CN102983739B - 有源功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源功率因数校正电路，主要解决现有技术外围电感尺寸大的问题。该电路包括基准电源(1)、第一误差放大器(2)、乘法器(3)、比较器(4)、逻辑驱动电路(5)、跟随电路(6)和零电流检测(7)；基准电源(1)输出基准电压连接到第一误差放大器(2)，第一误差放大器(2)的输出连接到乘法器(3)，乘法器(3)的输出连接到比较器(4)，比较器(4)的输出和零电流检测(7)的输出连接到逻辑驱动电路(5)，产生其所在芯片的输出信号，跟随电路(6)跨接于第一误差放大器(2)和乘法器(3)之间，从乘法器(3)的输入端抽取电流，使输出电压Vout跟随输入电压Vin变化。本发明有效地减小了有源功率因数校正电路采用的外围电感的尺寸，可用于采用有源功率因数校正电路的电子设备中。

Description

有源功率因数校正电路

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种有源功率因数校正电路。

背景技术

有源功率因数校正作为一种非常重要的电源管理类电路，广泛的应用于各类电子设备中。有源功率因数校正应用于整流滤波电路之后，通常提供接近于1的功率因数值，因此，有源功率因数校正电路能减小电子设备对电网的谐波污染、提高电能的利用率。与常用的无源功率因数校正电路相比其具有功率因数值高、体积小等优点。

现有的有源功率因数校正电路的结构如图1所示，该有源功率因数校正电路由基准电源、误差放大器、乘法器、比较器、逻辑驱动电路和零电流检测构成；其中基准电源将输入电压VDD转换为基准电压V_REF；该基准电压V_REF与其所在芯片的输入信号V_M分别连接到误差放大器的同相输入端和反相输入端，经误差放大器的初步放大后得到差分信号V_COMP；该差分信号V_COMP和反馈电压V_FB输入到乘法器，经乘法器的相乘得到乘积信号V_PRO；该乘积信号V_PRO和采样信号V_CS分别连接到比较器的反相输入端和同相输入端，经比较器的比较后得到比较信号V_C；零电流检测与其所在芯片的输入信号VT相连，零电流检测输出电压信号VZ，该电压信号VZ和比较信号V_C经逻辑驱动电路得到驱动信号V_GD。

基准电源、误差放大器、乘法器、比较器、逻辑驱动电路、零电流检测及反馈电阻形成了一个负反馈系统，假设该负反馈系统稳定且开环增益远大于1，则输出电压V_OUT可近似推出：

$V_{\mathrm{FB}}=V_{\mathrm{OUT}}\×\frac{R_4}{R_3+R_4}---1)$

根据误差放大器“虚短路”的概念，可得V_FB≈V_REF，即

$V_{\mathrm{REF}}=V_{\mathrm{OUT}}\×\frac{R_4}{R_3+R_4}---2)$

可推得

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{REF}}\×\frac{{R_3+R}_4}{R_4}---3)$

其中，R₃、R₄为输出电压V_OUT反馈电阻。因此适当选取反馈电阻阻值就可以得到所需的输出电压。

上述有源功率因数校正电路的输出电压V_OUT与输入电压V_in无关。若输入电压V_in在宽范围内变化，输出电压V_OUT与输入电压V_in之差的最大值很大。由于有源功率因数校正电路采用的外围电感尺寸正比于输出电压V_OUT与输入电压V_in之差的最大值，因此现有的有源功率因数校正电路采用的外围电感尺寸很大，从而增大了电子设备的体积，限制了电子设备向便携式方向的发展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种输出电压V_OUT跟随输入电压V_in的变化而变化的有源功率因数校正电路，以减小输出电压V_OUT与输入电压V_in的差值，从而减小外围电感尺寸，利于电子设备向便携式方向的发展。

为实现上述目的，本发明包括：基准电源1、第一误差放大器2、乘法器3、比较器4、逻辑驱动电路5、零电流检测7；基准电源1用于产生基准电压V_REF；该基准电压V_REF连接到第一误差放大器2，第一误差放大器2对基准电压V_REF与其所在芯片的输入信号VM进行比较和放大，输出差分信号V_COMP；该差分信号V_COMP连接到乘法器3，乘法器3将差分信号V_COMP与其所在芯片的输入信号VFB相乘，输出乘积信号V_PRO；比较器4对乘积信号V_PRO与其所在芯片的输入信号VCS进行比较，输出控制信号V_C；该控制信号V_C连接到逻辑驱动电路5，逻辑驱动电路5产生驱动信号V_GD，其特征在于：误差放大器2的反相输入端V_M和其所在芯片的输入信号VFB之间连接有跟随电路6，用于使输出电压V_OUT跟随输入电压V_in的变化而变化；零电流检测7输入端与其所在芯片的输入信号VT相连，输出控制信号VZ，该控制信号VZ连接到逻辑驱动电路5；

所述跟随电路6，包括峰值检测电路61、电压电流转换电路62、电流镜像电路63；该峰值检测电路61一端接其所在芯片的输入电压VDD，另一端接其所在芯片的输入信号V_M，峰值检测电路61的输出端输出峰值信号VP，并连接到电压电流转换电路62的输入端；电压电流转换电路62的输出端输出电压信号VB，并连接到电流镜像电路63的输入端；电流镜像电路63输出电流信号I₂，电流信号I₂从其所在芯片的输入电压V_FB抽取。

上述有源功率因数校正电路，其特征在于峰值检测电路61，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、稳压二极管D1和第二误差放大器EA；

所述第一NPN管Q1的基极与集电极相连，并于其所在芯片的输入信号VM相连，其发射极与第二NPN管Q2的发射极相连，作为峰值检测电路61的输出端，该输出端输出峰值信号VP；

所述第二NPN管Q2的基极与第二误差放大器EA的输出端相连，其集电极与其所在芯片的输入电压VDD相连；

所述稳压二极管D1的正端与地相连，负端与第二NPN管Q2的发射极相连；

所述第二误差放大器EA的同相输入端与第一NPN管Q1的基极相连，反相输入端与第二NPN管Q2的发射极相连。

上述有源功率因数校正电路，其特征在于电压电流转换电路62的输入端与峰值检测电路61所输入的峰值信号VP相连，其输出端输出电压信号VB，连接到电流镜像电路63的输入端；

上述有源功率因数校正电路，其特征在于电流镜像电路63，包括：威尔逊电流镜631和电流镜632；

所述威尔逊电流镜631的输入端与电压电流转换电路62所输入的电压信号VB相连，其输出端输出电流信号I1，连接到电流镜632的输入端；

所述电流镜632输出电流信号I2，电流信号I2从其所在芯片的输入信号VFB抽取。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明由于添加了跟随电路，可使有源功率因数校正电路的输出电压可随输入电压的变化而变化，减小了有源功率因数校正电路采用的外围电感的尺寸。

2、本发明由于在峰值检测电路中添加了稳压二极管D1，限制了有源功率因数校正电路输出电压的最大值。

3、本发明由于在峰值检测电路中添加了第一NPN管Q1，提高了跟随电路的瞬态响应。

附图说明

图1为现有有源功率因数校正电路的拓扑结构图；

图2为本发明有源功率因数校正电路的拓扑结构图；

图3为本发明中跟随电路的电路原理图。

具体实施方式

以下参照附图及其实施例对本发明作进一步描述。

参照图2，本发明的有源功率因数校正电路包括：基准电源1、第一误差放大器2、乘法器3、比较器4、逻辑驱动电路5、跟随电路6、零电流检测7；基准电源1用于产生基准电压V_REF；该基准电压V_REF连接到第一误差放大器2，第一误差放大器2对基准电压V_REF与其所在芯片的输入信号VM进行比较和放大，输出差分信号V_COMP；该差分信号V_COMP连接到乘法器3，乘法器3将差分信号V_COMP与其所在芯片的输入信号VFB相乘，输出乘积信号V_PRO；比较器4对乘积信号V_PRO与其所在芯片的输入信号VCS进行比较，输出控制信号V_C；该控制信号V_C连接到逻辑驱动电路5，逻辑驱动电路5产生驱动信号V_GD；跟随电路6连接在误差放大器2的反相输入端V_M与其所在芯片的输入信号VFB之间，用于使输出电压V_OUT跟随输入电压V_in的变化而变化；零电流检测7的输入端与其所在芯片的输入信号VT相连，输出控制信号VZ，该控制信号VZ连接到逻辑驱动电路5。

参考图3，所述的跟随电路6，包括峰值检测电路61、电压电流转换电路62、电流镜像电路63。其中：

所述峰值检测电路61，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、稳压二极管D1和第二误差放大器EA；第一NPN管Q1的基极与集电极相连，并与其所在芯片的输入信号VM相连，第一NPN管Q1的发射极与第二NPN管Q2的发射极相连，作为峰值检测电路61的输出端，该输出端输出峰值信号VP，通过第一NPN管Q1提高跟随电路的瞬态响应；第二NPN管Q2的基极与第二误差放大器EA的输出端相连，第二NPN管Q2的集电极与其所在芯片的输入电压VDD相连；稳压二极管D1的正端与地相连，负端与第二NPN管Q2的发射极相连，以限制峰值信号VP的最大值；第二误差放大器EA的同相输入端与其所在芯片的输入电压VM相连，反相输入端与峰值信号VP相连，当其所在芯片的输入电压VM升高时，第二误差放大器EA使峰值信号VP也升高；

所述电压电流转换电路62，其输入端与峰值检测电路61所输入的峰值信号VP相连，电压电流转换电路62的输出端输出电压信号VB，连接到电流镜像电路63的输入端；电压信号VB与外接电阻R相连，外接电阻R的另一端接地；电压信号VB在外接电阻R上产生电流I，电流I的大小与电压信号VB的大小成正比，与外接电阻R的阻值成正比；

所述电流镜像电路63，包括：威尔逊电流镜631和电流镜632；威尔逊电流镜631的输入端与电压电流转换电路62所输入的电压信号VB相连，实现对电流的精确镜像，其输出端输出电流信号I1，连接到电流镜632的输入端；电流镜632输出电流信号I₂，其大小与电流信号I1相等，电流信号I2从其所在芯片的输入信号VFB抽取。

本发明的具体工作原理是：

有源功率因数校正电路的输出电压V_OUT可表示为：

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{FB}}+(\frac{V_{\mathrm{FB}}}{R_4}+I_2)\×R_3---4)$

其中，V_FB为其所在芯片的输入信号，I₂为电流镜632输出的电流信号，R₃、R₄为外接电阻。

根据第一误差放大器2“虚短路”的概念，可知V_FB与基准电源1的输出信号V_REF相等，因此，公式4)可表示为：

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{REF}}+(\frac{V_{\mathrm{REF}}}{R_4}+I_2)\×R_3---5)$

输入电压Vin经过外接电阻R₁、R₂的分压，得到其所在芯片的输入信号VM，即：

$V_M=V_{\mathrm{in}}\×\frac{R_2}{R_1+R_2}---6)$

峰值检测电路61对其所在芯片的输入信号VM的峰值进行检测，输出峰值信号VP，即：

V_P=max(V_M)        7)

电压电流转换电路62将峰值信号VP转换为电流I，电流镜像电路63对电流I进行镜像，输出电流I2，即：

$I_2=\frac{V_P}{R}---8)$

由公式5)、6)、7)、8)可得：

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{REF}}+(\frac{V_{\mathrm{REF}}}{R_4}+\frac{\max \left(V_{\mathrm{in}}\right)\×\frac{R_2}{R_1+R_2}}{R})\×R_3---9)$

实际应用中，输入电压V_in为半波信号，输入电压V_in的峰值是输入电压V_in有效值V_RMS的倍，因此，公式9)可表示为：

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{REF}}+(\frac{V_{\mathrm{REF}}}{R_4}+\frac{V_{\mathrm{RMS}}\×\frac{R_2}{R_1+R_2}}{R})\×R_3---10)$

由公式10)可得，有源功率因数校正电路的输出电压V_OUT跟随输入电压的有效值V_RMS变化而变化，减小了输出电压V_OUT与输入电压的有效值V_RMS之间的差值，减小了有源功率因数校正电路采用的外围电感的尺寸。

以上仅是本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (4)

1.一种有源功率因数校正电路，包括基准电源(1)、第一误差放大器(2)、乘法器(3)、比较器(4)和逻辑驱动电路(5)；基准电源(1)用于产生基准电压V_REF；该基准电压V_REF连接到第一误差放大器(2)，第一误差放大器(2)对基准电压V_REF与其所在芯片的输入信号V_M进行比较和放大，输出差分信号V_COMP，所述输入信号V_M由输入电压V_in经过外接电阻R₁、R₂分压得到；所述差分信号V_COMP连接到乘法器(3)，乘法器(3)将差分信号V_COMP与其所在芯片的输入信号V_FB相乘输出乘积信号V_PRO，所述输入信号V_FB由输出电压V_OUT经过外接电阻R₃、R₄分压得到；比较器(4)的正相端与其所在芯片的输入信号V_CS相连，其负相端与乘积信号V_PRO相连，用于对乘积信号V_PRO与其所在芯片的输入信号V_CS进行比较，输出控制信号V_C；该控制信号V_C连接到逻辑驱动电路(5)，逻辑驱动电路(5)产生驱动信号V_GD，零电流检测(7)的输入端与其所在芯片的输入信号VT相连，输出控制信号VZ，该控制信号VZ连接到逻辑驱动电路(5)，其特征在于：误差放大器(2)的反相输入端V_M和其所在芯片的输入信号V_FB之间连接有跟随电路(6)，用于使输出电压V_OUT跟随输入电压V_in的变化而变化；

所述跟随电路(6)，包括峰值检测电路(61)、电压电流转换电路(62)、电流镜像电路(63)；该峰值检测电路(61)一端接其所在芯片的输入电压VDD，另一端接其所在芯片的输入信号V_M，峰值检测电路(61)的输出端输出峰值信号VP，并连接到电压电流转换电路(62)的输入端；电压电流转换电路(62)的输出端输出电压信号VB，并连接到电流镜像电路(63)的输入端；电流镜像电路(63)输出电流信号I₂，电流信号I₂从其所在芯片的输入信号V_FB抽取。

2.根据权利要求书1所述的有源功率因数校正电路，其特征在于峰值检测电路(61)，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、稳压二极管D1和第二误差放大器EA；

所述第一NPN管Q1的基极与集电极相连，并于其所在芯片的输入信号V_M相连，其发射极与第二NPN管Q2的发射极相连，作为峰值检测电路(61)的输出端，该输出端输出峰值信号VP；

所述第二NPN管Q2的基极与第二误差放大器EA的输出端相连，其集电极与其 所在芯片的输入电压VDD相连；

所述稳压二极管D1的正端与地相连，负端与第二NPN管Q2的发射极相连；

所述第二误差放大器EA的同相输入端与第一NPN管Q1的基极相连，反相输入端与第二NPN管Q2的发射极相连。

3.根据权利要求书1所述的有源功率因数校正电路，其特征在于所述的电压电流转换电路(62)的输入端与峰值检测电路(61)所输出的峰值信号VP相连，其输出端输出电压信号VB，连接到电流镜像电路(63)的输入端。

4.根据权利要求书1所述的有源功率因数校正电路，其特征在于所述的电流镜像电路(63)，包括：威尔逊电流镜(631)和电流镜(632)；

所述威尔逊电流镜(631)的输入端与电压电流转换电路(62)所输出的电压信号VB相连，其输出端输出电流信号I1，连接到电流镜(632)的输入端；

所述电流镜(632)输出电流信号I2，电流信号I2从其所在芯片的输入信号V_FB抽取。