恒流控制电路、恒流驱动电路及恒流控制方法

文档序号:10491681
恒流控制电路、恒流驱动电路及恒流控制方法
【专利摘要】本申请公开了恒流控制电路、恒流驱动电路及恒流控制方法。所述恒流控制电路包括:电流采样模块,接收主功率电路的电流采样信号,产生反映输出电流大小的正弦半波信号;步进积分补偿网络,所述步进积分补偿网络产生补偿信号;PFC驱动电路,所述PFC驱动电路根据补偿信号以及主功率电路的电流过零检测信号,产生所述主功率电路开关管的驱动信号,其中,所述步进积分补偿网络接收所述正弦半波信号,对所述正弦半波信号进行累加,并且在所述正弦半波信号的谷底或者所述电流采样信号的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号,以及将所述累加信号与基准电压相比较,从而产生所述补偿信号。该恒流控制电路采用步进积分控制来减小补偿网络的积分电容。
【专利说明】
恒流控制电路、恒流驱动电路及恒流控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及电源技术,更具体地,设及恒流控制电路、恒流驱动电路及恒流控制方 法。
【背景技术】
[0002] 在大量的用电设备中存在非线性元件和储能元件,使得输入交流电流波形发生严 重崎变,导致电网侧输入功率因数很低。为了满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求,必须 在用电设备中加入功率因素校正(PFC)装置。PFC装置实现高功率因素的关键在于控制输入 电流跟随输入电压。输入电流对输入电压的跟随越好,则功率因素越高。目前,大多数PFC控 制方案为了获得稳定的补偿信号,需要参数较大的滤波或补偿网络。
[0003] 图1所示为现有技术中的一种采用Buck拓扑的恒流驱动电路。恒流驱动电路包括 整流桥Bl、输入电容Cin、功率开关管Ql、续流二极管Dl、变压器T、输出电容Co、电流采样电 阻Rsen、恒流控制电路100。该恒流控制电路100包括滤波器101、误差放大器102和PFC控制 电路108。电流采样电阻Ren的作用是将流经电阻Rsen的电流采样信号CS转换成电压信号。 该原边电流流经变压器T的原边绕组。由于变压器T的原边电流存在着较大的工频纹波,因 此,采用滤波器101将采样到的电流采样信号CS滤波成直流电平信号。对于Buck拓扑而言, 流经变压器T的原边电流的平均值与输出电流相等,因此滤波器输出的电压信号与误差放 大器102的基准电压进行比较,二者的误差信号经误差放大器102放大之后送到PFC控制电 路IOSdPFC控制电路108的输出信号控制功率开关管Ql的通断,从而实现对输出电流的负反 馈闭环控制,实现了输出电流恒流。
[0004] 然而,如图1所示的恒流驱动电路的缺点是滤波器101和补偿网络103中分别采用 大电容值的电容,分别作为滤波器电容和补偿网络积分电容。滤波器101和补偿网络103中 的电容不能集成在忍片中,只能作为外围元件,从而增加了电路的复杂性,增大了设计成 本。而且,由于补偿网络电容作为控制忍片的外围元件,电路的可靠性等性能也相应容易受 到潮湿环境的影响。

【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的恒流控制电路、恒流驱动电路及恒 流控制方法,W克服现有高功率因数恒流控制方案中普遍存在的滤波器及补偿网络参数大 的不足。
[0006] 根据本发明的一方面,提供一种恒流控制电路,包括:电流采样模块,所述电流采 样模块接收主功率电路的电流采样信号,产生反映输出电流大小的正弦半波信号;步进积 分补偿网络,所述步进积分补偿网络与所述电流采样模块连接,并且产生补偿信号;PFC驱 动电路,所述PFC驱动电路与所述步进积分补偿网络连接,并且根据所述补偿信号W及所述 主功率电路的电流过零检测信号,产生所述主功率电路开关管的驱动信号,其中,所述步进 积分补偿网络接收所述正弦半波信号,对所述正弦半波信号进行累加,并且在所述正弦半 波信号的谷底或者所述电流采样信号的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号, W及将所述累加信号与基准电压相比较,从而产生所述补偿信号。
[0007] 优选地,所述电流采样模块为低通滤波器,用于对所述主功率电路的电流采样信 号进行滤波。
[0008] 优选地,所述电流采样模块包括第一电阻和第一电容,所述第一电阻的第一端接 收所述电流采样信号,所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端,所述第一电容 的第二端接地,所述第一电容的第一端提供所述正弦半波信号,所述正弦半波信号为电流 平均值包络。
[0009] 优选地,所述电流采样模块为峰值电流采样电路,用于获得所述主功率电路的电 流的峰值。
[0010] 优选地,所述电流采样模块包括第一电阻、第一电容和第一开关,所述第一电阻的 第一端接收所述电流采样信号,所述第一电阻的第二端连接所述第一开关的第一端,所述 第一电容的第一端连接所述第一开关的第二端,所述第一电容的第二端接地,所述第一电 容的第一端提供所述正弦半波信号,其中,所述第一开关在所述电流采样信号的峰值附近 导通,从而获得电流峰值包络。
[0011] 优选地,所述电流采样模块为输出电流估计电路,用于获得反映输出电流大小的 正弦半波信号。
[0012] 优选地,所述电流采样模块包括第一开关、第二开关、第=开关、第一电容、第二电 容、第一电阻、运放和反相器。所述第一开关的第一端接收所述电流采样信号,所述第一开 关的第二端连接到所述第一电容的第一端,所述第一电容Cl的第二端接地,所述第一电容 的第一端连接所述第二开关的第一端,所述第二开关的第二端连接所述第=开关的第一端 和所述运放的正输入端,所述第=开关的第二端接地,所述运放的负输入端和其输出端相 连,所述运放的输出端连接所述第一电阻的第一端,所述第一电阻的第二端接所述第二电 容的第一端,所述第二电容的第二端接地,所述第二电容的第一端提供正弦半波信号Vs。其 中,所述第一开关和所述第=开关的控制信号与所述主功率开关管的驱动信号相同,所述 第二开关的控制信号由所述主功率开关管的驱动信号经所述反相器得到。
[0013] 优选地,所述步进积分补偿网络包括:累加信号发生模块,所述累加信号发生模块 产生固定频率、固定占空比的累加控制信号;谷底检测模块,所述谷底检测模块接收所述正 弦半波信号,并且判断所述正弦半波信号或者所述电流采样信号是否处于谷底,所述谷底 检测模块顺序产生累加输出采样信号、累加复位信号及周期积分信号;累加模块,所述累加 模块与所述累加信号发生模块和所述谷底检测模块连接,并且接收所述正弦半波信号、所 述累加控制信号和所述累加复位信号,在所述累加控制信号的控制下,所述累加模块对所 述正弦半波信号进行累加 W获得所述累加信号,W及在所述累加输出复位信号的控制下周 期性地对所述累加信号进行复位;累加输出采样模块,所述累加输出采样模块与所述谷底 检测模块和所述累加模块连接,并且接收所述累加信号和所述累加输出采样信号,在所述 累加输出采样信号的控制下,周期性地采样并保存所述累加信号的峰值;误差放大模块,所 述误差放大模块与所述累加输出采样模块连接,并且对所述累加输出采样模块的输出信号 与所述误差放大模块内部设定的基准电压进行比较,W及转换成为放大的电流信号;周期 积分模块,所述周期积分模块与所述误差放大模块和所述谷底检测模块连接,并且接收所 述电流信号,在所述周期积分信号的控制下,对所述误差放大模块的输出信号进行积分,产 生所述补偿信号。
[0014] 优选地,所述谷底检测模块包括:第一基准电压源,所述第一基准电压源产生第一 基准电压;第五比例跟随电路,所述第五比例跟随电路的第一端接收所述正弦半波信号;第 一比较器,所述第一比较器的反相输入端连接所述第五比例跟随电路的第二端,同相输入 端连接所述第一基准电压源;W及信号发生电路,所述信号发生电路的第一端连接所述第 一比较器的输出端,第二端连接所述累加输出采样模块,第=端连接所述累加模块,第四端 连接所述周期积分模块,其中,当所述信号发生电路检测到所述第一比较器的输出信号的 上升沿时,确定所述正弦半波信号处于谷底,所述信号发生电路在延迟预定延时时间之后, 依次产生所述累加器输出采样信号、所述累加器输出复位信号及所述积分周期信号,并且 分别在所述信号发生电路的第二至第四端提供所述累加器输出采样信号、所述累加器输出 复位信号及所述积分周期信号。
[0015] 优选地,所述累加模块包括:第二至第五电阻;第=至第六开关;第二和第=电容; 第一至第=比例跟随电路;W及运算放大器,其中,所述第一比例跟随电路的第一端接收所 述正弦半波信号,第二端连接所述第二电阻的第一端;所述运算放大器的同相输入端连接 所述第二电阻的第二端,反相输入端连接所述第=电阻的第一端,所述第=电阻的第二端 接地,所述第四电阻的第一端连接所述运算放大器的反相输入端,所述第四电阻的第二端 连接所述运算放大器的输出端,所述第=开关的第一端连接所述运算放大器的输出端,所 述第=开关的第二端连接第二电容的第一端,所述第二电容的第二端接地,所述第五开关 与第二电容并联,用于清零第二电容的电荷,所述第二比例跟随电路的第一端连接第=电 容的第一端,第二比例跟随电路的第二端连接第五电阻的第一端,第一电阻的第一端连接 所述运算放大器的同相输入端,所述第=比例跟随电路的第一端连接所述第二电容的第一 端,所述第=比例跟随电路的第二端连接第四开关的第一端,第=电容的第一端连接第四 开关的第二端,第=电容的第二端接地,第六开关与第=电容并联,用于清零第=电容的电 荷,其中,在所述累加控制信号的控制下,所述第=开关和所述第四开关互补导通,在所述 累加器输出复位信号的控制下,所述第五开关和所述第六开关在每半个工频周期将第二电 容和第=电容上的电荷清零。
[0016] 优选地,所述累加输出采样模块包括:第四比例跟随电路;第八开关;W及第四电 容,其中,所述第四比例跟随电路的第一端连接到所述累加模块的输出端,所述第四比例跟 随电路的第二端连接到所述第八开关的第一端,所述第四电容的第一端连接到所述第八开 关的第二端,所述第四电容的第二端接地,其中,所述第八开关在所述累加器输出采样信号 的控制下,每半个工频周期导通一次,从而在所述第四电容上获取所述累加模块输出的每 半个工频周期的累加值,作为所述累加信号。
[0017] 优选地,所述误差放大模块包括:跨导运算放大器;W及第二基准电压源,所述第 二基准电压源产生第二基准电压,其中,所述跨导运算放大器的反相输入端连接所述累加 输出采样模块的输出端,W接收所述累加信号,所述跨导运算放大器的同相输入端连接第 二基准电压源,W接收所述第二基准电压,所述跨导运算放大器的正极流出或者流入与所 述累加信号相应大小的电流,作为所述放大的电流信号,所述跨导运算放大器的负极接地。
[0018] 优选地,所述周期积分模块包括:第屯开关;W及第五电容,其中,所述第屯开关的 第一端连接所述误差放大模块的输出端,W接收所述电流信号,所述第屯开关的第二端连 接第五电容的第一端,所述第五电容的第二端接地,其中,所述第屯开关在所述积分周期信 号的控制下,导通与所述积分周期信号相对应的预定时间,从而在所述第五电容上获得所 述补偿信号。
[0019] 优选地,所述PFC驱动电路包括:电流过零检测电路;RS触发器;银齿波发生电路; W及第二比较器,其中,所述电流过零检测电路包括:第六电阻,所述第六电阻的第一端连 接至主功率电路W接收过零检测信号;第屯电阻,所述第屯电阻的第一端连接所述第六电 阻的第二端,所述第屯电阻的第二端接地;W及第=比较器,所述第=比较器的负输入端连 接所述第六电阻的第二端,所述第=比较器的正输入端接收第=基准电阻,所述第=比较 器的输出端连接所述RS触发器的置位端,其中,所述银齿波发生电路包括:第一电流源;第 六电容;第九开关;W及第一反相器,其中,所述第一反相器的输入端接收所述驱动信号,所 述第一反相器的输出端连接所述第九开关的控制端,所述第六电容的第一端接所述第二比 较器的正输入端,所述第六电容的第二端接地,所述第二比较器的负输入端接收所述补偿 信号,其中,在当所述驱动信号为低电平期间,所述第九开关导通,所述第六电容的两端电 压保持为零;在所述驱动信号为高电平期间,所述第九开断开,所述恒流源给所述第六电容 充电,所述第六电容的第一端电平线性增加,在所述驱动信号的多个周期中,所述第六电容 两端的电压信号为一银齿波信号,并且,当所述银齿波信号的峰值等于补偿信号的电平时, 所述第二比较器的输出电平从低电平翻转为高电平,所述第二比较器的输出端连接RS触发 器的复位端R。
[0020] 优选地,所述RS触发器的输出信号Q作为所述驱动信号。
[0021] 优选地,所述PFC驱动电路还包括峰值采样信号发生电路,所述峰值采样信号发生 电路包括:延时模块;第二反相器;与口; W及或口,其中,所述RS触发器的输出信号Q连接所 述延时模块的输入端、所述第二反相器的输入端和所述或口的第一输入端,所述或口的第 二输入端接所述延时模块的输出端,所述或口的输出信号作为所述驱动信号,所述延时模 块的输出端连接所述与口的第一输入端,所述第二反相器的输出端连接所述与口的第二输 入端,所述与口的输出信号作为控制信号,用于控制所述电流采样模块进行峰值电流采样。
[0022] 优选地,所述主功率电路包括变压器,所述过零检测电路通过对所述变压器的辅 助绕组的同名端输出的电压信号的过零点进行检测,判断出变压器原边绕组电流的过零 点。
[0023] 根据本发明的另一方面,提供一种恒流驱动电路,包括:主功率电路;W及上述的 恒流控制电路,其中,所述主功率电路包括:功率开关管,所述功率开关管在所述驱动信号 的控制下导通或断开;W及变压器,所述变压器的原边绕组与所述功率开关管串联连接,其 中,在所述功率开关管的导通期间,外部电源向所述变压器的原边绕组充电,在所述功率开 关管的断开期间,所述变压器的原边绕组向负载供电。
[0024] 优选地,所述主功率电路可W是实地型Buck功率电路、虚地型Buck功率电路、反激 式功率电路、Buck-boost型功率电路、Boost型功率电路中的任意一种。
[0025] 根据本发明的=方面,提供一种恒流控制方法,包括:从主功率电路获得平均值与 输出电流成比例关系、频率和相位与主功率电路整流桥的输出信号一致的正弦半波信号; 利用固定周期、固定占空比的脉冲信号对正弦半波信号进行累加,并在正弦半波信号的谷 底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号;在正弦半波信号谷底产生与该正弦半波信 号周期频率相同的周期积分信号;对累加信号与设定的基准电压进行比较,二者之间的误 差转换成为电流信号;利用周期积分信号去控制电流信号对电容进行积分,获得补偿信号; W及将补偿信号送到PF码E动电路,产生主功率电路开关管的驱动信号。
[0026] 根据本发明实施例的恒流控制电路,其中采用步进积分控制来减小补偿网络的积 分电容。在优选的实施例中,电流采样模块采用累加方式获得与负载电流成比例的信号,W 省略或减小传统恒流控制电路中的电流采样端所需的大滤波器电容。
[0027] 本发明的有益效果是,在实现高功率因数的基础上,去除或减小了传统高功率因 数恒流方案中的电流采样端滤波电路和补偿网络的电容,达到简化电路外围,降低电路成 本,提高电路可靠性等效果。
【附图说明】
[0028] 通过W下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述W及其他目的、特征和 优点将更为清楚。
[0029] 图1所示为现有技术中的一种采用Buck拓扑的恒流驱动电路。
[0030] 图2示出根据本发明第一实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。
[0031] 图3示出根据本发明第二实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。
[0032] 图4示出根据本发明第=实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。
[0033] 图5、图6和图7分别示出在根据本发明实施例的恒流驱动电路中的电流采样模块 的不同实例。
[0034] 图8示出在根据本发明实施例的恒流驱动电路中的步进积分补偿网络的示意性电 路框图。
[0035] 图9示出根据本发明第一实施例的恒流控制电路的示意性电路框图。
[0036] 图10示出根据本发明第二实施例的恒流控制电路的示意性电路框图。
[0037] 图11示出根据本发明第二实施例的恒流控制电路的工作波形图。
[0038] 图12为根据本发明实施例的恒流控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0039] W下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中,相同的元件采用类似的附 图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些 公知的部分。
[0040] 图2示出根据本发明第一实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。该恒流驱动 电路采用Buck拓扑并且工作于浮地方式,包括整流桥B1、输入电容Cin、功率开关管Q1、续流 二极管D1、变压器T、输出电容Co、电流采样电阻Rsen、恒流控制电路200。该恒流控制电路 200包括电流采样模块201、步进积分补偿网络210和PFC控制电路208。
[0041] 进一步而言,整流桥Bl的输入端接交流电源化C,整流桥Bl的正输出端连接输入电 容Cin的第一端,整流桥Bl的负输出端连接输入电容Cin的第二端。功率开关管Ql的第一功 率端连接输入电容Cin的第一端,功率开关管Ql的第二功率端连接续流二极管Dl的阴极,续 流二极管Dl的阳极连接输入电容Cin的第二端。电流采样电阻Rsen的第一端连接续流二极 管Dl的阴极,电流采样电阻Rsen的第二端连接变压器T的原边绕组Wp的异名端,变压器T的 原边绕组Wp的异名端接地,变压器T的原边绕组Wp的同名端连接输出电容Co的第一端,电容 Co的第二端连接输入电容Cin的第二端,输出电容Co配置为与负载并联。变压器T的辅助绕 组的异名端接地。功率开关管Ql的控制端接收控制电路产生的驱动信号Vg。在电流采样电 阻Rsen的第一端获得电流采样信号CS。作为一个非限制性的例子,本实施例中的电流采样 电阻Rsen包括电流采样电阻Rsen,但是本领域技术人员应当理解,电流采样电阻Rsen也可 W采用其他具有电流检测功能的电路结构。
[0042] 在恒流控制电路200中,电流采样模块201接收变压器T的电流采样信号CS,输出能 反映输出电流大小的正弦半波信号Vs。步进积分补偿网络210接收正弦半波信号Vs,对正弦 半波信号进行累加,并在正弦半波信号的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号, 并且将累加信号与基准电压相比较W产生补偿信号Vcomp JFC驱动电路208根据从步进积 分补偿模块接收的补偿信号VcompW及续流二极管电流过零检测信号ZCD,产生主功率电路 开关管的驱动信号Vg。
[0043] 图3示出根据本发明第二实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。该恒流驱动 电路采用Buck拓扑并且工作于实地方式,包括整流桥Bl、输入电容Cin、功率开关管Ql、续流 二极管D1、变压器T、输出电容Co、电流采样电阻Rsen、恒流控制电路200。该恒流控制电路 200包括电流采样模块201、步进积分补偿网络210和PFC控制电路208。
[0044] 进一步而言,整流桥Bl的输入端连接交流电源Vac,整流桥Bl的正输出端连接输入 电容Cin的第一端,整流桥Bl的负输出端连接输入电容Cin的第二端,输入电容Cin的第二端 接地。电流采样电阻Rsen的第一端连接输入电容Cin的第二端,即接地,电流采样电阻Rsen 的第二端连接功率开关管Ql的第二功率端,功率开关管Ql的第一功率端连接续流二极管Dl 的阳极,续流二极管Dl的阴极连接输入电容Cin的第一端。变压器T的原边绕组Wp的同名端 连接功率开关管Ql的第一功率端,即续流二极管Dl的阳极,变压器T的原边绕组Wp的异名端 连接输出电容Co的第二功率端,输出电容Co的第一功率端连接输入电容Cin的第一端,即续 流二极管Dl的阴极。输出电容Co配置为与负载并联,该负载可W是L邸等。变压器T的辅助绕 组的异名端接地。功率开关管Ql的控制端接收恒流控制电路产生的驱动信号Vg。在电流采 样电阻Rsen的第二端获得电流采样信号CS。作为一个非限制性的例子,本实施例中的电流 采样电阻Rsen包括电流采样电阻Rsen,但是本领域技术人员应当理解,电流采样电阻Rsen 也可W采用其他具有电流检测功能的电路结构。
[0045] 在恒流控制电路200中,电流采样模块201接收变压器T的电流采样信号CS,输出能 反映输出电流大小的正弦半波信号Vs。步进积分补偿网络210接收正弦半波信号Vs,对正弦 半波信号进行累加,并在正弦半波信号的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号, 并且将累加信号与基准电压相比较W产生补偿信号Vcomp JFC驱动电路208根据从步进积 分补偿模块接收的补偿信号VcompW及续流二极管电流过零检测信号ZCD,产生主功率电路 开关管的驱动信号Vg。
[0046] 图4示出根据本发明第=实施例的恒流驱动电路的示意性电路框图。该恒流驱动 电路采用反激拓扑,包括整流桥Bl、输入电容Cin、功率开关管Ql、续流二极管Dl、变压器T、 输出电容Co、电流采样电阻Rsen、恒流控制电路200。该恒流控制电路200包括电流采样模块 201、步进积分补偿网络210和PFC控制电路208。
[0047] 进一步而言,整流桥BI的输入端连接交流电源Vac,整流桥BI的正输出端连接输入 电容Cin的第一端,整流桥Bl的负输出端连接输入电容Cin的第二端,输入电容Cin的第二端 接地。电流采样电阻Rsen的第一端连接输入电容Cin的第二端,即接地,变压器T的原边绕组 的同名端连接输入电容Cin的第一端,变压器T的原边绕组的异名端连接功率开关管Ql的第 一功率端,功率开关管Ql的第二功率端连接电流采样电阻Rsen的第二端,变压器副边绕组 的异名端连接续流二极管Dl的阳极,变压器T的副边绕组的异名端连接输出电容Co的第二 功率端,输出电容Co的第一功率端连接续流二极管Dl的阴极。输出电容Co配置为与负载并 联,该负载可W是Lm)等。变压器T的辅助绕组的同名端接地。功率开关管Ql的控制端接收恒 流控制电路产生的驱动信号Vg。在电流采样电阻Rsen的第二端获得电流采样信号CS。作为 一个非限制性的例子,本实施例中的电流采样电阻Rsen包括电流采样电阻Rsen,但是本领 域技术人员应当理解,电流采样电阻Rsen也可W采用其他具有电流检测功能的电路结构。
[0048] 在恒流控制电路200中,电流采样模块201接收变压器T的电流采样信号CS,输出能 反映输出电流大小的正弦半波信号Vs。步进积分补偿网络210接收正弦半波信号Vs,对正弦 半波信号进行累加,并在正弦半波信号的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号, 并且将累加信号与基准电压相比较W产生补偿信号Vcomp JFC驱动电路208根据从步进积 分补偿模块接收的补偿信号VcompW及续流二极管电流过零检测信号ZCD,产生主功率电路 开关管的驱动信号Vg。
[0049] 在根据第一实施例、第二实施例和第=实施例的恒流驱动电路中,步进积分补偿 网络210采用步进积分控制来减小补偿网络的积分电容。
[0050] 图5、图6和图7分别示出在根据本发明实施例的恒流驱动电路中的电流采样模块 的不同实例。
[0051] 在图2所示的主功率电路中,电流采样电阻Rsen连接在功率开关管Ql的第二功率 端和变压器的异名端之间,因此,流经电流采样电阻Rsen上的电流为变压器原边绕组电流, 可W直接反映输出电流。相应地,电流采样模块201的实现方式为低通滤波器滤波方式,如 图5所示。所述滤波器起到滤除高频的作用,因而其参数小,电容可W选取小容值电容,其输 出为变压器原边电流平均值包络。所述低通滤波器包括电阻Rl和电容C1。电阻Rl的第一端 从主功率电路接收电流采样信号CS,电阻Rl的第二端连接到电容Cl的第一端,电容Cl的第 二端接地。电容Cl的第一端提供正弦半波信号Vs。
[0052] 在图3所示的主功率电路中,电流采样电阻Rsen连接在输入电容Cin的第二端和功 率开关管Ql的第一功率端之间,因此,流经电流采样电阻Rsen上的电流为流经功率开关管 Ql的电流。相应地,电流采样模块201的实现方式为图6所示峰值电流采样方式,其由输入电 阻Rl、开关Q2、保持电容Cl组成。输入电阻Rl的第一端从主功率电路接收电流采样信号CS, 输入电阻Rl的第二端连接到开关Q2的第一端,开关Q2的第二端连接到保持电容Cl的第一 端,保持电容Cl的第二端接地。电容Cl的第一端提供正弦半波信号Vs。
[0053] 开关Q2的控制信号V巧由PFC驱动电路208产生。V巧为一脉宽远小于功率开关管Ql 驱动信号Vg脉宽的周期性窄脉冲信号,V巧的开关频率与功率开关管Ql驱动信号Vg相同, V巧的下降沿与Vg的下降沿对齐或略超前一点时间。在V巧的控制下,每个周期开关Q2在开 关管Ql断开前开通,从而在保持电容Cl上获得变压器T的原边电流峰值包络。
[0054] 在图4所示的主功率电路中,电流采样电阻Rsen连接在输入电容Cin的第二端和功 率开关管Ql的第一功率端之间,因此,流经电流采样电阻Rsen上的电流为流经变压器T的原 边电流。相应地,电流采样模块201的实现方式为图7所示输出电流估计方式,其由开关Qxl ~如3、保持电容CxU反相器化1、运放化2 W及电阻Rxl和电容Cx2构成的低通滤波器组成。 开关Qxl的第一端从主功率电路接收电流采样信号CS,开关Qxl的第二端连接到保持电容Cl 的第一端,保持电容Cl的第二端接地,保持电容Cl的第一端还连接开关如2的第一端,开关 Qx2的第二端连接开关妃3的第一端和运放化2的正输入端,开关妃3的第二端接地,运放化2 的负输入端和其输出端相连,运放化2的输出端连接电阻Rxl的第一端,电阻Rxl的第二端接 电容Cx2的第一端,电容Cx2的第二端接地。电容Cx2的第一端提供正弦半波信号Vs。
[0055] 开关Qxl的控制信号Vg由PFC驱动电路208产生。Vg为功率开关管Ql的驱动脉冲,每 个周期开关Qxl与开关管Ql同时开通和关断,从而在保持电容Cxl上获得一幅值与T的原边 电流峰值包络相同的梯形波变。开关如2的控制信号为Vg经反相器化1取反之后的脉冲,开 关妃3的控制信号为Vg,通过开关如2和开关妃3的开通和关断在运放化2的正输入端获得一 幅值与T的原边电流峰值包络相同、脉宽近似与变压器副边二极管Dl续流时间相等的矩形 波,经运放化2构成的跟随器跟随之后在电阻Rxl的第一端获得与运放化2的正输入端波形 相同的矩形波,该矩形波经Rxl和电容Cx2构成的低通滤波器滤波之后在电容Cx2获得一平 均值与输出负载电流成比例的正弦半波信号Vs。
[0056] 图8示出在根据本发明实施例的恒流驱动电路中的步进积分补偿网络的示意性电 路框图。步进积分补偿网络210包括累加信号发生模块212、谷底检测模块213、累加模块 214、累加输出采样模块215、误差放大模块216和周期积分模块217。
[0057] 累加信号发生模块212产生固定频率、固定占空比的累加控制信号Vgl。
[0058] 谷底检测模块213接收所述电流采样模块201的输出的正弦半波信号或者主功率 电路的交流输入经整流后的输出信号的谷底。谷底检测模块213判断电流采样模块201输出 的正弦半波信号或者主功率电路交流输入经整流后的输出信号处于谷底,谷底检测模块 213将顺序产生累加输出采样信号Vg2、累加复位信号V的及周期积分信号Vg4。
[0059] 累加模块214,所述累加模块214接收电流采样模块201输出的正弦半波信号、累加 信号发生模块212输出的累加控制信号Vgl W及谷底检测模块213输出的累加复位信号Vg3, 在所述累加控制信号Vgl的控制下,累加模块214对电流采样模块214输出的正弦半波信号 进行累加,累加之后的信号在所述累加输出复位信号V的的控制下周期性地复位。
[0060] 累加输出采样模块215,所述累加输出采样模块215接收累加模块214的输出信号 和谷底检测模块213输出的累加输出采样信号Vg2,累加输出采样模块215在所述累加输出 采样信号Vg2的控制下,周期性地采样并保存累加模块214的输出信号的峰值。
[0061] 误差放大模块216,所述误差放大模块216对累加输出采样模块215输出信号与误 差放大模块216内部设定的基准电压进行比较,经误差放大模块216内部的电流型误差放大 器转换成为放大的电流信号。
[0062] 周期积分模块217,所述周期积分模块217接收误差放大模块216的输出的电流信 号,在谷底检测模块213输出的周期积分信号Vg4的控制下对误差放大模块216的输出信号 进行积分,并输出补偿信号Vcomp。
[0063] 图9示出根据本发明第一实施例的恒流控制电路的示意性电路框图。恒流控制电 路200包括电流采样模块201、步进积分补偿网络210和PFC控制电路208。步进积分补偿网络 210包括累加信号发生模块212、谷底检测模块213、累加模块214、累加输出采样模块215、误 差放大模块216和周期积分模块217。
[0064] 在该实施例中,电流采样模块201的实现方式为低通滤波器滤波方式。所述低通滤 波器包括电阻Rl和电容C1。电阻Rl的第一端从主功率电路接收电流采样信号CS,电阻Rl的 第二端连接到电容Cl的第一端,电容Cl的第二端接地。电容Cl的第一端提供正弦半波信号 Vs O
[0065] 累加信号发生模块212产生累加控制信号Vgl,用于控制累加模块214中的开关通 断。
[0066] 谷底检测模块213由比例跟随电路K5、比较基准电压源VDC2、比较器U3 W及信号发 生电路组成。比例跟随电路K5的第一端连接电流采样模块201中的保持电容Cl的第一端,比 例跟随电路K5的第二端连接比较器U3的反相输入端,比较器U3的同相输入端连接比较基准 电压源VDC2的正极,比较基准电压源VDC2的负极接地。比较器U3的输出连接信号发生电路, 每当信号发生电路检测到比较器U3输出上升沿,即认定电流采样模块201的输出信号处于 谷底,信号发生电路将在一定的延时时间T2之后,依次产生累加器输出采样信号Vg2、累加 器输出复位信号V的及积分周期信号Vg4。
[0067] 累加模块214包括比例跟随电路K1、比例跟随电路K2、比例跟随电路K3、电阻R2、电 阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1、保持电容C2、保持电容C3、开关Q3、开关Q4、开关Q5、开 关Q6。电流采样模块201中的保持电容Cl的第一端连接比例跟随电路Kl的第一端,比例跟随 电路Kl的第二端连接到电阻R2的第一端,电阻R2的第二端连接到运算放大器Ul的同相输入 端。电阻R3的第一端接地,其第二端连接运算放大器Ul的反相输入端。电阻R4的第一端连接 电阻R3的第二端,即运算放大器Ul的反相输入端,电阻R4的第二端连接运算放大器Ul的输 出端。运算放大器Ul的输出端连接开关Q3的第一端,开关Q3的第二端连接保持电容C2的第 一端,保持电容C2的第二端接地。开关Q5与保持电容C2并联,用于清零C2的电压。比例跟随 电路K3的第一端连接保持电容C2的第一端,比例跟随电路K3的第二端连接开关Q4的第一 端。保持电容C3的第一端连接开关Q4的第二端,保持电容C3的第二端接地。开关Q6与保持电 容C3并联,用于清零C3的电压。比例跟随电路K2的第一端连接保持电容C3的第一端,比例跟 随电路K2的第二端连接电阻R5的第一端。电阻R5的第二端连接电阻R2的第二端,即运算放 大器Ul的同相输入端。累加信号发生模块212产生累加控制信号Vgl,控制开关Q3和开关Q4 互补导通。谷底检测模块213产生累加器输出复位信号Vg3,每半个工频周期将保持电容C2 和保持电容C3上的电荷清零一次。
[006引累加输出采样模块215由比例跟随电路K4、开关Q8和保持电容C4组成。比例跟随电 路K4的第一端连接到累加模块214中的保持电容C2的第一端,比例跟随电路K4的第二端连 接到开关Q8的第一端。保持电容C4的第一端连接到开关Q8的第二端,保持电容C4的第二端 接地。谷底检测模块213产生累加器输出采样信号Vg2,每半个工频周期控制开关Q8导通一 次,在电容C4上获取累加模块214输出的每半个工频周期的累加值。
[0069]误差放大模块216由跨导运算放大器U2、比较基准电压源VDCl组成。跨导运算放大 器U2的负极接地,跨导运算放大器U2的反相输入端连接累加输出采样模块215中的保持电 容C4的第一输入端,跨导运算放大器U2的同相输入端连接比较基准电压源VDCl的正极,比 较基准电压源VDCl的负极接地。跨导运算放大器U2根据累加输出采样模块215中的保持电 容C4的电平与比较基准电压源VDCl的电压差,其正极将流出或者流入相应大小的电流。 (VDC1-VC4)越大,跨导运算放大器U2流出的电流越大,反之越小;(VC4-VDC1)越大,跨导运 算放大器U2流入的电流越大,反之越小。
[0070] 周期积分模块217由开关Q7和积分电容巧组成。开关Q7的第一端连接误差放大模 块104中的跨导运算放大器U2的正极,开关Q7的第二端连接积分电容巧的第一端,积分电容 巧的第二端接地。谷底检测模块213产生积分周期信号Vg4,控制开关Q7导通相应大小的某 一固定时间,在积分电容巧上得到补偿信号Vcomp。
[0071] PFC驱动电路208为可实现变压器原边电流临界导通的恒导通时间控制的功率因 数控制电路,包括电流过零检测电路、RS触发器U4、银齿波发生电路和比较器U6 JFC驱动电 路208实现的恒导通时间控制的功率因数控制电路只是现有技术诸多功率因数控制电路中 的一种,本领域技术人员应当理解,PFC控制电路218也可W采用其它形式的控制电路而不 影响实施例的功能。电流过零检测电路包括:电阻R6,其第一端连接所述变压器T的辅助绕 组的同名端;电阻R7,其第一端连接所述电阻R6的第二端,其第二端接地;比较器U5,其负输 入端连接所述电阻R6的第二端,其正输入端接收预设的参考电压VDC3,其输出端连接所述 RS触发器U4的置位端S。电流过零检测电路通过对变压器T的辅助绕组的同名端输出的电压 信号的过零点进行检测判断出变压器T原边绕组电流的过零点;
[0072] 银齿波发生电路包括电流源IDC1、电容C6、开关Q9W及反相器Ull;反相器Ull的输 入端接收功率开关管Ql的驱动信号Vg,反相器Ull的输出接开关Q9的控制端,C6的正端接比 较器U6的正输入端,C6的负端接地;比较器U6的负输入端接收周期积分模块217输出的 Vcomp信号;当Vg为低电平期间,开关Q9导通,C6两端电压保持为零;在Vg为高电平期间,开 关Q9断开,恒流源IDCl给电容C6充电,C6正端电平线性增加;由于Vg为周期信号,因此C6两 端的电压信号为一银齿波信号;当C6正端电平上升触及到Vcomp电平,比较器U6的输出电平 从低电平翻转为高电平。
[0073] 比较器U6的输出端接RS触发器U4的复位端RdRS触发器U4的输出信号Q作为PFC驱 动电路208的输出Vg。
[0074] 图10示出根据本发明第二实施例的恒流控制电路的示意性电路框图。恒流控制电 路200包括电流采样模块201、步进积分补偿网络210和PFC控制电路208。步进积分补偿网络 210包括累加信号发生模块212、谷底检测模块213、累加模块214、累加输出采样模块215、误 差放大模块216和周期积分模块217。
[0075] 图10根据第二实施例的恒流控制电路与图9根据第一实施例的恒流控制电路的不 同之处在于电流采样模块201和PF码区动电路208的结构不同。为简明起见,W下仅描述两种 恒流控制电路的不同之处,相同之处则不再详述。
[0076] 在该实施例中,电流采样模块201的实现方式为峰值电流采样方式。电流采样模块 201包括输入电阻RU开关Q2、保持电容Cl。输入电阻Rl的第一端从主功率电路接收电流采 样信号CS,输入电阻Rl的第二端连接到开关Q2的第一端,开关Q2的第二端连接到保持电容 Cl的第一端,保持电容Cl的第二端接地。电容Cl的第一端提供正弦半波信号Vs。
[0077] PFC驱动电路208为可实现变压器原边电流临界导通的恒导通时间控制的功率因 数控制电路,包括电流过零检测电路、RS触发器U4、银齿波发生电路、比较器U6和峰值采样 信号发生电路。PFC驱动电路208实现的恒导通时间控制的功率因数控制电路只是现有技术 诸多功率因数控制电路中的一种,本领域技术人员应当理解,PFC控制电路218也可W采用 其它形式的控制电路而不影响实施例的功能。电流过零检测电路包括:电阻R6,其第一端连 接所述变压器T的辅助绕组的同名端。电阻R7,其第一端连接所述电阻R6的第二端,其第二 端接地。比较器U5,其负输入端连接所述电阻R6的第二端,其正输入端接收预设的参考电压 VDC3,其输出端连接所述RS触发器U4的置位端S。电流过零检测电路通过对变压器T的辅助 绕组的同名端输出的电压信号的过零点进行检测判断出变压器T原边绕组电流的过零点。
[0078] 银齿波发生电路包括电流源IDC1、电容C6、开关Q9W及反相器U11。反相器Ull的输 入端接收功率开关管Ql的驱动信号Vg,反相器Ull的输出接开关Q9的控制端,C6的正端接比 较器U6的正输入端,C6的负端接地。比较器U6的负输入端接收周期积分模块217输出的 Vcomp信号。当Vg为低电平期间,开关Q9导通,C6两端电压保持为零。在Vg为高电平期间,开 关Q9断开,恒流源IDCl给电容C6充电,C6正端电平线性增加。由于Vg为周期信号,因此C6两 端的电压信号为一银齿波信号。当C6正端电平上升触及到Vcomp电平,比较器U6的输出电平 从低电平翻转为高电平。
[0079] 比较器U6的输出端接RS触发器U4的复位端R。
[0080] 峰值采样信号发生电路包括延时模块U12、反相器U8、与口 U9和或口 UIOdRS触发器 U4的输出信号财妾延时模块U12的输入端、反相器U8的输入端和或口 U10的第一输入端。或口 UlO的第二输入端接延时模块U12的输出端,或口UlO的输出即为PFC驱动电路208的输出Vg。 产生所述驱动信号Vg。延时模块U12的输出端还接与口 U9的第一输入端,反相器U8的输出接 与口的第二输入端,与口U9的输出为开关Q2的控制信号Vg5。
[0081] 图11示出根据本发明第二实施例的恒流控制电路的工作波形图。
[0082] 电流采样模块201获得流经功率开关管Ql的电流Ip的峰值,然后在累加模块214中 通过累加信号Vgl对峰值电流Ip的包络Ips进行累加,每半个工频周期的累加值可W反应输 出电流的大小,然后将累加值送入误差放大模块216与设定的基准电压进行比较和误差放 大,误差放大信号经周期积分模块217产生补偿信号Vcomp,最后将Vcomp送入PFC驱动电路 208产生驱动信号Vg。
[0083] 当输出电流Io增大时,电流Ip的平均值IL_av增大,补偿信号Vcomp减小,PFC驱动 电路使208得驱动信号Vg的占空比变小,使得输出电流IO降低。当输出电流IO减小时,电流 Ip的平均值IL_av减小,补偿信号Vcomp增大,PFC驱动电路使208得驱动信号Vg的占空比变 小,使得输出电流Io增大。从上述描述可W看出,恒流控制电路实现了对输出电流Io的闭环 控制,从而调节输出电流Io恒定。
[0084] 若设累加控制信号Vgl的开关周期为Tl,则半个工频周期内的累加次数N为:
[0085]
[0086] 其中T为输入交流电压的工频周期。
[0087] 阁11中峰值巧络Tds任意一段波形的面积为:
[008引
[0089] 则峰值电流包络Ips的平均值Ips_av为:
[0090]
[0091] 对于Buck电路而言,由于输出电流平均值Io与Ips_av成正比,且T1、T为常数,可知 输出电流IO与累加值I]如、'(/?)成正比。 ?=1.
[0092] 如图9所示,从电流采样端CS获取的主功率电路开关管Ql电流Ip经电流采样模块 201得到峰值电流包络Ips,在谷底检测模块213内部与设定的基准电压VDC2进行比较,得到 谷底区,谷底检测模块213在谷底区域顺序产生累加输出采样信号Vg2、累加复位信号V的及 周期积分信号Vg4。累加信号发生模块212产生固定频率、固定占空比的累加控制信号Vgl。
[0093] 如图11所示的累加模块214的一个具体实施例包括比例跟随器Kl、电阻R2、电阻 R5、比例跟随器K2、电容C3、开关Q6、开关Q4、比例跟随其K3、反相器呪、电阻R3、电阻R4、运放 Ul、开关Q3、电容C2和开关Q5 dKI的输入端接电流采样模块201的输出端,Kl的输出接电阻R2 的第一端,电阻R2的第二端接运放Ul的正输入端和电阻R5的第一端,电阻R5的第二端接K2 的输出端、K2的输入端接电容C3的第一端、开关Q6的第一端和开关Q4的第二端,电容C3的第 二端和开关Q6的第二端接地,开关Q6的控制端接收累加复位信号Vg3,开关Q4的第一端接比 例跟随器K3的输出端,开关Q4的控制端接反相器U5的输出端,反相器U5的输入端接收累加 控制信号Vgl,比例跟随器K3的输入端接电容C2的第一端、开关Q5的第一端和开关Q3的第二 端,电容C2的第二端和开关Q5的第二端接地,开关Q5的控制端接收累加复位信号Vg3,开关 Q3的控制端接收累加控制信号Vgl,运放Ul的负输入端接电阻R3的第一端和电阻R4的第一 端,电阻R3的第二端接地,运放U1的输出接开关Q3的第一端。运放U1和电阻R2、电阻R5、电阻 R3、电阻R4共同构成了加法电路,对当前的采样值和前一周期的累加值进行相加。累加输出 复位信号V的对开关Q5进行控制,对电容C2两端获得的累加值周期性的进行复位,最后在电 容C2上产生如图11所示阶梯上升的周期信号VC2即为累加模块214的输出信号。
[0094] 累加输出采样模块215包括比例跟随器K4、开关Q8和电容C4,累加输出采样信号 Vg2控制开关Q8对VC2经比例跟随器K4后的信号进行采样和保持,在累加输出采样模块215 内部的电容C4两端获得VC2的峰值信号VC4,根据前述分析可知VC4两端的电压值为 并且与输出电流Io的平均值成比例关系。累加输出采样模块215的输出信号送到 ?。1 , 误差放大模块216与误差放大模块216内部设定的基准电压VDCl进行比较,经误差放大模块 216内部的电流型误差放大器转换成为放大的电流信号,如果VC4小于VDCl,则误差放大模 块216输出的电流信号为正电流,反之,误差放大模块216输出的电流信号为负电流。并对二 者之间的误差进行放大。周期积分模块217由一开关Q7和电容巧组成,周期积分信号Vg4对 开关Q7进行控制。当Vg4控制开关Q7导通,误差放大模块216输出的电流信号对电容巧进行 积分。当Vg4控制开关Q7断开,电容巧两端电压Vcomp保持不变。如果误差放大模块216输出 的电流信号为正电流,则在每个积分周期电容巧两端电压Vcomp线性上升,如果误差放大模 块216输出的电流信号为负电流,则在每个积分周期电容巧两端电压Vcomp线性下降。图11 所示为误差放大模块216输出的电流信号是正电流的情况。周期积分模块217输出的补偿信 号Vcomp送入PFC功率驱动电路218。当输出电流Io增大,开关管电流Ip的峰值包络Ips的平 均值Ips_av增大,则补偿信号Vcomp减小。PFC功率驱动电路218内部的电容C6两端电压从零 上升到Vcomp的时间也相应减小,比较器U6输出到RS触发器U4的R端的电平翻转信号提前, 使得驱动信号Vg的脉冲宽度减小,即开关管Ql的导通时间减小,从而开关管电流Ip的峰值 包络Ips幅值降低,使得输出电流Io下降,调节输出电流Io。当输出电流Io减小,相应调节过 程相反,通过控制电路可调节输出电流Io恒定。
[0095] 在替代的实施例中,在图10所示的恒流控制电路中,采用图7所示的电流采样模块 201。为简明起见,W下仅描述两种恒流控制电路的不同之处,相同之处则不再详述。
[0096] 电流采样模块201由开关Qxl~如3、保持电容Cxi、反相器化1、运放化2W及电阻 Rxl和电容Cx2构成的低通滤波器组成。开关Qxl的第一端从主功率电路接收电流采样信号 CS,开关Qx 1的第二端连接到保持电容Cl的第一端,保持电容Cl的第二端接地,保持电容Cl 的第一端还连接开关如2的第一端,开关妃2的第二端连接开关妃3的第一端和运放化2的正 输入端,开关如3的第二端接地,运放化2的负输入端和其输出端相连,运放化2的输出端连 接电阻Rxl的第一端,电阻Rx 1的第二端接电容Cx2的第一端,电容Cx2的第二端接地。电容 Cx2的第一端提供正弦半波信号Vs。
[0097] 开关Qxl的控制信号Vg由PFC驱动电路208产生。Vg为功率开关管Ql的驱动脉冲,每 个周期开关Qxl与开关管Ql同时开通和关断,从而在保持电容Cxl上获得一幅值与T的原边 电流峰值包络相同的梯形波变。开关如2的控制信号为Vg经反相器化1取反之后的脉冲,开 关妃3的控制信号为Vg,通过开关如2和开关妃3的开通和关断在运放化2的正输入端获得一 幅值与T的原边电流峰值包络相同、脉宽近似与变压器副边二极管Dl续流时间相等的矩形 波,经运放化2构成的跟随器跟随之后在电阻Rxl的第一端获得与运放化2的正输入端波形 相同的矩形波,该矩形波经Rxl和电容Cx2构成的低通滤波器滤波之后在电容Cx2获得一平 均值与输出负载电流成比例的正弦半波信号Vs。
[0098] 图12为根据本发明实施例的恒流控制方法流程图。
[0099] 在步骤SOl中,从主电路获得平均值与输出电流成比例关系、频率和相位与主电路 整流桥的输出信号一致的正弦半波信号。
[0100] 在步骤S02中,利用固定周期、固定占空比的脉冲信号对步骤一获得的正弦半波信 号进行累加,并在正弦半波的谷底对累加信号进行复位,从而获得一个周期性的累加信号。
[0101] 在步骤S03中,在正弦半波信号谷底产生与该正弦半波信号周期频率相同的周期 积分信号。
[0102] 在步骤S04中,对累加信号与设定的基准进行比较,并将二者之间的误差转换成为 电流信号。
[0103] 在步骤S05中,利用周期积分信号去控制步骤四产生的电流信号对一小电容进行 积分,获得调节信号。
[0104] 在步骤S06中,将调节信号送到PF码E动电路产生主电路开关管的驱动信号。
[0105] 本领域技术人员应当理解,本发明虽然是W两种Buck型PFC功率电路和一种反激 PFC功率电路为具体实施例,但是本发明的恒流控制电路也可W与其他功率电路如构成高 功率因数恒流控制装置。此外,本领域技术人员应当理解,PFC驱动电路208可W为不同类型 的功率因数校正驱动电路,包括采样峰值电流实现的临界导通控制的功率因数校正驱动电 路、断续电流模式(DCM)控制的PFC控制电路或连续模式(CCM)控制的功率因数驱动电路。
[0106] 应当说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示运些实体或操作之间存 在任何运种实际的关系或者顺序。而且,术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为运种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句"包括一个……"限定的要素,并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0107]依照本发明的实施例如上文所述,运些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不 限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据W上描述,可作很多的修改和变化。本说明 书选取并具体描述运些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属 技术领域技术人员能很好地利用本发明W及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利 要求书及其全部范围和等效物的限制。
【主权项】
1. 一种恒流控制电路,包括: 电流采样模块,所述电流采样模块接收主功率电路的电流采样信号,产生反映输出电 流大小的正弦半波信号; 步进积分补偿网络,所述步进积分补偿网络与所述电流采样模块连接,并且产生补偿 信号; PFC驱动电路,所述PFC驱动电路与所述步进积分补偿网络连接,并且根据所述补偿信 号以及所述主功率电路的电流过零检测信号,产生所述主功率电路开关管的驱动信号, 其中,所述步进积分补偿网络接收所述正弦半波信号,对所述正弦半波信号进行累加, 并且在所述正弦半波信号的谷底或者所述电流采样信号的谷底进行复位,从而获得一个周 期性的累加信号,以及将所述累加信号与基准电压相比较,从而产生所述补偿信号。2. 根据权利要求1所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块为低通滤波器,用于 对所述主功率电路的电流采样信号进行滤波。3. 根据权利要求2所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块包括第一电阻和第一 电容,所述第一电阻的第一端接收所述电流采样信号,所述第一电阻的第二端连接所述第 一电容的第一端,所述第一电容的第二端接地,所述第一电容的第一端提供所述正弦半波 信号,所述正弦半波信号为电流平均值包络。4. 根据权利要求1所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块为峰值电流采样电 路,用于获得所述主功率电路的电流的峰值。5. 根据权利要求4所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块包括第一电阻、第一 电容和第一开关,所述第一电阻的第一端接收所述电流采样信号,所述第一电阻的第二端 连接所述第一开关的第一端,所述第一电容的第一端连接所述第一开关的第二端,所述第 一电容的第二端接地,所述第一电容的第一端提供所述正弦半波信号, 其中,所述第一开关在所述电流采样信号的峰值附近导通,从而获得电流峰值包络。6. 根据权利要求1所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块为输出电流估计电 路,用于获得反映输出电流大小的正弦半波信号。7. 根据权利要求6所述的恒流控制电路,其中,所述电流采样模块包括第一开关、第二 开关、第三开关、第一电容、第二电容、第一电阻、运放和反相器。所述第一开关的第一端接 收所述电流采样信号,所述第一开关的第二端连接到所述第一电容的第一端,所述第一电 容C1的第二端接地,所述第一电容的第一端连接所述第二开关的第一端,所述第二开关的 第二端连接所述第三开关的第一端和所述运放的正输入端,所述第三开关的第二端接地, 所述运放的负输入端和其输出端相连,所述运放的输出端连接所述第一电阻的第一端,所 述第一电阻的第二端接所述第二电容的第一端,所述第二电容的第二端接地,所述第二电 容的第一端提供正弦半波信号Vs。 其中,所述第一开关和所述第三开关的控制信号与所述主功率开关管的驱动信号相 同,所述第二开关的控制信号由所述主功率开关管的驱动信号经所述反相器得到。8. 根据权利要求1所述的恒流控制电路,其中,所述步进积分补偿网络包括: 累加信号发生模块,所述累加信号发生模块产生固定频率、固定占空比的累加控制信 号; 谷底检测模块,所述谷底检测模块接收所述正弦半波信号,并且判断所述正弦半波信 号或者所述电流采样信号是否处于谷底,所述谷底检测模块顺序产生累加输出采样信号、 累加复位信号及周期积分信号; 累加模块,所述累加模块与所述累加信号发生模块和所述谷底检测模块连接,并且接 收所述正弦半波信号、所述累加控制信号和所述累加复位信号,在所述累加控制信号的控 制下,所述累加模块对所述正弦半波信号进行累加以获得所述累加信号,以及在所述累加 输出复位信号的控制下周期性地对所述累加信号进行复位; 累加输出采样模块,所述累加输出采样模块与所述谷底检测模块和所述累加模块连 接,并且接收所述累加信号和所述累加输出采样信号,在所述累加输出采样信号的控制下, 周期性地采样并保存所述累加信号的峰值; 误差放大模块,所述误差放大模块与所述累加输出采样模块连接,并且对所述累加输 出采样模块的输出信号与所述误差放大模块内部设定的基准电压进行比较,以及转换成为 放大的电流信号; 周期积分模块,所述周期积分模块与所述误差放大模块和所述谷底检测模块连接,并 且接收所述电流信号,在所述周期积分信号的控制下,对所述误差放大模块的输出信号进 行积分,产生所述补偿信号。9. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述谷底检测模块包括: 第一基准电压源,所述第一基准电压源产生第一基准电压; 第五比例跟随电路,所述第五比例跟随电路的第一端接收所述正弦半波信号; 第一比较器,所述第一比较器的反相输入端连接所述第五比例跟随电路的第二端,同 相输入端连接所述第一基准电压源;以及 信号发生电路,所述信号发生电路的第一端连接所述第一比较器的输出端,第二端连 接所述累加输出采样模块,第三端连接所述累加模块,第四端连接所述周期积分模块, 其中,当所述信号发生电路检测到所述第一比较器的输出信号的上升沿时,确定所述 正弦半波信号处于谷底,所述信号发生电路在延迟预定延时时间之后,依次产生所述累加 器输出采样信号、所述累加器输出复位信号及所述积分周期信号,并且分别在所述信号发 生电路的第二至第四端提供所述累加器输出采样信号、所述累加器输出复位信号及所述积 分周期信号。10. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述累加模块包括: 第二至第五电阻; 第三至第六开关; 第二和第三电容; 第一至第三比例跟随电路;以及 运算放大器, 其中,所述第一比例跟随电路的第一端接收所述正弦半波信号,第二端连接所述第二 电阻的第一端; 所述运算放大器的同相输入端连接所述第二电阻的第二端,反相输入端连接所述第三 电阻的第一端,所述第三电阻的第二端接地, 所述第四电阻的第一端连接所述运算放大器的反相输入端,所述第四电阻的第二端连 接所述运算放大器的输出端, 所述第三开关的第一端连接所述运算放大器的输出端,所述第三开关的第二端连接第 二电容的第一端,所述第二电容的第二端接地, 所述第五开关与第二电容并联,用于清零第二电容的电荷, 所述第二比例跟随电路的第一端连接第三电容的第一端,第二比例跟随电路的第二端 连接第五电阻的第一端,第一电阻的第一端连接所述运算放大器的同相输入端, 所述第三比例跟随电路的第一端连接所述第二电容的第一端,所述第三比例跟随电路 的第二端连接第四开关的第一端, 第三电容的第一端连接第四开关的第二端,第三电容的第二端接地, 第六开关与第三电容并联,用于清零第三电容的电荷, 其中,在所述累加控制信号的控制下,所述第三开关和所述第四开关互补导通,在所述 累加器输出复位信号的控制下,所述第五开关和所述第六开关在每半个工频周期将第二电 容和第三电容上的电荷清零。11. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述累加输出采样模块包括: 第四比例跟随电路; 第八开关;以及 第四电容, 其中,所述第四比例跟随电路的第一端连接到所述累加模块的输出端,所述第四比例 跟随电路的第二端连接到所述第八开关的第一端, 所述第四电容的第一端连接到所述第八开关的第二端,所述第四电容的第二端接地, 其中,所述第八开关在所述累加器输出采样信号的控制下,每半个工频周期导通一次, 从而在所述第四电容上获取所述累加模块输出的每半个工频周期的累加值,作为所述累加 信号。12. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述误差放大模块包括: 跨导运算放大器;以及 第二基准电压源,所述第二基准电压源产生第二基准电压, 其中,所述跨导运算放大器的反相输入端连接所述累加输出采样模块的输出端,以接 收所述累加信号,所述跨导运算放大器的同相输入端连接第二基准电压源,以接收所述第 二基准电压, 所述跨导运算放大器的正极流出或者流入与所述累加信号相应大小的电流,作为所述 放大的电流信号,所述跨导运算放大器的负极接地。13. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述周期积分模块包括: 第七开关;以及 第五电容, 其中,所述第七开关的第一端连接所述误差放大模块的输出端,以接收所述电流信号, 所述第七开关的第二端连接第五电容的第一端,所述第五电容的第二端接地, 其中,所述第七开关在所述积分周期信号的控制下,导通与所述积分周期信号相对应 的预定时间,从而在所述第五电容上获得所述补偿信号。14. 根据权利要求8所述的恒流控制电路,其中,所述PFC驱动电路包括: 电流过零检测电路; RS触发器; 锯齿波发生电路;以及 第二比较器, 其中,所述电流过零检测电路包括: 第六电阻,所述第六电阻的第一端连接至主功率电路以接收过零检测信号; 第七电阻,所述第七电阻的第一端连接所述第六电阻的第二端, 所述第七电阻的第二端接地;以及 第三比较器,所述第三比较器的负输入端连接所述第六电阻的第二端,所述第三比较 器的正输入端接收第三基准电阻,所述第三比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端, 其中,所述锯齿波发生电路包括: 第一电流源; 第六电容; 第九开关;以及 第一反相器, 其中,所述第一反相器的输入端接收所述驱动信号,所述第一反相器的输出端连接所 述第九开关的控制端, 所述第六电容的第一端接所述第二比较器的正输入端,所述第六电容的第二端接地, 所述第二比较器的负输入端接收所述补偿信号, 其中,在当所述驱动信号为低电平期间,所述第九开关导通,所述第六电容的两端电压 保持为零;在所述驱动信号为高电平期间,所述第九开断开,所述恒流源给所述第六电容充 电,所述第六电容的第一端电平线性增加, 在所述驱动信号的多个周期中,所述第六电容两端的电压信号为一锯齿波信号,并且, 当所述锯齿波信号的峰值等于补偿信号的电平时,所述第二比较器的输出电平从低电平翻 转为高电平, 所述第二比较器的输出端连接RS触发器的复位端R。15. 根据权利要求14所述的恒流控制电路,其中,所述RS触发器的输出信号Q作为所述 驱动信号。16. 根据权利要求14所述的恒流控制电路,其中,所述PFC驱动电路还包括峰值采样信 号发生电路,所述峰值采样信号发生电路包括: 延时模块; 第二反相器; 与门;以及 或门, 其中,所述RS触发器的输出信号Q连接所述延时模块的输入端、所述第二反相器的输入 端和所述或门的第一输入端, 所述或门的第二输入端接所述延时模块的输出端,所述或门的输出信号作为所述驱动 信号, 所述延时模块的输出端连接所述与门的第一输入端,所述第二反相器的输出端连接所 述与门的第二输入端, 所述与门的输出信号作为控制信号,用于控制所述电流采样模块进行峰值电流采样。17. 根据权利要求14或16所述的恒流控制电路,其中,所述主功率电路包括变压器,所 述过零检测电路通过对所述变压器的辅助绕组的同名端输出的电压信号的过零点进行检 测,判断出变压器原边绕组电流的过零点。18. -种恒流驱动电路,包括: 主功率电路;以及 根据权利要求1至15中任一项所述的恒流控制电路, 其中,所述主功率电路包括: 功率开关管,所述功率开关管在所述驱动信号的控制下导通或断开;以及 变压器,所述变压器的原边绕组与所述功率开关管串联连接,所 其中,在所述功率开关管的导通期间,外部电源向所述变压器的原边绕组充电,在所述 功率开关管的断开期间,所述变压器的原边绕组向负载供电,所述变压器的副边绕组提供 过零检测信号。19. 根据权利要求18所述的恒流驱动电路,其中,所述主功率电路可以是实地型Buck功 率电路、虚地型Buck功率电路、反激式功率电路、Buck-boost型功率电路、Boost型功率电路 中的任意一种。20. -种恒流控制方法,包括: 从主功率电路获得平均值与输出电流成比例关系、频率和相位与主功率电路整流桥的 输出信号一致的正弦半波信号; 利用固定周期、固定占空比的脉冲信号对正弦半波信号进行累加,并在正弦半波信号 的谷底进行复位,从而获得一个周期性的累加信号; 在正弦半波信号谷底产生与该正弦半波信号周期频率相同的周期积分信号; 对累加信号与设定的基准电压进行比较,二者之间的误差转换成为电流信号; 利用周期积分信号去控制电流信号对电容进行积分,获得补偿信号;以及 将补偿信号送到PFC驱动电路,产生主功率电路开关管的驱动信号。
【文档编号】H02M1/42GK105846701SQ201610281950
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】谢小高, 陈华捷
【申请人】杭州士兰微电子股份有限公司
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