CN110113834A - 一种高pf恒流电路中电流检测及恒流实现方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，包括输入端L、输入端N、整流桥BRG、二极管D1、电感L1、电阻Rdum、电容Cout、灯组LEDs、辅助绕组Laux、电阻RFB1、电阻RFB2、电容CFB、功率开关管M1、采样电阻Rcs、驱动模块Driver、比较器Comparator、锯齿波发生模块Saw Wave、采样保持模块Sample&Hold、电容Ccomp、误差放大器Error Amp以及反馈检测模块FB Detection，整流桥BRG第一端与输入端L相连接，整流桥BRG第二端与输入端N相连接，整流桥BRG第三端接地，整流桥BRG第四端分别与二极管D1的负极、电阻Rdum的一端、电容Cout以及灯组LEDs的正极相连接，电感L1的第二端分别与电阻Rdum的一端、电容Cout一端和灯组LEDs负极相连接。有益效果：采用新的采样保持结构和算法，提高了高功率因数恒流驱动器输出精度。

Description

一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式

技术领域

本发明涉及电路调节技术领域，具体来说，涉及一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式。

背景技术

高功率因数交流转直流(AC-DC)恒流驱动中必然涉及到磁性元件电感电流检测模块。该恒流驱动环路中输出电流发生变化时，闭环负反馈环路根据内部基准把输出电流重新拉回原设定的设计值。

在图2显示的下端采样非隔离降压型(buck)电路中，误差放大器只能检测到电感电流的前半周期，后半周期的电流通过续流二极管流到输出。通常的检测手段是采样电感电流峰值，而不是电感电流上升期的完整波形形状，再根据峰值调整环路，使得输出等于峰值的一半，从而达到恒流的目的。

本文中提到的方式是在不能看到电感电流后半周期的情况下，不单单保持电感电流峰值，而是把电感电流前半周的完整波形输入到误差放大器，后半周期的波形通过矩形近似的方式模拟。这样在高功率因数的应用中，即使是电流前半周期波形在线网电压降到波谷、电感电流波形变化较严重时也可被误差放大器检测、模拟，这样就可以提高检测精度、输出精度的目的。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，包括输入端L、输入端N、整流桥BRG、二极管D1、电感L1、电阻Rdum、电容Cout、灯组LEDs、辅助绕组Laux、电阻RFB1、电阻RFB2、电容CFB、功率开关管M1、采样电阻Rcs、驱动模块Driver、比较器Comparator、锯齿波发生模块Saw Wave、采样保持模块Sample&Hold、电容Ccomp、误差放大器Error Amp以及反馈检测模块FB Detection，其中，所述整流桥BRG第一端与所述输入端L相连接，所述整流桥BRG第二端与所述输入端N相连接，所述整流桥BRG第三端接地，所述整流桥BRG第四端分别与所述二极管D1的负极、所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout以及所述灯组LEDs的正极相连接，所述二极管D1的负极与所述电感L1第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout一端和所述灯组LEDs的LEDs的负极相连接，所述电感L1的一侧设置有与所述电感L1相配合的所述辅助绕组Laux，所述辅助绕组Laux的第一端与所述电阻RFB1连接，所述辅助绕组Laux的第二端分别接地线、所述电阻RFB2的一端和所述电容Cout的一端相连接，所述电阻RFB2的另一端同时连接有所述电阻RFB1和所述电容CFB，所述电容CFB、所述电阻RFB1和电阻RFB2一端同时连接有所述反馈检测模块FB Detection，所述功率开关管M1第一端同时连接有所述二极管D1正极和所述电感L1一端，所述功率开关管M1第二端连接有所述驱动模块Driver一端，所述功率开关管M1第三端连接有所述采样保持模块Sample&Hold一端和所述采样电阻Rcs一端，所述电阻Rcs另一端接地，所述驱动模块Driver另一端连接有比较器Comparator一端，所述比较器Comparator的正电极与所述锯齿波发生模块Saw Wave相连接，所述比较器Comparator的负电极同时与所述误差放大器Error Amp第一端和所述电容Ccomp一端相连接，所述电容Ccomp的另一端接地，所述误差放大器Error Amp的正电极连接有芯片内部基准电压Vref，所述误差放大器Error Amp的负电极连接有所述采样保持模块Sample&Hold，所述误差放大器Error Amp第二端与所述反馈检测模块FB Detection一端相连接。

进一步的，所述采样保持模块Sample&Hold包括输入端In、输出端Out、采样开关管M1、采样开关管M2、采样开关管M3、运算放大器Amp、采样脉冲PWM、采样脉冲PWMb、电容C1、电阻R、其中，所述采样开关管M1第一端连接有所述输入端In，所述采样开关管M1第二端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M1第三端同时连接有所述电容C1一端、所述运算放大器Amp的正电极和所述采样开关管M3一端，所述采样开关管M3一端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M3输出端连接有所述采样开关管M3和所述输出端Out的一端，所述电容C1另一端接地，所述运算放大器Amp的负电极连接有所述电阻R，所述电阻R一端接地，所述电阻R连接有所述采样开关管M3，所述采样开关管M3一端与所述采样脉冲PWMb相连接。

进一步的，所述输入端L与所述输入端N输入值为频率50-60Hz、电压85V-265V的交流电。

本发明的有益效果为：二极管Dt、电感L1、功率开关管M1、电容Cout构成一个降压型(buck)开关电源拓扑结构，并工作在临界导通模式。M1在导通时，通过采样电阻Rcs的电流等于通过L1的电流，这样Sample&Hold(采样保持)模块可以检测M1导通期间的电流，并保持电感电流峰值。采样保持电路输出节点为VFB，该节点接到误差放大器(ErrorAmp)负输入端，该误差放大器是个跨到放大器，误差放大器与接其输出的电容Ccomp构成一个积分电路，带宽远小于市电频率。这样，由于误差放大器带来的很高的环路增益使得误差放大器正负输入端表现虚短特性，在系统达到稳定时VFB电压波形在系统交流输入频率一个周期内的平均值与芯片内部基准电压Vref相等。此时，电容Ccomp保持一定的电压，并通过锯齿波和比较器转换成占空比信息传递到M1，调整M1的导通占空比来调整LED电流的大小。该环路处在一个高环路增益的负反馈环路里，在设计范围内的线电压(交流电幅值)变化、负载电压变化(通过FB传递变化信息)、温度变化或器件特性退化都可通过环路调整占空比来对输出电流保持稳定。本设计通过独特的采样保持电路的设计模拟输出电流的波形，从而把输出电流稳定在Vref/Rcs上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例高PF恒流电路实现方式中，采样保持模块内部的电路图；

图2是根据本发明实施例恒流驱动环路原理简图；

图3是根据本发明实施例LED电流，Rcs电流，采样保持电路电压输出波形图；

图4是根据本发明实施例输入交流周期中电感电流变化情况，Ipk为峰值电流、Iavg_IL为电感平均电流图；

图5是根据本发明实施例线网输入电流，峰值以及平均值图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式。

如图1-2所示，根据本发明实施例的高PF恒流电路实现方式，包括输入端L、输入端N、整流桥BRG、二极管D1、电感L1、电阻Rdum、电容Cout、灯组LEDs、辅助绕组Laux、电阻RFB1、电阻RFB2、电容CFB、功率开关管M1、采样电阻Rcs、驱动模块Driver、比较器Comparator、锯齿波发生模块Saw Wave、采样保持模块Sample&Hold、电容Ccomp、误差放大器Error Amp以及反馈检测模块FB Detection，其中，所述整流桥BRG第一端与所述输入端L相连接，所述整流桥BRG第二端与所述输入端N相连接，所述整流桥BRG第三端接地，所述整流桥BRG第四端分别与所述二极管D1的负极、所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout以及所述灯组LEDs的正极相连接，所述二极管D1的负极与所述电感L1第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout一端和所述灯组LEDs的LEDs的负极相连接，所述电感L1的一侧设置有与所述电感L1相配合的所述辅助绕组Laux，所述辅助绕组Laux的第一端与所述电阻RFB1连接，所述辅助绕组Laux的第二端分别接地线、所述电阻RFB2的一端和所述电容Cout的一端相连接，所述电阻RFB2的另一端同时连接有所述电阻RFB1和所述电容CFB，所述电容CFB、所述电阻RFB1和电阻RFB2一端同时连接有所述反馈检测模块FB Detection，所述功率开关管M1第一端同时连接有所述二极管D1正极和所述电感L1一端，所述功率开关管M1第二端连接有所述驱动模块Driver一端，所述功率开关管M1第三端连接有所述采样保持模块Sample&Hold一端和所述采样电阻Rcs一端，所述电阻Rcs另一端接地，所述驱动模块Driver另一端连接有比较器Comparator一端，所述比较器Comparator的正电极与所述锯齿波发生模块Saw Wave相连接，所述比较器Comparator的负电极同时与所述误差放大器Error Amp第一端和所述电容Ccomp一端相连接，所述电容Ccomp的另一端接地，所述误差放大器Error Amp的正电极连接有芯片内部基准电压Vref，所述误差放大器Error Amp的负电极连接有所述采样保持模块Sample&Hold，所述误差放大器Error Amp第二端与所述反馈检测模块FB Detection一端相连接。

此外，在一个实施例中，所述采样保持模块Sample&Hold包括输入端In、输出端Out、采样开关管M1、采样开关管M2、采样开关管M3、运算放大器Amp、采样脉冲PWM、采样脉冲PWMb、电容C1、电阻R、其中，所述采样开关管M1第一端连接有所述输入端In，所述采样开关管M1第二端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M1第三端同时连接有所述电容C1一端、所述运算放大器Amp的正电极和所述采样开关管M3一端，所述采样开关管M3一端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M3输出端连接有所述采样开关管M3和所述输出端Out的一端，所述电容C1另一端接地，所述运算放大器Amp的负电极连接有所述电阻R，所述电阻R一端接地，所述电阻R连接有所述采样开关管M3，所述采样开关管M3一端与所述采样脉冲PWMb相连接。

此外，在一个实施例中，所述输入端L与所述输入端N输入值为频率50-60Hz、电压85V-265V的交流电。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，二极管D1、电感L1、功率开关管M1、电容Cout构成一个降压型(buck)开关电源拓扑结构，并工作在临界导通模式。M1在导通时，通过采样电阻Rcs的电流等于通过L1的电流，这样Sample&Hold(采样保持)模块可以检测M1导通期间的电流，并保持电感电流峰值的一半。采样保持电路输出节点为VFB，该节点接到误差放大器(Error Amp)负输入端，该误差放大器是个跨到放大器，误差放大器与接其输出的电容Ccomp构成一个积分电路，带宽远小于市电频率。这样，由于误差放大器带来的很高的环路增益使得误差放大器正负输入端表现虚短特性，在系统达到稳定时VFB电压波形在系统交流输入频率一个周期内的平均值与芯片内部基准电压Vref相等。此时，电容Ccomp保持一定的电压，并通过锯齿波和比较器转换成占空比信息传递到M1，调整M1的导通占空比来调整LED电流的大小。该环路处在一个高环路增益的负反馈环路里，在设计范围内的线电压(交流电幅值)变化、负载电压变化(通过FB传递变化信息)、温度变化或器件特性退化都可通过环路调整占空比来对输出电流保持稳定。本设计通过独特的采样保持电路的设计模拟输出电流的波形，从而把输出电流稳定在Vref/Rcs上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (3)

1.一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，其特征在于，包括输入端L、输入端N、整流桥BRG、二极管D1、电感L1、电阻Rdum、电容Cout、灯组LEDs、辅助绕组Laux、电阻RFB1、电阻RFB2、电容CFB、功率开关管M1、采样电阻Res、驱动模块Driver、比较器Comparator、锯齿波发生模块Saw Wave、采样保持模块Sample&Hold、电容Ccomp、误差放大器Error Amp以及反馈检测模块FB Detection，其中，所述整流桥BRG第一端与所述输入端L相连接，所述整流桥BRG第二端与所述输入端N相连接，所述整流桥BRG第三端接地，所述整流桥BRG第四端分别与所述二极管D1的负极、所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout以及所述灯组LEDs的正极相连接，所述二极管D1的负极与所述电感L1第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电阻Rdum的一端、所述电容Cout一端和所述灯组LEDs的LEDs的负极相连接，所述电感L1的一侧设置有与所述电感L1相配合的所述辅助绕组Laux，所述辅助绕组Laux的第一端与所述电阻RFB1连接，所述辅助绕组Laux的第二端分别接地线、所述电阻RFB2的一端和所述电容Cout的一端相连接，所述电阻RFB2的另一端同时连接有所述电阻RFB1和所述电容CFB，所述电容CFB、所述电阻RFB1和电阻RFB2一端同时连接有所述反馈检测模块FB Detection，所述功率开关管M1第一端同时连接有所述二极管D1正极和所述电感L1一端，所述功率开关管M1第二端连接有所述驱动模块Driver一端，所述功率开关管M1第三端连接有所述采样保持模块Sample&Hold一端和所述采样电阻Rcs一端，所述电阻Rcs另一端接地，所述驱动模块Driver另一端连接有比较器Comparator一端，所述比较器Comparator的正电极与所述锯齿波发生模块Saw Wave相连接，所述比较器Comparator的负电极同时与所述误差放大器Error Amp第一端和所述电容Ccomp一端相连接，所述电容Ccomp的另一端接地，所述误差放大器Error Amp的正电极连接有芯片内部基准电压Vref，所述误差放大器Error Amp的负电极连接有所述采样保持模块Sample&Hold，所述误差放大器Error Amp第二端与所述反馈检测模块FB Detection一端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，其特征在于，所述采样保持模块Sample&Hold包括输入端In、输出端Out、采样开关管M1、采样开关管M2、采样开关管M3、运算放大器Amp、采样脉冲PWM、采样脉冲PWMb、电容C1、电阻R、其中，所述采样开关管M1第一端连接有所述输入端In，所述采样开关管M1第二端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M1第三端同时连接有所述电容C1一端、所述运算放大器Amp的正电极和所述采样开关管M3一端，所述采样开关管M3一端连接有所述采样脉冲PWM，所述采样开关管M3输出端连接有所述采样开关管M3和所述输出端Out的一端，所述电容C1另一端接地，所述运算放大器Amp的负电极连接有所述电阻R，所述电阻R一端接地，所述电阻R连接有所述采样开关管M3，所述采样开关管M3一端与所述采样脉冲PWMb相连接。

3.根据权利要求1所述的一种高PF恒流电路中电流检测及恒流实现方式，其特征在于，所述输入端L与所述输入端N输入值为频率50-60Hz、电压85V-265V的交流电。