CN205004948U - 总谐波失真优化电路 - Google Patents

总谐波失真优化电路 Download PDF

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Abstract

一种总谐波失真优化电路,应用于有源功率因数校正LED驱动系统,系统包括整流桥以及LED驱动芯片,整流桥的两输入端与输入市电相连,其输出端电连接至LED驱动芯片;电路包括:市电相位采集模块,其输入端耦接至整流桥,其输出端电连接至总谐波失真补偿模块的输入端,用于实时采集输入市电的相位并传送至总谐波失真补偿模块;总谐波失真补偿模块,其输出端与设置在LED驱动芯片中的功率因数补偿回路的输入端相连,用于实时提供相位信息至功率因数补偿回路;LED驱动芯片采用闭环控制,根据相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。本实用新型获得了高功率因数和极低的总谐波失真。

Description

总谐波失真优化电路
技术领域
本实用新型涉及开关电源中LED照明高功率因数低总谐波失真应用技术领域,尤其涉及适用于基于有源功率因数校正的降压(Buck)、升降压(Buckboost)和反激式(Flyback)的电路拓扑结构,以及适用于这些拓扑结构电流控制回路的实地架构和浮地架构的一种总谐波失真优化电路。
背景技术
现在居民所使用的市电供电电源为交流电流,而LED需要通过直流电流驱动,所以如何将交流电流转换成直流电流供LED使用成为了LED普及过程中必须要解决的一个问题。在过去,要解决这个问题,往往是通过LED驱动电源将交流电流转换成对应的直流电流;而在使用LED驱动电源的时候,为了避免LED驱动电源对市电电网的干扰,所以就需要制定相应的标准来规范LED驱动电源,而要实现这种规范LED驱动电源使用的标准的时候,必须满足一定的指标,如:功率因数大于0.9,总谐波失真小于20%等。
有源功率因数校正(ActivePowerFactorCorrection,简称APFC)LED驱动芯片目的是为了提高电网的利用率,总谐波失真(TotalHarmonicDistortion,简称THD)是衡量这一目的的重要指标。但是LED驱动非线性特质的客观存在,在常规全压范围应用中(85~265V)总谐波失真很难满足小于20%的要求。尽管已经通过变换电源控制的拓扑结构,例如从降压型拓扑改为升降压型拓扑,总谐波失真的结果还是不具备足够的余量供客户生产。
因此,寻求一种实现LED照明高功率因数低总谐波失真的总谐波失真优化方式,使总谐波失真达到满足全压范围应用中小于20%甚至更低,具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于,针对现有技术有源功率因数校正中存在的总谐波失真较高的技术问题,提供一种有源功率因数校正总谐波失真优化电路,实现LED照明高功率因数低总谐波失真。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种总谐波失真优化电路,应用于有源功率因数校正LED驱动系统,所述LED驱动系统包括整流桥以及LED驱动芯片,所述整流桥的两输入端与输入市电相连,所述整流桥的输出端电连接至所述LED驱动芯片,所述电路包括:市电相位采集模块以及总谐波失真补偿模块;所述市电相位采集模块的输入端耦接至所述整流桥,所述市电相位采集模块的输出端电连接至所述总谐波失真补偿模块的输入端,所述市电相位采集模块用于实时采集输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块;所述总谐波失真补偿模块的输出端与设置在LED驱动芯片中的功率因数补偿回路的输入端相连,用于实时提供所述相位信息至所述功率因数补偿回路;所述LED驱动芯片采用闭环控制,根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。
本实用新型的优点在于:本实用新型在有源功率因数校正LED驱动芯片典型应用基础上通过外围电路提供输入电压的相位信息拓展芯片内部集成的有源功率校正补偿回路,获得高功率因数和极低的总谐波失真,提供了非常可靠稳定的高性价比总谐波失真解决方案,且适用于多种有源功率校正LED驱动芯片。
附图说明
图1A,本实用新型总谐波失真优化电路一实施方式架构示意图;
图1B,本实用新型总谐波失真优化电路另一实施方式架构示意图;
图2,本实用新型总谐波失真优化电路第一实施例所述电路示意图;
图3,本实用新型总谐波失真优化电路第二实施例所述电路示意图;
图4,本实用新型总谐波失真优化电路第三实施例所述电路示意图;
图5,本实用新型总谐波失真优化电路第四实施例所述电路示意图;
图6,本实用新型总谐波失真优化电路第五实施例所述电路示意图;
图7,本实用新型总谐波失真优化方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型提供的总谐波失真优化电路及方法做详细说明,其中相同标号表示相同或相似组件。
参考图1A,本实用新型所述的总谐波失真优化电路一实施方式架构示意图。本实用新型所述的总谐波失真优化电路,应用于有源功率因数校正LED驱动系统,所述LED驱动系统包括整流桥11以及LED驱动芯片19;所述整流桥11的两输入端与输入市电AC(图中未示出)相连,所述整流桥11的输出端电连接至所述LED驱动芯片19;LED驱动芯片为高功率因数、恒流/恒压驱动芯片,其中设有功率因数补偿回路17。所述总谐波失真优化电路包括市电相位采集模块12以及总谐波失真补偿模块14。其中,市电相位采集模块12、总谐波失真补偿模块14和功率因数补偿回路17共同构成功率因数校正总谐波失真的补偿回路,通过功率因数校正总谐波失真的补偿回路来帮助改善电压-电流波形的跟随程度,从而改善总谐波失真,可以根据应用需求调整到需要的谐波水平;以下给出详细解释。
所述市电相位采集模块12的输入端耦接至所述整流桥11,本实施方式中所述市电相位采集模块12包括两输入端,分别电连接所述整流桥11的两输入端(也即所述市电相位采集模块12连接在输入市电AC的零线和火线之间);所述市电相位采集模块12的输出端电连接至所述总谐波失真补偿模块14的输入端;所述市电相位采集模块12用于实时采集输入市电AC的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块14。
所述总谐波失真补偿模块14的输出端与设置在LED驱动芯片19中的功率因数补偿回路17的输入端相连,用于实时提供所述相位信息至所述功率因数补偿回路17。所述总谐波失真补偿模块14包括RC电路,RC电路一端连接市电相位采集模块12,一端接入功率因数补偿回路17的COMP引脚,通过增加从市电相位采集模块12到COMP引脚的RC回路来帮助改善电压-电流波形的跟随程度,从而改善总谐波失真。
所述LED驱动芯片19采用闭环控制,根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。开关电源中的有源功率因数校正LED驱动芯片19采用闭环控制来保持系统的稳定工作;在闭环控制中包括功率因数补偿回路17的闭环控制。总谐波失真补偿模块14可以实时提供输入市电的相位信息至功率因数补偿回路17,使相位信息参与功率因数补偿回路17的闭环控制中,用于校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以消除市电输入的电压和电流信号在相位角度上偏差,使市电输入的电压和电流信号在相位角度上保持吻合,从而达到既能提高功率因数又能降低总谐波失真的目的,提高有源功率因数校正LED驱动系统应用的性能。
优选的,功率因数补偿回路17进一步外接一补偿电容C-COMP,以增加有源功率因数校正LED驱动系统工作稳定性的裕度。所述补偿电容C-COMP一端与所述总谐波失真补偿模块14电连接,同时接入所述LED驱动芯片19的COMP引脚,所述补偿电容C-COMP另一端电连接参考地端。
参考图1B,本实用新型所述的总谐波失真优化电路另一实施方式架构示意图。与图1A所示实施方式不同之处在于,本实施方式中所述市电相位采集模块12包括一输入端,所述输入端电连接至所述整流桥11的输出端。
接下来结合附图给出本实用新型所述总谐波失真优化电路的多个实施例,以对本实用新型所述总谐波失真优化电路的工作原理作进一步说明。
参考图2,本实用新型总谐波失真优化电路第一实施例所述电路示意图;本实施例对应于图1A所示实施方式。本实施例中,所述整流桥11采用四个二极管组成全桥整流器;电容Cin用于对经整流桥11整流后的直流电进行滤波;所述市电相位采集模块12连接在输入市电AC的零线和火线之间;电阻R-VCC以及电容C-VCC用于为LED驱动芯片19供电,芯片本身引脚的连接方式为现有常规连接方式,此处不再赘述;其中负载未示出。
具体为,所述市电相位采集模块12包括串联的第一电阻RC1和第二电阻RC2;所述第一电阻RC1一端电接至所述整流桥11的一输入端,所述第一电阻RC1另一端与所述第二电阻RC2的一端电连接同时电接至所述总谐波失真补偿模块14的输入端;所述第二电阻RC2的另一端电接至所述整流桥11的另一输入端。串联的第一电阻RC1和第二电阻RC2用于实时采集所述整流桥11输入端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块14。
在本实施例中,所述总谐波失真补偿模块14由串联的电阻R-THD和电容C-THD构成;所述电阻R-THD一端电接至所述市电相位采集模块12的输出端(即串联的第一电阻RC1和第二电阻RC2的共同端口),所述电阻R-THD另一端与所述电容C-THD的一端电连接;所述电容C-THD的另一端电接至所述功率因数补偿回路17的输入端(即所述LED驱动芯片19的COMP引脚)。串联的电阻R-THD和电容C-THD用于实时提供所述相位信息至所述功率因数补偿回路17。即,主要通过增加从母线到COMP引脚的RC回路来帮助改善电压-电流波形的跟随程度,从而改善总谐波失真;可以根据应用需求调整到需要的谐波水平。
参考图3,本实用新型总谐波失真优化电路第二实施例所述电路示意图;本实施例对应于图1B所示实施方式。与图2所示实施例不同之处在于,所述市电相位采集模块12电连接至所述整流桥11的输出端。
具体为,所述市电相位采集模块12包括一导线;所述导线电接至所述整流桥11的输出端,所述导线用于实时采集所述整流桥11输出端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块14。在其它实施方式中,所述市电相位采集模块12可以为包括一电阻;所述电阻电接至所述整流桥11的输出端,所述电阻用于实时采集所述整流桥11输出端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块14。
参考图4,本实用新型总谐波失真优化电路第三实施例所述电路示意图;本实施例对应于图1B所示实施方式。与图3所示实施例不同之处在于,所述总谐波失真补偿模块14包括上拉电阻RH-THD、下拉电阻RL-THD以及电容C-THD。
具体为,所述上拉电阻RH-THD一端电接至所述市电相位采集模块12的输出端(即与整流桥11相连的导线的另一端),所述上拉电阻RH-THD另一端与所述下拉电阻RL-THD的一端电连接同时电接至所述电容C-THD的一端;所述下拉电阻RL-THD的另一端电连接参考地端;所述电容C-THD的另一端电接至所述功率因数补偿回路17的输入端(即所述LED驱动芯片19的COMP引脚)。上拉电阻RH-THD、下拉电阻RL-THD以及电容C-THD共同构成RC回路用于实时提供所述相位信息至所述功率因数补偿回路17。
通过增设一下拉电阻RL-THD,本实施例中的电容C-THD可以采用成本较低的小电容;也即,本实施例中的电容C-THD的电容相比于图3、图2所示实施例中的电容C-THD可以选择更高性价比的低压电容。
参考图5,本实用新型总谐波失真优化电路第四实施例所述电路示意图;本实施例对应于图1B所示实施方式。本实施例中,电容C-VCC用于为LED驱动芯片19供电,芯片本身引脚的连接方式为现有常规连接方式,此处不再赘述;其中负载未示出。
参考图6,本实用新型总谐波失真优化电路第五实施例所述电路示意图;本实施例对应于图1B所示实施方式。本实施例中,LED驱动芯片19本身引脚的连接方式为现有常规连接方式,此处不再赘述;其中标号60所示部分为负载。
通过上述实施例可以看出,本实用新型提供的总谐波失真优化电路适用于多种有源功率校正LED驱动芯片,且本实用新型提供的总谐波失真优化电路通过改善电压-电流波形的跟随程度,从而改善总谐波失真,且可以根据应用需求调整到需要的谐波水平,即可以满足总谐波失真进一步优化的可能性;实现满足有源功率校正方案的THD<15%,甚至个别应用要求THD<10%的需求。
参考图7,本实用新型所述的总谐波失真优化方法流程图,所述的总谐波失真优化方法,应用于有源功率因数校正LED驱动系统,所述LED驱动系统包括整流桥以及LED驱动芯片,所述整流桥的两输入端与输入市电相连,所述整流桥的输出端电连接至所述LED驱动芯片。所述方法包括:S71:实时采集输入市电的相位并传送至一总谐波失真补偿模块;S72:所述总谐波失真补偿模块实时提供所述相位信息至设置在LED驱动芯片中的功率因数补偿回路的输入端;S73:所述LED驱动芯片采用闭环控制,根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真;以下给出详细解释。
S71:实时采集输入市电的相位并传送至一总谐波失真补偿模块。
本步骤中,可以采用串联的第一电阻和第二电阻耦接至所述整流桥的两输入端实时采集所述整流桥输入端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块。如图2所示实施例中的市电相位采集模块12的组成和工作方式所述。
本步骤中,也可以采用导线电接至所述整流桥的输出端实时采集所述整流桥输出端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块。如图3、图4所示实施例中的市电相位采集模块12的组成和工作方式所述。也可以采用电阻电接至所述整流桥的输出端实时采集所述整流桥输出端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块;采用电阻的连接方式和工作方式可参考如图3、图4所示实施例中的市电相位采集模块12的组成和所述。
S72:所述总谐波失真补偿模块实时提供所述相位信息至设置在LED驱动芯片中的功率因数补偿回路的输入端。
所述总谐波失真补偿模块可以为由串联的电阻和电容构成;所述电阻一端电接至所述市电相位采集模块的输出端,所述电阻另一端与所述电容的一端电连接;所述电容的另一端电接至所述功率因数补偿回路的输入端。如图2、图3所示实施例中的总谐波失真补偿模块14的组成和工作方式所述。
所述总谐波失真补偿模块也可以为包括上拉电阻、下拉电阻以及电容;所述上拉电阻一端电接至所述市电相位采集模块的输出端,所述上拉电阻另一端与所述下拉电阻的一端电连接同时电接至所述电容的一端;所述下拉电阻的另一端电连接参考地端;所述电容的另一端电接至所述功率因数补偿回路的输入端。如图4所示实施例中的总谐波失真补偿模块14的组成和工作方式所述。
S73:所述LED驱动芯片采用闭环控制,根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。
所述LED驱动芯片采用闭环控制来保持系统的稳定工作,在闭环控制中包括功率因数补偿回路的闭环控制;根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。总谐波失真补偿模块可以实时提供输入市电的相位信息至功率因数补偿回路,使相位信息参与功率因数补偿回路的闭环控制中,用于校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,使市电输入的电压和电流信号在相位角度上保持吻合,从而达到既能提高功率因数又能降低总谐波失真的目的,提高有源功率因数校正LED驱动系统应用的性能。
优选的,功率因数补偿回路进一步外接一补偿电容,以增加有源功率因数校正LED驱动系统工作稳定性的裕度。所述补偿电容一端与所述总谐波失真补偿模块电连接,同时接入所述LED驱动芯片的COMP引脚,所述补偿电容另一端电连接参考地端。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。应当指出,对于本技术领域普通技术人员,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种总谐波失真优化电路,应用于有源功率因数校正LED驱动系统,所述LED驱动系统包括整流桥以及LED驱动芯片,所述整流桥的两输入端与输入市电相连,所述整流桥的输出端电连接至所述LED驱动芯片,其特征在于,所述电路包括:市电相位采集模块以及总谐波失真补偿模块;
所述市电相位采集模块的输入端耦接至所述整流桥,所述市电相位采集模块的输出端电连接至所述总谐波失真补偿模块的输入端,所述市电相位采集模块用于实时采集输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块;
所述总谐波失真补偿模块的输出端与设置在LED驱动芯片中的功率因数补偿回路的输入端相连,用于实时提供所述相位信息至所述功率因数补偿回路;
所述LED驱动芯片采用闭环控制,根据所述相位信息校准LED驱动系统工作和市电输入之间存在的相差,以优化总谐波失真。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述市电相位采集模块包括串联的第一电阻和第二电阻;所述第一电阻一端电接至所述整流桥的一输入端,所述第一电阻另一端与所述第二电阻的一端电连接同时电接至所述总谐波失真补偿模块的输入端;所述第二电阻的另一端电接至所述整流桥的另一输入端;所述串联的第一电阻和第二电阻用于实时采集所述整流桥输入端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述市电相位采集模块包括一导线或一电阻;所述导线或电阻电接至所述整流桥的输出端,所述导线或电阻用于实时采集所述整流桥输出端的相位,以获取输入市电的相位并传送至所述总谐波失真补偿模块。
4.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述总谐波失真补偿模块由串联的电阻和电容构成;所述电阻一端电接至所述市电相位采集模块的输出端,所述电阻另一端与所述电容的一端电连接;所述电容的另一端电接至所述功率因数补偿回路的输入端。
5.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述总谐波失真补偿模块包括上拉电阻、下拉电阻以及电容;所述上拉电阻一端电接至所述市电相位采集模块的输出端,所述上拉电阻另一端与所述下拉电阻的一端电连接同时电接至所述电容的一端;所述下拉电阻的另一端电连接参考地端;所述电容的另一端电接至所述功率因数补偿回路的输入端。
6.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述功率因数补偿回路进一步外接一补偿电容,所述补偿电容一端与所述总谐波失真补偿模块电连接,同时接入所述LED驱动芯片的COMP引脚,所述补偿电容另一端电连接参考地端。
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