CN201499084U - 具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路，其包含有一主动式功率因数控制器、一补偿单元及一驱动电路，其中该补偿单元包含一第一及第二RC电路及一电子开关，该第二RC电路与电子开关串联后并连接至第一RC电路，又第一RC电路分别连接至该主动式功率因数控制器的二输入端，因此当驱动电路控制电子开关导通时，即决定第二RC电路是否与第一RC电路并联；反之，则仅第一RC电路与主动式功率因数控制器连接；是以，该补偿单元能补偿主动式功率因数控制器的回授速度。

Description

具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路

技术领域

本实用新型涉及一种主动式功率因数修正电路，特别是涉及一种具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路。

背景技术

请参阅图7所示，为一种现有的主动式功率因数修正控制电源电路90的电路图，其包含一第一整流滤波电路91、一主动式功率因数修正电路92、一补偿单元93、一第二整流滤波电路94及一回授电压电路95。

上述整流滤波电路91连接一交流电源，将交流电源转换为一第一直流电源后输出；

上述主动式功率因数修正电路92进一步具有：

一变压器921，其具有一次侧及二次侧，一次侧是通过一主动开关Q1与前述整流滤波电路91串接，二次侧是感应该一次侧电流以输出一感应电流；

一主动式功率因数控制器922，其一驱动输出端连接至该主动开关Q1的控制端，并包含有一运算放大器及第一与第二补偿输入端，该第一补偿输入端连接至主动式功率因数控制器922内部的运算放大器的反向输入端，该第二补偿输入端为主动式功率因数控制器922内部的运算放大器的输出端。

上述补偿单元93连接该主动式功率因数控制器的二补偿输入端，其具有一电阻R2及一与电阻串联的电容C1，该串联的电容C1电阻连接至该第一及二补偿输入端，令主动式功率因数控制器922的运算放大器构成一比例积分微分控制器PID，如此可于0Hz频率处产生一个极点，而电阻电容会在特定频率处提供一个零点，特定频率是由电阻及电容值决定的，避免整体电源电路振荡，而能实现稳定控制。

上述第二整流滤波电路94连接该变压器921的二次侧，以将二次侧的感应电流整流滤波并于输出端输出一第二直流电源。

上述回授电压电路95连接该第二整流滤波电路94的输出端，是由一光耦合器以得知该第二直流电源的变化，并将该直流电源变化反应至该主动式功率因数控制器922，令该主动式功率因数控制器922依据第二直流电源变化控制主动开关Q1的导通时间，稳定第二直流电源的电压。

以上为现有的主动式功率因数修正控制电源电路90的电路说明，目前主动式功率因数修正控制电源电路90是依据使用交流电源不同而概分成有低压式电源电路、高压式电源电路及全域式电源电路，其中全域型电源电路是指其可使用90～264伏特的交流电源；再以中国台湾地区所使用交流电源规格来说，低压式电源电路是使用110伏特交流电源，而高压式电源电路则使用220伏特交流电源。

上述主动式功率因数修正控制电源电路90若使用220伏特的交流电源，则其补偿单元93的电阻值需设计在10K欧姆以下、电容值需设计在220nF以上，才可同时满足回授响应的速度及IEC61000-3-2的Class C或Class D的要求；又该主动式功率因数修正控制电源电路90使用110伏特的交流电源，该补偿单元93的电阻值需设计在10K欧姆以上、电容值需设计在220nF以下，才能同时满足回授响应的速度及IEC61000-3-2的Class C或Class D的要求。因此，上述主动式功率因数修正控制电源电路90若设计为低压式或高压式电源电路，则其补偿电路的电阻及电容仅需选用符合前述设计条件即可；但是若设计成全域式电源电路，因为可供使用者使用110伏特或220伏特的交流电源，若选择220伏特的电阻及电容设计条件，虽也能满足用于110伏特交流电源的IEC61000-3-2的Class C或Class D要求，但却让回授速度变慢，导致当输入电压有10％瞬间变动，输出电压会跟着有1％变动，以应用于背光模块驱动电路来说，1％输出电压变化即会造成光源闪烁的严重缺陷；反之，若全域式电源电路采用110伏特交流电源的补偿电路设计，虽然可以提高回授速度，但若用于220伏特交流电源时，因为采用220伏特交流电源时电源电路的增益较使用110伏特交流电源时来得大，故若仍使用110伏特交流电源用的电阻电容补偿值，会造成振荡，而且也无法满足220伏特交流电源的IEC61000-3-2的Class C或Class D的要求；因此，现有全域式电源电路采用固定值的电阻、电容，无法同时满足使用110伏特或220伏特交流电源时的回授速度及IEC61000-3-2的Class C或Class D的要求。

发明内容

因此，本实用新型主要目的是提供一种具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路，通过二段式补偿功能让电源电路使用高或低电压交流电源时，能获得适当回授速度，并符合对应交流电源下的IEC61000-3-20的Class C或Class D的要求。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路，其包含有：

一主动式功率因数控制器，其具有二补偿输入端，分别为一第一及第二补偿输入端，是供以一输入电压与一输入电流具有同相位；

一补偿单元，具有一第一RC电路、一第二RC电路及一电子开关，其中第一RC电路连接至该主动式功率因数控制器的第一及第二补偿输入端，而该第二RC电路与该电子开关串联后并联至第一RC电路；

一驱动电路，连接该补偿单元的电子开关控制端，以控制电子开关启闭而决定该第二RC电路是否与第一RC电路并联。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该电子开关为一晶体管。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该电子开关为至少一光耦合器的光敏晶体管，又各至少一光耦合器的发光二极管连接至该驱动电路。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该电子开关是由二光耦合器的二光敏晶体管并联而成，又二光耦合器的二发光二极管为串联后连接至该驱动电路。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该电子开关包含有：二晶体管，相互并联；及一光耦合器，其光敏晶体管连接至二并联晶体管的控制端，又该光耦合器的发光二极管连接至该驱动电路。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该晶体管为MOSFET或BJT，其中MOSFET的控制端为闸极，而BJT的控制端为基极。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该驱动电路包含有：一分压器，是由至少二电阻串接而成，其中一电阻与滤波电容并联，其中该并联节点连接至该电子开关的控制端。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该驱动电路包含有：一比较器，其包含有一正向输入端、一反向输入端及一输出端；一参考电压电路，连接至该正向输入端，以提供比较器一参考电压；一负载信号检知电路，供负载连接，以检知目前负载电源电压予比较器的反向输入端；及一光耦合器驱动器，连接该光耦合器的发光二极管，其控制端连接至该比较器的输出端，以驱动发光二极管亮灭。

上述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路中，该光耦合器驱动器为一晶体管。

本实用新型是主要设计主动式功率因素控制器具有二段式补偿电路，其中该驱动电路在电源电路使用高压交流电源输入时，控制电子开关开启导通，令第二RC电路与第一RC电路并联，提供一个极点，在使用高压交流电源下的电源电路获得补偿得到较佳的回授速度，并满足使用高压交流电源的IEC61000-3-20的Class C或Class D要求；再者，该驱动电路在电源电路使用低压交流电源时，令电子开关关闭不导通，仅由第一RC电路提供主动式功率因素控制器的补偿，以提供使用低压交流电源的适当回授速度补偿，并满足使用低压交流电源的IEC61000-3-20的Class C或Class D要求。

由于电源电路输入交流电源的电压变化会同时造成电源电路的输出端电压变动，故本实用新型的驱动电路也可反应输出端电压变化，决定补偿电路的电子开关开启或关闭，避免满载振荡无法稳定控制的情况产生。

附图说明

图1为本实用新型的电路方块图。

图2为本实用新型第一较实施例的电路图。

图3为本实用新型第二较实施例的电路图。

图4为本实用新型第三较实施例的电路图。

图5为本实用新型第一较佳实施例应用于一电源电路的电路图。

图6为本实用新型第二较佳实施例应用于一背光模块电源电路的电路图。

图7为现有的主动式功率因数校正电源电路的电路图。

主要元件符号说明：

(10)第一整流滤波电路

(10a)第一整流滤波电路

(11)交流电源

(20)主动式功率因数控制单元

(20a)主动式功率因数控制单元

(21)变压器

(211)一次侧

(212)二次侧

(22)主动式功率因数控制器

(30)(30a)(30b)补偿单元

(31)第一RC电路

(31a)第一RC电路

(32)第二RC电路

(40)(40a)(40b)驱动电路

(50)第二整流滤波电路

(50a)第二整流滤波电路

(51a)第三整流滤波电路

(60)回授电压电路

(60a)回授电压电路

(70a)直流转直流电源电路

(71a)变压器

(711a)一次侧

(712a)第一二次侧

(713a)第二二次侧

(80a)连接单元

(90)主动式功率因数修正控制电源电路

(91)第一整流滤波电路

(92)主动式功率因数修正电路

(921)变压器

(93)补偿器

(94)第二整流滤波电路

(95)回授电压电路

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型的主动式功率因数修正电路的方块图，包含有一主动式功率因数控制器22、一补偿单元30及一驱动电路40，其中该主动式功率因数控制器22是用以控制一电源电路中与变压器一次侧串联的主动开关Q1。

请配合参阅图2所示，为本实用新型的第一较佳实施例，上述主动式功率因数控制器22包含有一驱动输出端、一第一及第二补偿输入端。其中该驱动输出端连接至该主动开关Q1的控制端，以控制该主动开关Q1的导通、截止；在本实施例中该主动开关为一MOSFET，故其控制端为闸极。至于该第一补偿输入端则连接至主动式功率因数控制器22内部的一运算放大器的反向输入端，而该第二补偿输入端连接至该运算放大器的输出端。

上述补偿单元30连接至该主动式功率因数控制器22的第一及第二补偿输入端，以对主动式功率因数控制器22进行回授速度的补偿。该补偿单元30包含有一第一RC电路31、一第二RC电路32及一电子开关Q2；在本实施例中，该一电子开关Q2为MOSFET。该第一RC电路31的两端分别连接至该第一及第二补偿输入端，与该运算放大器构成一比例积分微分控制器PID。又该第二RC电路32是通过该电子开关与第一RC电路31并联，即该电子开关的汲极和源极串联于第一及第二RC电路之间。

上述驱动电路40连接该电子开关Q2的控制端，以控制该电子开关Q2的开启及关闭，又该驱动电路40能反应输入交流电源的电压高低或负载的重载或轻载；并在不同状态下控制电子开关Q2开启及关闭，决定第二RC电路32是否与第一RC电路31并联，改变该主动式功率因数控制器22的补偿值。

在本实施例中，该驱动电路40是反应电源电路输入交流电源电压高低状态，故该驱动电路40包含有一分压器(R11，R12)及一滤波电容C6，其中该滤波电容C6与分压器(R11，R12)的电阻R12并联，其并联节点连接至该电子开关的控制端，当电阻R12压降高于电子开关(Q2)MOSFET的偏压时，该电子开关Q2即导通，而令第二RC电路32与第一RC电路31并联，提供主动式功率因数控制器22一极点，令主动式功率因数控制器22应用于高压交流电源时，不因高增益而产生振荡，且能具有一较佳的回授速度。反之，当分压器的电阻R12压降低于该电子开关(Q2)MOSFET的偏压时，该电子开关Q2即关闭不导通，此时第二RC电路32不再与第一RC电路31并联，因此该主动式功率因数控制器22仅由第一RC电路31提供补偿，令该主动式功率因数控制器22在低压交流电源下，具有更快的回授速度；是以，本实施例的驱动电路可感知目前输入交流电源的电压高低，决定电子开关Q2启闭，令补偿电路依不同交流电源提供该主动式功率因数控制器22适当补偿。

请参阅图3所示，该驱动电路40a反应负载的重载及轻载状态，其包含有：

一比较器U2A，其包含有一正向输入端、一反向输入端及一输出端；

一参考电压电路41a，连接至该正向输入端，以提供比较器一参考电压；

一负载信号检知电路42a，供负载连接，以检知目前负载电源电压予比较器的反向输入端；及

一光耦合器驱动器Q1，供至少一光耦合器的发光二极管连接，其控制端连接至该比较器的输出端，以驱动发光二极管亮灭，该光耦合器驱动器为一npn型式的BJT，故其控制端为基极。在本实施例中，使用二光耦合器，其中二发光二极管是串接后与该光耦合器驱动器Q1串联。

上述比较器U2A比对负载电源电压及参考电压大小，当负载电源电压低于参考电压时，该比较器U2A输出一高电位信号驱动光耦合器驱动器U2A，令该光耦合器驱动器U2A点亮光耦合器的发光二极管，而在本实施例中，补偿单元30a的电子开关是由二光耦合器的二并联光敏晶体管取代，故当发光二极管点亮时，光敏晶体管即导通，令第二RC电路32a与第一RC电路31a并联；反之，当负载电源电压高于参考电压时，驱动器即不点亮发光二极管，令光敏晶体管不再导通，故第二RC电路不再与第一RC电路并联。是以，当负载瞬间变化时，该瞬间的负载电源电压会拉低，此时仅有第一RC电路提供主动式功率因数控制器补偿，令输出电压变化小。

请参阅图4所示，为本实用新型第三较佳实施例，其电路大多与第二较佳实施例相同，但是补偿单元30b的电子开关的设计是合并第一及第二较佳实施例的电子开关的设计。意即，本实施例的电子开关包含有：二晶体管Q1、Q2，相互并联；在本实施例中各晶体管为BJT，其中基极为控制端；

一光耦合器，其光敏晶体管PH1B连接至二并联晶体管Q1、Q2的控制端，又该光耦合器的发光二极管PH1A连接至该驱动电路40b。在本实施例中，该驱动电路40b与第二较佳实施例相同，但是其光耦合器驱动电路是与一光耦合器的单颗发光二极管PH1A串接。

为更清楚了解上述本实用新型第一及第二较佳实施例的应用，以下再举二组电源电路分别采用本实用新型第一及第二较佳实施例进行说明。

首先请参阅图5所示，为一种主动式功率因数校正电源电路，包含有：

一第一整流滤波电路10，连接一交流电源11以转换输出一第一直流电压以产生一第一直流电源。

一主动式功率因数控制单元20，进一步包含有一变压器21及本实用新型第一较佳实施例的主动式功率因数修正电路，其中该变压器具有一次侧211及二次侧212，该一次侧211的一端连接该第一整流滤波电路10的输出端，其另一端连接一主动开关Q1的汲极，该二次侧212感应该第一直流电流而输出一第二直流电流；又该主动功率因数修正电路的驱动电路40的分压器，连接至第一整流滤波电路10，故可反应目前输入交流电源11的电压高低。

一第二整流滤波电路50，连接该变压器21的二次侧212，以将二次侧212的感应电流整流滤波并在输出端输出一第二直流电压；

一回授电压电路60，连接第二整流滤波电路50的输出端，其是通过一光耦合器与该主动式功率因数控制器22连接，达到隔离效果，并将该第二直流电压变化反应至主动式功率因数控制器22，使该主动式功率因数控制器22依据直流电压变化控制主动开关Q1的导通时间，稳定第二直流电源的电压。

本应用例的主动式功率因数控制器具有二段式补偿电路，其中该驱动电路在电源电路使用高压交流电源输入时，控制电子开关开启导通，令第二RC电路与第一RC电路并联，提供一个极点，在使用高压交流电源下的电源电路获得补偿得到较佳的回授速度，并满足使用高压交流电源的IEC61000-3-20的Class C或Class D要求；再者，该驱动电路在电源电路使用低压交流电源时，令电子开关关闭不导通，仅由第一RC电路提供主动式功率因数控制器的补偿，以提供使用低压交流电源的适当回授速度补偿。

主动式功率因数控制器22接于一220伏特交流电源，该分压电阻R12上的电压可以导通该电子开关Q2，使第二RC电路32与第一RC电路31并联；本实施例接于一110伏特交流电源，该分压电阻R12上的电压不足以导通该电子开关Q2，令该第一RC电路31作较佳的补偿。

由上述可知，通过不同的交流电源，令补偿单元有两段式的补偿，供以同时达成回授速度及IEC61000-3-2的Class C或Class D的要求。

请参阅图6所示，是一背光模块电源电路，包含：

一第一整流滤波电路10a，连接一交流电源11以转换输出一第一直流电压。

一主动式功率因数控制单元20a，包含有一输出电容CK1及本实用新型第二较佳实施例的主动式功率因数修正电路，其中该输出电容CK1是通过该第一主动开关Q1连接至该第一整流滤波电路10a的输出端。

一直流转直流电源电路70a，连接该主动式功率因数控制单元20a的输出电容CK1，其进一步包含有：

一变压器71a、一第二主动开关Q2及一脉宽调变IC(U2)，其中该变压器21a具有一次侧711a与第一二次侧712a及第二二次侧713a，该第二主动开关Q2是通过该一次侧711a与输出电容CK1串接，而该脉宽调变IC(U2)连接至该第二主动开关Q2的控制端。

一第二整流滤波电路50a，连接该变压器71a第一二次侧712a，其整流滤波其感应电流而输出一第二直流电压。

一第三整流滤波电路51a，连接该变压器71a第二二次侧713a，其整流滤波其感应电流而输出一第三直流电压。

一回授电压电路60a，连接第二整流滤波电路50a的输出端，是由两光耦合器以得知第三直流电压的变化，并将该直流电压变化反应至该控制IC(U2)，令该控制IC(U2)依据直流电压变化控制第二主动开关Q2的导通时间，稳定第二及三直流电压。

一连接单元80a，供负载对应接脚连接，其包含有二组直流电源接脚及负载状态接脚，其中二组直流电源接脚连接第二及第三整流滤波电路50a、51a的输出端，以取得第二及第三直流电压，而负载状态接脚则连接至该驱动电路比较器的反向输入端。

由于此一背光模块的电源电路为隔离式电源电路，故连接单元80a接地端与主动式功率因数控制器22不同，故采用本实用新型第二较佳实施例，即该驱动电路比较器的反向输入端连接至连接单元80a的负载状态接脚，当该负载状态接脚输出低电位信号反应目前为轻载时，则此电源电路的主动式功率因数控制器22以并联的第一及第二RC电路进行回授速度补偿；反之，若该负载状态接脚输出高电位信号反应目前为重载时，则此电源电路的主动式功率因数控制器22仅与第一RC电路31a进行回授速度补偿，令回授速度加快，避免输入电压变化对输出电压造成大变动。

Claims (10)

1.一种具有二段式补偿功能的主动式功率因数修正电路，其特征在于，包含有：

一主动式功率因数控制器，其具有二补偿输入端，分别为一第一及第二补偿输入端，是供以一输入电压与一输入电流具有同相位；

一补偿单元，具有一第一RC电路、一第二RC电路及一电子开关，其中第一RC电路连接至该主动式功率因数控制器的第一及第二补偿输入端，而该第二RC电路与该电子开关串联后并联至第一RC电路；

一驱动电路，连接该补偿单元的电子开关控制端，以控制电子开关启闭而决定该第二RC电路是否与第一RC电路并联。

2.根据权利要求1所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该电子开关为一晶体管。

3.根据权利要求1所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该电子开关为至少一光耦合器的光敏晶体管，又各至少一光耦合器的发光二极管连接至该驱动电路。

4.根据权利要求3所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该电子开关是由二光耦合器的二光敏晶体管并联而成，又二光耦合器的二发光二极管为串联后连接至该驱动电路。

5.根据权利要求1所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于，该电子开关包含有：

二晶体管，相互并联；及

一光耦合器，其光敏晶体管连接至二并联晶体管的控制端，又该光耦合器的发光二极管连接至该驱动电路。

6.根据权利要求2或5所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该晶体管为MOSFET或BJT，其中MOSFET的控制端为闸极，而BJT的控制端为基极。

7.根据权利要求2所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于，该驱动电路包含有：

一分压器，是由至少二电阻串接而成，其中一电阻与滤波电容并联，其中该并联节点连接至该电子开关的控制端。

8.根据权利要求3、4或5所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于，该驱动电路包含有：

一比较器，其包含有一正向输入端、一反向输入端及一输出端；

一参考电压电路，连接至该正向输入端，以提供比较器一参考电压；

一负载信号检知电路，供负载连接，以检知目前负载电源电压予比较器的反向输入端；及

一光耦合器驱动器，连接该光耦合器的发光二极管，其控制端连接至该比较器的输出端，以驱动发光二极管亮灭。

9.根据权利要求8所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该光耦合器驱动器为一晶体管。

10.根据权利要求9所述的具有二段式补偿功能的主动式功率因数控制电路，其特征在于：该晶体管为MOSFET或BJT。

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