CN202565157U - 一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流方法及电路,通过设计电源开关控制器B1的一个引脚FB检测所述MOS管的漏极电压,将所述FB引脚电压与所述MOS管的漏极电压形成一定的比例关系,使得电源开关控制器B1运行在固定频率非连续导通模式下,通过调节所述补偿电容C2获得高的功率因数校正,恒定的输出电流通过维持所述次级二极管D1开始放电到完全放电完毕为止的时间和开关周期的恒定比例来达到的。

Description

一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路
技术领域
本发明涉及升降压型开关变换器控制恒流输出,尤其涉及将升降压型开关变换器控制电流恒定输出用于LED的电流驱动。
背景技术
LED照明已在企业照明、商业应用照明及住宅照明中得到了广泛的应用。近年来,越来越多的照明开始使用LED照明装置,许多国家也都制定了逐步淘汰传统的白炽灯具的时间表,而剩余的选择就是节能灯及LED灯。与相同照明效果的白炽灯相比,节能灯可以节省更多的电力,但它含有汞金属元素在内,会对环境造成很大的污染。此外,与LED灯相比,节能灯的使用寿命是有限的。LED灯发展很快,需要恒流输出的控制。目前,LED照明灯具要求交流直接输入、高效率、高功率因数、使用寿命长。参考图1,传统的升降压型开关变换器可以用来驱动LED灯,根据不同的应用需求,VIN和PVIN引脚可以连接在一起,也可以分开连接。BUCK-BOOST  (升降压型)模式是用来调节LED灯的输出电流,输入端的大电解电容C3可以保证高的输入电压。因为PVIN引脚端连接了大的输入电解电容,交流输入应用中的功率因数是很低的。此外,在高交流电输入的应用中,LED灯的输出电流控制也存在着问题。
参考图2,升降压型开关变换器在驱动LED灯时可以通过输入电压分压器来感应线路中的电压变化以获取高功率因数。该变换器可以检测到输入电压的变化,从而调整MOS开关管栅极的占空比以适应输入电压的变化,这样就能获得高功率因数。然而,图1和图2显示的两种方法都不能轻易地控制LED灯的恒流输出。
发明内容
针对上述技术缺陷,本发明提出一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路及方法。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案如下;
一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路,包括电感L1、MOS管电源开关、电源开关控制器B1、续流二极管D1、输出滤波电容C1,所述电源开关控制器B1包括第一抽样电路S/H、第二抽样电路S/H、SR锁存器电路、参考电压电路VREF、放大器电路A1、误差放大比较电路A3、比较电路A2、振荡器电路、驱动电路;
所述第一抽样电路S/H输出端同时连接所述SR锁存器电路的第一R端和所述误差放大比较电路A3的一端,所述第一抽样电路S/H的输入端FB连接在电阻R5和电阻R4之间并经过所述电阻R5后接地、经过所述电阻R4后连接所述电感L1、所述续流二极管D1的正极端和所述MOS管电源开关的漏极,所述参考电压电路VREF连接所述误差放大比较电路A3的正极,所述误差放大比较电路A3的负极连接所述放大电路A1的输出端,所述放大电路A1的输入端连接第二抽样电路S/H的输出端,所述第二抽样电路S/H的输入端一端GND接地,另一端CS连接在所述MOS管电源开关源极与电阻RSENSE之间,所述SR锁存器电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端GATE端连接所述MOS管电源开关的栅极,所述误差放大比较电路A3的输出端同时连接所述比较电路A2的负极及电容C2的一端,所述比较电路A2的正极连接振荡器电路的一端,所述比较电路A2的输出端连接所述SR锁存器电路的第二R端,所述SR锁存器电路的S端连接所述振荡器电路的另一端。
进一步的,所述电源开关控制器B1还包括第二比较电路A4和电流检测电路,所述第二比较电路A4连接所述电流检测电路后连接所述SR锁存器电路的第三R端。
进一步的,所述电源开关控制器B1还包括电压过压保护电路,所述电压过压保护电路连接在所述第一抽样电路输出端与所述SR锁存器电路的第一R端之间。
一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流方法,通过设计电源开关控制器B1的一个引脚FB检测所述MOS管的漏极电压,将所述FB引脚电压与所述MOS管的漏极电压形成一定的比例关系,使得电源开关控制器B1运行在固定频率非连续导通模式下,通过调节所述补偿电容C2获得高的功率因数校正,恒定的输出电流通过维持所述次级二极管D1开始放电到完全放电完毕为止的时间和开关周期的恒定比例来达到的。
附图说明
图1为传统的升降压型开关变换器;
图2为具有高功率因数的升降压型开关变换器;
图3为本发明的具有高功率因数的恒流输出升降压型开关变换器;
图4为检测MOS开关管漏极电压的波形示意图;
图5为本发明的实现电路图。
具体实施方式
如图3所示,本发明设定了一个恒定的开关频率,从而降低了设计电感参数的难度。本发明也消除了输入电压分压器,取而代之的是,它将电源开关控制器B1的FB引脚端的电压检测通过连接到SW端点(MOS管的漏极)。FB引脚电压从而与SW端点电压形成一定的比例关系,使得该变换器运行在DCM(非连续导通)模式下。FB引脚有双重作用:1)检测功率MOS开关管关断后电感的放电电流,直至电流为零;2)检测LED的开路条件,这对故障的自动保护很有利。输入端的大电解电容被消除,以获取高功率因数。电源开关控制器B1的COMP引脚连接了一个足够高的补偿电容来适应输入电压的变化以获取高的功率因数。补偿电容的选择使得COMP引脚的时间常数的倒数与输入线电压的频率相当,它决定了高功率因数是否能实现。
实施例一
图5是图3升降压型开关变换器控制恒流输出电路的具体实现方式,一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路,包括电感L1、MOS管电源开关、电源开关控制器B1、续流二极管D1、输出滤波电容C1,所述电源开关控制器B1包括第一抽样电路S/H、第二抽样电路S/H、SR锁存器电路、参考电压电路VREF,放大器电路A1、误差放大比较电路A3、比较电路A2、振荡器电路、驱动电路;所述第一抽样电路S/H输出端同时连接所述SR锁存器电路的第一R端和所述误差放大比较电路A3的一端,所述第一抽样电路S/H的输入端FB连接在电阻R5和电阻R4之间并经过所述电阻R5后接地、经过所述电阻R4后连接所述电感L1、所述续流二极管D1的正极端和所述MOS管电源开关的漏极,所述参考电压电路VREF连接所述误差放大比较电路A3的正极,所述误差放大比较电路A3的负极连接所述放大电路A1的输出端,所述放大电路A1的输入端连接第二抽样电路S/H的输出端,所述第二抽样电路S/H的输入端一端GND接地,另一端CS连接在所述MOS管电源开关源极与电阻RSENSE之间,所述SR锁存器电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端GATE端连接所述MOS管电源开关的栅极,所述误差放大比较电路A3的输出端同时连接所述比较电路A2的负极及电容C2的一端,所述比较电路A2的正极连接振荡器电路的一端,所述比较电路A2的输出端连接所述SR锁存器电路的第二R端,所述SR锁存器电路的S端连接所述振荡器电路的另一端。
上述电源开关控制器B1还可以包括第二比较电路A4和电流检测电路ENABLE CONTROL,当设计的时候有第二比较电路A4和电流检测电路时ENABLECONTROL,上述SR锁存器电路将增加一个R端,所述第二比较电路A4连接所述电流检测电路ENABLE CONTROL后连接SR锁存器电路新增加的那个R端。
为了对电源开关控制器B1进行过压保护,在所述电源开关控制器内部还可以包括电压过压保护电路OVP,所述电压过压保护电路OVP连接在所述第一抽样电路S/H输出端与所述SR锁存器电路的第一R端之间。
上述电路具体工作原理为:VIN端是用来提供电源控制器B1的供电,FB端是用来检测SW端的电压的(通过电阻R4和电阻R5的电压分压器),该电源控制器B1的COMP端是用来连接补偿电容作为高功率因数校正。CS端是用来检测开关管导通时的电流,GATE端是用来连接外接开关管的栅极作为驱动用。通过MOS开关管的电流经过CS端到第二抽样电路S/H抽样后由放大电路A1放大后进入误差放大器比较电路A3和VREF(基准电压)进行比较,比较的结果由在COMP端上的电容C2进行平滑,其电压和振荡器的斜坡在比较电路A2进行比较,得到相应的占空比,由SR锁存器输出带动驱动电路DRIVER去驱动MOS开关管。FB端的抽样电压用来连接误差放大器比较电路A3,用于调节其输出。
结合图4和图5,当该电路工作在DCM模式下时,次级二极管D1电流会充分释放给带LED的负载输出端,功率MOS开关管的漏极峰值电压为输入电压PVIN与负载LED二极管压降之和。这个放电时间(TDISCHARGE)定义为次级二极管D1开始放电到完全放电完毕为止的时间。为了保证恒定电流输出并有良好的控制,在恒定开关频率(即恒定周期T)的情况下,保证TDISCHARGE/T恒定不变是非常重要的(这里的T表示在电路中固定不变的开关周期)。次级二极管D1完全放电的时间是通过FB端的电压分压器检测变压器的第三边的下降沿来获取。控制器B1运行在固定频率DCM(非连续导通)模式以获得高的功率因数校正。电流的恒定输出通过检测TDISCHARGE/T和MOS开关管采样峰值电流来调整。上述两类信号都会传输给一个误差放大比较电路A3,从而让COMP引脚端的电容充放电流,使该电容两端的电压会根据反馈的信号做出相应的调整。误差放大比较电路A3的输出连同振荡器一起决定固定开关频率的占空比,恒定输出电流是通过调节占空比来实现。
上述实施方式不仅适用于市电输入方式,而且也适用于MR16灯的低压交流输入方式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (3)

1.一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路,包括电感L1、MOS管电源开关、电源开关控制器B1、续流二极管D1、输出滤波电容C1,其特征在于,所述电源开关控制器B1包括第一抽样电路S/H、第二抽样电路S/H、SR锁存器电路、参考电压电路VREF、放大器电路A1、误差放大比较电路A3、比较电路A2、振荡器电路、驱动电路;
所述第一抽样电路S/H输出端同时连接所述SR锁存器电路的第一R端和所述误差放大比较电路A3的一端,所述第一抽样电路S/H的输入端FB连接在电阻R5和电阻R4之间并经过所述电阻R5后接地、经过所述电阻R4后连接所述电感L1、所述续流二极管D1的正极端和所述MOS管电源开关的漏极,所述参考电压电路VREF连接所述误差放大比较电路A3的正极,所述误差放大比较电路A3的负极连接所述放大电路A1的输出端,所述放大电路A1的输入端连接第二抽样电路S/H的输出端,所述第二抽样电路S/H的输入端一端GND接地,另一端CS连接在所述MOS管电源开关源极与电阻RSENSE之间,所述SR锁存器电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端GATE端连接所述MOS管电源开关的栅极,所述误差放大比较电路A3的输出端同时连接所述比较电路A2的负极及电容C2的一端,所述比较电路A2的正极连接振荡器电路的一端,所述比较电路A2的输出端连接所述SR锁存器电路的第二R端,所述SR锁存器电路的S端连接所述振荡器电路的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路,其特征在于,所述电源开关控制器B1还包括第二比较电路A4和电流检测电路,所述第二比较电路A4连接所述电流检测电路后连接所述SR锁存器电路的第三R端。
3.根据权利要求1所述的一种高功率因数升降压型开关变换器控制恒流电路,其特征在于,所述电源开关控制器B1还包括电压过压保护电路,所述电压过压保护电路连接在所述第一抽样电路输出端与所述SR锁存器电路的第一R端之间。
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