CN203590016U - 双降压高功率因数恒流电路及装置 - Google Patents

双降压高功率因数恒流电路及装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种双降压高功率因数恒流电路及装置,该电路包括相互耦合的前级电路和后级电路,该前级电路为用于实现功率因数校正的降压电路;该后级电路用于实现直流-直流变换的降压变换电路;其中,该前级电路和后级电路共用同一个开关管以及母线电容。本实用新型的电路结构相比双级结构更为简单,有利于降低电路成本,而且相比单级式结构可以大大减小输出的纹波电流。

Description

双降压高功率因数恒流电路及装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及开关电源技术,尤其涉及一种双降压高功率因数恒流电路及装置。
背景技术
[0002]目前,大多数用电设备在接入电网时,输入交流电流无法随输入电压波形呈正弦变化,因而电流波形畸变严重,存在功率因数(PF)很低,谐波干扰严重,甚至影响周围其它用电设备的正常工作的问题。国际电工委员会(IEC)制定了 IEC61000-3-2谐波电流限制的标准,用以限制谐波干扰可能造成的不利影响。与此同时,为保证人在使用用电设备时的安全性,大部分交流-直流变换器都要求采用隔离式功率级设计,因而需采用光耦或其它隔离器件以实现控制电路的隔离,这样必然会增加控制电路的成本和复杂性。
[0003] 为了解决低功率因数的问题,单级或两级功率因数校正(PFC)电路技术已被广泛应用于交流-直流功率变换器。
[0004] 相对于单级功率因数校正技术,两级功率因数校正技术具有输出纹波小,功率因数高的特点,被广泛应用于功率因数校正电路中,其基本的原理框图如图1所示。输入交流电压经整流桥整流后输入到第一级功率因数校正变换器101,第一级功率因数校正变换器101常用以实现有源功率因数校正,常见的拓扑有升压(Boost),升降压(Buck-boost)以及降压(Buck)结构。由于输入电流要跟随输入电压的波形变化,因而输入功率是脉动的功率,故在第一级功率因数校正变换器101和第二级直流-直流变换器102之间通常有一个大容量的储能电容Cbulk,用以平衡脉动的交流输入功率和平稳的直流输出功率。第二级直流-直流变换器102能对输出的电压或电流实现有效的调整。
[0005] 但是,由于图1所示的方案存在两级功率电路,控制电路也需要对应的两部分,因而增加了电路的复杂性,且成本相对较高,损耗较大。
[0006] 另一种现有技术的单级功率因数校正电路如图2所示。其中,交流输入源接整流桥201的两个输入端,整流桥201的正输出端接电容Cin的第一端和变压器T的原边绕组Wp的同名端,变压器T的原边绕组Wp的异名端接开关管Q1的漏极,开关管Q1的源极接采样电阻Rsm的第一端,采样电阻Rsm的第二端接原边地,整流桥201的负输出端接电容Cin的第二端并同时接到原边地,副边电流模拟模块202的第一输入端接采样电阻Rsm的第一端,副边电流模拟模块202的第二输入端接变压器T的辅助绕组Wa的异名端,副边电流模拟模块202的输出端接PFC控制和驱动模块203的第一输入端,PFC控制和驱动模块203的第二输入端接变压器辅助绕组Wa的异名端,PFC控制和驱动模块203的输出端接开关管Q1的栅极。图2中,副边电流模拟模块202通过采样电阻Rsm获得原边开关电流信息,并模拟出副边电流信息,然后送入PFC控制和驱动模块203,以产生可调节输出恒流和PFC控制的驱动信号来控制开关管Q1,从而在单级变换电路中实现了输入功率因数校正和输出恒流。
[0007] 采用单级功率因数校正电路技术,需要在保证稳定输出直流电信号的同时实现高功率因数。采用这种方式,简化了功率电路结构以及控制电路的复杂性,变换器效率密度高,成本低,但存在输出电流纹波较大等缺点。
实用新型内容
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种双降压高功率因数恒流电路及装置,其电路结构相比双级结构更为简单,有利于降低电路成本,而且相比单级式结构可以大大减小输出的纹波电流。
[0009] 为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种双降压高功率因数恒流电路,包括相互耦合的前级电路和后级电路,其中,
[0010] 该前级电路为用于实现功率因数校正的降压电路;
[0011] 该后级电路用于实现直流-直流变换的降压变换电路;
[0012] 其中,该前级电路和后级电路共用同一个开关管以及母线电容。
[0013] 根据本实用新型的一个实施例,所述前级电路包括:
[0014] 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端;
[0015] 所述开关管,其第一功率端连接所述输入电容的第一端,其控制端接收外部的驱动信号;
[0016] 第三二极管,其阳极连接所述开关管的第二功率端;
[0017] 第二二极管,其阴极连接所述第三二极管的阴极,其阳极连接所述输入电容的第
二端
[0018] 所述母线电容,其第一端连接所述第三二极管的阴极;
[0019] 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第二端,其第二端连接所述母线电容的
第二端
[0020] 所述后级电路包括:
[0021] 所述母线电容;
[0022] 所述开关管;
[0023] 第一二极管,其阴极连接所述开关管的第一功率端,其阳极连接所述母线电容的
弟觸;
[0024] 采样电阻,其第一端连接所述开关管的第二功率端;
[0025] 第二电感,其第一端连接所述采样电阻的第二端;
[0026] 第四二极管,其阴极连接所述开关管的第二功率端,其阳极连接所述母线电容的
第二端
[0027] 根据本实用新型的一个实施例,所述后级电路还包括:
[0028] 输出负载,其第一端连接所述第二电感的第二端,其第二端连接所述第四二极管的阳极,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
[0029] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管导通时,所述前级电路的信号回路为:所述正输入端的信号经由所述开关管、第三二极管以及母线电容传输至所述负输入端,所述后级电路的信号回路为:所述母线电容的第一端的信号经由所述第一二极管、开关管、采样电阻、第二电感、输出负载传输至所述母线电容的第二端;所述开关管断开时,所述前级电路的信号回路为:流经所述第一电感的电流经由所述第二二极管和母线电容续流返回至所述第一电感;所述后级电路的信号回路为:流经所述第二电感的电流经由所述输出负载、第四二极管以及采样电阻续流返回至所述第二电感。
[0030] 根据本实用新型的一个实施例,所述前级电路包括:
[0031] 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端;
[0032] 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第一端;
[0033] 所述开关管,其第一功率端连接所述第一电感的第二端,其控制端接收外部的驱动信号;
[0034] 采样电阻,其第一端连接所述开关管的第二功率端;
[0035] 第二电感,其第一端连接所述采样电阻的第二端;
[0036] 所述母线电容,其第一端连接所述开关管的第一功率端;
[0037] 第一二极管,其阳极连接所述母线电容的第二端,其阴极连接所述输入电容的第
一端;
[0038] 所述后级电路包括:
[0039] 所述母线电容;
[0040] 所述开关管;
[0041] 所述采样电阻;
[0042] 所述第二电感;
[0043] 第二二极管,其阴极连接所述母线电容的第二端,其阳极连接所述输入电容的第
~.丄山
一觸;
[0044] 第四二极管,其阳极连接所述第二二极管的阳极,其阴极连接所述开关管的第二功率端。
[0045] 根据本实用新型的一个实施例,所述前级电路和后级电路还包括:输出负载,其第一端连接所述第二电感的第二端,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
[0046] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管导通时,所述前级电路的信号回路为:所述正输入端的信号经由所述第一电感、开关管、采样电阻、第二电感以及输出负载传输至所述负输入端,所述后级电路的信号回路为:所述母线电容的第一端的信号经由所述开关管、采样电阻、第二电感、输出负载和第二二极管传输至所述母线电容的第二端;所述开关管断开时,所述前级电路的信号回路为:流经所述第一电感的电流经由所述母线电容和第一二极管续流返回至所述第一电感;所述后级电路的信号回路为:流经所述第二电感的电流经由所述输出负载、第四二极管以及采样电阻续流返回至所述第二电感。
[0047] 根据本实用新型的一个实施例,所述前级电路包括:
[0048] 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端;
[0049] 第一二极管,其阴极连接所述输入电容的第一端;
[0050] 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第一端;
[0051] 母线电容,其第一端连接所述第一电感的第二端,其第二端连接所述第一二极管的阳极;
[0052] 第三二极管,其阳极连接所述母线电容的第二端;
[0053] 开关管,其第一功率端连接所述第三二极管的阴极,其控制端接收外部的驱动信号;[0054] 采样电阻,其第一端连接所述输入电容的第二端,其第二端连接所述开关管的第
二功率端;
[0055] 所述后级电路包括:
[0056] 所述母线电容;
[0057] 所述采样电阻;
[0058] 所述开关管;
[0059] 第二二极管,其阴极连接所述母线电容的第二端,其阳极连接所述采样电阻的第
一端;
[0060] 第四二极管,其阴极连接所述母线电容的第一端,其阳极连接开关管的第一功率端;
[0061 ] 第二电感,其第一端连接所述母线电容的第一端。
[0062] 根据本实用新型的一个实施例,所述后级电路还包括:输出负载,其第一端连接第二电感的第二端,其第二端连接所述开关管的第一功率端,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
[0063] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管导通时,所述前级电路的信号回路为:所述正输入端的信号经由所述第一电感、母线电容、第三二极管、开关管以及采样电阻传输至所述负输入端,所述后级电路的信号回路为:所述母线电容的第一端的信号经由所述第二电感、输出负载、开关管、采样电阻和第二二极管传输至所述母线电容的第二端;所述开关管断开时,所述前级电路的信号回路为:流经所述第一电感的经由所述第一二极管和母线电容续流返回至所述第一电感,所述后级电路的信号回路为:流经所述第二电感的电流经由所述输出负载和第四二极管续流返回至所述第二电感。
[0064] 根据本实用新型的一个实施例,所述前级电路至少还包括输入电容和第一电感,所述后级电路至少还包括第二电感和输出负载,该输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种,其中,
[0065] 所述开关管导通期间,所述输入电容、第一电感和开关管形成第一回路,所述母线电容、开关管、第二电感和输出负载形成第二回路;
[0066] 所述开关管关断期间,所述第一电感、母线电容形成第三回路,所述第二电感和输出负载形成第四回路。
[0067] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管导通期间,所述第一电感两端的电压等于所述输入电容两端的电压减去所述母线电容两端的电压,流经所述第一电感的电流上升,所述第二电感两端的电压等于所述母线电容两端的电压减去所述输出负载两端的电压,流经所述第二电感的电流上升;所述开关管关断期间,所述第一电感两端的电压等于负的所述母线电容两端的电压,流经所述第一电感的电流下降,所述第二电感两端的电压等于负的所述输出负载两端的电压,流经所述第二电感的电流下降。
[0068] 根据本实用新型的一个实施例,该电路还包括:整流桥,对输入的交流电源信号整流,其正输出端连接所述正输入端,其负输出端连接所述负输入端。
[0069] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管为功率MOSFET晶体管,所述第一功率端为所述MOSFET晶体管的漏极,所述第二功率端为所述MOSFET晶体管的源极,所述控制端为所述MOSFET晶体管的栅极。[0070] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管为功率三极管,所述第一功率端为所述功率三极管的集电极,所述第二功率端为所述功率三极管的发射极,所述控制端为所述
功率三极管的基极。
[0071] 根据本实用新型的一个实施例,所述开关管为组合开关。
[0072] 本实用新型还提供了一种双降压高功率因数恒流装置,包括:
[0073] 上述任一项所述的双降压高功率因数恒流电路;
[0074] 恒流控制驱动电路,其电流采样端采样获得所述采样电阻的电流信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息产生驱动信号,该驱动信号传输至所述开关管的控制端。
[0075] 根据本实用新型的一个实施例,所述恒流控制驱动电路的电流采样端连接所述采样电阻的第一端,所述采样电阻的第二端接地;或者,所述恒流控制驱动电路的电流采样端连接所述采样电阻的第二端,所述采样电阻的第一端接地。
[0076] 根据本实用新型的一个实施例,所述恒流控制驱动电路还具有过零检测端,用于获得所述第二电感的过零信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息和过零信息产生该驱动信号,所述装置还包括:
[0077] 第一电阻,其第一端接地;
[0078] 第二电阻,其第一端连接所述第一电阻的第二端以及所述恒流控制驱动电路的过零检测端,其第二端连接所述输出电容的第一端。
[0079] 根据本实用新型的一个实施例,所述恒流控制驱动电路还具有过零检测端,用于获得所述第二电感的过零信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息和过零信息产生该驱动信号,所述装置还包括:
[0080] 与所述第二电感耦合的辅助绕组,该辅助绕组的异名端接地,该辅助绕组的同名端连接所述恒流控制驱动电路的过零检测端。
[0081] 与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
[0082] 本实用新型实施例的双降压高功率因数恒流电路中前级电路和后级电路耦合集成在一起,两级电路共用同一个开关管和母线电容,其结构是准单级结构,相比两级式结构,电路结构更加简单,有利于降低电路成本;相比单级式结构,大大降低了输出负载的纹波电流,无频闪问题。
[0083] 进一步地,本实用新型实施例的双降压高功率因数恒流电路中的前级电路和后级电路为高功率的降压型电路,相比其他拓扑结构可以获得更高的效率。
[0084] 另外,本实用新型实施例的双降压高功率因数恒流电路及装置的恒流控制可以通过直接采样后级电路中的电感电流来实现,相当于直接采样了输出负载电流,因此恒流精度较高。
附图说明
[0085] 图1是现有技术中一种采用两级功率因数校正技术的交流-直流功率变换器的原理框图;
[0086] 图2是现有技术中一种原边恒流控制的单级功率因数校正电路的电路原理框图;
[0087] 图3是本实用新型的双降压高功率因数恒流装置的第一实施例的电路原理框图;
[0088] 图4是图3所示双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态下的等效电路示意图;
[0089] 图5是图3所示双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态下的等效电路示意图;
[0090] 图6是本实用新型的双降压高功率因数恒流装置的第二实施例的电路原理框图;
[0091] 图7是本实用新型的双降压高功率因数恒流装置的第三实施例的电路原理框图;
[0092] 图8是图7所示的双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态下的等效电路示意图;
[0093] 图9是图7所示的双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态下的等效电路示意图;
[0094] 图10是本实用新型的双降压高功率因数恒流装置的第四实施例的电路原理框图;
[0095] 图11是图10所示双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态下的等效电路示意图;
[0096] 图12是图10所示双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态下的等效电路示意图。
具体实施方式
[0097] 本实用新型的双降压高功率因数恒流电路包括相互耦合的前级电路和后级电路,该前级电路和后级电路都是降压结构,其中前级电路用于实现功率因数校正,后级电路用于实现直流-直流变换,该前级电路和后级电路共用同一个开关管和母线电容,换言之,该前级电路和后级电路是集成在一起的。本实用新型的电路结构为准单级结构,一方面,相比常规的两级电路而言,电路结构更加简单,有利于降低电路器件成本;另一方面,相比常规的单级电路而言,大大降低了输出负载的纹波电流,可以有效避免频闪问题。
[0098] 其中,前级电路至少可以包括开关管、母线电容、输入电容和第一电感,后级电路至少可以包括开关管、母线电容、第二电感和输出负载,开关管导通期间,输入电容、第一电感和开关管形成第一回路,母线电容、开关管、第二电感和输出负载形成第二回路;开关管关断期间,第一电感、母线电容形成第三回路,所述第二电感和输出负载形成第四回路。
[0099] 进一步而言,开关管导通期间,第一电感两端的电压等于输入电容两端的电压减去母线电容两端的电压,流经第一电感的电流上升,第二电感两端的电压等于母线电容两端的电压减去输出负载两端的电压,流经第二电感的电流上升;开关管关断期间,第一电感两端的电压等于负的母线电容两端的电压,流经第一电感的电流下降,第二电感两端的电压等于负的输出负载两端的电压,流经第二电感的电流下降。
[0100] 下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明,但不应以此限制本实用新型的保护范围。
[0101] 第一实施例
[0102] 参考图3,图3示出了第一实施例的双降压高功率因数恒流装置,包括双降压高功率因数恒流电路及与其相连的恒流控制驱动电路301。
[0103] 进一步而言,双降压高功率因数恒流电路包括相互耦合的前级电路和后级电路。其中,前级电路包括:整流桥BR,输入电容Cin,开关管Q1,第二二极管D2,第三二极管D3,母线电容Cbulk,第一电感L1 ;后级电路包括:母线电容Cbulk,开关管%,第一二极管D1、采样电阻Rs,第二电感L2、输出电容C。,第四二极管D4。
[0104] 进一步而言,整流桥BR的输入端接收交流电源信号Vac并对其进行整流,输入电容Cin的第一端连接整流桥BR的正输出端,输入电容Cin的第二端连接整流桥BR的负输出端,第一二极管D1的阴极连接输入电容Cin的第一端,第二二极管D2的阴极接第一二极管D1的阳极,第二二极管D2的阳极接输入电容Cin的第二端,开关管Q1的第一功率端连接第一二极管D1的阴极,其控制端接收外部的驱动信号,采样电阻Rs的第一端连接开关管Q1的第二功率端;第三二极管D3的阳极连接开关管Q1的第二功率端,母线电容Cbulk的第一端接第三二极管D3的阴极和第一二极管D1的阳极,第四二极管D4的阴极接第三二极管D3的阳极,第四二极管D4的阳极接母线电容Cbulk的第二端,第一电感LI的第一端连接输入电容Cin的第二端;第二电感1^2的第一端(或者称为异名端)与采样电阻Rs的第二端相连,第二电感L2的第二端(或者称为同名端)与输出电容C。的第一端相连,输出电容C。的第二端与母线电容Cbulk的第二端相连,负载配置为与输出电容C。并联,负载和输出电容C。可以合称为输出负载。当然,输出负载也可以仅包括负载或者是输出电容C。。
[0105] 第一实施例中,该双降压高功率因数恒流装置还包括第一电阻R1和第二电阻R2,第一电阻&的第一端接地,第一电阻R1的第二端接第二电阻R2的第一端和恒流控制驱动电路301的过零检测端Z⑶,第二电阻R2的第二端接第二电感L2的第二端(或者称为同名端);恒流控制驱动电路301的电流采样端CS连接采样电阻Rs的第一端,恒流控制驱动电路301的地端SGND接采样电阻Rs的第二端并接地,恒流控制驱动电路301的输出端PWM接开关管Q1的控制端。恒流控制驱动电路301根据电流采样端CS接收到的电流信息和过零检测端Z⑶接收到的过零信息产生驱动信号,该驱动信号通过输出端PWM传输至开关管Q1的控制端,以控制开关管 Q1的导通和关断。
[0106] 作为一个非限制性的例子,开关管Q1可以为功率MOSFET晶体管,第一功率端为MOSFET晶体管的漏极,第二功率端为所述MOSFET晶体管的源极,控制端为MOSFET晶体管的栅极。或者,开关管Q1还可以为功率三极管,第一功率端为功率三极管的集电极,第二功率端为功率三极管的发射极,控制端为功率三极管的基极。或者,开关管Q1还可以为组合开关,或者其他适当的开关管结构。
[0107] 另外,该恒流控制驱动电路301可以是现有技术中任一种恒流控制的驱动电路。
[0108] 参考图4,图4为图3所示双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相关线路及器件不参与工作。在第一工作状态,开关管Q1导通,输入交流电源信号Vac经整流桥BR整流之后的正弦半波电压经开关管Q1、第三二极管D3、母线电容Cbulk和第一电感L1构成的回路给第一电感L1充电,第一电感L1两端的电压等于输入电容Cin两端的电压减去母线电容Cbulk两端的电压,流经第一电感L1的电流iu上升;同时,母线电容Cbulk经开关管Q1、采样电阻Rs、第二电感L2和输出电容C。构成的回路给第二电感L2充电,第二电感L2两端的电压等于母线电容Cbulk两端的电压减去输出电容C。两端的电压,第二电感L2的电流L上升。
[0109] 图5为图3所示的双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相应的线路和器件不参与工作。在第二工作状态,开关管Q1断开,流经第一电感L1的电流iu经第二二极管D2、母线电容Cbulk和第一电感L1构成的回路续流,第一电感L1两端的电压等于负的母线电容Cbulk两端的电压,电流iu下降;与此同时,流经第二电感L2的电流込经采样电阻Rs、第二电感L2、输出电容C。和第四二极管D4构成的回路续流,第二电感L2两端的电压等于负的输出电容C。两端的电压,电流込下降。
[0110] 由上述分析可见,流经采样电阻的电流即为第二电感L2的电流L,与负载电流的平均值相同。因此如图3所示,将采样电阻Rs的电流信息送入恒流控制驱动电路301,通过现有技术的恒流控制电路即可实现对输出负载的直接恒流控制;此外,将第二电感L2电流iL2的过零信息(例如可以通过检测第二电感L2的第二端的电压过零信息来获得)送入恒流控制驱动电路301,恒流控制驱动电路301根据该过零信息和采样电阻Rs的电流信息产生驱动信号,用以控制开关管Ql的开通,可实现电流L为临界连续模式。与此同时,本领域技术人员应当理解,只要通过合理的参数设计使得流经第一电感L1的电流iu被控制为电流断续模式,即可自然实现输入的交流电源电流Vac的功率因数校正。
[0111] 此外,通过较大容量的母线电容Cbulk可以降低母线电容Cbulk两端的电压纹波,从而获得较小的输出负载电流纹波,消除频闪。
[0112] 第二实施例
[0113] 参考图6,图6示出了第二实施例的双降压高功率因数恒流装置,包括双降压高功率因数恒流电路及与其相连的恒流控制驱动电路301。
[0114] 第二实施例的双降压高功率因数恒流电路与第一实施例基本相同,主要区别在于第二实施例中,还包括与第二电感L2耦合的辅助绕组Wa。辅助绕组Wa的异名端接地,辅助绕组Wa的同名端接恒流控制驱动电路301的过零检测端ZCS。除此之外,第二实施例的工作原理和等效工作过程和第一实施例基本上完全相同,这里不再详述。
[0115] 第三实施例
[0116] 参考图7,图7示出了第三`实施例的双降压高功率因数恒流装置,包括双降压高功率因数恒流电路及与其相连的驱动控制电路301。
[0117] 进一步而言,第三实施例的前级电路为实地的降压(Buck)电路,后级电路为浮地的降压(Buck)电路。
[0118] 其中,前级电路包括:整流桥BR,输入电容Cin,第一电感L1、开关管Q1、采样电阻Rs、第二电感L2、母线电容Cbulk、第一二极管D1以及输出电容C。;后级电路包括:母线电容Cbulk、开关管Q1、采样电阻Rs、输出电容C。、第二电感L2、第二二极管D2、第四二极管D4。
[0119] 进一步而言,整流桥BR的输入端接交流电源信号Vac并对其进行整流,输入电容Cin的第一端连接整流桥BR的正输出端,输入电容Cin的第二端连接整流桥BR的负输出端,第一电感L1的第一端连接输入电容Cin的第一端,第一电感L1的第二端连开关管Q1的第一功率端和母线电容Cbulk的第一端,第一二极管D1的阴极接输入电容的第一端,第一二极管D1的阳极接母线电容Cbulk的第二端和第二二极管仏的阴极,第二二极管D2的阳极接输入电容Cin的第二端,开关管Q1的控制端接收外部的驱动信号,采样电阻Rs的第一端连接开关管Q1的第二功率端;采样电阻&的第二端接第二电感L2的第一端,第二电感L2的第二端接输出电容C。的第一端,输出电容C。的第二端接输入电容Cin的第二端,第四二极管D4的阴极连接开关管Q1的第二功率端,第四二极管D4的阳极接输入电容Cin的第二端,负载与输出电容C。并联,负载和输出电容可以合称为输出负载。当然,输出负载也可以仅包括负载或者是输出电容C。。[0120] 在本实施例中,恒流控制驱动电路301的电流采样端CS连接采样电阻Rs的第一端,恒流控制驱动电路301的地端SGND接采样电阻Rs的第二端并接地,恒流控制驱动电路301的输出端PWM接开关管Q1的控制端。流经采样电阻Rs的电流即为第二电感L2电流L,与负载电流平均值相同。因此如图7所示,将采样电阻Rs的电流信息送入恒流控制驱动电路301,恒流控制驱动电路301根据该电流信息,通过现有技术的恒流控制方式即可实现对输出负载的直接恒流控制。
[0121] 参考图8,图8为图7所示双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相关线路及器件不参与工作。在第一工作状态,开关管Q1导通,输入交流电源信号Va。经整流桥BR整流之后的正弦半波电压经第一电感L1、开关管Q1、采样电阻Rs、第二电感L2和输出电容C。构成的回路给第一电感L1充电,第一电感L1两端的电压等于输入电容Cin两端的电压减去母线电容Cbulk两端的电压,流经第一电感L1的电流iu上升;同时,母线电容Cbulk经第二二极管D2,、开关管Q1、采样电阻Rs、第二电感L2和输出电容C。构成的回路给第二电感L2充电,第二电感L2两端电压等于母线电容Cbulk两端电压减去输出电容C。两端电压,第二电感L2的电流^上升。
[0122] 图9为图7所示的双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相应的线路和器件不参与工作。在第二工作状态,开关管Q1断开,流经第一电感L1的电流iu经第一二极管D2、母线电容Cbulk和第一电感L1构成的回路续流,第一电感L1两端的电压等于负的母线电容Cbulk两端电压,电流iu下降;与此同时,流经第二电感L2的电流L经采样电阻Rs、第二电感L2、输出电容C。和第四二极管D4构成的回路续流,第二电感L2两端电压等于负的输出电容C。两端的电压,电流^下降。
[0123] 作为一个非限制性的例子,开关管Q1可以为功率MOSFET晶体管,第一功率端为MOSFET晶体管的漏极,第二功率端为所述MOSFET晶体管的源极,控制端为MOSFET晶体管的栅极。或者,开关管Q1还可以为功率三极管,第一功率端为功率三极管的集电极,第二功率端为功率三极管的发射极,控制端为功率三极管的基极。或者,开关管Q1还可以为组合开关,或者其他适当的开关管结构。
[0124] 第四实施例
[0125] 参考图10,图10示出了第四实施例的双降压高功率因数恒流装置,包括双降压高功率因数恒流电路及与其相连的驱动控制电路301。
[0126] 进一步而言,第四实施例的前级电路为实地的降压(Buck)电路,后级亦为实地的降压(Buck)电路。
[0127] 其中,前级电路包括:整流桥BR,输入电容Cin,第一二极管D1、第一电感L1、母线电容Cbulk、第三二极管D3、开关管Q1、采样电阻Rs ;后级电路包括:母线电容Cbulk、采样电阻Rs、开关管Q1、第二二极管D2、第四二极管D4、第二电感L2、输出电容C。。
[0128] 进一步而言,整流桥BR的输入端接交流电源信号Vac并对其进行整流,输入电容Cin的第一端连接整流桥BR的正输出端,输入电容Cin的第二端连接整流桥BR的负输出端,第一电感L1的第一端连接输入电容Cin的第一端,第一电感L1的第二端连接第二电感L2的第一端、母线电容Cbulk的第一端以及第四二极管D4的阴极,第一二极管D1的阴极接输入电容Cin的第一端,第一二极管D1的阳极接母线电容Cbulk的第二端、第二二极管D2的阴极和第三二极管D3的阳极,第二二极管D2的阳极接输入电容Cin的第二端,第二电感L2的第二端接输出电容C。的第一端,输出电容C。的第二端接第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极以及开关管Q1的第一功率端,开关管Q1的第二功率端接采样电阻Rs的第二端,采样电阻Rs的第一端接输入电容Cin的第二端并接地;开关管Q1的控制端接收外部的驱动信号,负载与输出电容C。并联。
[0129] 参考图11,图11为图10所示双降压高功率因数恒流装置在第一工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相关线路及器件不参与工作。在第一工作状态,开关管Q1导通,输入交流电源信号Va。经整流桥BR整流之后的正弦半波电压经第一电感L1、母线电容Cbuik、第三二极管D3、开关管Q1和米样电阻Rs构成的回路给第一电感L1充电,第一电感L1两端的电压等于输入电容Cin两端的电压减去母线电容Cbulk两端的电压,流经第一电感L1的电流iu上升;同时,母线电容Cbulk经二极管D2、开关管Q1、采样电阻Rs、第二电感L2和输出电容C。构成的回路给第二电感L2充电,第二电感L2两端的电压等于母线电容Cbulk两端的电压减去输出电容C。两端的电压,第二电感L2的电流込上升。
[0130] 图12为图10所示的双降压高功率因数恒流装置在第二工作状态时的等效电路图,图中虚线部分表示相应的线路和器件不参与工作。在第二工作状态,开关管Q1断开,流经第一电感L1的电流iu经第一二极管D1、母线电容Cbulk和第一电感L1构成的回路续流,第一电感L1两端的电压等于负的母线电容Cbulk两端的电压,电流iu下降;与此同时,流经第二电感L2的电流L经第二电感L2、输出电容C。和第四二极管D4构成的回路续流,第二电感L2两端的电压等于负的输出电容C。两端的电压,电流込下降。
[0131] 在本实施例中,恒流控制驱动电路301的电流采样端CS连接采样电阻Rs的第一端,恒流控制驱动电路301的地端SGND接采样电阻Rs的第一端并接地,恒流控制驱动电路301的输出端PWM接开关管Q1的控制端。本实施例中,流经采样电阻Rs的电流不能直接反映负载电流,因此需要在恒流控制驱动电路301内部通过本领域技术人员公知的适当算法实现对输出负载的恒流控制,因此第四实施例属于间接恒流控制,恒流精度相对较差。
[0132] 作为一个非限制性的例子,开关管Q1可以为功率MOSFET晶体管,第一功率端为MOSFET晶体管的漏极,第二功率端为所述MOSFET晶体管的源极,控制端为MOSFET晶体管的栅极。或者,开关管Q1还可以为功率三极管,第一功率端为功率三极管的集电极,第二功率端为功率三极管的发射极,控制端为功率三极管的基极。或者,开关管Q1还可以为组合开关,或者其他适当的开关管结构。
[0133] 另外,参考图3、图6、图7和图10,上述多个实施例中,恒流控制驱动电路301的电流采样端CS连接采样电阻Rs的第一端,采样电阻Rs的第二端接地;但是本专业领域的技术人员应当理解,恒流控制驱动电路301的电流采样端CS可以连接采样电阻Rs的第二端,采样电阻的第一端Rs接地,然后在恒流控制驱动电路301中对采样的电流信号进行反向,仍然可获得与上述各个实施例同样的功能。
[0134] 另外,需要说明的是,虽然上述第一和第二实施例中的恒流控制驱动电路具有过零检测端,而第三和第四实施例中的恒流控制驱动电路不具有过零检测端,但本领域技术人员应当理解,过零检测端仅是本实用新型的恒流控制驱动电路中的辅助部分,本领域技术人员可以根据双降压高功率因数恒流电路的具体结构以及恒流控制方式进行适当的选择,选用具有或不具有过零检测端的恒流控制驱动电路。
[0135] 本实用新型虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本实用新型,任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种双降压高功率因数恒流电路,包括相互耦合的前级电路和后级电路,其特征在于,该前级电路为用于实现功率因数校正的降压电路; 该后级电路用于实现直流-直流变换的降压变换电路; 其中,该前级电路和后级电路共用同一个开关管以及母线电容。
2.根据权利要求1所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述前级电路包括: 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端; 所述开关管,其第一功率端连接所述输入电容的第一端,其控制端接收外部的驱动信号; 第三二极管,其阳极连接所述开关管的第二功率端; 第二二极管,其阴极连接所述第三二极管的阴极,其阳极连接所述输入电容的第二端; 所述母线电容,其第一端连接所述第三二极管的阴极; 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第二端,其第二端连接所述母线电容的第二端; 所述后级电路包括: 所述母线电容; 所述开关管; 第一二极管,其阴极连接所述开关管的第一功率端,其阳极连接所述母线电容的第一端; 采样电阻,其第一端连接所述开关管的第二功率端; 第二电感,其第一端连接所述采样电阻的第二端; 第四二极管,其阴极连接所述开关管的第二功率端,其阳极连接所述母线电容的第二端。
3.根据权利要求2所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述后级电路还包括: 输出负载,其第一端连接所述第二电感的第二端,其第二端连接所述第四二极管的阳极,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述前级电路包括: 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端; 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第一端; 所述开关管,其第一功率端连接所述第一电感的第二端,其控制端接收外部的驱动信号; 采样电阻,其第一端连接所述开关管的第二功率端; 第二电感,其第一端连接所述采样电阻的第二端; 所述母线电容,其第一端连接所述开关管的第一功率端; 第一二极管,其阳极连接所述母线电容的第二端,其阴极连接所述输入电容的第一端; 所述后级电路包括: 所述母线电容; 所述开关管; 所述采样电阻; 所述第二电感; 第二二极管,其阴极连接所述母线电容的第二端,其阳极连接所述输入电容的第二端; 第四二极管,其阳 极连接所述第二二极管的阳极,其阴极连接所述开关管的第二功率端。
5.根据权利要求4所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述前级电路和后级电路还包括:输出负载,其第一端连接所述第二电感的第二端,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述前级电路包括: 输入电容,其第一端连接正输入端,其第二端连接负输入端; 第一二极管,其阴极连接所述输入电容的第一端; 第一电感,其第一端连接所述输入电容的第一端; 母线电容,其第一端连接所述第一电感的第二端,其第二端连接所述第一二极管的阳极; 第三二极管,其阳极连接所述母线电容的第二端; 开关管,其第一功率端连接所述第三二极管的阴极,其控制端接收外部的驱动信号; 采样电阻,其第一端连接所述输入电容的第二端,其第二端连接所述开关管的第二功率端; 所述后级电路包括: 所述母线电容; 所述采样电阻; 所述开关管; 第二二极管,其阴极连接所述母线电容的第二端,其阳极连接所述采样电阻的第一端; 第四二极管,其阴极连接所述母线电容的第一端,其阳极连接开关管的第一功率端; 第二电感,其第一端连接所述母线电容的第一端。
7.根据权利要求 6所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述后级电路还包括:输出负载,其第一端连接第二电感的第二端,其第二端连接所述开关管的第一功率端,所述输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述前级电路至少还包括输入电容和第一电感,所述后级电路至少还包括第二电感和输出负载,该输出负载为输出电容、负载或者输出电容与负载的并联中的任意一种,其中, 所述开关管导通期间,所述输入电容、第一电感和开关管形成第一回路,所述母线电容、开关管、第二电感和输出负载形成第二回路; 所述开关管关断期间,所述第一电感、母线电容形成第三回路,所述第二电感和输出负载形成第四回路。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,还包括: 整流桥,对输入的交流电源信号整流,其正输出端连接所述正输入端,其负输出端连接所述负输入端。
10.根据权利要求2至8中任一项所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述开关管为功率MOSFET晶体管,所述第一功率端为所述MOSFET晶体管的漏极,所述第二功率端为所述MOSFET晶体管的源极,所述控制端为所述MOSFET晶体管的栅极。
11.根据权利要求2至8中任一项所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述开关管为功率三极管,所述第一功率端为所述功率三极管的集电极,所述第二功率端为所述功率三极管的发射极,所述控制端为所述功率三极管的基极。
12.根据权利要求2至8中任一项所述的双降压高功率因数恒流电路,其特征在于,所述开关管为组合开关。
13.一种双降压高功率因数恒流装置,其特征在于,包括:权利要求2-12中任一项所述的双降压高功率因数恒流电路; 恒流控制驱动电路,其电流采样端采样获得所述采样电阻的电流信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息产生驱动信号,该驱动信号传输至所述开关管的控制端。
14.根据权利要求13所述的双降压高功率因数恒流装置,其特征在于,所述恒流控制驱动电路的电流采样端连接所述采样电阻的第一端,所述采样电阻的第二端接地;或者,所述恒流控制驱动电路的电流采样端连接所述采样电阻的第二端,所述采样电阻的第一端接地。
15.根据权利要求13所述的双降压高功率因数恒流装置,其特征在于,所述恒流控制驱动电路还具有过零检测端,用于获得所述第二电感的过零信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息和过零信息产生该驱动信号,所述装置还包括: 第一电阻,其第一端接地; 第二电阻,其第一端连接所述第一电阻的第二端以及所述恒流控制驱动电路的过零检测端,其第二端连接所述输出电容的第一端。
16.根据权利要求13所述的双降压高功率因数恒流装置,其特征在于,所述恒流控制驱动电路还具有过零检测端, 用于获得所述第二电感的过零信息,所述恒流控制驱动电路根据所述电流信息和过零信息产生该驱动信号,所述装置还包括: 与所述第二电感耦合的辅助绕组,该辅助绕组的异名端接地,该辅助绕组的同名端连接所述恒流控制驱动电路的过零检测端。
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