WO2015192741A1 - 一种驱动开关型负载的高功率因数填谷电路及开关电源 - Google Patents

一种驱动开关型负载的高功率因数填谷电路及开关电源 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic technologies, and in particular, to a high power factor valley filling circuit and a power supply for driving a shut-off type load.
  • Active power factor correction is the main method used in high-performance switching power supplies. It has high power factor (greater than 0.9 8) and low harmonic content (less than 10%), but it requires a dedicated chip and is costly. There are fewer applications in small and medium power power supplies.
  • passive power factor correction has the disadvantage of low power factor, it is commonly used in some low-power products (such as energy-saving lamps, LED lighting, etc.) because of its simple structure, low cost, and high reliability.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a high power factor valley filling circuit for driving a shut-off type load and Turn off the power supply, have the advantages of simple PFC structure, low cost, and high power factor.
  • Embodiments of the present invention provide a high power factor valley-filling circuit for driving a shut-off type load, including: a first bypass transistor, a second bypass transistor, a first inductor, and a first capacitor;
  • the valley filling circuit comprises three ports; the first end of the first bypass tube is a first port of the valley filling circuit; the first end of the first bypass tube is connected to a positive output end of a pulsed DC power source, The second end of the first shunt tube is connected to the first node; the first end of the second shunt tube is connected to the first node, and the second end of the second shunt tube is connected to the pulsating DC power source a second output of the second shunt tube is a second port of the valley filling circuit; a first end of the first inductor is connected to a positive output end of the pulsed DC power supply, the first The second end of the inductor is connected to the second node; the second node is the third port of the valley filling circuit; the valley
  • the first capacitor is a ceramic capacitor.
  • the first bypass transistor and the second bypass transistor are uncontrollable diodes, respectively a first diode and a second diode; a cathode of the first diode is connected to a pulsating DC power supply a positive output terminal, an anode of the first diode is connected to the first node; a cathode of the second diode is connected to the first node, and an anode of the second diode is connected to the pulsed DC power source Negative output.
  • the first bypass tube and the second bypass tube are both controllable MO S tubes, which are a first MOS tube and a second MOS tube, respectively.
  • Embodiments of the present invention further provide a high power factor valley filling circuit for driving a shutdown type load, comprising: a first bypass transistor, a second bypass transistor, a first inductor, and a first capacitor;
  • the factor-filling circuit includes three ports; the first end of the first bypass tube is the first port of the valley filling circuit; the first end of the first bypass tube is connected to the positive output end of the pulsed DC power supply, a second end of the first bypass pipe is connected to the first node; a first end of the second bypass pipe is connected to the first node, and a second end of the second bypass pipe is connected to the pulse DC a second output of the second bypass tube is a second port of the valley filling circuit; a first end of the first inductor is connected to a second end of the second bypass tube The second end of the first inductor is connected to the second node; the second node is the third port of the valley filling circuit; the first end of the first capacitor is connected to the first node, and the first capacitor
  • Embodiments of the present invention further provide a power supply, including: a rectifier, a high power factor valley filling circuit, and a switch; an input end of the rectifier is connected to an AC power source, and is used to rectify the AC power of the AC power source into The pulsating direct current is used as a pulsating DC power supply;
  • the high power factor valley filling circuit comprises: a first switching transistor, a second switching transistor, a first inductor and a first capacitor; and the high power factor valley filling circuit comprises three ports;
  • the first end of the first bypass tube is a first port of the valley filling circuit; the first end of the first bypass tube is connected to a positive output end of the pulsating DC power source, and the first end of the first bypass tube
  • the second end is connected to the first node; the first end of the second bypass tube is connected to the first node, and the second end of the second bypass tube is connected to the negative output end of the pulsating DC power supply;
  • the first capacitor is a ceramic capacitor.
  • the first bypass transistor and the second bypass transistor are uncontrollable diodes, respectively a first diode and a second diode; a cathode of the first diode is connected to a pulsating DC power supply a positive output terminal, an anode of the first diode is connected to the first node; a cathode of the second diode is connected to the first node, and an anode of the second diode is connected to the pulsed DC power source Negative output.
  • the first bypass transistor and the second bypass transistor are controllable MOS transistors, which are a first MOS transistor and a second MOS transistor, respectively.
  • the passive valley-filling circuit structure provided by the invention is very simple, and the load-critical state is utilized, thereby having the characteristics of a part of the active PFC. , that is, high power factor, low harmonics.
  • the power factor of the circuit can be adjusted by adjusting the voltage across the first capacitor (the voltage on the first capacitor ranges from 0 to the maximum value of the AC input voltage), thereby adjusting the conduction angle of the rectifier bridge to achieve power factor control. Since the voltage on the first capacitor in the passive valley-filling circuit provided by the embodiment of the invention is controllable, the first capacitor can adopt a low-voltage capacitor, so that the selection of the first capacitor is more Extensive.
  • the low-voltage capacitor Since the low-voltage capacitor is small in size, low in cost, and easy to select, it can be used in a wide range of power supply environments for use in shut-off loads, and can be used in high temperature applications, and the life of the entire device can be improved.
  • the minimum output voltage of the passive valley-fill circuit is always greater than or equal to the voltage across the first capacitor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a passive valley filling circuit in the prior art
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a first embodiment of a high power factor valley filling circuit provided by the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of FIG.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a first diode and a second cathode tube provided by the present invention
  • FIG. 5 is another schematic diagram of FIG. 4
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a first embodiment of a power supply provided by the present invention
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a second embodiment of a power supply provided by the present invention.
  • FIG. 2 the figure is a schematic diagram of a high power factor valley-filling circuit for driving a switch-type load according to the present invention.
  • the embodiment provides a high power factor valley-filling circuit for a switch-type load, comprising: a first bypass transistor G1, a second bypass transistor G2, a first inductor L1, and a first capacitor C1;
  • the power factor valley-filling circuit includes three ports; the first end of the first bypass tube G1 is the first port of the valley filling circuit; the first end of the first bypass tube G1 is connected to the pulsed DC power source a positive output end, the second end of the first bypass tube G1 is connected to the first a node A; a first end of the second switch G2 is connected to the first node A, and a second end of the second switch G2 is connected to a negative output end of the pulsed DC power supply;
  • the second end of the bypass transistor is the second port of the valley filling circuit; the first end of the first inductor L1 is connected to the positive output end of the pulsating DC power source, and the second end of the first inductor L1 is connected
  • the second node B is the third port
  • the L1 connection is between the second node B and the positive output end of the pulsating DC power supply, and can also be connected between the second node B and the negative output end of the pulsating DC power supply. 3 is shown.
  • the valley circuit includes three ports; the first end of the first bypass tube G1 is the first port of the valley filling circuit; the first end of the first bypass tube G1 is connected to the positive output end of the pulsed DC power supply
  • the second end of the first bypass pipe G1 is connected to the first node A; the first end of the second bypass pipe G2 is connected to the first node A, and the second end of the second bypass pipe G2 is
  • the second end of the second switch G2 is the second port of the valley filling circuit; the first end of the first inductor L1 is connected to the second port
  • the second end of the first inductor L1 is connected to the second node B; the second node B is the third port of the valley filling circuit; the first end of the first capacitor C1 Connecting the first node A, the second end of the first capacitor C1 is connected to the second node B; the first port and the first A load connected between Jian
  • first bypass pipe and the second bypass pipe may be uncontrollable bypass pipes, for example, all diodes.
  • the first bypass tube and the second bypass tube may also be controllable bypass tubes, for example, both are MOS tubes.
  • MOS transistor when it is a MOS transistor, it is necessary to control the switching state of the MOS transistor to be in conformity with the conduction state of the diode, that is, to function as a diode. Since the diode has a certain on-voltage drop, the MOSFET can be used to realize the diode unidirectional conduction function, but it is necessary to control the state of the MOS transistor and increase the complexity of the control circuit.
  • the first bypass transistor and the second bypass transistor have a diode and a MOS transistor. Pros and cons, you can choose to use according to actual needs. In addition, it can be understood that the first bypass transistor and the second bypass transistor can have one of them as a diode and the other as a MOS transistor, and the implementation principle is the same, and details are not described herein again.
  • the figure shows a circuit diagram of a diode ⁇ for both the first bypass transistor and the second bypass transistor.
  • the first bypass transistor and the second bypass transistor are both uncontrollable diodes, which are a first diode D1 and a second diode D 2 respectively; the cathode of the first diode D1 is connected to a pulsating DC a positive output end of the power supply, an anode of the first diode D1 is connected to the first node; a cathode of the second diode D2 is connected to the first node, and an anode connection of the second diode D2 The negative output of the pulsating DC power supply.
  • the output voltage of the pulsating DC power supply is Vin
  • the voltage on the first capacitor C1 is Vc
  • the voltage at the output of the high power factor valley filling circuit is Vout.
  • the L1 connection is between the second node B and the positive output end of the pulsating DC power supply, and can also be connected between the second node B and the negative output end of the pulsating DC power supply.
  • Figure 5 shows.
  • the working principle of the high power factor valley filling circuit provided by this embodiment is very simple, and the circuit structure is also simple and the cost is low.
  • the load of the circuit is a ⁇ -type load, and therefore, has the characteristics of a partially active PFC circuit, that is, a high power factor low harmonic.
  • the voltage Vout at the output of the high power factor valley-filling circuit is always greater than or equal to the voltage across C1 (ignoring the voltage drop of the diode).
  • FIG. 6, is a diagram of the present invention. 4 corresponding waveform diagram.
  • the working principle of the present invention can be summarized as follows: When the Vin voltage is high, in addition to providing energy for the load, part of the energy is stored in C1 through L1; when the Vin voltage is low (Vin ⁇ Vc), Energy is supplied to the load from C1. It can be seen from Fig. 6 that the voltage Vc across the capacitor C1 is shown by the solid line in the figure, wherein in the phase where Vac is 0, the voltage at point B is the voltage on the capacitor in the inter-segment of tl-t2.
  • the voltage at point B is the voltage after the valley filling, and the voltage at point B is filled in the attachment of the zero point of Vac, reducing the fluctuation.
  • Vin-max is the maximum voltage of Vin.
  • Vin is a pulsating DC voltage, which can be obtained by rectifying the AC by a rectifier.
  • FIG. 7 is a diagram showing a power supply of the high power factor valley filling circuit of the above embodiment provided by the present invention.
  • the power supply provided in this embodiment includes: a rectifier 100, a high power factor valley filling circuit, and a switch S1; the input end of the rectifier 100 is connected to an AC power source for rectifying the AC power of the AC power source into The pulsating direct current is used as a pulsating DC power supply; the high power factor valley filling circuit comprises: a first switching transistor, a second switching transistor, a first inductor L1 and a first capacitor C1; and the high power factor valley filling circuit comprises three The first end of the first shunt tube is the first port of the valley filling circuit; and the first shunt tube and the second shunt tube are both diodes as an example for description.
  • a cathode of the first diode D1 is connected to a positive output end of the pulsating DC power source, an anode of the first diode D1 is connected to the first node; and a cathode of the second diode D2 is connected to the first node A.
  • the anode of the second diode D2 is connected to the negative output end of the pulsating DC power supply.
  • the anode of the second diode D2 is the second port of the valley filling circuit; the first end of the first inductor L1 is connected to the positive output end of the pulsating DC power source, and the second end of the first inductor L1 is
  • the second node B is connected to the second node B; the second node B is the third port of the valley filling circuit; one end of the first capacitor C1 is connected to the first node A, and the other end of the first capacitor C1 is connected
  • the second node B is connected to the switch between the second port and the third port, and the switch-type load is connected in series with the load and the switch S1.
  • the AC AC is rectified by the rectifier 100 into a pulsating DC voltage Vin.
  • the rectifier 100 in this embodiment is realized by a rectifier bridge composed of four diodes.
  • the high power factor valley fill circuit provided by the present invention. Since the voltage on the first capacitor C1 in the high power factor valley-filling circuit provided by the embodiment of the present invention is controllable, the voltage on the C1 can be adjusted by adjusting the impedance ratio of the L1 and the load, so the C1 can use a low-voltage capacitor. Electrolytic capacitors are used as in the prior art. This makes the choice of the first capacitor more extensive.
  • the C1 in this embodiment can be a ceramic capacitor, because the ceramic capacitor is small in size, low in cost, and easy to select. Therefore, it is possible to make the power supply application environment for the off-type load more widely, and it can be used in a high temperature and the like, and the life of the entire device can be improved.
  • the filter capacitor is connected in parallel with the input terminal and/or the output terminal of the rectifier 100 of FIG. 7, but the parallel filter capacitor causes the power factor of the entire circuit to decrease, because the filter capacitor causes the input voltage. Deviation from the phase of the input current.
  • the capacitance in the filter circuit provided in this embodiment does not cause a power factor to drop.
  • the function of the high power factor valley filling circuit provided by the present invention will be described below in conjunction with specific application scenarios. It should be noted that the high power factor valley-filling circuit provided by the present invention is suitable for load-carrying type, that is, the load is connected in series. The high power factor valley filling circuit provided by the invention is especially suitable for the stroboscopic LED driving power source, and the effect is better.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of Embodiment 2 of a power supply provided by the present invention.
  • the present embodiment provides an LED driving power supply without stroboscopic and electroless capacitors, and a high power factor valley filling circuit in the virtual frame.
  • the load in Figure 8 is the LED, and the Q1 is equivalent to the first pass.
  • the PWM driver 200 is used to provide a PWM pulse and input the control terminal of Q1 to control the state of Q1.
  • the Q1 can use MO SFET.
  • Fairchild's FQP5N60C can be selected.
  • the PWM driver can choose Silergy's SY5814A (Single Stage Buck PFC Controller) designed for LED lighting.
  • Dl, D2, and D4 can be selected as MURS160T.
  • the L1 inductor value can be chosen to be 33 microhenries
  • the L2 inductor value can be chosen to be 470 microhenries
  • the capacitor C1 can be chosen to be 50 volts 30 microfarad ceramic capacitors (3 10 microfarads).
  • the working principle of Figure 8 is described below: Q 1 is closed ⁇ , if Vin is greater than Vc (ignoring diode voltage drop), the current flow direction is: Vin->Ll->Vout->L2->LED->Q1->GND, L1
  • the energy is stored, Dl, D2, and D4 are not turned on, and the voltage across Cr is constant.
  • Q1 is closed ⁇ . If Vin is less than Vc, no current flows in L1. The power consumption of this LED is provided by C1.
  • the current flow direction is: Cl->Vout->L2->LED -> Q1->GND -> D2->C1, Dl, D4 are not conductive.
  • Q1 When Q1 is cut off, if the current in L1 is not 0, the energy is transferred to C1 by resonance with C1 (charges C1), and the same inductor L2 continues to flow through D4, and continues to illuminate the LED.
  • the current loop is L2. ->LED->D4->L2

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

一种驱动开关型负载的高功率因数填谷电路及开关电源。高功率因数填谷电路包括三个端口；第一开关管（G1）的第一端为第一端口；第一开关管的第一端连接脉动直流电源的正输出端，第一开关管的第二端连接第一节点（A）；第二开关管（G2）的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接脉动直流电源的负输出端；第二开关管的第二端为第二端口；第一电感（L1）的第一端连接脉动直流电源的正输出端，第一电感的第二端连接第二节点（B）；第二节点为第三端口；第一电容（C1）的第一端连接第一节点，第一电容的第二端连接第二节点；第二端口和第三端口之间连接开关型负载。该电路中的第一电容可以采用低压电容，容易选型。该开关电源具有高功率因数、低谐波的特点。

Description

一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路及幵关电源 技术领域
[0001] 本发明涉及电子技术领域， 具体涉及一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电 路及幵关电源。
背景技术
[0002] 在当前的电源变换领域， 幵关电源因其高效率、 小体积的优点在国民行业中获 得广泛应用。 对市电 AC/DC幵关电源而言， 根据各个国家规范规定， 一般都需 要加入功率因数校正 (PFC， Power Factor Correction)， 以提高用电设备的功率因 数， 降低设备对电网的谐波污染。
[0003] 当前的功率因数校正主要有两种： 有源功率因数校正和无源功率因数校正。 有 源功率因数校正是高性能幵关电源采用的主要方法， 其具有高功率因数 (大于 0.9 8)和低谐波含量 (小于 10%)的特点， 但其需要专用芯片， 成本较高， 在中小功率 幵关电源中应用较少。 无源功率因数校正虽然有功率因数低的缺点， 但因其结 构简单、 成本低廉、 可靠性高而常用在一些小功率产品中 (如节能灯、 LED照明 等)。 图 1所示的无源填谷电路是现有技术中常用的无源功率因数校正电路， 其特 点是二极管 Dl、 D2、 D3与储能电容 CI和 C2组成的电路具有串联充电、 并联放 电的特点， 增大了整流桥的导通角， 从而提高了功率因数。 中国申请专利 CN201 310277987.7"—种有源控制的填谷电路及其控制方法"对此电路工作特点有详细 的描述。 这种无源填谷电路的输出电压最低值为交流电压峰值的一半， 不具有 调整性， 应用受到限制， 功率因数不高， 一般小于 0.9。 当然也可以采用多级扩 展的方式， 不过这吋元器件数目会大大增加， 成本也相应增加， 实际应用中几 乎不采用。
[0004] 综上， 本领域技术人员需要提供一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 既具有无源 PFC结构简单、 低成本的特点， 又有高功率因数的特点。
技术问题
[0005] 本发明解决的技术问题是提供一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路及幵 关电源， 具有无源 PFC结构简单、 成本低的优点， 并且具有较高的功率因数。 问题的解决方案
技术解决方案
[0006] 本发明实施例提供一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 包括： 第一幵 关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率因数填谷电路包括三个 端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端口； 所述第一幵关管的 第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一幵关管的第二端连接第一节点 ； 所述第二幵关管的第一端连接所述第一节点， 所述第二幵关管的第二端连接 所述脉动直流电源的负输出端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第二 端口； 所述第一电感的第一端连接所述脉动直流电源的正输出端， 所述第一电 感的第二端连接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一 电容的第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连接所述第二节点； 所述第二端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型负载为负载和幵关 串联。 优选地， 所述第一电容为陶瓷电容。 优选地， 所述第一幵关管和第二幵 关管均为不可控的二极管， 分别为第一二极管和第二二极管； 所述第一二极管 的阴极连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一二极管的阳极连接第一节点； 所述第二二极管的阴极连接所述第一节点， 所述第二二极管的阳极连接所述脉 动直流电源的负输出端。 优选地， 所述第一幵关管和第二幵关管均为可控的 MO S管， 分别为第一 MOS管和第二 MOS管。
[0007] 本发明实施例还提供一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 包括： 第一 幵关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率因数填谷电路包括三 个端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端口； 所述第一幵关管 的第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一幵关管的第二端连接第一节 点； 所述第二幵关管的第一端连接所述第一节点， 所述第二幵关管的第二端连 接所述脉动直流电源的负输出端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第 二端口； 所述第一电感的第一端连接所述第二幵关管的第二端， 所述第一电感 的第二端连接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一电 容的第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连接所述第二节点； 所 述第一端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型负载为负载和幵关串 联。
[0008] 本发明实施例还提供一种幵关电源， 包括： 整流器、 高功率因数填谷电路和幵 关； 所述整流器的输入端连接交流电源， 用于将所述交流电源的交流电整流为 脉动直流电作为脉动直流电源； 所述高功率因数填谷电路包括： 第一幵关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率因数填谷电路包括三个端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端口； 所述第一幵关管的第一端 连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一幵关管的第二端连接第一节点； 所述 第二幵关管的第一端连接所述第一节点， 所述第二幵关管的第二端连接所述脉 动直流电源的负输出端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第二端口； 所述第一电感的第一端连接所述脉动直流电源的正输出端， 所述第一电感的第 二端连接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一电容的 第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连接所述第二节点； 所述第 二端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型负载为负载和幵关串联。 优选地， 所述第一电容为陶瓷电容。 优选地， 所述第一幵关管和第二幵关管均 为不可控的二极管， 分别为第一二极管和第二二极管； 所述第一二极管的阴极 连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一二极管的阳极连接第一节点； 所述第 二二极管的阴极连接所述第一节点， 所述第二二极管的阳极连接所述脉动直流 电源的负输出端。 优选地， 所述第一幵关管和第二幵关管均为可控的 MOS管， 分别为第一 MOS管和第二 MOS管。
发明的有益效果
有益效果
[0009] 与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 本发明提供的无源填谷电路结构非常 简单， 借用了负载为幵关型的幵关状态， 从而具有了部分有源 PFC的特点， 即高 功率因数、 低谐波。 并且该电路的功率因数可通过调节第一电容两端的电压 (第 一电容上电压的取值范围为 0到交流输入电压的最大值)， 从而调整整流桥的导通 角来实现功率因数的可控。 由于本发明实施例提供的无源填谷电路中的第一电 容上的电压可控， 所以第一电容可以采用低压电容， 使得第一电容的选择更加 广泛。 由于低压电容的体积小、 成本低， 容易选型， 因此， 可以使幵关型负载 使用的电源应用环境广泛， 可以使用在高温等场合， 整体设备的寿命可以得到 提高。 该无源填谷电路的最低输出电压始终大于或等于第一电容两端的电压。 对附图的简要说明
附图说明
[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或 现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地下面描述中的附 图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造 性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011] 图 1是现有技术中的一种无源填谷电路的示意图； 图 2是本发明提供的幵关型负 载的高功率因数填谷电路实施例一示意图； 图 3是图 2的另一种变形示意图； 图 4 是本发明提供的第一幵关管和第二幵关管均为二极管吋的电路图； 图 5是图 4的 另一种变形示意图； 图 6是本发明提供的图 4对应的波形图； 图 7是本发明提供的 幵关电源实施例一示意图； 图 8是本发明提供的幵关电源实施例二示意图。
本发明的实施方式
[0012] 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 为使本发明的 上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对本发明的具体实施 方式做详细的说明。
[0013] 参见图 2， 该图为本发明提供的驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路实施例 一示意图。
[0014] 本实施例提供一种幵关型负载的高功率因数填谷电路， 包括： 第一幵关管 Gl、 第二幵关管 G2、 第一电感 L1和第一电容 C1 ; 所述高功率因数填谷电路包括三个 端口； 所述第一幵关管 G1的第一端为该填谷电路的第一端口； 所述第一幵关管 G 1的第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一幵关管 G1的第二端连接第一 节点 A; 所述第二幵关管 G2的第一端连接所述第一节点 A， 所述第二幵关管 G2 的第二端连接所述脉动直流电源的负输出端； 所述第二幵关管的第二端为该填 谷电路的第二端口； 所述第一电感 L1的第一端连接所述脉动直流电源的正输出 端， 所述第一电感 L1的第二端连接第二节点 B; 所述第二节点 B为该填谷电路的 第三端口； 所述第一电容 C1的第一端连接所述第一节点 A， 所述第一电容 C1的 第二端连接所述第二节点 B ; 所述第二端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所 述幵关型负载为负载和幵关 S1串联。 所述高功率因数填谷电路的输出端连接幵 关型负载。 需要说明的是， 幵关型负载的意思是指负载的供电是由幵关来断续 控制的， 例如， 可以为 LED灯。
[0015] 可以理解的是， L1连接在第二节点 B和脉动直流电源的正输出端之间外， 还可 以连接在第二节点 B和脉动直流电源的负输出端之间， 具体可以参见图 3所示。 图 3所对应的驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 包括： 第一幵关管 Gl、 第二幵关管 G2、 第一电感 L1和第一电容 C1 ; 所述高功率因数填谷电路包括三个 端口； 所述第一幵关管 G1的第一端为该填谷电路的第一端口； 所述第一幵关管 G 1的第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一幵关管 G1的第二端连接第一 节点 A; 所述第二幵关管 G2的第一端连接所述第一节点 A， 所述第二幵关管 G2 的第二端连接所述脉动直流电源的负输出端； 所述第二幵关管 G2的第二端为该 填谷电路的第二端口； 所述第一电感 L1的第一端连接所述第二幵关管 G2的第二 端， 所述第一电感 L1的第二端连接第二节点 B; 所述第二节点 B为该填谷电路的 第三端口； 所述第一电容 C1的第一端连接所述第一节点 A， 所述第一电容 C1的 第二端连接所述第二节点 B ; 所述第一端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所 述幵关型负载为负载和幵关 S1串联。
[0016] 需要说明的是， 所述第一幵关管和第二幵关管可以为不可控幵关管， 例如均为 二极管。 所述第一幵关管和第二幵关管也可以均为可控幵关管， 例如均为 MOS 管。 但是当为 MOS管吋， 需要控制 MOS管的幵关状态达到与二极管的导通状态 一致， 即起到二极管同样的作用。 由于二极管有一定的导通压降， 因此， 可以 用 MOS管来实现二极管单向导通的功能， 但是需要控制 MOS管的状态， 增加了 控制电路的复杂。 因此， 所述第一幵关管和第二幵关管为二极管和 MOS管各有 利弊， 可以根据实际需要来选择使用。 另外， 可以理解的是， 第一幵关管和第 二幵关管可以其中一个为二极管， 另一个为 MOS管， 实现原理相同， 在此不再 赘述。
[0017] 下面以第一幵关管和第二幵关管均为二极管为例来详细介绍本发明提供的电路 的工作原理。
[0018] 参见图 4， 该图为第一幵关管和第二幵关管均为二极管吋的电路图。 所述第一 幵关管和第二幵关管均为不可控的二极管， 分别为第一二极管 D1和第二二极管 D 2； 所述第一二极管 D1的阴极连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一二极管 D1 的阳极连接第一节点； 所述第二二极管 D2的阴极连接所述第一节点， 所述第二 二极管 D2的阳极连接所述脉动直流电源的负输出端。 为了描述方便， 设脉动直 流电源的输出电压为 Vin， 第一电容 C1上的电压为 Vc， 高功率因数填谷电路输出 端的电压为 Vout。 当第一幵关 SI闭合吋， 如果 Vin大于 Vc (忽略二极管上的压降） ， 则 L1中有电流流过， 即电流的流向为： Vin-Ll-B-负载； 此吋， L1中储存能量 ， D1和 D2均不导通， C1两端的电压不变。 当第一幵关 S1闭合吋， 如果 Vin小于 V C 则 L1中没有电流流过 (即 L1中没有能量储存)， 这吋负载上消耗的能量由 C1来 提供， 即电流的流向为： C1-B-负载 -D2， 此吋， D1不导通。 当第一幵关 S1断幵 吋， 如果 L1中电流不为零， 则为 C1充电， 将能量转移到 C1中， 此吋 D1导通。
[0019] 可以理解的是， L1连接在第二节点 B和脉动直流电源的正输出端之间外， 还可 以连接在第二节点 B和脉动直流电源的负输出端之间， 具体可以参见图图 5所示 。 本实施例提供的高功率因数填谷电路的工作原理非常简单， 而且电路结构也 很简单， 成本很低。 并且， 该电路的负载为幵关型负载， 因此， 具有了部分有 源 PFC电路的特点， 即高功率因数低谐波。 从以上结合图 4的原理图分析可知， 高功率因数填谷电路输出端的电压 Vout始终大于或等于 C1两端的电压 (忽略二极 管的压降)， 具体波形可以参见图 6， 该图为本发明图 4对应的波形图。
[0020] 因此， 本发明的工作原理可以总结如下： 当 Vin电压高吋， 除了为负载提供能 量以外， 还通过 L1将部分能量储存到 C1中； 当 Vin电压较低 (Vin<Vc)吋， 由 C1 向负载提供能量。 从图 6中可以看出， 电容 C1两端的电压 Vc如图中的实线所示， 其中在 Vac为 0的阶段， 如图 tl-t2吋间段内， B点的电压为电容上的电压， 如图中 的粗实线部分， 而不是 0， 从而可以看出， B点的电压是填谷以后的电压， B点的 电压在 Vac的零点附件进行了填谷， 减小了波动。 其中， Vin-max为 Vin的最大电 压。
[0021] 需要说明的是， Vin为脉动直流电压， 可以由整流器将交流整流后得到， 具体 可以参见图 7。 图 7为本发明提供的包括上述实施例的高功率因数填谷电路的幵 关电源。
[0022] 本实施例提供的幵关电源， 包括： 整流器 100、 高功率因数填谷电路和幵关 S1 ； 所述整流器 100的输入端连接交流电源， 用于将所述交流电源的交流电整流为 脉动直流电作为脉动直流电源； 所述高功率因数填谷电路包括： 第一幵关管、 第二幵关管、 第一电感 L1和第一电容 C1 ; 所述高功率因数填谷电路包括三个端 口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端口； 以第一幵关管和第二 幵关管均为二极管为例进行说明。 所述第一二极管 D1的阴极连接脉动直流电源 的正输出端， 所述第一二极管 D1的阳极连接第一节点； 所述第二二极管 D2的阴 极连接所述第一节点 A， 所述第二二极管 D2的阳极连接所述脉动直流电源的负输 出端。 所述第二二极管 D2的阳极为该填谷电路的第二端口； 所述第一电感 L1的 第一端连接所述脉动直流电源的正输出端， 所述第一电感 L1的第二端连接第二 节点 B ; 所述第二节点 B为该填谷电路的第三端口； 所述第一电容 C1的一端连接 所述第一节点 A， 所述第一电容 C1的另一端连接所述第二节点 B; 所述第二端口 和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型负载为负载和幵关 S1串联。 从图 7 中可以看出， 交流 AC通过整流器 100整流为脉动直流电压 Vin。 本实施例中的整 流器 100由四个二极管组成整流桥来实现。 图 7中虚线方框内的是本发明提供的 高功率因数填谷电路。 由于本发明实施例提供的高功率因数填谷电路中的第一 电容 C1上的电压可控， 具体可以通过调整 L1和负载的阻抗比值来调节 C1上的电 压， 所以 C1可以采用低压电容， 不必像现有技术中那样采用电解电容。 这样第 一电容的选择更加广泛。 本实施例中的 C1可以采用陶瓷电容， 由于陶瓷电容的 体积小、 成本低、 选型容易。 因此， 可以使幵关型负载使用的电源应用环境更 广泛， 可以使用在高温等场合， 整体设备的寿命可以得到提高。
[0023] 另外， 对于市电 220V来说， 在中小功率幵关电源设计中， 由于 L1的电感值一 般比较小， 如果 CI的体积能够较小， 那么可以使整个高功率因数填谷电路的结 构非常紧凑， 体积小， 可以大大节省 PCB的空间。 并且， 对于功率因数要求较高 的场合， 本实施例提供的高功率因数填谷电路， 例如对于 220V交流输入情况下 ， 控制 C1上的电压在 50V吋， 功率因数可以高达 0.95， 这样可以减少对电网的干 扰。 需要说明的是， 现有技术中有在图 7的整流器 100的输入端和 /或输出端并联 滤波电容， 但是这样并联的滤波电容会造成整个电路的功率因数下降， 因为滤 波电容会导致输入电压和输入电流的相位出现偏差。 而本实施例提供的滤波电 路中的电容不会导致功率因数下降。
[0024] 下面结合具体应用场景说明本发明提供的高功率因数填谷电路的作用。 需要说 明的是， 本发明提供的高功率因数填谷电路适用于负载为幵关型的， 即负载串 联着幵关。 本发明提供的高功率因数填谷电路尤其适用于无频闪 LED驱动电源， 效果更好。
[0025] 参见图 8， 该图为本发明提供的幵关电源实施例二示意图。
[0026] 本实施例提供的是一种无频闪、 无电解电容的 LED驱动电源， 虚框内为高功率 因数填谷电路。 图 8中的负载为 LED, 幵关 Q1相当于第一幵关。 PWM驱动器 200 用于提供 PWM脉冲， 输入 Q1的控制端， 来控制 Q1的幵关状态。 Q1可以采用 MO SFET， 例如可以选择 Fairchild的 FQP5N60C； PWM驱动器可以选择 Silergy公司专 为 LED照明设计的 SY5814A(Single Stage Buck PFC Controller)。 Dl、 D2、 D4可 选 MURS160T。 L1电感值可以选择为 33微亨， L2电感值可以选择为 470微亨， 电 容 C1可以选择为 50伏 30微法陶瓷电容 (3个 10微法)。 下面描述图 8的工作原理： Q 1闭合吋， 如果 Vin大于 Vc (忽略二极管压降)， 电流流向为： Vin->Ll->Vout->L2- >LED->Q1->GND, L1中储存能量， Dl、 D2、 D4均不导通， Cr两端电压不变。 Q1闭合吋， 如果 Vin小于 Vc， 则 L1中无电流流过， 这吋 LED上消耗功率均由 C1 提供， 电流流向为： Cl->Vout->L2->LED -〉 Q1->GND -〉 D2->C1， Dl、 D4不导通 。 当 Q1断幵吋， 如果 L1中电流不为 0， 则通过与 C1谐振将能量转移到 C1中 (为 C1 充能)， 同吋电感 L2通过 D4续流， 继续点亮 LED, 电流回路为 L2->LED->D4->L2
[0027] 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制 。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明。 任何熟悉 本领域的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示 的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰， 或修改为等 同变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明 的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均仍属于本 发明技术方案保护的范围内。

Claims

权利要求书
一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 其特征在于， 包括： 第 一幵关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率因数填谷 电路包括三个端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端 口； 所述第一幵关管的第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第 一幵关管的第二端连接第一节点； 所述第二幵关管的第一端连接所述 第一节点， 所述第二幵关管的第二端连接所述脉动直流电源的负输出 端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第二端口； 所述第一电 感的第一端连接所述脉动直流电源的正输出端， 所述第一电感的第二 端连接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一 电容的第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连接所述第 二节点； 所述第二端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型 负载为负载和幵关串联。
根据权利要求 1所述的驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 其特 征在于， 所述第一电容为陶瓷电容。
根据权利要求 1或 2所述的驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 其 特征在于， 所述第一幵关管和第二幵关管均为不可控的二极管， 分别 为第一二极管和第二二极管； 所述第一二极管的阴极连接脉动直流电 源的正输出端， 所述第一二极管的阳极连接第一节点； 所述第二二极 管的阴极连接所述第一节点， 所述第二二极管的阳极连接所述脉动直 流电源的负输出端。
根据权利要求 1或 2所述的驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 其 特征在于， 所述第一幵关管和第二幵关管均为可控的 MOS管， 分别 为第一 MOS管和第二 MOS管。
一种驱动幵关型负载的高功率因数填谷电路， 其特征在于， 包括： 第 一幵关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率因数填谷 电路包括三个端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路的第一端 口； 所述第一幵关管的第一端连接脉动直流电源的正输出端， 所述第 一幵关管的第二端连接第一节点； 所述第二幵关管的第一端连接所述 第一节点， 所述第二幵关管的第二端连接所述脉动直流电源的负输出 端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第二端口； 所述第一电 感的第一端连接所述第二幵关管的第二端， 所述第一电感的第二端连 接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一电容 的第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连接所述第二节 点； 所述第一端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所述幵关型负载 为负载和幵关串联。
[权利要求 6] —种幵关电源， 其特征在于， 包括： 整流器、 高功率因数填谷电路和 幵关； 所述整流器的输入端连接交流电源， 用于将所述交流电源的交 流电整流为脉动直流电作为脉动直流电源； 所述高功率因数填谷电路 包括： 第一幵关管、 第二幵关管、 第一电感和第一电容； 所述高功率 因数填谷电路包括三个端口； 所述第一幵关管的第一端为该填谷电路 的第一端口； 所述第一幵关管的第一端连接脉动直流电源的正输出端
， 所述第一幵关管的第二端连接第一节点； 所述第二幵关管的第一端 连接所述第一节点， 所述第二幵关管的第二端连接所述脉动直流电源 的负输出端； 所述第二幵关管的第二端为该填谷电路的第二端口； 所 述第一电感的第一端连接所述脉动直流电源的正输出端， 所述第一电 感的第二端连接第二节点； 所述第二节点为该填谷电路的第三端口； 所述第一电容的第一端连接所述第一节点， 所述第一电容的第二端连 接所述第二节点； 所述第二端口和第三端口之间连接幵关型负载， 所 述幵关型负载为负载和幵关串联。
[权利要求 7] 根据权利要求 6所述的幵关电源， 其特征在于， 所述第一电容为陶瓷 电容。
[权利要求 8] 根据权利要求 6或 7所述的幵关电源， 其特征在于， 所述第一幵关管和 第二幵关管均为不可控的二极管， 分别为第一二极管和第二二极管； 所述第一二极管的阴极连接脉动直流电源的正输出端， 所述第一二极 管的阳极连接第一节点； 所述第二二极管的阴极连接所述第一节点， 所述第二二极管的阳极连接所述脉动直流电源的负输出端。
[权利要求 9] 根据权利要求 6或 7所述的幵关电源， 其特征在于， 所述第一幵关管和 第二幵关管均为可控的 MOS管， 分别为第一 MOS管和第二 MOS管。
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