CN210780542U - 高功率因数的控制电路以及ac/dc转换电路 - Google Patents
高功率因数的控制电路以及ac/dc转换电路 Download PDFInfo
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Abstract
公开了高功率因数的控制电路以及AC/DC转换电路，该控制电路应用于AC/DC转换电路，该转换电路包括整流模块、转换模块以及负载，该整流模块接收交流电而整流为直流电，该转换模块根据负载将该直流电转换为驱动电力给该负载，且包括具有电感组件的转换单元及在导通状态和关闭状态之间切换的开关单元，通过该电感组件的电流形成基于该交流电而残余的波纹，该控制电路包括峰值限制单元及驱动单元，该峰值限制单元输入参考信号并根据采样信号而产生至少一峰值限制信号，该驱动单元耦接至该开关单元并基于该峰值限制信号控制该开关单元切换，使得至少在半个工频周期内当该电感组件上的电压高于阈值时，该电感组件的该电流的该波纹不高于限制值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制电路以及AC/DC转换电路，尤其涉及一种高功率因数的控制电路以及AC/DC转换电路。
背景技术
具有功率因数校正的单级拓扑(Single stage topology)发光二极管(Light-emitting diode，LED)控制器，拥有以下优点：良好的功率因数、符合需求的谐波电流(Harmonic current)可满足需求、电路架构简洁以及高性价比。然而，该类型的LED控制器具有高功率因数，母线电容(DC bus capacitor)较小，此外母线为工频(Utilityfrequency)电压信号，使得输出的电流产生较大的工频纹波。
请参阅图1，为现有技术的LED控制电路，包括一桥式整流器91、一母线电容92、一降压变换器(Buck converter)93、一高功率因数控制器94、一负载95以及一开关组件96，一交流市电经过该桥式整流器91后形成一直流电通过该母线电容92，产生一母线电压(Vbus)。如前所述，该母线电压(Vbus)为一工频信号，而该降压变换器93中的电感电流(IL)和输出电流(IO)的波形如图2所示，输出电流(IO)为电感电流(IL)的平均值，且输出电流(IO)存在工频纹波(ripple)，纹波的幅度跟电感电流(IL)的最大峰值电流呈正相关。
纹波除了会降低组件的寿命外，也会使得LED发生闪烁的问题。因此，如何将具有功率因数校正的单级拓扑发光二极管控制器的纹波控制在合理的范围，为一重要课题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于解决现有具有功率因数校正的单级拓扑发光二极管控制器，存在工频纹波过大的问题。
为达上述目的，本实用新型提供一种高功率因数的控制电路，应用于一AC/DC转换电路，该AC/DC转换电路包括一整流模块、一耦接至该整流模块的转换模块以及一受该转换模块驱动的负载，该整流模块接收一交流电而整流为一直流电，该转换模块根据一负载将该直流电转换为一驱动电力而提供给该负载，且包括一具有一电感组件的转换单元以及一耦接至该转换单元并在一导通状态和一关闭状态之间切换的开关单元，通过该电感组件的一电流形成有一基于该交流电而残余的波纹，其特征在于该控制电路包括：一峰值限制单元，输入一参考信号并根据来自于该开关单元的一采样信号而产生至少一峰值限制信号；以及一驱动单元，耦接至该开关单元并基于该峰值限制信号控制该开关单元切换，使得至少在半个工频周期内当该电感组件上的一电压高于一阈值时，该电感组件的该电流的该波纹不高于一限制值。
于一实施例中，其特征在于还包括一反馈单元，该反馈单元采样该开关单元上的一电流而输出该采样信号。
于一实施例中，其特征在于该反馈单元包括一耦接该开关单元以采样该开关单元上的该电流而输出一第一采样信号的采样单元以及一基于该第一采样信号而输出一第二采样信号的采样处理器。
于一实施例中，其特征在于该峰值限制单元还包括一补偿模块，该补偿模块根据该参考信号，以及该第一采样信号或该第二采样信号产生一补偿信号。
于一实施例中，其特征在于该补偿模块包括一差值器以及一耦接至该差值器的滤波器，该差值器输入该参考信号，以及该第一采样信号或该第二采样信号并产生一差值给该滤波器而输出该补偿信号。
于一实施例中，其特征在于该峰值限制单元包括一接收该补偿信号的电流限制模块，该电流限制模块根据该补偿信号产生该峰值限制信号。
于一实施例中，其特征在于该驱动单元还包括一最小关断时间调节器，该最小关断时间调节器根据该补偿信号产生一最短关断时间信号。
于一实施例中，其特征在于该电流限制模块包括一放大器以及一电阻串，该放大器具有一输出端、一输入该补偿信号的第一输入端以及一耦接至该输出端的第二输入端，该电阻串耦接至该输出端并输出该峰值限制信号。
于一实施例中，其特征在于该电流限制模块包括一放大器以及一电阻串，该放大器具有一输出端、一输入该补偿信号的第一输入端以及一耦接至该电阻串的第二输入端，该放大器的输出端和该电阻串之间输出该峰值限制信号。
于一实施例中，其特征在于该驱动单元包括一逻辑模块以及一和该逻辑模块连接的驱动器，该逻辑模块产生一切换信号给该驱动器，以控制该开关单元。
于一实施例中，其特征在于该驱动单元还包括一延迟器，该延迟器接受一导通信号而产生一反映该开关单元的一最大导通时间的第一控制信号。
于一实施例中，其特征在于该驱动单元还包括一比较器，该比较器根据该峰值限制信号以及该采样信号，产生一反映一当前采样信号以及一限制阀值之间的一比较结果的第二控制信号。
于一实施例中，其特征在于该第一控制信号和该第二控制信号决定一反映该开关单元的关断时刻的关断控制信号。
于一实施例中，其特征在于该驱动单元还包括一退磁检测模块，该退磁检测模块具有一和该开关单元耦接的输入端以及一输出一退磁信号至该逻辑模块的输出端。
于一实施例中，其特征在于还包括一输出该参考信号给该驱动单元的调光模块，该负载为一受该参考信号调整的LED灯。
于一实施例中，其特征在于该限制值随至少一因数的变化而变化，该因数选自该采样信号、该参考信号以及该负载所组成的群组。
为达上述目的，本实用新型还提供一种高功率因数的AC/DC转换电路，其特征在于包括：一整流模块，接收一交流电而整流为一直流电；一转换模块，耦接至该整流模块并根据一负载将该直流电转换为一驱动电力而提供给该负载，该转换模块包括一具有一电感组件的转换单元以及一耦接至该转换单元并在一导通状态和一关闭状态之间切换的开关单元，通过该电感组件的一电流形成有一基于该交流电而残余的波纹；以及一控制模块，包括：一峰值限制单元，输入一参考信号并根据反应该开关单元的一采样信号而产生至少一峰值限制信号；以及一驱动单元，耦接至该开关单元并基于该峰值限制信号控制该开关单元切换，使得在至少半个工频周期内当该电感组件上的一电压高于一阈值时，该电感组件的该电流的波纹不高于一限制值。
于一实施例中，其特征在于该转换模块选自一浮动式降压转换器、一升压转换器、一返驰式转换器以及一降压-升压式转换器所组成的群组。
于一实施例中，其特征在于该负载为一LED灯。
本实用新型设置了该峰值限制单元，该峰值限制单元根据该采样信号而产生该峰值限制信号，由于该峰值限制信号的生成为根据该采样信号，故会随该采样信号的变动而改变。换句话说，该峰值限制信号会根据不同的调光亮度、母线电压、输出电压或输出电流而调整，尽管工频周期内的最大电感电流峰值在变化，但该采样信号所反映的电流峰值限制阈值也在变化，从而达到减小输出电流纹波的效果，不仅延长的组件的使用寿命，也减轻了LED闪烁的问题。
附图说明
图1为现有技术的LED控制电路。
图2为现有技术的LED控制电路的电感电流(IL)和输出电流(IO)的波形示意图。
图3为本实用新型第一实施例的高功率因数的控制电路的示意图。
图4为本实用新型第二实施例的高功率因数的控制电路的示意图。
图5为本实用新型第三实施例的高功率因数的控制电路的示意图。
图6为本实用新型第四实施例的高功率因数的控制电路的示意图。
图7为本实用新型第五实施例的高功率因数的控制电路的示意图。
图8A为本实用新型一实施例中，该电流限制模块的配置示意图。
图8B为本实用新型另一实施例中，该电流限制模块的配置示意图。
图9为本实用新型控制电路的电感电流(IL)和输出电流(IO)的波形示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
本实用新型揭露一种高功率因数的控制电路以及AC/DC转换电路，该高功率因数的控制电路应用于一AC/DC转换电路，请参阅图3，为本实用新型第一实施例的高功率因数的控制电路的示意图，该AC/DC转换电路包括一整流模块11、一转换模块12以及一负载13，该转换模块12耦接至该整流模块11且驱动该负载13，该整流模块11接收一交流电AC而整流为一直流电DC，该整流模块11包括一整流器111以及一电容112，该转换模块12根据该负载13将该直流电DC转换为一驱动电力而提供给该负载13，该转换模块12包括一转换单元121以及一开关单元122，该转换单元121包括一电感123、一电容124以及一二极管125，该开关单元122可为一功率开关，例如一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，但不以此为限，该功率开关也可为一个或多个的三极体。该开关单元122在一导通状态和一关闭状态之间切换，且该开关单元122包括一漏极端D、一源极端S以及一栅极端G。本实施例中，该负载13为一LED灯。
该控制电路包括一峰值限制单元20以及一驱动单元30，其中，该峰值限制单元20接受一参考信号并根据来自于该开关单元122的一采样信号而产生至少一峰值限制信号。本实施例中，该驱动单元30耦接至该开关单元122的该栅极端G，该驱动单元30根据该峰值限制信号控制该开关单元122的切换，使得至少在半个工频周期内，当该电感123上的一电压高于一阈值时，通过该电感组件123的一电流的波纹不高于一限制值，该限制值可随至少一因数的变化而变化，该因数选自该采样信号、该参考信号以及该负载13的至少任一。在本实施例中，该控制电路还包括一反馈单元40以及一调光模块50，该反馈单元40采样该开关单元122上的电流而输出该采样信号，该反馈单元40可包括一采样电阻41以及一采样处理器42，该采样电阻41耦接至该开关单元122，并采样该开关单元122上的该电流而输出一第一采样信号，该采样处理器42根据该第一采样信号而输出一第二采样信号给该峰值限制单元20，本实用新型中，该采样信号视情况可为该第一采样信号或该第二采样信号。另外，该调光模块50根据外部或内部控制而输出该参考信号，该参考信号可视为一调光信号。
本实施例中，该峰值限制单元20包括一补偿模块21以及一电流限制模块22，该补偿模块21包括一差值器211以及一滤波器212，该滤波器212耦接至该差值器211，该差值器211从该调光模块50接收该参考信号以及该第一采样信号(或该第二采样信号)并产生一差值给该滤波器212，在本实施例中，该差值器211接收该参考信号以及该第二采样信号。该滤波器212输出该补偿信号，该电流限制模块22耦接至该补偿模块21，并接收该补偿信号，该电流限制模块22根据该补偿信号产生该峰值限制信号，该峰值限制信号反映了一限制电压。本实用新型中，该滤波器212也可以用其他形式的电路(例如数字低通滤波器)或模拟低通滤波器取代，而达到将该差值进行滤波而输出一直流电信号的结果，例如可以采用一跨导放大器和一电容的组合。
该驱动单元30包括一驱动器31、一逻辑模块32、一退磁检测模块33、一第一控制模块34以及一第二控制模块35，该第一控制模块34耦接至该峰值限制单元20的该电流限制模块22，该第一控制模块34包括一比较器341、一延迟器342及一或门343，该驱动器31耦接至该开关单元122的该栅极端G，并从该逻辑模块32取得一切换信号而控制该开关单元122的关闭和导通。其中，该第一控制模块34用来产生一关断控制信号，该关断控制信号控制该开关单元122的关断时刻(Turn-off timing)；该第二控制模块35用来产生一最短关断时间信号，该最短关断时间信号控制该开关单元122的最短的关断时间(Turn-off duration)。
该延迟器342输入该切换信号而产生一第一控制信号，该第一控制信号反映该开关单元122的一最大导通时间，该第一控制信号用以决定该开关单元122的关断时刻(Turn-offtiming)。该比较器341具有一第一输入端341a、一第二输入端341b以及一输出端341c，该第一输入端341a输入该第一采样信号或该第二采样信号，该第二输入端341b从该电流限制模块22取得该峰值限制信号，该比较器341根据该峰值限制信号以及该第一采样信号或该第二采样信号而从该输出端341c输出一第二控制信号至该逻辑模块32，换言之，该比较器341对该峰值限制信号以及该第一采样信号(或该第二采样信号)进行比较后，决定该第二控制信号并输出，该第二控制信号反映一当前采样信号(当前采样电压或当前采样电流)以及一限制阀值(限制电压或限制电流)之间的一比较结果，该第二控制信号用以决定该开关单元122的关断时刻(Turn-offtiming)。在本实施例中，该当前采样信号以及该限制阀值均采用电压，且该第一输入端341a输入该第一采样信号，故该比较器341根据该峰值限制信号以及该第一采样信号而输出该第二控制信号。该第一控制信号和该第二控制信号再输出给该或门343，该或门343再根据该第一控制信号和该第二控制信号输出该关断控制信号给该逻辑模块32。该关断控制信号决定该开关单元122的关断时刻(Turn-offtiming)。
该第二控制模块35耦接至该峰值限制单元20的该补偿模块21，该第二控制模块35可采用一最小关断时间调节器，即根据该补偿模块21输出的该补偿信号，而产生一第三控制信号至该逻辑模块32，该第三控制信号反映该开关单元122最短的关断时间(Turn-offduration)，即该第三控制信号为该最短关断时间信号，换言之，该第三控制信号用以决定该开关单元122的一导通时间(Turn-on timing)。该退磁检测模块33耦接于该驱动器32的一输出端以及该驱动器31之间，该退磁检测模块33具有一输入端以及一输出端，该退磁检测模块33耦接至该驱动器31的输出端并根据该驱动器31的输出而输出一退磁信号至该逻辑模块32。
该逻辑模块32接收该关断控制信号、该最短关断时间信号以及该退磁信号，而据此产生该切换信号给该驱动器31。根据以上所述，该关断控制信号的功能为当以下两者之一发生时(视何者为先)，控制该开关单元122的关断：该开关单元122到达该最大导通时间，或是当该当前采样信号(当前采样电压或当前采样电流)上升至该限制阀值(限制电压或限制电流)时。另一方面，该最短关断时间信号的功能为，当调光亮度低，而导通时间太短时，该最短关断时间信号可控制该开关单元122处于一非连续导通(DiscontinuousConduction Mode)模式。
本实用新型中，该转换模块12可以为一浮动式降压转换器、一升压转换器、一返驰式转换器或一降压-升压式转换器，以下将以具体的电路说明部分的配置。请参阅图4，为本实用新型第二实施例的高功率因数的控制电路的示意图，本实施例采用一浮动式降压转换器(Floating buck converter)，该驱动单元30耦接至该开关单元122的该源极端S，该转换单元121包括一电感123、一电容124、一二极管125以及一电阻126，该电容124、该二极管125和该负载13并联，该电感123和该电阻126则串联在该电容124的一端和该二极管125的一端之间，该电容124的另一端连接到接地。请参阅图5，为本实用新型第三实施例的高功率因数的控制电路的示意图，本实施例采用一升压转换器(Boost converter)，该驱动单元30耦接至该开关单元122的该漏极端D，该转换单元121包括一电感123、一电容124、一二极管125，该电容124和该负载13并联，该电感123和该二极管125串联至该电容124和该电容112之间，该开关单元122的该漏极端D耦接至该电感123和该二极管125之间。
请参阅图6，为本实用新型第四实施例的高功率因数的控制电路的示意图，本实施例采用一返驰式转换器(Flyback converter)，该驱动单元30耦接至该开关单元122的该漏极端D，该转换单元121包括一电感123、一电容124以及一二极管125，该电容124和该负载13并联，该电感123为一变压器，该变压器具有一第一侧以及一第二侧，该第一侧耦接至该电容112以及该开关单元122的该漏极端D，该第二侧则和该电容124并联，该二极管125耦接于该电容124和该第二侧之间。请参阅『图7』，为本实用新型第五实施例的高功率因数的控制电路的示意图，本实施例采用一降压-升压式转换器(Buck-boost converter)，该驱动单元30耦接至该开关单元122的该漏极端D，该转换单元121包括一电感123、一电容124以及一二极管125，该电感123、该电容124和该负载13并联，该二极管125耦接于该电感123和该电容124之间。以上仅为举例说明，本实用新型的其他实施例中，亦可以采用其他配置的转换器。
本实用新型中，该电流限制模块22的配置可以如图8A所示，包括一放大器221、一第一电阻222以及一第二电阻223，该放大器221包括一第一输入端221a、一第二输入端221b以及一输出端221c，该第一输入端221a输入该补偿信号，该第二输入端221b耦接至该输出端221c。该第一电阻222的一端耦接至该放大器221的该输出端221c，另一端耦接至该第二电阻223，该第二电阻223则接地，该峰值限制信号(CS_limit)从该第一电阻222和该第二电阻223之间输出。该电流限制模块22的配置也可以如图8B所示，该第一电阻222和该第二电阻223之间形成一节点输入至该第二输入端221b，该峰值限制信号(CS_limit)从该输出端221c和该第一电阻222之间输出。以上仅为举例说明，本实用新型的其他实施例中，也可以采用其他配置的电流限制模块。
请参阅图9，为本实用新型控制电路的电感电流(IL)和输出电流(IO)的波形示意图，本实用新型设置了该峰值限制单元，该峰值限制单元根据该采样信号而产生该峰值限制信号，由图9可以看出，流经该电感的电流被限制在一电流峰值限制阈值(IL_limit)，因而降低了电流纹波。由于设置了该第二控制模块，可以产生该最短关断时间信号，故虽然该电流被限制在该电流峰值限制阈值(IL_limit)，在低亮度时，不至于发生导通时间过短的问题。
此外，由于该峰值限制信号的生成为根据该采样信号，故会随该采样信号的变动而改变。换句话说，该峰值限制信号会根据不同的调光亮度、母线电压、输出电压或输出电流而调整，尽管工频周期内的最大电感电流峰值在变化，但该采样信号所反映的电流峰值限制阈值也在变化，从而达到减小输出电流纹波的效果，不仅延长组件的使用寿命，也减轻了LED闪烁的问题，此外，更可以选择更小电容值的输出电容来达到相同的输出电流纹波，降低了成本。
Claims (19)
1.一种高功率因数的控制电路，应用于一AC/DC转换电路，该AC/DC转换电路包括一整流模块、一耦接至该整流模块的转换模块以及一受该转换模块驱动的负载，该整流模块接收一交流电而整流为一直流电，该转换模块根据一负载将该直流电转换为一驱动电力而提供给该负载，且包括一具有一电感组件的转换单元以及一耦接至该转换单元并在一导通状态和一关闭状态之间切换的开关单元，通过该电感组件的一电流形成有一基于该交流电而残余的波纹，其特征在于，该控制电路包括：
一峰值限制单元，输入一参考信号并根据来自于该开关单元的一采样信号而产生至少一峰值限制信号；以及
一驱动单元，耦接至该开关单元并基于该峰值限制信号控制该开关单元切换，使得至少在半个工频周期内当该电感组件上的一电压高于一阈值时，该电感组件的该电流的波纹不高于一限制值。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括一反馈单元，该反馈单元采样该开关单元上的一电流而输出该采样信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该反馈单元包括一耦接该开关单元以采样该开关单元上的该电流而输出一第一采样信号的采样单元以及一基于该第一采样信号而输出一第二采样信号的采样处理器。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，该峰值限制单元还包括一补偿模块，该补偿模块根据该参考信号，以及该第一采样信号或该第二采样信号产生一补偿信号。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，该补偿模块包括一差值器以及一耦接至该差值器的滤波器，该差值器输入该参考信号，以及该第一采样信号或该第二采样信号并产生一差值给该滤波器而输出该补偿信号。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，该峰值限制单元包括一接收该补偿信号的电流限制模块，该电流限制模块根据该补偿信号产生该峰值限制信号。
7.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，该驱动单元还包括一最小关断时间调节器，该最小关断时间调节器根据该补偿信号产生一最短关断时间信号。
8.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，该电流限制模块包括一放大器以及一电阻串，该放大器具有一输出端、一输入该补偿信号的第一输入端以及一耦接至该输出端的第二输入端，该电阻串耦接至该输出端并输出该峰值限制信号。
9.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，该电流限制模块包括一放大器以及一电阻串，该放大器具有一输出端、一输入该补偿信号的第一输入端以及一耦接至该电阻串的第二输入端，该放大器的输出端和该电阻串之间输出该峰值限制信号。
10.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该驱动单元包括一逻辑模块以及一和该逻辑模块连接的驱动器，该逻辑模块产生一切换信号给该驱动器，以控制该开关单元。
11.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，该驱动单元还包括一延迟器，该延迟器接受一导通信号而产生一反映该开关单元的一最大导通时间的第一控制信号。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其特征在于，该驱动单元还包括一比较器，该比较器根据该峰值限制信号以及该采样信号，产生一反映一当前采样信号以及一限制阀值之间的一比较结果的第二控制信号。
13.根据权利要求12所述的控制电路，其特征在于，该第一控制信号和该第二控制信号决定一反映该开关单元的关断时刻的关断控制信号。
14.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，该驱动单元还包括一退磁检测模块，该退磁检测模块具有一和该开关单元耦接的输入端以及一输出一退磁信号至该逻辑模块的输出端。
15.根据权利要求1至14任一项所述的控制电路，其特征在于，还包括一输出该参考信号给该驱动单元的调光模块，该负载为一受该参考信号调整的LED灯。
16.根据权利要求1至14任一项所述的控制电路，其特征在于，该限制值随至少一因数的变化而变化，该因数选自该采样信号、该参考信号以及该负载所组成的群组。
17.一种高功率因数的AC/DC转换电路，其特征在于，包括：
一整流模块，接收一交流电而整流为一直流电；
一转换模块，耦接至该整流模块并根据一负载将该直流电转换为一驱动电力而提供给该负载，该转换模块包括一具有一电感组件的转换单元以及一耦接至该转换单元并在一导通状态和一关闭状态之间切换的开关单元，通过该电感组件的一电流形成有一基于该交流电而残余的波纹；以及
一控制模块，包括：
一峰值限制单元，输入一参考信号并根据反应该开关单元的一采样信号而产生至少一峰值限制信号；以及
一驱动单元，耦接至该开关单元并基于该峰值限制信号控制该开关单元切换，使得至少在半个工频周期内当该电感组件上的一电压高于一阈值时，该电感组件的该电流的该波纹不高于一限制值。
18.根据权利要求17所述的AC/DC转换电路，其特征在于，该转换模块选自一浮动式降压转换器、一升压转换器、一返驰式转换器以及一降压-升压式转换器所组成的群组。
19.根据权利要求17所述的AC/DC转换电路，其特征在于，该负载为一LED灯。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110535337A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-03 | 上海晶丰明源半导体股份有限公司 | 高功率因数的控制电路以及ac/dc转换电路 |
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2019
- 2019-09-24 CN CN201921610371.6U patent/CN210780542U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110535337A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-03 | 上海晶丰明源半导体股份有限公司 | 高功率因数的控制电路以及ac/dc转换电路 |
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