CN103117734B - 峰值检测电路、输入前馈补偿电路和功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种峰值检测电路、输入前馈补偿电路和功率因数校正电路，该峰值检测电路包括：第一采样保持电路，对输入信号进行采样保持；第二采样保持电路，对输入信号进行采样保持；第一比较器，其正输入端和负输入端分别连接第一采样保持电路和第二采样保持电路的输出端；锯齿波发生电路，在第一比较器输出的第一控制信号控制下产生锯齿波信号；第二比较器，其正输入端连接锯齿波发生电路的输出端，其负输入端接收预设的参考电压；第三采样保持电路，在第二比较器输出的第二控制信号控制下对输入信号进行采样。本发明能及时检测输入电压的峰值，解决输入电压突变造成输出电压或电流波动较大的问题。

Description

峰值检测电路、输入前馈补偿电路和功率因数校正电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种峰值检测电路以及包含该峰值检测电路的输入前馈补偿电路和功率因数校正电路。

背景技术

由于目前大多数用电设备中存在非线性元件和储能元件，因此会使输入交流电流波形发生严重畸变，导致网侧输入功率因数很低。为了满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求，必须在这些用电设备中加入功率因数校正（PFC）装置。

为了抑制工频纹波从而获得较高的功率因数，传统PFC电路的控制环路的带宽通常设置的比较低，较低的环路带宽会导致PFC电路的动态响应速度较慢。以高功率因数LED驱动器（恒流输出）为例，当输入电压有较大波动时，由于调节环路的输出电平Vcomp变化较慢，使得输出电流Io有较大的过冲或跌落，从而人眼看到的LED灯光具有较明显的闪烁。

一些具有恒功率控制功能的PFC电路往往采用输入电压前馈的方法来实现恒功率控制，并且相对输入电压变化时的动态响应有一定的改善，如图1所示。图1所示的PFC电路主要包括：交流电压源101、整流桥102、功率电路103、比例电路104、低通滤波器105、比例电路106、比例电路107、PWM调制器108、电流环109、乘法器110、比例电路111、电压环112。其中，功率电路103包括电感L、二极管D、开关管M和电容C，电容C配置为和负载R_L并联。

然而图1所示的控制电路中，其输入电压前馈是通过采集输入电压的平均值实现的，采集输入电压Vin的平均值引入的低通滤波器105降低了环路的响应速度，因此，对输入的动态响应改善有限。

因此，需要一种更好的技术方案来及时地检测出输入电压峰值的改变，以解决输入电压突变导致的输出电压或电流发生较大波动的问题

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种峰值检测电路、输入前馈补偿电路和功率因数校正电路，能够及时检测出输入电压的峰值，并解决输入电压突变造成输出电压或电流较大波动的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种峰值检测电路，包括：

第一采样保持电路，其输入端接收输入信号，对所述输入信号进行采样保持；

第二采样保持电路，其输入端接收所述输入信号，对所述输入信号进行采样保持；

第一比较器，其正输入端连接所述第一采样保持电路的输出端，其负输入端连接所述第二采样保持电路的输出端；

锯齿波发生电路，其输入端与所述第一比较器的输出端相连，在所述第一比较器的输出端输出的第一控制信号控制下产生锯齿波信号；

第二比较器，其正输入端连接所述锯齿波发生电路的输出端，其负输入端接收预设的参考电压；

第三采样保持电路，其输入端接收所述输入信号，在所述第二比较器的输出端输出的第二控制信号控制下对所述输入信号进行采样。

根据本发明的一个实施例，所述锯齿波发生电路产生的锯齿波信号的频率、脉宽与所述第一比较器输出的第一控制信号相同。

根据本发明的一个实施例，所述第一采样保持电路和第二采样保持电路在时序上的采样点相互交替，并且所述第一采样保持电路在时序上的采样点超前所述第二采样保持电路。

根据本发明的一个实施例，在所述输入信号的峰值处，所述输入信号由单调上升转为单调下降，所述第一比较器产生的第一控制信号的脉宽增大，所述锯齿波发生电路产生的锯齿波信号幅值高于非峰值处对应的锯齿波信号幅值，所述第二比较器将该锯齿波信号与预设的参考电压比较，产生体现所述输入信号峰值位置的第二控制信号，所述第二控制信号控制所述第三采样保持电路获取所述输入信号的峰值。

根据本发明的一个实施例，所述第一采样保持电路包括：

第一脉冲信号源；

第一开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端连接所述第一比较器的正输入端，其控制端连接所述第一脉冲信号源的输出端；

第一电容，其第一端连接所述第一开关的第二端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述第二采样保持电路包括：

第二脉冲信号源；

第二开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端连接所述第一比较器的负输入端，其控制端连接所述第二脉冲信号源的输出端；

第二电容，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述锯齿波发生电路包括：

电流源；

第三开关，其第一端连接所述电流源的输出端，其第二端接地，其控制端连接所述第一比较器的输出端；

第三电容，其第一端连接所述第三开关的第一端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述第三采样保持电路包括：

第四开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端作为所述峰值检测电路的输出端，其控制端连接所述第二比较器的输出端；

第四电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地。

本发明还提供了一种功率因数校正电路的输入前馈补偿电路，包括：

以上任一项所述的峰值检测电路；

与所述峰值检测电路相连的取反电路，产生与所述输入电压的峰值变化趋势相反的直流信号；

与所述取反电路相连的叠加电路，将所述直流信号与功率因数校正电路的控制电路中的误差放大网络的输出信号叠加。

根据本发明的一个实施例，所述取反电路包括：减法器，其正输入端接收预设的直流电压，其负输入端连接所述峰值检测电路的输出端，其输出端输出所述直流信号。

根据本发明的一个实施例，所述叠加电路包括：加法器，其第一输入端连接所述取反电路的输出端，其第二输入端接收所述控制电路中的误差放大网络的输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述输入前馈补偿电路还包括：比例电路，所述输入信号经由该比例电路放大或缩小后传输至所述峰值检测电路的输入端。

本发明还提供了一种功率因数校正电路，包括以上任一项所述的输入前馈补偿电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的峰值检测电路能够在输入信号的逐个周期内检测到输入信号的峰值，与通过采集输入信号的平均值来检测输入信号峰值的方案相比，检测效果更加实时、快速。

另外，本发明实施例的功率因数校正电路机器输入前馈补偿电路采用上述峰值检测电路，将检测出的输入电压的峰值传输至控制电路中，从而能够实现输出电压或输出电流的快速调节，当输入电压突变时，输出电压或电流波动较小或无波动。尤其在输出负载为LED灯时，在输入电压波动时，LED灯无闪烁问题

附图说明

图1是现有技术中一种采用传统前馈控制的PFC电路的原理图；

图2是本发明实施例的峰值检测电路的电路图；

图3是图2所示峰值检测电路的工作波形图；

图4是本发明实施例的输入前馈补偿电路的电路图；

图5是图4所示前馈补偿电路的工作波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图2，本实施例的峰值检测电路包括：第一采样保持电路201、第二采样保持电路202、第一比较器203、锯齿波发生电路204、第二比较器205、第三采样保持电路206。

其中，第一采样保持电路201的输入端接收输入信号，该输入信号进行采样保持。作为一个非限制性的例子，第一采样保持电路201可以包括：第一脉冲信号源Vg1；第一开关S1，其第一端接收该输入信号，其第二端作为第一采样保持电路201的输出端，其控制端连接第一脉冲信号源Vg1的输出端，第一脉冲信号源Vg1的另一端接地；第一电容C1，其第一端连接第一开关S1的第二端，其第二端接地。

第二采样保持电路202的输入端接收该输入信号，对该输入信号进行采样保持。作为一个非限制性的例子，第二采样保持电路202可以包括：第二脉冲信号源Vg2；第二开关S2，其第一端接收该输入信号，其第二端作为该第二采样保持电路202的输出端，其控制端连接第二脉冲信号源Vg2的输出端，第二脉冲信号源Vg2的另一端接地；第二电容C2，其第一端连接第二开关S2的第二端，其第二端接地。

第一比较器203的正输入端连接第一采样保持电路201的输出端，更加具体而言，连接至第一开关S1的第二端。第一比较器203的负输入端连接第二采样保持电路202的输出端，更加具体而言，连接至第二开关S2的第二端。

锯齿波发生电路204的输入端与第一比较器203的输出端相连，在第一比较器203输出端产生的第一控制信号的控制下产生锯齿波信号。作为一个非限制性的例子，该锯齿波发生电路204可以包括：电流源IDC；第三开关S3，其第一端连接电流源IDC的输出端，其第二端接地，其控制端连接第一比较器203的输出端，也即第一开关S3的导通和关断由第一比较器203产生的第一控制信号控制，电流源IDC的另一端连接电源正极VCC；第三电容C3，其第一端连接第三开关S3的第一端，其第二端接地，第三电容C3的第一端作为该锯齿波发生电路204的输出端。

第二比较器205的正输入端连接锯齿波发生电路204的输出端，更加具体而言，连接第三电容C3的第一端；第二比较器205的负输入端接收预设的参考电压，作为一个非限制性的例子，第二比较器205的负输入端连接电压源VDC的正端，电压源VDC的负端接地。

第三采样保持电路206的输入端接收该输入信号，并在第二比较器205的输出端输出的第二控制信号的控制下对输入信号进行采样。作为一个非限制性的例子，第三采样保持电路206可以包括：第四开关S4，其第一端接收该输入信号，其第二端作为第三采样保持电路206以及整个峰值采样电路的输出端，其控制端连接第二比较器205的输出端；第四电容C4，其第一端连接第四开关S4的第二端，其第二端接地。

作为一个优选的实施例，锯齿波发生电路204产生的锯齿波信号的频率、脉宽与第一比较器203输出的第一控制信号相同；第一采样保持电路201和第二采样保持电路202在时序上的采样点相互交替，并且第一采样保持电路201在时序上的采样点超前第二采样保持电路202。例如，第一脉冲信号源Vg1产生的脉冲与第二脉冲信号源Vg2产生的脉冲交替出现，并且第一脉冲信号源Vg1产生的脉冲超前于第二脉冲信号源Vg2产生的脉冲。

进一步而言，在时序上前后交替的第一脉冲信号源Vg1和第二脉冲信号源Vg2的控制下，对应的第一采样保持电路201和第二采样保持电路202分别对输入信号进行采样保持，获得的两组信号通过第一比较器203比较后输出第一控制信号，该第一控制信号通常为高频脉冲信号；第一比较器203输出的第一控制信号控制锯齿波发生电路204产生频率、脉宽与该第一控制信号相同的锯齿波信号；在输入信号的峰值处，输入信号由单调上升转为单调下降，在该转换过程中，第一比较器203产生的第一控制信号的脉宽较其他时间点增大，也即第一比较器203的输出端会产生一个较大脉宽的脉冲信号，对应地，锯齿波发生电路204产生的锯齿波信号的幅值高于非峰值处对应的锯齿波信号的幅值；第二比较器205将锯齿波发生电路204产生的锯齿波信号与预设的参考电压比较，得到体现该输入信号峰值位置的第二控制信号，该第二控制信号通常为窄脉冲信号；之后，利用该体现输入信号峰值位置的窄脉冲信号来控制第三采样保持电路206中的第四开关S4导通，以获取输入信号的峰值。

图3示出了图2所示峰值检测电路中各节点的工作信号波形。由图3可见，该峰值检测电路可以准确地检测出输入电压每个周期的峰值。

图4示出了一种功率因数校正电路的输入前馈补偿电路，其采用了图2所示的峰值检测电路。进一步而言，该输入前馈补偿电路包括：峰值检测电路400、比例电路401、取反电路以及叠加电路。

其中，比例电路401对输入电压的幅值进行调节，对其进行放大或缩小，具体而言，比例电路401的输入端可以连接功率因数校正电路主电路整流后的电压，比例电路401的输出端连接峰值检测电路400的输入端。

峰值检测电路400的电路结构与图2所示的峰值检测电路相同，这里不再赘述。

取反电路与峰值检测电路400相连，产生与输入电压的峰值变化趋势相反的直流信号。作为一个非限制性的例子，取反电路具体包括减法器402，减法器402的正输入端接收预设的直流电压Vd，减法器402的负输入端连接峰值检测电路400的输出端，减法器402的输出端输出直流信号。在本实施例中，预设的直流电压Vd由电压源403提供，减法器402的正输入端连接电压源403的正端，电压源403的负端接地。

叠加电路与取反电路的输出端相连，将取反电路输出的直流信号与功率因数校正电路的控制电路中的误差放大网络405的输出信号Vcomp叠加。作为一个非限制性的例子，叠加电路包括加法器404，加法器404的第一输入端连接取反电路的输出端，具体为连接减法器402的输出端；加法器404的第二输入端接收误差放大网络405的输出信号Vcomp，加法器404的输出端输出修正的误差放大信号Vcomp’。

误差放大网络405可以包括运算放大器Ua，参考电压源Vref以及电容Ca，其中运算放大器Ua的负输入端接收反馈信号FB，运算放大器Ua的正输入端连接参考电压源Vref的正端，参考电压源Vref的负端接地，运算放大器Ua的输出端连接电容Ca的第一端，电容Ca的第二端接地。

在一实例中，比例电路401将主电路整流桥的输出电压|Vac|进行比例缩小，以满足控制电路的电压幅值要求；峰值检测电路400实时获取比例缩小后的主电路整流桥的输出电压的峰值k|Vac_pk|；减法器402将预设的直流电压Vd减去峰值检测电路400的输出电压，得到与主电路整流桥的输出电压峰值变化趋势相反的直流电平Vd-k|Vac_pk|；加法器404将减法器402的输出信号与误差补偿网络405的输出信号Vcomp叠加，得到修正的误差放大信号Vcomp’，以实现对动态响应的补偿。修正的误差放大信号Vcomp’可以表示为：

Vcomp’=Vcomp+Vd-k|Vac_pk|

在一功率因数校正电路中，图4所示的误差放大信号Vcomp’可以传输至后级控制电路。

图5示出了图4所示输入前馈补偿电路的工作波形图，有图5可见，当输入信号的幅值发生变化时，该变化幅值能够快速地反映至修正后的误差放大信号Vcomp’上，避开了控制环路缓慢的调节过程，实现了输出电压或输出电流的快速调节，当输入电压突变时，输出电压或输出电流并不会产生较大的波动。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种峰值检测电路，其特征在于，包括：

第一采样保持电路，其输入端接收输入信号，对所述输入信号进行采样保持；

第二采样保持电路，其输入端接收所述输入信号，对所述输入信号进行采样保持；

第一比较器，其正输入端连接所述第一采样保持电路的输出端，其负输入端连接所述第二采样保持电路的输出端；

锯齿波发生电路，其输入端与所述第一比较器的输出端相连，在所述第一比较器的输出端输出的第一控制信号控制下产生锯齿波信号；

第二比较器，其正输入端连接所述锯齿波发生电路的输出端，其负输入端接收预设的参考电压；

第三采样保持电路，其输入端接收所述输入信号，在所述第二比较器的输出端输出的第二控制信号控制下对所述输入信号进行采样；

其中，所述第一采样保持电路和第二采样保持电路在时序上的采样点相互交替。

2.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述锯齿波发生电路产生的锯齿波信号的频率、脉宽与所述第一比较器输出的第一控制信号相同。

3.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述第一采样保持电路在时序上的采样点超前所述第二采样保持电路。

4.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，在所述输入信号的峰值处，所述输入信号由单调上升转为单调下降，所述第一比较器产生的第一控制信号的脉宽增大，所述锯齿波发生电路产生的锯齿波信号幅值高于非峰值处对应的锯齿波信号幅值，所述第二比较器将该锯齿波信号与预设的参考电压比较，产生体现所述输入信号峰值位置的第二控制信号，所述第二控制信号控制所述第三采样保持电路获取所述输入信号的峰值。

5.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述第一采样保持电路包括：

第一脉冲信号源；

第一开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端连接所述第一比较器的正输入端，其控制端连接所述第一脉冲信号源的输出端；

第一电容，其第一端连接所述第一开关的第二端，其第二端接地。

6.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述第二采样保持电路包括：

第二脉冲信号源；

第二开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端连接所述第一比较器的负输入端，其控制端连接所述第二脉冲信号源的输出端；

第二电容，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地。

7.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述锯齿波发生电路包括：

电流源；

第三开关，其第一端连接所述电流源的输出端，其第二端接地，其控制端连接所述第一比较器的输出端；

第三电容，其第一端连接所述第三开关的第一端，其第二端接地。

8.根据权利要求1所述的峰值检测电路，其特征在于，所述第三采样保持电路包括：

第四开关，其第一端接收所述输入信号，其第二端作为所述峰值检测电路的输出端，其控制端连接所述第二比较器的输出端；

第四电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地。

9.一种功率因数校正电路的输入前馈补偿电路，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的峰值检测电路；

与所述峰值检测电路相连的取反电路，产生与所述输入电压的峰值变化趋势相反的直流信号；

与所述取反电路相连的叠加电路，将所述直流信号与功率因数校正电路的控制电路中的误差放大网络的输出信号叠加。

10.根据权利要求9所述的输入前馈补偿电路，其特征在于，所述取反电路包括：

减法器，其正输入端接收预设的直流电压，其负输入端连接所述峰值检测电路的输出端，其输出端输出所述直流信号。

11.根据权利要求9所述的输入前馈补偿电路，其特征在于，所述叠加电路包括：

加法器，其第一输入端连接所述取反电路的输出端，其第二输入端接收所述控制电路中的误差放大网络的输出信号。

12.根据权利要求9所述的输入前馈补偿电路，其特征在于，还包括：

比例电路，所述输入信号经由该比例电路放大或缩小后传输至所述峰值检测电路的输入端。

13.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括权利要求9至12任一项所述的输入前馈补偿电路。