入电压的有效值V_M有关，在给定的输入电压情况下(有效值不变)，且开关电源外围的元件参数不变时，开关电源的导通时间固定。

通过合理设计外围元件的参数，先保证开关电源电流处于断续工作模式。假设开关电源的输出电压为V_out，副边整流二极管压降为V_d(一般忽略不计)，变压器的匝比(原边绕组：副边绕组)为n，在开关管关断瞬间，变压器电流反激，副边绕组上产生峰值电流I′_pk，与原边的峰值电流I_pk的关系为

I′_pk＝n·I_pk

则可以计算出输出绕组一直有电流输出的时间

$T_{\mathrm{OFF}1}=\frac{L^{\′}\·I_{\mathrm{pk}}^{\′}}{V_{\mathrm{out}}+V_d}\≈\frac{L\·I_{\mathrm{pk}}}{n\·V_{\mathrm{out}}}---\left(8\right)$

假设功率开关的周期为T，每个周期的平均输入电流

$\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{in}}}=\frac{1}{2}\·\frac{T_{\mathrm{on}}}{T}\·I_{\mathrm{pk}}$

$\stackrel{\→}{I_{\mathrm{in}}}=\frac{1}{2}\·\frac{L\·K_3}{T\·V_M\·R_S}\·I_{\mathrm{pk}}---\left(9\right)$

每个周期的平均输出电流

$I_{\mathrm{out}}^{-}=\frac{1}{2}\·\frac{T_{\mathrm{OFF}1}}{T}\·I_{\mathrm{pk}}^{\′}$

$I_{\mathrm{out}}^{-}=\frac{1}{2}\·\frac{T_{\mathrm{OFF}1}}{T}\·n\·I_{\mathrm{pk}}---\left(10\right)$

图2、图3A中的相关的各点信号的时序关系如图3B所示。其中导通时间Ton由比较器219得到，开关周期由开通信号控制电路210决定，表示副边整流二极管续流时间TOFF1的信号ENA由反馈FB信号222得到。

下面给出开通信号控制电路212的实现。设定：

$\frac{T_{\mathrm{OFF}1}}{T}=K_5\·V_{\mathrm{ref}2}=K_4\·K_5\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|---\left(11\right)$

由(6)，(8)，(11)得到：

$T=\frac{L\·K_3}{K_4\·K_5\·n\·V_{\mathrm{out}}\·R_S}---\left(12\right)$

即开关周期与输出电压有关，与输入电压无关。

把(6)、(12)代入(9)，把(6)、(11)代入(10)：

$\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{in}}}=\frac{1}{2}\·\frac{K_3\·K_4\·K_5\·n\·V_{\mathrm{out}}}{V_M\·R_S}\·\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|---\left(13\right)$

$I_{\mathrm{out}}^{-}=\frac{1}{2}\·\frac{n\·K_3\·K_4\·K_5}{R_S}\·|\sin \mathrm{\ωt}{|}^2---\left(14\right)$

由(13)可知，每个开关周期的平均输入电流与输入电压同相，能做到较好的功率因数校正(PFC)值。由(14)可知，每个开关周期的平均输出电流与输入电压的有效值没有关系，与输出电压也无关。在一个输入交流周期内，输入宽电压范围变化时能做到总的平均输出电流相同；不同的输出电压下也能做到平均电流相同，即实现输出恒流。

基于以上分析，开通信号控制电路210实现功能为，根据副边续流二极管107的导通时间TOFF1来确定开关下一次开通的时间点，即根据副边续流二极管107的导通时间TOFF1来预测开关周期T。在电路稳定工作以后，保证(11)的成立。就能保证电路实现PFC和恒流。

下面给出开通信号控制电路212的一种具体实现方式。

图5为本发明的开通信号控制电路的结构图。该电路包括：第一可控电流源400，第二可控电流源402，第一开关401，第二开关405，电容406，比较器408，触发器413，上升沿检测电路411。

第一可控电流源400产生第一电流I1，第二可控电流源402产生第二电流I2，第一电流I1、第二I2与乘法器207输出电压Vref2 209相关，ENA为副边整流二极管开通相关的脉冲信号，当ENA为高时，第二开关405导通，第一开关401断开，对电容406放电；当ENA为低时，第一开关401导通，第二开关405断开，对电容406充电；当电路稳定以后，充放电平衡。设置内部基准比较电平VREF，当电压404高于电压VREF时，比较器408的输出电压409为高，经过触发器使得电压410为高。当电压404的低于电压VREF时，比较器408的输出电压409为低，电压410的电平由ENA决定。由于在电压409变低以前ENA已经为高电平，所以当电压409为低时，电压410也为低。电压410经上升沿检测模块产生输出脉冲212，提供给触发器211。经过后面的驱动模块217驱动功率开关，进行开通控制。

图6为本发明的图5中控制信号的一种时序关系图。在电路稳定工作以后，电容406上的充电电荷与放电电荷相同。有如下关系存在：

I₁·(T-T_OFF1)＝I₂·T_OFF1                    (15)

即：

$\frac{T_{\mathrm{OFF}1}}{T}=\frac{I_1}{I_1+I_2}---\left(16\right)$

先设定

$I_1=\frac{V_{\mathrm{ref}3}}{R_1}---\left(17\right)$

这可以通过电压转化电流的电路结构方便实现。再设定

$I_2=I_0-\frac{V_{\mathrm{ref}3}}{R_1}---\left(18\right)$

其中R1为电压转化成电流时的等效电阻，I0是内部设定的基准电流，通过内部电路的设置，可以保证I2始终大于零。

则可以得到：

$\frac{T_{\mathrm{OFF}1}}{T}=\frac{V_{\mathrm{ref}3}}{I_0\·R_1}---\left(19\right)$

这样，就能满足式(11)的关系。从而实现PFC功能和输出恒流功能。

根据前面的描述，本电路能实现PFC功能和输出恒流功能。并且输出的恒流值与输入电压的有效值无关。当实际电路只要、需要实现在很窄的输入电压范围内实现恒流输出，则可以去掉乘法器电路，相应的V_ref1，V_ref2只是与输入电压同相的电压，并且幅度与输入电压相关，此时直接交流输入的检测电压Vac信号代替V_ref1，V_ref2，而电路的其他结构不变，也同样实现恒流输出和PFC功能。

在调光时，乘法器模块207中包含了调光信号，使得调光时，V_ref1，V_ref2随着调光角度的变化而发生变化，如式(1)，(2)表示。当需要调光的效果更为明显时，通过修改(1)或/和(2)式中调光信号，下面给出一种调整方法，(1)或/和(2)式可以改为如下：

$V_{\mathrm{ref}1}=\frac{K_1^{\′}\·V_{\mathrm{ac}}\·V_{\mathrm{dc}}\·V_{\mathrm{dc}}}{V_{\mathrm{avg}}}---\left(20\right)$

$V_{\mathrm{ref}2}=\frac{K_2^{\′}\·V_{\mathrm{ac}}\·V_{\mathrm{dc}}\·V_{\mathrm{dc}}}{V_{\mathrm{avg}}}---\left(21\right)$

此时电路其他结构可以不做改变，实现更明显的调光效果。

根据(7)式，开通时间是一个常数，在给定运用线路时，电感量L恒定，开通时间由输入交流电压的有效值控制。故可以把图2中决定功率开关导通时间的相应电路模块改为固定开通时间产生电路，开通时间由信号205Vavg决定。其他所有电路采用与前述相同的方法，则电路同样能够实现我们所要求功率因数调整、可控硅调光、输出恒流控制功能。

图7为本发明的单级LED驱动开关电源的第二实施例结构图。图7的实现方式与图2基本相同，只是决定开关导通时间的是固定开通时间产生电路701，即，固定开通时间产生电路701，所述的固定开通时间产生电路701接收来自低通滤波器203的输入交流电压Vac的有效值信号Vavg205和来自驱动电路217的电压信号702，并输出电压信号218至触发器211。而不是由比较器219产生。

图8为本发明的固定开通信号控制电路的结构图。即图8是固定开通时间产生电路的一种实现方式，当电路有输出驱动信号时，电压702为高电平，此时对电容805充电。第三充电电流I3由输入电压的平均值Vavg决定，第三电流I3与输入电压的平均值Vavg成正比。当电容805上的电荷达到某一电压VREF3时(VREF3是一个基准电压，由内部产生)，比较器807翻转，输出电压2108变高。通过RS触发器关断输出。在驱动关断时，驱动信号702为低电平，电容805被下拉到电压为0。比较器807输出电压218为0。

本发明公开了具有功率因数调整(PFC)、可控硅调光、原边控制LED恒流驱动开关电源的结构和方法，并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，包括但乘法器结构、开通信号控制电路、控制信号时序的局部修改、对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换，以及其他非实质性的替换或修改，均落入本发明保护范围之内。

Claims (24)

1.一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制器，其特征在于，包括：

乘法器电路，接收表示输入电压瞬时交流值的信号，输出基准电压信号，所述基准电压信号与输入电压瞬时交流值的信号成正比；

过零检测电路，接收辅助绕组信号，检测副边输出续流二极管的导通时间，输出过零检测信号；

开通信号控制电路，接收过零检测电路输出的过零检测信号和乘法器电路输出的基准电压信号，控制副边输出续流二极管的导通时间与功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器的输出的基准电压成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号；

比较器电路，采样开关电源的变压器原边峰值电流与所述基准电压信号进行比较，当原边峰值电流采样电压与乘法器输出的基准电压信号相同时，输出功率开关的关断信号；

触发器电路，接收开通信号控制电路的输出控制信号和比较器电路输出信号，输出第一驱动信号到驱动电路；

驱动电路，接收触发器电路的输出第一驱动信号，当比较器电路的输出为功率开关的关断信号时，输出控制功率开关关断；当开通信号控制电路的输出为功率开关的开通信号时，控制功率开关开通。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：

输入调光角度检测电路，所述的输入调光角度检测电路用于检测输入电压的可控硅调光角度，并且把调光角度信号转换成直流电平信号输入到乘法器的输入端，该直流信号与输入电压的瞬时交流值的信号相乘，实现调光。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述的输入调光角度检测电路包括：

比较器电路，所述的调光比较器电路将输入可控硅调光信号与一个给定接近零电压的基准比较，把输入调光信号变为一个随调光角度变化的占空比信号；

低通滤波器，所述占空比信号经过低通滤波器的滤波，转换成一个直流电平信号，为调光角度信号；该调光角度信号输入到乘法器的输入端，与输入电压瞬时交流值相乘。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述的开通信号控制电路由电流对电容充放电电路实现，电流对电容充放电情况对应于：在副边输出续流二极管的导通时间内为对电容的充电电流，在副边输出续流二极管的不导通时间内为对电容的放电电流；通过充放电电荷的平衡，实现控制副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器的输出基准电压信号成正比。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述的开通信号控制电路为第一定时电路，实现控制副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器的输出第一基准电压信号成正比。

6.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，包括：

输入电压有效值或输入电压平均值检测电路，检测得到输入电压有效值或输入电压平均值，然后输入到乘法器的输入端，在乘法器中将输入电压的瞬时值除以输入电压有效值或输入电压平均值，得到一个与输入电压有效值或输入电压平均值无关的交流输入检测信号，即归一化的交流输入瞬时值；归一化的交流输入瞬时值代替输入电压瞬时交流值的信号。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，输入电压有效值或输入电压平均值检测电路由一个低通滤波器实现。

8.根据权利要求1或2所述的控制器，比较器电路由第二定时电路实现；功率开关的导通时间由第二定时电路控制，当功率开关的导通时间达到第二定时电路给出的固定导通时间时，输出功率开关的关断信号；当需要实现高低压下输出恒流值相同时，所述固定导通时间与输入电压有效值或输入电压平均值成反比。

9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述的第二定时电路控制的固定导通时间与调光角度信号成正比。

10.一种原边控制LED恒流驱动开关电源控制方法，所述的方法包括步骤：

步骤1：采样输入交流瞬时电压，然后输入到乘法器的输入端；

步骤2：乘法器输出与交流瞬时输入电压成正比的基准电压信号；

步骤3：当变压器原边峰值电流达到基准电压信号决定的电流值时，开关电源的功率开关关断；

步骤4：检测开关电源的辅助绕组上的电压，得到副边续流二极管的导通时间；

步骤5：设定副边续流二极管的导通时间与功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器输出的基准电压信号成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号。

11.根据权利要求10所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述的步骤1进一步包括：

检测输入电压有效值或输入电压平均值，得到输入电压有效值或输入电压平均值，然后输入到乘法器的输入端，乘法器中将输入电压除以输入电压有效值或输入电压平均值，得到一个与输入电压有效值或输入电压平均值无关的交流输入检测信号，即归一化的交流输入瞬时值，该归一化的交流输入瞬时值作为基准电压信号。

12.根据权利要求10所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述的步骤1进一步包括：

进一步，在步骤1进一步包括检测输入电压瞬时交流值的可控硅调光角度，并且把调光角度信号转换成直流电平信号输入到乘法器的输入端，该直流信号与输入电压的瞬时交流值的信号相乘，实现调光。

13.根据权利要求1或11或12所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述的步骤1进一步包括：

要同时实现可控硅调光功能和输入高低压输入下输出恒流值相同时，归一化的交流瞬时值与调光角度信号相乘后得到基准电压。

14.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述的步骤2所确定开关导通时间用固定开通时间产生电路产生，开关导通时间始终固定。

15.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述的步骤2所确定开关导通时间用固定开通时间产生电路产生，开关导通时间由输入交流的有效值或平均值控制。

16.一种原边控制LED驱动开关电源装置，所述的装置包括：AC输入整流电路(101)，输出整流电路(D1)，开关电源控制器(201)，输入交1流采样电压Vac，采样电阻Rs采样隔离变压器(105)原边电流，驱动功率开关(106)，通过隔离变压器(105)把输入能量传递给输出，其特征在于，所述开关电源控制器(201)包括：

乘法器电路，接收表示输入电压瞬时交流值的信号，输出基准电压信号，所述基准电压信号与输入电压瞬时交流值的信号成正比；

过零检测电路，接收辅助绕组信号，检测副边输出续流二极管的导通时间，输出过零检测信号；

开通信号控制电路，接收过零检测电路输出的过零检测信号和乘法器电路输出的基准电压信号，控制副边输出续流二极管的导通时间与功率开关的开关周期的比值，使得该比值与乘法器的输出基准电压成正比，计算出功率开关的开关周期，从而控制功率开关的开通时间点，输出功率开关的开通信号；

比较器电路，采样开关电源的变压器的原边峰值电流与所述基准电压信号进行比较，当原边峰值电流采样电压与乘法器输出的基准电压信号相同时，输出控制功率开关的关断信号；

触发器电路，接收开通信号控制电路的输出控制信号和比较器电路输出信号，输出第一驱动信号到驱动电路；

驱动电路，接收触发器电路输出的第一驱动信号，当比较器电路的输出为功率开关的关断信号时，控制功率开关关断，实现当原边峰值电流达到设置的比较点时，功率开关关断；当开通信号控制电路的输出为功率开关开通信号时，控制功率开关开通。

17.根据权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)还包括：

输入调光角度检测电路，检测输入电压的可控硅调光角度，并且把调光角度信号转换成直流电平信号输入到乘法器的输入端，该直流信号与输入电压的瞬时交流值的信号相乘，实现调光。

18.根据权利要求17所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)的输入调光角度检测电路包括：

比较器电路，所述的调光比较器电路将输入可控硅调光信号与一个给定接近零电压的基准比较，把输入调光信号变为一个随调光角度变化的占空比信号；

低通滤波器，所述占空比信号经过低通滤波器的滤波，转换成一个直流电平信号，为调光角度信号；该调光角度信号输入到乘法器的输入端，与输入电压瞬时交流值相乘。

19.根据权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)的开通信号控制电路由电流对电容充放电电路实现，电流对电容充放电情况对应于：在副边输出续流二极管的导通时间内为对电容的充电电流，在副边输出续流二极管的不导通时间内为对电容的放电电流；通过充放电电荷的平衡，实现副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器的输出基准电压信号成正比。

20.根据权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)内部的开通信号控制电路为定时电路，实现副边输出续流二极管的导通时间与开关周期的比值，该比值与乘法器的输出基准电压信号成正比。

21.根据权利要求16或17所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)包括：

输入电压有效值或输入电压平均值检测电路，检测得到输入电压有效值或输入电压平均值，然后输入到乘法器的输入端，在乘法器中实现输入电压的瞬时值除以输入电压有效值或输入电压平均值，得到一个与输入电压有效值或输入电压平均值无关的交流输入检测信号，即归一化的交流输入瞬时值；归一化的交流输入瞬时值代替第一输入电压瞬时交流值的信号。

22.根据权利要求21所述的开关电源装置，其特征在于，所述的开关电源控制器(201)包括：输入电压有效值或输入电压平均值检测电路由一个低通滤波器实现。

23.根据权利要求16或17所述的开关电源装置，所述的开关电源控制器(201)中的比较器电路由第二定时电路实现；功率开关的导通时间由第二定时电路控制，当功率开关的导通时间达到第二定时电路给出的固定导通时间时，输出功率开关的关断信号；当需要实现高低压下输出恒流值相同时，所述固定导通时间与输入电压有效值或输入电压平均值成反比。

24.根据权利要求23所述的开关电源装置，其特征在于，所述的第二定时电路控制，固定导通时间与调光角度信号成正比。

Images