CN103631293B - 一种带功率因数校正的恒流控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带功率因数校正的恒流控制电路，包括：电源转化电路、电流采样电路和控制及恒流输出电路；所述电源转化电路连接市电为电路提供电压与电流，并将交流电信号转化为一直流电信号；所述电流采样电路采集所述直流电信号，并转化为一与输出电流相匹配的信号，再经所述控制及恒流输出电路，最终输出一恒定电流。本发明与现有技术相比具备功率损耗小、应用成本低、电路体积小巧且输出电流更加稳定等优势。

Description

一种带功率因数校正的恒流控制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种基于开关电源Flybak或buck-bootst拓扑的恒流控制电路，特别涉及一种带功率因数校正的恒流控制电路及方法。
背景技术
图1是一种传统的基于开关电源Flybak拓扑带功率因数校正的输出恒流电路。
这种恒流电路包括整流桥802、交流采样电阻701和702、功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710、开关管708、变压器712、继流二极管713、滤波电容714、输出电流采样电阻715以及光电耦合器716。其中，输入交流电压801连接整流桥802的两输入端，整流桥802的正输出端连接交流采样电阻701的一端和变压器712主绕组Np的一端，采样电阻701连接采样电阻702和功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的Mult脚，变压器712的主绕组Np的另一端连接开关管708，开关管708的另一端连接功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的CS端，开关管708的控制端连接功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的Gate，变压器712的输出绕组Ns一端连接继流二极管713的正极，继流二极管712的负极连接滤波电容714的正极和输出正端，变压器712的输出绕组Ns另一端连接输出电流采样电阻715的一端和滤波电容714的负极以及光电耦合器716的输入负极，输出电流采样电阻715的另一端连接光电耦合器716的输入正极和输出负载。光电耦合器716的输出正极连接功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的Vcc端，光电耦合器716的输出负极连接功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的FB端。
其恒流原理是光电耦合器716的输入端通过采样在输出电流采样电阻715上反应输出电流大小的信号，并通过光电耦合器716的输出端送到功率因数校正芯片（如L6562）及周边电路710的FB端与功率因数校正芯片（如L6562）内部的基准比较产生控制信号去控制开关管708的开通时间。最终达到控制输出电流的目的。
这种控制方式由于需要通过采样电阻715采样输出电流和光电耦合器来隔离，不但存在采样电阻上的功率损耗，还会由于需要光电耦合器带来的成本问题，体积自动也会大些。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供了一种带功率因数校正的恒流控制电路及方法，使得驱动电源不但省去了输出电流采电阻和光电耦合器，同时也降低了体积和成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带功率因数校正的恒流控制电路，包括：电源转化电路、电流采样电路和控制及恒流输出电路；所述电源转化电路连接市电为电路提供电压与电流，并将交流电信号转化为一直流电信号；所述电流采样电路采集所述直流电信号，并转化为一与输出电流相匹配的信号，再经所述控制及恒流输出电路，最终输出一恒定电流。
所述电源转化电路，包括：整流器的两输入端连接市电的两极，整流器的正输出端连接变压器主绕组Np的一端；所述整流器的负极接地。
所述电流采样电路，包括：Np的另一端连接开关管的一端，开关管的另一端连接采样电阻的一端和峰值采样电路的输入端，峰值采样的输出端连接D'调制电路的一输入端，D’调制电路的另一输入端连接D’采样电路的输出端，D’调制电路的输出端连接高频滤波器，D’采样电路的输入端连接QR采样电路的输入端以及第一检测电阻和第二检测电阻的一端，第一检测电路的另一端连接变压器辅助绕阻Nf的一端；所述的采样电阻、第二检测电阻及变压器辅助绕组Nf的另一端都接地。
所述控制及恒流输出电路，包括：高频滤波器的输出端连接恒流比较器的一输入端，恒流比较器的另一输入端连接电流基准、恒流比较器的输出端连接补偿电容的一端和Ton控制器的输入端，Ton控制器的输出端连接控制&驱动电路的r端，控制&驱动电路的s端连接QR采样电路的输出端，控制&驱动电路的输出端连接开关管的控制端；所述补偿电容与所述电流基准的另一端接地；变压器的输出绕组Ns的一端连接继流二极管的正极，继流二极管的负极连接输出滤波电容的正极和输出端正极，变压器的输出绕组Ns的另一端连接输出滤波电容的负极和输出端负极。
进一步，所述采样电阻上反应变压器主绕组Np的电流大小的信号，并送至峰值采样电路，峰值采样电路将会把采样电阻上的周期最大值送到D’调制电路，D’调制电路将用从D’采样电路上的D’信号调制从峰值采样电路送来的信号，并送至高频滤波器，之后再送至恒流比较器与电流基准比较，产生误差信号送至Ton控制器，Ton控制器将Ton控制信号送到控制&驱动电路去控制开关管的开通时间，最终恒定输出电流。
进一步，所述高频滤波器将反应输出电流大小的信号滤波后与电流基准比较，并产生一误差信号。
进一步，所述误差信号通过补偿电容送至Ton控制器，Ton控制器将Ton控制信号送到控制&驱动电路去控制开关管的开通时间。
进一步，所述补偿电容将会滤平整个工频周期的误差信号，使Ton控制器在整个工频周期内输出恒定的开通时间信号，最终实现高的功率因数。
一种带功率因数校正的恒流控制方法，包括：
步骤1：将市电经过经过整流后为变压器主绕组Np提供一输入电流；
步骤2:利用采样电阻对步骤1中所述的输入电流的大小进行采样，并将采样结果送至峰值采样电路，峰值采样电路将峰值采样结果送至D'调制电路，D’调制电路再将调制后的信号送至高频滤波器进行高频滤波；
步骤3：利用恒流比较器将经过高频滤波后的信号与一电流基准进行比较，产生一误差信号，并送至Ton控制器；
步骤4：Ton控制器输出一Ton控制信号至控制&驱动电路，从而去控制一与变压器主绕组Np另一端连接的开关管的开通时间，从而最终实现变压器输出端输出一恒定电流。
其中，所述峰值采样电路会将采样电阻上的周期最大值送至D'调制电路。
所述误差信号通过一补偿电容送至Ton控制器，所述补偿电容将会滤平整个工频周期的误差信号，使Ton控制器在整个工频周期内输出恒定的开通时间信号，最终实现高的功率因数。
本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比具备功率损耗小、应用成本低、电路体积小巧且输出电流更加稳定等优势。
附图说明
图1是一种传统的基于开关电源Flyback拓扑的带功率因数校正恒流控制电路的电路图；
图2是一种带功率因数校正的恒流控制电路的电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1是一种传统的基于开关电源Flyback拓扑的带功率因数校正恒流控制电路。这种控制方式由于需要通过采样电阻715采样输出电流和光电耦合器来隔离，不但存在采样电阻上的功率损耗，还会由于需要光电耦合器带来的成本问题，体积自动也会大些。
为消除上述问题，结合图2具体实施电路来阐述本发明的具体实施方式。
如图2所示，一种带功率因数校正的恒流控制电路，其电路结构具体如下：
整流器802的两输入端连接市电801的两极，整流器802的正输出端连接变压器803主绕组Np的一端，Np的另一端连接开关管808的一端、开关管808的另一端连接采样电阻809的一端和峰值采样电路810的输入端，峰值采样电路810的输出端连接D’调制电路811的一输入端、D’调制电路811的另一输入端连接D’采样电路812的输出端，采样电路812的输入端连接QR采样电路814的输入端以及第一检测电阻806和第二检测电阻807的一端，第一检测电路806的另一端连接变压器803辅助绕阻Nf的一端，D’调制电路811的输出端连接高频滤波器813，高频滤波器813的输出端连接恒流比较器816的一输入端，恒流比较器816的另一输入端连接基准815、恒流比较器816的输出端连接补偿电容817的一端和Ton控制器818的输入端，Ton控制器818的输出端连接控制&驱动电路820的r端，控制&驱动电路820的s端连接QR采样电路814的输出端，控制&驱动电路820的输出端连接开关管808的控制端，其中，整流器802的负极、变压器803辅助绕组Nf的另一端、采样电阻809的另一端、电流基准815的负极以及补偿电容817的另一端都连接到地；变压器803的输出绕组Ns的一端连接继流二极管804的正极，继流二极管804的负极连接输出滤波电容805的正极和输出正极，变压器803的输出绕组Ns的另一端连接输出滤波电容805的负极和输出负极。
本发明通过利用采样电阻809检测变压器803主绕组Np上的电流，并通过峰值采样电路810取出采样电阻809上的最大值，并用从D’采样电路812上的D’信号去调制从峰值采样电路810送来的信号，然后送至高频滤波器813，之后再送至恒流比较器816与电流基准815比较，产生误差信号送至Ton设定电路818，Ton控制电路818将Ton控制信号送到控制&驱动电路820去控制开关管808的开通时间，最终输出恒定电流。
其输出电流可由下式得出：
其中Iout为输出电流，Vref为电流基准，Rcs为采样电阻，Nx为变压器主绕组Np比输出绕组Ns。
同时本方法利用经高频滤波器813滤波后反应输出电流大小的信号与电流基准815比较后产生的误差信号将通过补偿电容817送至Ton控制器818，Ton控制器818将Ton控制信号送到控制&驱动电路820去控制开关管808的开通时间。补偿电容817将会滤平整个工频周期的误差信号，使Ton控制器在整个工频周期内输出恒定的开通时间信号，最终实现高的功率因数。
应该理解，本发明以Flyback拓扑为例来说明其工作原理，本方法同样也试用于其它几种开关电源的拓扑结构，如Buck-boost,buck,cuk以及sepic等。
本说明书中所描述的只是本发明的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在如权利要求所界定的本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种带功率因数校正的恒流控制电路，其特征在于，包括：电源转化电路、电流采样电路和控制及恒流输出电路；所述电源转化电路连接市电为电路提供电压与电流，并将交流电信号转化为一直流电信号；所述电流采样电路采集所述直流电信号，并转化为一与输出电流相匹配的信号，再经所述控制及恒流输出电路，最终输出一恒定电流，所述控制及恒流输出电路，包括：高频滤波器的输出端连接恒流比较器的一输入端，恒流比较器的另一输入端连接电流基准、恒流比较器的输出端连接补偿电容的一端和Ton控制器的输入端，Ton控制器的输出端连接控制&驱动电路的r端，控制&驱动电路的s端连接QR采样电路的输出端，控制&驱动电路的输出端连接开关管的控制端；所述补偿电容与所述电流基准的另一端接地；变压器的输出绕组Ns的一端连接继流二极管的正极，继流二极管的负极连接输出滤波电容的正极和输出端正极，变压器的输出绕组Ns的另一端连接输出滤波电容的负极和输出端负极；
所述电源转化电路，包括：整流器的两输入端连接市电的两极，整流器的正输出端连接变压器主绕组Np的一端；所述整流器的负极接地。
2.如权利要求1所述的一种带功率因数校正的恒流控制电路，其特征在于，所述电流采样电路，包括：Np的另一端连接开关管的一端，开关管的另一端连接采样电阻的一端和峰值采样电路的输入端，峰值采样的输出端连接D'调制电路的一输入端，D’调制电路的另一输入端连接D’采样电路的输出端，D’调制电路的输出端连接高频滤波器，D’采样电路的输入端连接QR采样电路的输入端以及第一检测电阻和第二检测电阻的一端，第一检测电路的另一端连接变压器辅助绕阻Nf的一端；所述的采样电阻、第二检测电阻及变压器辅助绕组Nf的另一端都接地。
3.如权利要求1所述的一种带功率因数校正的恒流控制电路，其特征在于，所述高频滤波器将反应输出电流大小的信号滤波后与电流基准比较，并产生一误差信号，所述误差信号通过补偿电容送至Ton控制器，Ton控制器将Ton控制信号送到控制&驱动电路去控制开关管的开通时间。
4.如权利要求3所述的一种带功率因数校正的恒流控制电路，其特征在于，所述补偿电容将会滤平整个工频周期的误差信号，使Ton控制器在整个工频周期内输出恒定的开通时间信号，最终实现高的功率因数。
5.一种带功率因数校正的恒流控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：将市电经过整流后为变压器主绕组Np提供一输入电流；
步骤2:利用采样电阻对步骤1中所述的输入电流的大小进行采样，并将采样结果送至峰值采样电路，峰值采样电路将峰值采样结果送至D'调制电路，D’调制电路再将调制后的信号送至高频滤波器进行高频滤波；
步骤3：利用恒流比较器将经过高频滤波后的信号与一电流基准进行比较，产生一误差信号，并送至Ton控制器；
步骤4：Ton控制器输出一Ton控制信号至控制&驱动电路，从而去控制一与变压器主绕组Np另一端连接的开关管的开通时间，从而最终实现变压器输出端输出一恒定电流。
6.如权利要求5所述的一种带功率因数校正的恒流控制方法，其特征在于，所述峰值采样电路会将采样电阻上的周期最大值送至D'调制电路。
7.如权利要求6所述的一种带功率因数校正的恒流控制方法，其特征在于，所述误差信号通过一补偿电容送至Ton控制器，所述补偿电容将会滤平整个工频周期的误差信号，使Ton控制器在整个工频周期内输出恒定的开通时间信号，最终实现高的功率因数。
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