CN104078987B - Pfc电路以及应用其的led驱动电路以及pfc方法 - Google Patents

Pfc电路以及应用其的led驱动电路以及pfc方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PFC电路以及应用其的LED驱动电路以及PFC方法。所述PFC电路，连接在整流桥后，所述整流桥连接在输入源后，其特征在于，包括二极管和电容，所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；所述二极管和电容的公共端作为所述PFC电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述PFC电路的低电位输出端。本发明通过在整流桥和输出电路之间连接二极管和电容来进行PFC，所述二极管和电容由电路本身进行控制，其结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。

Description

PFC电路以及应用其的LED驱动电路以及PFC方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种PFC电路以及应用其的LED驱动电路以及PFC方法。
背景技术
无源PFC电路不使用晶体管等有源器件，而只是由二极管、电阻、电感和电容等无源器件组成。无源PFC电路分为电感续流型和电容倍压型。对于频率较低、脉冲宽度较窄且幅度较大的输入电流，电感续流型PFC电路需要很大的电感才能对PF有明显的改善，因此会增加电路的体积，不利于电路布局；电容倍压型PFC电路则需要至少三个二极管和两个电容。如图1所示的电路，该电路由输入源、整流桥、电容倍压型PFC电路和输出组成。该电容倍压型PFC电路由三个二极管和两个电容组成，其利用整流桥后的二极管和电容来增加整流管的导通角，通过填平输入电流的谷值，使输入电流从尖峰脉冲变为接近正弦波的波形，但该电容倍压型PFC电路的结构较为复杂，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种PFC电路以及应用其的LED驱动电路以及PFC方法，其结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。
第一方面，提出了一种PFC电路，连接在整流桥后，所述整流桥连接在输入源后，其特征在于，包括二极管和电容，
所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管和电容的公共端作为所述PFC电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述PFC电路的低电位输出端。
在所述二极管导通后，对所述电容充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容充电并维持所述最大值，且所述二极管截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容停止放电，所述电容完成了一个充放电周期。
当所述二极管截止，所述电容放电，给与所述PFC电路连接的输出电路供电，所述二极管的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
所述PFC电路还包括电阻，
所述电阻串联连接在所述输入源与整流桥之间。
在所述二极管导通后，对所述电容和电阻组成的RC电路充电。
第二方面，提出了一种LED驱动电路，包括输出电路、负载LED和如上所述的PFC电路，
所述输出电路的第一输入端与所述二极管的阴极连接，第二输入端与所述二极管的阳极连接，第一输出端与所述负载LED的阳极连接并接到参考地，第二输出端与所述负载LED的阴极连接并接到所述大地。
第三方面，提出了一种PFC方法，基于储能电路：
输入源输出的能量经过整流桥整流，所述储能电路对经过所述整流桥整流后输出的能量先进行存储，再释放到输出电路，以供给负载工作；
在所述能量从存储到释放的过程中，对输入电流的相位和形状进行控制，以跟踪输入电压的波形。
所述储能电路包括二极管和电容，
所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管和电容的公共端作为所述储能电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述储能电路的低电位输出端。
在所述二极管导通后，对所述电容充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容充电并维持所述最大值，且所述二极管截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容停止放电，所述电容完成了一个充放电周期。
当所述二极管截止，所述电容放电，给与所述储能电路连接的输出电路供电，所述二极管的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
所述储能电路还包括电阻，
所述电阻串联连接在所述输入源与整流桥之间。
在所述二极管导通后，对所述电容和电阻组成的RC电路充电。
本发明通过在整流桥和输出电路之间连接二极管和电容来进行PFC，所述二极管和电容由电路本身进行控制。当二极管导通时，对电容进行充电；当整流桥的高电位端电压达到设定的参考电压时，电容开始放电，通过电容的充放电过程来改变输入电流波形，以便更好地跟踪输入电压波形。本发明的电路结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。如果需要再进一步提高PF，只需在此结构上，在输入源与整流桥之间连接电阻即可实现，其结构也简单、也易于实现，并且成本低。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是含电容倍压型PFC电路的电路示意图；
图2是本发明第一实施例的PFC电路结构示意图；
图3是本发明第二实施例的LED驱动电路示意图；
图4是本发明第二实施例的LED驱动电路的波形示意图；
图5是本发明第三实施例的LED驱动电路示意图；
图6是本发明第三实施例的LED驱动电路的波形示意图；
图7是本发明第四实施例的PFC方法。
具体实施方式
以下基于优选实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明可以被应用于任何需要提高PF的电路中，在以下的详细描述中，仅以应用于LED驱动电路为例来说明。
图2是本发明第一实施例的PFC电路结构示意图。如图2所示，一种PFC电路，连接在整流桥后，所述整流桥连接在输入源Vin后，包括二极管Dp和电容Cp，
所述二极管Dp的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容Cp的一端连接，所述电容Cp的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管Dp和电容Cp的公共端作为所述PFC电路的高电位输出端，所述电容Cp的另一端作为所述PFC电路的低电位输出端。
在所述二极管Dp导通后，对所述电容Cp充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容Cp充电并维持所述最大值，且所述二极管Dp截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容Cp开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管Dp导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容Cp停止放电，所述电容Cp完成了一个充放电周期。
此处，“减小到等于所述整流桥的高电位端电压时”是理论描述，即理论上认为所述二极管的导通压降为零，实际是需要考虑二极管的导通压降。
当所述二极管Dp截止，所述电容Cp放电，给与所述PFC电路连接的输出电路供电，所述二极管Dp的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
所述的PFC电路还包括电阻Rp，
所述电阻Rp串联连接在所述输入源与整流桥之间。
在所述二极管Dp导通后，对所述电容Cp和电阻Rp组成的RC电路充电。
本实施例一通过在整流桥和输出电路之间连接二极管和电容来进行PFC，所述二极管和电容由电路本身进行控制，其结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。如果需要再进一步提高PF，只需在此结构上，在输入源与整流桥之间连接电阻即可实现，其结构也简单、也易于实现，并且成本低。相比于现有技术中的无源PFC电路，本实施例一在提高了PF的情况下，很好地解决了结构复杂以及成本高的问题。而且当输入电流为窄脉冲、大电流时，本实施例一的效果会更好。
图3是本发明第二实施例的LED驱动电路示意图。如图3所示，LED驱动电路，包括输出电路、负载LED和实施例一中的PFC电路。
所述PFC电路只包括二极管Dp和电容Cp，对所述PFC电路的其他描述，与实施例一类似，在此不再赘述；
所述输出电路的第一输入端与所述二极管Dp的阴极连接，第二输入端与所述二极管Dp的阳极连接，第一输出端与所述负载LED的阳极连接并接到参考地，第二输出端与所述负载LED的阴极连接并接到所述大地；
在本实施例二中，所述输出电路与负载LED实际是串联连接在所述整流桥的高电位端和低电位端之间。一般现有技术中，整流桥、输出电路和负载LED是依次并联。相比于现有技术，本实施例二中的所述输出电路承受的电压应力减小了，也便于将所述输出电路进行集成，以减小电路体积，降低成本。
图4是本发明第二实施例的LED驱动电路的波形示意图。如图4所示，给出了所述二极管Dp的阳极波形Vg1、所述二极管Dp的阴极波形Vg2、输入电流波形iin1以及未进行PFC的输入电流波形iin(without PFC)。从图4中可知，未进行PFC时，输入电流波形iin(without PFC)的脉冲宽度较窄且电流峰值高，可认为iin(without PFC)是窄脉冲、大电流。
本实施例二中的输出电路通过检测所述二极管Dp的阳极电压，来控制所述二极管Dp和电容Cp。
下面介绍具体工作过程：
t1时刻，整流桥导通，产生输入电流iin并且瞬间达到最大值，二极管Dp导通，Vg1与Vg2的波形相同，此时开始对电容Cp充电；
到t2时刻，Vg1达到峰值，同时Vg2也达到峰值，输入电流iin1逐渐减小，电容Cp的电压也达到最大值，t2时刻结束，Vg1开始减小，Vg2等于电容Cp的电压最大值，此时二极管Dp的阴极电压Vg2大于阳极电压Vg1，二极管Dp截止，输入电流iin1减小到零，电容Cp的电压最大值维持到t3时刻；
到t3时刻，Vg1减小到设定的参考电压，此时电容Cp开始放电，Vg2也开始减小；
在t3到t4时刻之间，Vg1减小的慢，Vg2减小的快，会出现Vg1大于Vg2的时刻，在该时刻，二极管Dp导通；
到t4时刻，Vg2减小到零，电容Cp放电结束。
从图4中可知，与输入电流波形iin(without PFC)相比，输入电流iin1得到了比较好的改善，提高了PF。
本实施例二通过在整流桥和输出电路之间连接二极管和电容来进行PFC，并将其应用到LED驱动电路中。所述二极管和电容由电路本身进行控制，其结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。而且在所述LED驱动电路中，其输入电流为窄脉冲、大电流，与未加入PFC电路的情况相比，实施例一中的PFC电路确实提高了PF。
图5是本发明第三实施例的LED驱动电路示意图。如图5所示，LED驱动电路，包括输出电路、负载LED和实施例一中的PFC电路。
所述PFC电路不仅包括二极管Dp和电容Cp，还包括电阻Rp，对所述PFC电路的其他描述，与实施例一类似，在此不再赘述。
其中，所述电阻Rp串联连接在所述输入源Vin与所述整流桥之间。理解为：所述电阻Rp既可以串联连接在从所述输入源Vin正极到所述整流桥的支路上，也可以串联连接在从所述整流桥回到所述输入源Vin负极的支路上。
所述输出电路的第一输入端与所述二极管Dp的阴极连接，第二输入端与所述二极管Dp的阳极连接，第一输出端与所述负载LED的阳极连接并接到参考地，第二输出端与所述负载LED的阴极连接并接到所述大地；
在本实施例三中，所述输出电路与负载LED实际是串联连接在所述整流桥的高电位端和低电位端之间。一般现有技术中，整流桥、输出电路和负载LED是依次并联。相比于现有技术，本实施例三中的所述输出电路承受的电压应力减小了，也便于将所述输出电路进行集成，以减小电路体积，降低成本。
图6是本发明第三实施例的LED驱动电路的波形示意图。如图6所示，给出了所述二极管Dp的阳极波形Vg1、所述二极管Dp的阴极波形Vg2、输入电流波形iin2以及未连接电阻Rp的输入电流波形iin1。本实施例三的输入电流波形iin2只需与实施例二中的未连接电阻Rp的输入电流波形iin1相比即可。
本实施例三中的输出电路通过检测所述二极管Dp的阳极电压，来控制所述二极管Dp和电容Cp。
下面介绍具体工作过程：
t1时刻，整流桥导通，产生输入电流iin2，由于存在电阻Rp，可以改善初始时刻输入电流iin2的上升斜率。在实施例二中，当二极管Dp导通后，输入电流iin1作为电容Cp的充电电流，不存在时间常数，即一瞬间充电电流就达到峰值，但在本实施例三中，当二极管Dp导通后，输入电流iin2作为电阻Rp和电容Cp的充电电流，开始对电容Cp和电阻Rp组成的RC电路充电，由于存在时间常数Rp*Cp，所以输入电流iin2是逐渐上升。此时二极管Dp导通，Vg1与Vg2的波形相同。
t2到t4时刻的工作原理，与实施例二中的描述相同，在此不再赘述。
从图6中可知，与未连接电阻Rp的输入电流波形iin1相比，输入电流iin2得到了更好的改善，提高了PF。
为了验证上述实施例，下面给出具体实验数据：
本实施例三通过在整流桥和输出电路之间连接二极管和电容来进行PFC，还在输入源与整流桥之间连接电阻，并将其应用到LED驱动电路中。所述二极管和电容由电路本身进行控制，其结构简单、易于实现，能较好的提高PF，并且成本低。而且在所述LED驱动电路中，其输入电流为窄脉冲、大电流，与实施例二中未连接电阻的情况相比，实施例三中的PFC电路进一步提高了PF。
图7是本发明第四实施例的PFC方法。如图7所示，一种PFC方法，基于储能电路：
输入源输出的能量经过整流桥整流，所述储能电路对经过所述整流桥整流后输出的能量先进行存储，再释放到输出电路，以供给负载工作；
在所述能量从存储到释放的过程中，对输入电流的相位和形状进行控制，以跟踪输入电压的波形。
所述储能电路包括二极管和电容，
所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管和电容的公共端作为所述储能电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述储能电路的低电位输出端。
在所述二极管导通后，对所述电容充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容充电并维持所述最大值，且所述二极管截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容停止放电，所述电容完成了一个充放电周期。
当所述二极管截止，所述电容放电，给与所述储能电路连接的输出电路供电，所述二极管的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
所述储能电路还包括电阻，
所述电阻串联连接在所述输入源与整流桥之间。
在所述二极管导通后，对所述电容和电阻组成的RC电路充电。
本实施例四通过对实施例一、二和三的电路进行归纳而得出。由此可知，本发明的核心思想是所提出的无源PFC电路必须具备储能的功能，当能量从存储到释放的过程中，对输入电流的相位和形状进行控制，以便很好的跟踪输入电压的波形，从而提高PF。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PFC电路，连接在整流桥后，所述整流桥连接在输入源后，其特征在于，包括二极管和电容，
所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管和电容的公共端作为所述PFC电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述PFC电路的低电位输出端；
在所述二极管导通后，对所述电容充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容充电并维持所述最大值，且所述二极管截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容停止放电，所述电容完成了一个充放电周期。
2.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，
当所述二极管截止，所述电容放电，给与所述PFC电路连接的输出电路供电，所述二极管的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
3.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于，还包括电阻，
所述电阻串联连接在所述输入源与整流桥之间。
4.根据权利要求3所述的PFC电路，其特征在于，
在所述二极管导通后，对所述电容和电阻组成的RC电路充电。
5.一种LED驱动电路，包括输出电路、负载LED和如权利要求1-4中任一项所述的PFC电路，其特征在于，
所述输出电路的第一输入端与所述二极管的阴极连接，第二输入端与所述二极管的阳极连接，第一输出端与所述负载LED的阳极连接并接到参考地，第二输出端与所述负载LED的阴极连接并接到所述大地。
6.一种PFC方法，其特征在于，基于储能电路：
输入源输出的能量经过整流桥整流，所述储能电路对经过所述整流桥整流后输出的能量先进行存储，再释放到输出电路，以供给负载工作；
在所述能量从存储到释放的过程中，对输入电流的相位和形状进行控制，以跟踪输入电压的波形；
所述储能电路包括二极管和电容，
所述二极管的阳极与所述整流桥的高电位端连接，阴极与所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述整流桥的低电位端连接并接到大地；
所述二极管和电容的公共端作为所述储能电路的高电位输出端，所述电容的另一端作为所述储能电路的低电位输出端；
在所述二极管导通后，对所述电容充电，直到所述整流桥的高电位端电压达到最大值，所述电容电压也达到最大值，此时停止对所述电容充电并维持所述最大值，且所述二极管截止；
检测所述整流桥的高电位端电压，直到所述整流桥的高电位端电压减小到设定的参考电压，所述电容开始放电，此时所述电容电压从所述最大值开始减小，减小到等于所述整流桥的高电位端电压时，所述二极管导通，所述电容电压继续减小直到为零，且所述电容停止放电，所述电容完成了一个充放电周期。
7.根据权利要求6所述的PFC方法，其特征在于，
当所述二极管截止，所述电容放电，给与所述储能电路连接的输出电路供电，所述二极管的阳极给与所述输出电路连接的负载供电，所述输出电路同时也给所述负载供电。
8.根据权利要求7所述的PFC方法，其特征在于，所述储能电路还包括电阻，
所述电阻串联连接在所述输入源与整流桥之间。
9.根据权利要求8所述的PFC方法，其特征在于，
在所述二极管导通后，对所述电容和电阻组成的RC电路充电。
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