CN110381633A - 功率因数优化电路及应用其的led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率因数优化电路及应用其的LED驱动电路，所述功率因数优化电路包括：电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与电流调节电路连接；电流调节电路，与所述晶体管的控制端连接，用于调节流经电流产生电路的电流和持续时间。本发明可以提高电路的功率因数，满足高功率因数的要求，也减少了对电网的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种功率因数优化电路及应用其的LED驱动电路。
背景技术
电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。功率因数越高，其对电网的影响就越小，无功功率会比较小，输电线的损耗就会变小。因此，对用电设备的功率因数是有要求的，尤其是电网质量比较差的国家和地区，对功率因数的要求更高。
以LED驱动电路为例，通常可以采用线性驱动器或开关电源驱动器，但都存在功率因数不能满足要求的可能。若采用复杂的功率因数校正电路则会大大增加LED驱动电路的成本。综上，现有技术还没有低成本的技术方案来解决功率因数偏低的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种的功率因数优化电路及应用其的LED驱动电路，用以解决现有技术存在的的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的功率因数优化电路，包括：
电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与电流调节电路连接；
电流调节电路，与所述晶体管的控制端连接，用于调节流经电流产生电路的电流和持续时间。
可选的，所述功率因数优化电路包括使能电路，所述使能电路输出使能信号，所述电流调节电路接收所述使能信号，在所述使能信号有效期间，所述电流调节电路控制所述电流产生电路产生相应的电流。
可选的，所述使能电路包括电压检测模块，所述电压检测模块采样所述输入电压，得到输入电压采样信号，并与第一阈值进行比较，使得在输入电压达到所述第一阈值时，所述使能电路输出有效的使能信号。
可选的，所述使能电路包括电压检测模块，所述电压检测模块检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述使能电路输出有效的使能信号。
可选的，所述使能电路还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器接收所述电压检测模块的检测结果，根据所述检测结果发出脉冲信号，所述脉冲信号作为使能信号，其脉宽表征流经电流产生电路电流的持续时间。
可选的，所述电流调节电路包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端接收第一参考信号，其第二输入端接收电流采样信号，所述电流采样信号为流经所述电流产生电路电流的采样信号，所述运算放大器的输出端与所述晶体管的控制端连接。
本发明还提供另外一种功率因数优化电路，包括：
电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与电流调节电路连接；
开关控制电路，与所述晶体管的控制端连接，采样输入电压，并根据所述输入电压控制所述电流产生电路的通断和持续时间。
可选的，所述开关控制电路产生开关控制信号，所述晶体管的控制端接收所述开关控制信号。
可选的，所述开关控制电路采样所述输入电压，得到输入电压采样信号，并与第一阈值进行比较，使得在输入电压达到所述第一阈值时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号，或者，所述开关控制电路检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号。
本发明还提供一种LED驱动电路，包括整流桥和上述任意一种功率因数优化电路，所述整流桥接收交流电源，并对交流电源整流后得到输入电压，所述功率因数优化电路连接于所述输入电压的两端。
采用本发明，与现有技术相比，具有以下优点：采用本发明，通过控制电流产生电路在特定时刻(如输入电压过零点)产生电流，以提高电路系统的功率因数。本发明可以提高电路的功率因数，满足高功率因数的要求，也减少了对电网的影响。
附图说明
图1为本发明功率因数优化电路实施例一的结构原理图；
图2为使能电路的电路示意图；
图3为电流调节电路的电路示意图；
图4为本发明第一种工作波形图；
图5为本发明第二种工作波形图；
图6为本发明第三种工作波形图；
图7为本发明功率因数优化电路实施例二的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1所示，示意了本发明功率因数优化电路实施例一的结构原理。本发明的功率因数优化电路，包括电流产生电路、电流调节电路和使能电路，所述电流产生电路连接在输入电压的两端，包括晶体管S1和电阻R1，所述晶体管S1和电阻R1串联，所述晶体管S1的控制端与电流调节电路连接。所述电流调节电路与所述晶体管S1的控制端连接，用于调节流经电流产生电路的电流iR的大小和持续时间。
所述使能电路为可选件，所述使能电路输出使能信号EN，所述电流调节电路接收所述使能信号EN，在所述使能信号EN有效期间，所述电流调节电路控制所述电流产生电路产生相应的电流。在本实施例中，与输入电压Vin连接，用于检测输入电压Vin的状态来决定使能信号EN的生效时刻。
本发明功率因数优化电路应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括整流桥和功率因数优化电路，所述整流桥接收交流电源Vi，并对交流电源整流后得到输入电压Vin，所述功率因数优化电路连接于所述输入电压Vin的两端。所述整流桥由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4连接而成。LED驱动电路的输出电压Vo可直接与负载连接，也可以连接线性驱动或开关驱动电路。
参考图2所示，示意了使能电路的一种实施方式。所述使能电路包括电压检测模块，所述电压检测模块采样所述输入电压Vin，得到输入电压采样信号Vs，并与第一阈值Vth1进行比较，使得在输入电压Vs达到所述第一阈值Vth1时，所述使能电路输出有效的使能信号EN。为了更好地获得提升功率因数的效果，可以在输入电压Vin过零的时刻输出有效的使能信号EN。
所述电压检测模块包括第一比较器comp1，所述第一比较器comp1第一输入端接收所述输入电压采样信号Vs，其第二输入端接收所述第一阈值Vth1，其输出端输出表征二者比较结果的信号。所述使能电路还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器接收所述电压检测模块的检测结果，根据所述检测结果发出脉冲信号，所述脉冲信号作为使能信号，其脉宽表征流经电流产生电路电流的持续时间，脉宽可以预设，也可以受控可调。脉冲发生器并非必须的元起件，可以将第一比较器comp1的输出端输出的信号作为使能信号。
当所述输入电压Vth1趋近于零时，所述电压检测模块检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述使能电路输出有效的使能信号。
参考图3所示，示意了电流调节电路的具体结构。所述电流调节电路包括运算放大器A1，所述运算放大器A1的第一输入端接收第一参考信号Vref1，其第二输入端接收电流采样信号Vis，所述电流采样信号Vis为流经所述电流产生电路电流的采样信号，所述运算放大器A1的输入端与所述晶体管S1的控制端连接。所述运算放大器A1接收使能信号EN，在使能信号EN有效时，所述运算放大器A1工作。或者通过开关控制运算放大器A1输出端与晶体管S1的控制端之间连接的通断。
以上实施例中，所述电流调节电路中的晶体管S1工作在线性模式，通过所述运算放大器A1调节使得电流采样信号Vis等于第一参考信号Vref1。
如图4所示，示意了本发明的第一种工作波形。示意了输入电压Vi波形和输出电流io波形。即通过检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述电流产生电路产生相应电流。图4示意了在T0区间产生了稳定的电流ir。
如图5所示，示意了本发明的第二种工作波形。也是通过检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述电流产生电路产生相应电流。图5示意了在T0区间产生了随输入电压变化的电流ir，这样使得其相位与输入电压更接近，有利于进一步提高功率因数。在技术上则需要使第一参考信号Vref1从零缓慢上升，例如，通过对电容充电的方式产生第一参考信号Vref1。
如图6所示，示意了本发明的第三种工作波形。通过设置第一阈值Vth1，每半个工频周期会有两个区间，所述输入电压采样信号Vs低于所述第一阈值Vth1，则电流产生电路产生相应电流ir。
如图7所示，示意了本发明功率因数优化电路实施例二的结构原理。包括：
电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与开关控制电路连接；
开关控制电路，与所述晶体管的控制端连接，采样输入电压，并根据所述输入电压控制所述电流产生电路的通断和持续时间。
在实施例二中，晶体管S1工作于开关模式，所述开关控制电路产生开关控制信号，所述晶体管的控制端接收所述开关控制信号。
对于开关控制电路的具体实现可以参考实施例一中的使能电路。均采用两种方案：所述开关控制电路采样所述输入电压，得到输入电压采样信号，并与第一阈值进行比较，使得在输入电压达到所述第一阈值时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号，或者，所述开关控制电路检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功率因数优化电路，包括：
电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与电流调节电路连接；
电流调节电路，与所述晶体管的控制端连接，用于调节流经电流产生电路的电流和持续时间。
2.根据权利要求1所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述功率因数优化电路还包括使能电路，所述使能电路输出使能信号，所述电流调节电路接收所述使能信号，在所述使能信号有效期间，所述电流调节电路控制所述电流产生电路产生相应的电流。
3.根据权利要求2所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述使能电路包括电压检测模块，所述电压检测模块采样所述输入电压，得到输入电压采样信号，并与第一阈值进行比较，使得在输入电压达到所述第一阈值时，所述使能电路输出有效的使能信号。
4.根据权利要求2所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述使能电路包括电压检测模块，所述电压检测模块检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述使能电路输出有效的使能信号。
5.根据权利要求3或4所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述使能电路还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器接收所述电压检测模块的检测结果，根据所述检测结果发出脉冲信号，所述脉冲信号作为使能信号，其脉宽表征流经电流产生电路电流的持续时间。
6.根据权利要求2-4任意一项所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述电流调节电路包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端接收第一参考信号，其第二输入端接收电流采样信号，所述电流采样信号为流经所述电流产生电路电流的采样信号，所述运算放大器的输出端与所述晶体管的控制端连接。
7.一种功率因数优化电路，其特征在于：包括：
电流产生电路，连接在输入电压的两端，包括晶体管，所述晶体管的控制端与开关控制电路连接；
开关控制电路，与所述晶体管的控制端连接，采样输入电压，并根据所述输入电压控制所述电流产生电路的通断和持续时间。
8.根据权利要求7所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述开关控制电路产生开关控制信号，所述晶体管的控制端接收所述开关控制信号。
9.根据权利要求7或8所述的功率因数优化电路，其特征在于：所述开关控制电路采样所述输入电压，得到输入电压采样信号，并与第一阈值进行比较，使得在输入电压达到所述第一阈值时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号，或者，所述开关控制电路检测所述输入电压的过零点，当检测到输入电压过零时，所述开关控制电路输出有效的开关控制信号。
10.一种LED驱动电路，其特征在于：包括整流桥和权利要求1-9任意一种功率因数优化电路，所述整流桥接收交流电源，并对交流电源整流后得到输入电压，所述功率因数优化电路连接于所述输入电压的两端。
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