CN102368662A - 电流基准发生电路、恒流开关电源的控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电流基准发生电路，包括：第一乘法器模块，接收开关电源的整流电压波形信号和平均电流环的输出信号，产生与整流电压波形信号同频同相且随平均电流环的输出信号变化的正弦半波信号，第二乘法器模块，输入正弦半波信号和控制信号，产生脉冲信号；以及平均电流环，比较脉冲信号的平均值与设定的平均电流环基准信号。该电路能够产生自适应的开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号提供给高功率因数恒流开关电源控制电路，该基准信号可跟随电路输入输出条件变化进行自适应调整从而满足副边恒流输出的需要。同时本发明基于电流基准发生电路实现了一种原边控制的高功率因数恒流开关电源控制电路及方法。

Description

电流基准发生电路、恒流开关电源的控制电路及方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种自适应原边控制的高功率因数恒流开关电源原边电流基准发生电路、控制电路及方法。 

背景技术

目前很多隔离型电源如手机充电器和大功率的LED驱动器由于应用需求通常要求电路有输出恒流的功能；此外，为了减轻电力污染的危害程度，满足国际电工委员会的谐波标准IEEE555-2和IEC1000-3-2等，上述隔离型电源还必须具备功率因数校正(PFC)功能，图1为目前比较常用的单级功率因数校正方案：通过检测变压器副边侧的输出电流，在副边进行恒流控制之后经光耦反馈送到原边PFC控制电路。图1所示现有技术方案由于副边电流采样电路和光耦的存在，增加了电路的复杂性，进一步，由于光耦存在老化问题，使电路的稳定性和使用寿命都受到一定影响。 

针对上述问题的解决方案是采用兼具原边恒流控制和功率因数校正功能的控制方案，即无需副边电流采样和光耦元件，直接通过在隔离变压器的原边获得输出电流的信息，加以控制实现输出恒流，并且同时实现高功率因数，如图2所示。目前市面上已经有一些能实现上述输出恒流和PFC功能的控制芯片。衡量上述控制方案中的两个最关键的指标是进线电流的高功率因数和输出电流的恒流精度，尤其是由于采用原边控制，输出电流的恒流精度不如副边恒流控制。 

目前一种输出恒流的现有技术是通过在原边模拟出副边电流，将副边输出电流模拟出来或副边输出电流平均值计算出来，然后在原边进行恒流控制，如图3所示，通过对原边电流ipri进行采样保持以获取原边电流峰值及对应的副边电流峰值，其中ipri为原边电流信号，Vcontrol为采样信号，isample为采样保持模块输出信号，iemu为副边电流模拟模块输出信号。然而在实际电路中，由于采样保持模块在采样与保持切换之间存在一定的延时时间，会造成原边电流峰值采样的误差，从而造成模拟出的副边电流iemu与实际值存在 偏差，如图4所示，并且该偏差值会随输入电压和变压器激磁电感量变化，比较难以补偿，从而造成输出恒流会随输入电压不同，变压器激磁电感不同而变化，输出恒流精度较低。 

另一种输出恒流常用的现有技术是恒功率的方法，如图5所示。交流输入信号经过整流后得到整流半波信号Vin，整流半波信号Vin经过电压前馈模块后得到交流输入电压的有效值，即输入电压前馈信号Vff；同时，其经过波形整形模块K₁后得到波形信号Iac。其中，波形信号Iac＝k×Vin，k为一系数。在恒流输出电路中Vea为可控常数。乘法器对所述波形信号Iac、输入电压前馈信号Vff和可控常数Vea进行乘法运算，得到电流基准信号： 

$I_{\mathrm{ref}}=\frac{I_{\mathrm{ac}}\×V_{\mathrm{ea}}}{{V_{\mathrm{ff}}}^2}=\frac{k\×V_{\mathrm{in}}\×V_{\mathrm{ea}}}{{V_{\mathrm{ff}}}^2}$

从而控制电感电流与电流基准信号一致，实现PFC功能。可以看到，该乘法器通过将输入电压前馈信号的平方作为分子，在Vea一定的情况下，实现输入功率与输入电压无关，即恒功率控制。上述利用乘法器抵消输入电压的影响来获得电流基准的方法实质上为电压前馈控制。然而在有相控调光器存在的情况下，交流输入信号在调光角度不同时会缺失，其整流后也不再是完整的半波，因此输入前馈信号Vff包含了切相角度信号，该电压前馈控制会导致Iref随着切相角度的增加而急剧增加，输入功率也相应剧增，因此上述方法不适用于相控调光的场合。 

发明内容

本发明克服上述现有技术中存在的缺陷，提出了一种电流基准发生电路，该电流基准发生电路能够产生自适应的开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号提供给恒流开关电源控制电路，该基准信号可跟随电路输入输出条件变化进行自适应调整从而满足副边恒流输出的需要。 

同时本发明基于电流基准发生电路实现了一种原边控制的高功率恒流开关电源控制电路。 

电流基准发生电路包括： 

第一乘法器模块：所述第一乘法器模块接收来自开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号Iac和平均电流环的输出误差放大信号Vcomp，产生一正弦半波信号Iref，所述正弦半波信号Iref与整流电压波形信号Iac同频同相，正弦半波信号Iref的幅值随误差放大信号Vcomp变化而变化，正弦 半波信号Iref作为开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号； 

第二乘法器模块，所述第二乘法器模块输入所述正弦半波信号Iref和控制信号Vcontrol，产生一脉冲信号iemu，所述控制信号Vcontrol是反映开关电源主电路输出二极管导通时间的脉冲信号，所述脉冲信号iemu的幅值包络线是与所述正弦半波信号Iref同频、同相且幅值成比例的正弦半波，脉冲信号iemu的脉冲宽度等于控制信号Vcontrol的脉冲宽度； 

平均电流环，所述平均电流环输入脉冲信号iemu和平均电流环基准信号Vref，所述脉冲信号iemu的平均值与设定的平均电流环基准信号Vref进行比较，二者之间的误差经平均电流环的补偿网络放大之后得到输出误差放大信号(Vcomp)。 

进一步，所述平均电流环具有滤波功能，对脉冲信号iemu进行滤波得到脉冲信号iemu的开关周期平均值。 

进一步，若所述平均电流环不具有滤波功能或要直接将iemu滤波后再送入平均电流环，所述电流基准发生电路还包括滤波器，所述滤波器对脉冲信号iemu进行滤波，滤除其高频谐波，得到脉冲信号iemu的开关周期平均值提供给平均电流环。 

进一步，所述脉冲信号iemu波形反映两倍输出二极管电流波形，因此只要通过平均电流环控制脉冲信号iemu的平均值为常数的话，即可实现输出电流恒流。 

所述的开关电源主电路工作在电流断续或者临界断续状态。 

所述的第二乘法器模块是乘法器或者实现等效功能的等效电路模块。 

所述控制信号Vcontrol来自开关电源变压器的辅助绕组或者开关电源的门极控制信号。 

所述控制信号Vcontrol的幅值固定不变。 

所述控制信号Vcontrol的正脉冲宽度与开关电源主电路的输出二极管导通时间相同。 

所述的平均电流环包括误差放大器及补偿网络； 

所述的平均电流环基准信号Vref是直流基准； 

所述的平均电流环基准信号Vref在相控调光时为能反映相控调光角的脉冲信号。 

一种原边控制的高功率因数恒流开关电源控制电路包括：电流基准发生电路、输出二极管导通时间检测模块、比较器、开关管导通控制模块和RS触 发器： 

其中，所述电流基准发生电路如上所述； 

所述输出二极管导通时间检测模块检测开关电源主电路二极管的导通时间，输出控制信号Vcontrol给电流基准发生电路； 

所述比较器的两个输入端分别输入电流基准发生电路输出的正弦半波信号Iref和原边电流采样信号，并进行比较；当原边电流采样信号上升到触及正弦半波信号Iref时，比较器输出信号从低电平翻转为高电平，此后当原边电流采样信号下降到低于正弦半波信号Iref时，比较器输出信号从高电平翻转为低电平； 

所述RS触发器的两个输入端分别连接比较器的输出端和开关管导通控制模块，输出触发信号给主电路的开关管，比较器的输出端接RS触发器的复位端R端，开关管导通控制模块的输出接RS触发器的置位端S端；当RS触发器的复位端R端检测到一个从低电平到高电平的上升沿跳变时，RS触发器的输出信号从高电平复位为低电平，控制开关电源主电路的开关管的关断，当RS触发器的置位端S端检测到一个从低电平到高电平的上升沿跳变时，RS触发器的输出信号从低电平置位为高电平，如此周而复始，RS触发器输出脉冲序列信号。 

所述的开关管导通控制模块为定时触发器，所述的定时触发器产生频率固定的时钟信号提供给RS触发器的置位端S端，控制开关电源主电路的开关管的导通。 

所述的开关管导通控制模块包括输出二极管导通时间检测模块、反相器和延时电路，通过检测副边二极管电流导通时间产生脉冲信号，然后加以反相和延时后提供给RS触发器的置位端S端，控制开关电源主电路的开关管的导通。 

恒流开关电源的控制方法，包括如下步骤： 

(1)使开关电源的主电路工作在电流断续或者临界断续状态； 

(2)检测开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号(Iac)； 

(3)获得一脉宽反映开关电源主电路输出二极管导通时间、幅值反映原边电流信号幅值的脉冲信号(iemu)； 

(4)根据步骤(2)得到的整流电压波形信号(Iac)以及步骤(3)得到的脉冲信号(iemu)，产生一与开关电源主电路的整流桥的输出电压波形一致、幅值受到一平均电流环输出的误差放大信号控制的电流基准 信号(Iref)，电流基准信号(Iref)进一步反馈给步骤(3)，控制脉冲信号(iemu)的生成，其中输出恒流值与平均电流环的基准成比例关系。 

(5)根据步骤(4)得到的电流基准信号(Iref)以及原边电流采样信号，产生原边开关管驱动脉冲的关断信号； 

(6)产生开关管驱动脉冲的导通信号； 

(7)重复步骤(1)-(6)。 

本发明的有益效果为： 

本发明提出的一种电流基准发生电路的第二乘法器的输出信号iemu与图3采用采样保持模块和副边电流模拟模块模拟出的电流波形不同，虽然二者的正脉宽都为输出二极管的导通时间，但是iemu的每个脉冲波形的高电平都是正弦半波的包络线，而图3中模拟出的脉冲电流波形的高电平是采样保持模块输出的水平直线。该电流基准发生电路能够产生自适应的开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号提供给恒流开关电源控制电路，该基准信号可跟随电路输入输出条件变化进行自适应调整从而满足副边恒流输出的需要。 

本发明提出的恒流开关电源控制电路的输出恒流控制是一种自适应的负反馈闭环控制方式，即产生的电流基准信号的幅值受到平均电流环控制，而产生的电流基准信号又会影响到平均电流环的输入信号从而影响到平均电流环的输出。当开关电源外部条件发生变化，如输入电压改变或输出电压改变，平均电流环的输出发生改变，从而改变电流基准信号幅值，经过负反馈达到平衡之后重新实现输出恒流；通过将原边电流对产生电流基准信号进行跟随，可以实现高功率因数。本发明提出的恒流开关电源控制电路及方法无需对原边电流进行采样保持，消除了采样保持带来的误差，提高了输出电流的恒流精度，此外与电压前馈的恒功率方法相比，本发明产生的是一种自适应的电流基准，恒流精度不受乘法器影响，在相控调光时电流基准可直接由切相角获得而无需经过乘法器，因此输入功率不受切相角度影响，无需增加额外的控制成本。此外，本发明的恒流开关电源控制电路可集成为单芯片。 

附图说明

图1为现有技术中的一种副边恒流的单级功率因数校正电路； 

图2为原边控制的具有高功率因数的恒流电路示意图； 

图3为一种现有技术的原边控制的恒流开关电源及其控制电路； 

图4为采样保持电路造成的采样误差示意图； 

图5为基于恒功率原理实现的原边控制的恒流输出PFC电路； 

图6A、图6B为本发明的电流基准发生电路； 

图7为本发明的电流基准发生电路一个具体实施例； 

图8为图6A和图6B电路的关键波形示意图； 

图9为本发明的电流基准发生电路构成的原边控制的定频高功率因数控制电路应用于反激式恒流开关电源的一个具体实施例； 

图10为图9所示电路中的输出二极管导通时间检测模块的一个具体实施例； 

图11为图10电路的关键波形示意图； 

图12为图9所示实施例电路的关键波形； 

图13为本发明的电流基准发生电路100构成的原边控制的变频高功率因数控制电路应用于反激式恒流开关电源的一个具体实施例； 

图14为图13所示电路的关键波形； 

图15为图13所示实施例电路在半个交流输入工频周期内的归一化的输出电流计算波形； 

图16为本发明应用于定频高功率因数非隔离型buck-boost型(升降压)恒流开关电源的一个具体实施例； 

图17为本发明应用于变频高功率因数非隔离型buck-boost型(升降压)恒流开关电源的一个具体实施例。 

图18是本发明与可控硅调光电路结合起来实现的可调光原边控制的高功率因素反激式恒流开关电源。 

具体实施方式

以下结合本发明框图以及具体实施例示意图本发明内容进行详细说明。 

如图6A所示，本发明的电流基准发生电路100包括： 

第一乘法器模块101：所述第一乘法器模块101接收来自开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号Iac和平均电流环104的输出误差放大信号Vcomp，产生一正弦半波信号Iref，所述正弦半波信号Iref同整流电压波形信号Iac同频同相，正弦半波信号Iref的幅值随误差放大信号Vcomp变化而变化，正弦半波信号Iref作为开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号； 

第二乘法器模块102，所述第二乘法器模块102输入所述正弦半波信号Iref和控制信号Vcontrol，产生一脉冲信号iemu，所述控制信号Vcontrol是反映开关电源主电路输出二极管导通时间的脉冲信号，所述脉冲信号iemu的幅值包络线是与所述正弦半波信号Iref同频、同相且幅值成比例的正弦半波，脉冲信号iemu的脉冲宽度等于控制信号Vcontrol的脉冲宽度； 

平均电流环104，所述平均电流环104输入脉冲信号iemu和平均电流环基准信号Vref，所述脉冲信号iemu的开关周期平均值与设定的平均电流环基准信号Vref进行比较，输出信号误差放大信号Vcomp。 

进一步，所述平均电流环104具有一定的滤波功能，对脉冲信号iemu进行滤波得到脉冲信号iemu的开关周期平均值。 

进一步，若所述平均电流环104不具有滤波功能或要直接将iemu滤波后送入平均电流环，所述电流基准发生电路100还包括滤波器103，如图6B，所述滤波器对脉冲信号iemu进行滤波，滤除其高频谐波，得到脉冲信号iemu的开关周期平均值提供给平均电流环。 

进一步，所述脉冲控制信号iemu波形反映两倍输出二极管电流波形、幅值反映原边电流信号幅值，因此只要通过平均电流环控制脉冲控制信号iemu的开关周期平均值为常数的话，即可实现输出电流恒流。 

所述的开关电源主电路工作在电流断续或者临界断续状态。 

所述的第二乘法器模块102是乘法器或者实现等效功能的等效电路模块，如图7所示。 

所述控制信号Vcontrol来自开关电源变压器的辅助绕组或者开关电源的门极控制信号。 

所述控制信号Vcontrol的幅值固定不变。 

所述控制信号Vcontrol的正脉冲宽度与开关电源主电路的输出二极管导通时间相同。 

所述的平均电流环包括误差放大器及补偿网络，如图7所示。 

所述的平均电流环基准信号Vref是直流基准； 

所述的平均电流环基准信号Vref在相控调光时为能反映相控调光角的脉冲信号，如图7所示。 

图8为图6电路中主要关键波形，其中Iac为开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号，Vcomp为平均电流环104输出的误差放大信号，Iref是第一乘法器101输出的正弦半波信号，Vcontrol是反映开关电源主电路输出 二极管导通时间的脉冲信号，iemu是第二乘法器的输出的脉冲信号，Vref是平均电流环基准信号。 

图9是本发明的电流基准发生电路构成的原边控制的定频高功率因数恒流开关电源控制电路应用于反激式恒流开关电源的一个具体实施例，其中反激式开关电源工作在断续模式。 

开关电源包括：主电路和原边控制的恒流开关电源的控制电路，其中，所述主电路包括交流输入10、整流桥11、输入电容12、整流桥电压波形采样电路13、变压器14、原边开关管15、采样电阻16、输出二极管17和输出电容18；其中，所述控制电路包括电流基准发生电路100、输出二极管导通时间检测模块200、平均电流环基准300、比较器400、定时触发器500和RS触发器600，以及原边电流采样端、输出二极管导通时间检测端、整流桥电压波形信号检测端和驱动端； 

原边控制的恒流开关电源的控制电路的连接关系如下：输出二极管导通时间检测模块200的一个输入端I1接输出二极管导通时间检测端，输出二极管导通时间检测模块的另一个输入端I2接RS触发器600的输出端Q，输出二极管导通时间检测模块200的输出端O1接电流基准发生电路100的Vcontrol端，比较器400的负输入端接电流基准发生电路100的输出Iref端，比较器400的正输入端接原边电流采样端，比较器400的输出接RS触发器600的R端(复位端)，定时触发器500的输出接RS触发器600的S端(置位端)，RS触发器600的输出Q接驱动端，电流基准发生电路100的Iac端接整流桥电压波形信号检测端，电流基准发生电路100内部模块连接如前文所述，电流基准发生电路100的Vref端接平均电流环基准300。 

主电路的连接关系如下：交流输入10两端接整流桥11的两个输入端，整流桥11的正输出端接输入电容12的一端、整流桥电压波形采样电路13的一端和变压器14原边绕组的同名端，整流桥11的负输出端接地，输入电容12的另一端接地，整流桥电压波形采样电路13的另一端接控制电路的整流桥电压波形信号检测端，变压器14的原边绕组的异名端接原边开关管15的漏极，原边开关管15的源极接采样电阻16的一端和控制电路的原边电流采样端，采样电阻16的另一端接地，变压器14的副边绕组的异名端接输出二极管17的阳极，输出二极管17的阴极接输出电容18的正极，变压器14的副边绕组的同名端和输出电容18的负极相连，变压器14的辅助绕组的同名端接地，变压器14的辅助绕组的异名端接控制电路的输出二极管导通时间检测 端，原边开关管15的门极接控制电路的驱动端。 

图10为输出二极管导通时间检测模块200的一个具体实施例，包括比较器201、偏置基准202、反相器203、RS触发器204和异或门205。其中比较器201的正输入端接输出二极管导通时间检测模块200的一个输入端I1，比较器201的负输入端接偏置基准202，比较器201的输出端接反相器203的输入端，反相器203的输出端分别接RS触发器204的R端(复位端)和异或门205的一个输入端，RS触发器204的S端(置位端)接输出二极管导通时间检测模块200的另一个输入端I2，RS触发器204的输出端Q接输出二极管导通时间检测模块200的输出端O1。图10所示输出二极管导通时间检测模块200实施例的关键波形如图11所示，其中VI1是输入端I1的波形信号，图中所示为输入端I1接主电路辅助绕组异名端时的波形；V201为比较器201的输出波形信号；V203为反相器203的输出波形信号；VI2为输入端200的输入信号，与主电路原边开关管门极驱动信号相同；V204为RS触发器204的输出波形信号；VO1为异或门205的输出信号。从图11所示波形可以看出，图10所示输出二极管导通时间检测模块可以检测出主电路辅助绕组异名端高电平的区间，从而大致检测出主电路输出二极管导通时间区间。 

图9所示电路的关键波形如图12所示，其中，V400为比较器300的输出波形，为原边开关管15驱动脉冲的复位信号；V500是定时触发器500的输出波形，为原边开关管15驱动脉冲的置位信号；V600是RS触发器600的输出波形，即原边开关管15驱动脉冲信号；ipri为主电路原边电流波形；isec为主电路输出二极管电流波形；Iref是第一乘法器101的输出波形；Vcontrol为输出二极管导通时间检测模块200的输出波形，iemu是第二乘法器102的输出波形；电路主要工作原理如下：(1)通过整流桥11输出电压采样电路13得到开关电源主电路的整流桥输出电压的波形信号Iac；(2)通过输出二极管导通时间检测模块200检测变压器14的辅助绕组的正电平区间得到输出二极管导通时间信号Vcontrol；(3)将上述两个信号Iac和Vcontrol送入本发明的原边控制的恒流开关电源原边电流基准发生电路100，产生自适应的原边电流基准信号Iref；(4)采样电阻16上的原边电流与电流基准Iref通过比较器400进行比较产生原边驱动信号的复位信号，即当采样电阻16上的原边电流上升到电流基准Iref幅值时，比较器400的输出信号从低电平置位高电平，该跳变信号送入到RS触发器400的复位端，将RS触发器600产生的输出脉冲进行复位；(5)定时触发器500产生的窄脉冲上升沿对RS触发器600产生的输 出脉冲进行置位，因此输出脉冲为频率固定的脉冲信号。由之前的描述可知，当开关电源主电路输入或输出条件发生变化时，通过平均电流环可自动调节原边电流基准信号Iref使输出电流保持不变从而实现输出恒流；假设输入电压为V_ac＝V_pksinωt，I_ref＝I_pk|sinωt|，则可得到开关电源的占空比为： 

$D=\frac{L_{m}f\·I_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}{V_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}=\frac{L_{m}f\·I_{\mathrm{pk}}}{V_{\mathrm{pk}}}---\left(1\right)$

其中L_m是变压器14的激磁电感量，f是开关电源的工作频率，即RS触发器600的输出脉冲频率，ω是输入交流电压角频率，ω＝2πf_line，f_line是输入交流电压频率，由式(1)可知，在特定的输入电压和输出电流情况下，占空比D为常数，进一步可以求出输入交流电流的开关周期平均值为： 

$\left|I_{\mathrm{in}\_\mathrm{avg}}\right|=\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{ref}}D=\frac{1}{2}\frac{D^2{V}_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}{L_{m}f}---\left(2\right)$

由式(2)可知，开关电源交流输入电流波形为纯正弦，因此可以获得非常高的功率因数。图13是基于本发明的电流基准发生电路100构成的原边控制的变频高功率因数控制电路应用于反激式恒流开关电源的一个具体实施例，其中反激式开关电源工作在临界断续模式，即准谐振模式；控制电路包括平均电流基准000、本发明的电流基准发生电路100、输出二极管导通时间检测模块600、比较器700、反相器模块800和RS触发器900，以及原边电流采样端、输出二极管导通时间检测端、整流桥电压波形信号检测端和驱动端；主电路包括交流输入10、整流桥11、输入电容12、整流桥电压波形采样电路13、变压器14、原边开关管15、采样电阻16、输出二极管17和输出电容18；其中控制电路的连接关系如下：输出二极管导通时间检测模块600包括比较器601和比较器基准602，比较器601的正输入端接输出二极管导通时间检测端，比较器601的负输入端接比较器基准602的一端，比较器基准602的另一端接地，比较器601的输出作为输出二极管导通时间检测模块600的输出接电流基准发生电路100的Vcontrol端和反相器模块800的输入端，比较器700的正输入端接原边电流采样端，比较器700的负输入端接电流基准发生电路100的Iref端，比较器700的输出接RS触发器900的R端(复位端)，电流基准发生电路100的Iac端接整流桥电压波形信号检测端，反相器模块800包括反相器801和延时环节802，反相器801的输入端即为反相器模块800的输入端，反相器801的输出端接延时环节802的输入端，延时环节802的 输出端即为反相器模块800的输出端，反相器模块800的输出接RS触发器900的S端(置位端)，RS触发器900的输出Q接驱动端，电流基准发生电路100的Vref端接平均电流环基准000。主电路连接关系如下：交流输入10两端接整流桥11的两个输入端，整流桥11的正输出端接输入电容11的一端、整流桥电压波形采样电路13的一端和变压器14原边绕组的同名端，整流桥11的负输出端接地，输入电容11的另一端接地，整流桥电压波形采样电路13的另一端接控制电路的整流桥电压波形信号检测端，变压器14的原边绕组的异名端接原边开关管15的漏极，原边开关管15的源极接采样电阻16的一端和控制电路的原边电流采样端，采样电阻16的另一端接地，变压器14的副边绕组的异名端接输出二极管17的阳极，输出二极管17的阴极接输出电容18的正极，变压器14的副边绕组的同名端和输出电容18的负极相连，变压器14的辅助绕组的同名端接地，变压器14的辅助绕组的异名端接控制电路的输出二极管导通时间检测端。 

图13所示电路的关键波形如图14所示，其中，V700为比较器700的输出波形，为原边开关管15驱动脉冲的复位信号；V800是反相器模块800的输出波形，为原边开关管15驱动脉冲的置位信号；V900是RS触发器900的输出波形，即原边开关管15驱动脉冲信号；ipri为主电路原边电流波形；isec为主电路输出二极管电流波形；Iref是第一乘法器101的输出波形；Vcontrol为输出二极管导通时间检测模块600的输出波形，iemu是第二乘法器102的输出波形；电路主要工作原理如下：(1)通过整流桥11输出电压采样电路13得到开关电源主电路的整流桥输出电压的波形信号Iac；(2)通过输出二极管导通时间检测模块200检测变压器14的辅助绕组的正电平区间得到输出二极管导通时间信号Vcontrol；(3)将上述两个信号Iac和Vcontrol送入本发明的原边控制的恒流开关电源原边电流基准发生电路100，产生自适应的原边电流基准信号Iref；(4)采样电阻16上的原边电流与电流基准Iref通过比较器300进行比较产生原边驱动信号的复位信号，即当采样电阻16上的原边电流上升到电流基准Iref幅值时，比较器700的输出信号从低电平置位高电平，该跳变信号送入到RS触发器900的复位端，将RS触发器900产生的输出脉冲进行复位；(5)通过检测变压器14辅助绕组电压的过零点检测出输出二极管电流波形的过零点，加以延时环节，产生让RS触发器900的输出脉冲置位的信 号，从而实现原边开关管15谷底开通，即电路工作在准谐振模式，因此原边开关管15的驱动脉冲为变频脉冲信号。在图13所示实施例中，主电路输入电流绝对值表达式为： 

$\left|I_{\mathrm{in}\_\mathrm{avg}}\right|=\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|D=\frac{1}{2}\frac{k{V}_o^{\′}{V}_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}{2V_o^{\′}+V_{\mathrm{pk}}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}---\left(3\right)$

其中V′_o为输出电压折算到变压器原边之后的电压，k为电流电压对应系数，D为占空比，为导通时间与开关周期的比值；Ipk是主电路原边电流峰值，Vpk是交流输入电压峰值；根据式(3)得到半个交流输入工频周期内的归一化的输出电流波形如图15所示，其中s＝V′_o/V_ac，可以看到交流输入电流波形接近正弦波；但随着s变小，即输入电压幅值增大，输入电流的波形失真越厉害，功率因数越低。 

本发明可以用于图9和图13所示的隔离型拓扑，也可用于非隔离型拓扑。图16是本发明应用于定频高功率因数非隔离型buck-boost型(升降压)恒流开关电源的一个具体实施例，其中控制电路与图9所示实施例完全相同，主电路与图9所示实施例区别在于图16中用电感14替代了图6中的变压器14，具体工作原理也与图9实施例相同；图17是本发明应用于变频高功率因数非隔离型buck-boost型(升降压)恒流开关电源的一个具体实施例，其中控制电路与图13所示实施例完全相同，主电路与图13所示实施例区别在于图17中用电感14替代了图13中的变压器14，具体工作原理也与图13实施例相同。 

图18是本发明与可控硅调光电路结合起来实现的可调光原边控制的高功率因素反激式恒流开关电源。其中主要连接关系图与图9所示实施例大致相同，区别在于图18中主电路的交流输入10与整流桥11之间插入了可控硅调光器，控制电路中用切相角检测电路301替代了图9中的平均电流环基准300，用开关管导通控制模块501替代了图9中的定时触发器；切相角检测电路301的输入端接整流桥电压波形信号整流桥电压波形信号检测端，切相角检测电路301的输出端接电流基准发生电路100的Vref端；调光时，切相角检测电路301检测整流桥电压波形信号检测端的切相角信号，转换为幅值一定、占空比反映切相角的脉冲信号，送入电流基准发生电路100充当平均电流环的基准，从而可以改变输出电流的大小实现调光；开关管导通控制模块501用来控制原边开关管的开通，在图9中为定时触发器500，在图13中包括输出二极管导通时间检测模块600和反相器模块800。 

本发明包括的具体模块乘法器模块和平均电流环等，本领域技术人员可以在不违背其精神的前提下，可以有多种实施方式，或通过各种不同的组合方式，形成不同的具体实施例，例如乘法器模块可以用开关组合实现，这里不再详细描述。 

无论上文说明如何详细，还有可以有许多方式实施本发明，说明书中所述的只是本发明的一个具体实施例子。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

本发明实施例的上述详细说明并不是穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改。 

在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。 

如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。 

Claims (15)

1.电流基准发生电路，其特征在于包括：

第一乘法器模块：所述第一乘法器模块接收来自开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号(Iac)和平均电流环输出的误差放大信号(Vcomp)，产生一正弦半波信号(Iref)，所述正弦半波信号(Iref)与整流电压波形信号(Iac)同频同相，正弦半波信号(Iref)的幅值随平均电流环的输出误差放大信号(Vcomp)变化而变化，正弦半波信号(Iref)作为开关电源主电路的原边电流信号跟随的基准信号；

第二乘法器模块，所述第二乘法器模块输入所述正弦半波信号(Iref)和控制信号(Vcontrol)，产生一脉冲信号(iemu)，所述控制信号(Vcontrol)是反映开关电源主电路输出二极管导通时间的脉冲信号，所述脉冲信号(iemu)的幅值包络线是与所述正弦半波信号(Iref)同频、同相且幅值成比例的正弦半波，脉冲信号(iemu)的脉冲宽度等于控制信号(Vcontrol)的脉冲宽度；

平均电流环，所述平均电流环输入脉冲信号(iemu)和平均电流环基准信号(Vref)，所述脉冲信号(iemu)的平均值与设定的平均电流环基准信号(Vref)进行比较，二者之间的误差经平均电流环的补偿网络放大之后输出误差放大信号(Vcomp)。

2.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述平均电流环具有一定的滤波功能，对脉冲控制信号(iemu)进行滤波得到脉冲信号(iemu)的开关周期平均值。

3.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述电流基准发生电路还包括滤波器，所述滤波器对脉冲信号(iemu)进行滤波，滤除其高频谐波，得到脉冲信号(iemu)的开关周期平均值提供给平均电流环。

4.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述脉冲信号(iemu)波形反映两倍输出二极管电流波形或近似反映两倍输出二极管电流波形、幅值反映原边电流信号幅值。

5.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述第二乘法器模块是乘法器或者实现等效功能的等效电路模块。

6.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述控制信号 (Vcontrol)来自开关电源变压器的辅助绕组或者开关电源的门极控制信号。

7.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述控制信号(Vcontrol)的幅值固定不变。

8.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述控制信号(Vcontrol)的正脉冲宽度与开关电源主电路的输出二极管导通时间相同。

9.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述的第二乘法器模块是乘法器或者实现等效功能的等效电路模块。

10.如权利要求1所述电流基准发生电路，其特征在于所述的平均电流环包括误差放大器及补偿网络。

11.恒流开关电源控制电路，其特征在于包括：电流基准发生电路、输出二极管导通时间检测模块、比较器、开关管导通控制模块和RS触发器，其中，

所述电流基准发生电路为权利要求1-10中的任一权利要求中所述的电流基准发生电路；

所述输出二极管导通时间检测模块检测开关电源主电路二极管的导通时间，输出控制信号(Vcontrol)给电流基准发生电路；

所述比较器的两个输入端分别输入电流基准发生电路输出的正弦半波信号Iref和原边电流采样信号，并进行比较；

所述RS触发器的两个输入端分别连接比较器的输出端和开关管导通控制模块，输出触发信号给主电路的开关管；

所述的开关管导通控制模块控制开关电源主电路的开关管的导通。

12.权利要求11所述恒流开关电源控制电路，其特征在于：当原边电流采样信号上升到触及正弦半波信号(Iref)时，比较器输出信号从低电平翻转为高电平，此后当原边电流采样信号下降到低于正弦半波信号(Iref)时，比较器输出信号从高电平翻转为低电平；

比较器的输出端接RS触发器的复位端R端，开关管导通控制模块的输出接RS触发器的置位端S端；当RS触发器的复位端R端检测到一个从低电平到高电平的上升沿跳变时，RS触发器的输出信号从高电平复位为低电平，控制开关电源主电路的开关管的关断，当RS触发器的置位端S端检测到一个从低电平到高电平的上升沿跳变时，RS触发器的输出信号从低电平置位为高电平，如此周而复始，RS触发器输出脉冲序列信号。

13.如权利要求11所述恒流开关电源控制电路，其特征在于所述开关 管导通控制模块为定时触发器，所述的定时触发器产生频率固定的时钟信号提供给RS触发器，控制开关电源主电路的开关管的导通。

14.如权利要求11所述恒流开关电源控制电路，其特征在于所述的开关管导通控制模块包括输出二极管导通时间检测模块、反相器和延时电路，通过检测副边二极管电流导通时间产生脉冲信号，然后加以反相和延时后提供给RS触发器，控制开关电源主电路的开关管的导通。

15.恒流开关电源的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)使开关电源的主电路工作在电流断续或者临界断续状态；

(2)检测开关电源主电路的整流桥输出的整流电压波形信号(Iac)；

(3)获得一脉宽反映开关电源主电路输出二极管导通时间、幅值反映原边电流信号幅值的脉冲信号(iemu)；

(4)根据步骤(2)得到的整流电压波形信号(Iac)以及步骤(3)得到的脉冲信号(iemu)，产生一与开关电源主电路的整流桥的输出电压波形一致、幅值受到一平均电流环输出的误差放大信号控制的电流基准信号(Iref)，电流基准信号(Iref)进一步反馈给步骤(3)，控制脉冲信号(iemu)的生成，其中输出恒流值与平均电流环的基准成比例关系。

(5)根据步骤(4)得到的电流基准信号(Iref)以及原边电流采样信号，产生原边开关管驱动脉冲的关断信号；

(6)产生开关管驱动脉冲的导通信号；

(7)重复步骤(1)-(6)。 

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