基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路的制作方法

本实用新型涉及一种基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路。

背景技术：

带功率因子校正PFC电压下变开关式LED驱动器如图1所示它由一个二极管(D1)，一个电感(L)，一个晶体管(Q0)，一个感应电阻(R_CS)和控制器组成。控制器由信号反馈比较器(Comp1)，时钟(Clock)，触发重置翻转逻辑门(RS flip-flop)，和驱动电路组成。当电源加到输入端和接地点时，电流将从输入端(VIN)通过LED阵列，L，Q0，和R_CS流到接地点。如图1所示，这称为第一周期(Phase1)。在这称为第一周期(Phase1)中，当电流流经电阻 R_CS 时，R_CS 电压将逐步上升，将加到比较器的一端。而比较器的另一端输入信号为比较参考电压(VSINE)，它是由输入端电压(VIN)通过分压电阻R_PFC1和R_PFC2分压而成的，其波形与输入电压(VIN)的正弦波波形相同。如果V_CS电压大于比较参考电压(VSINE)，工作状态将改变，晶体管(Q0)将关闭，从而进入第二周期(Phase2)。在第二周期(Phase2)，电流将从电感(L)，二极管(D1)到LED阵列(LED array) 流动。流经LED阵列(LED array) 的电流被输入正弦波电压(VSINE)所调制。因此，此LED驱动器是主动式PFC驱动器，具有很高的PFC值。

LED灯是一种高效的灯具，可广泛地替代其他灯源。一般而言，LED灯具都要求具有PFC功能，特别是高功率的LED驱动器。在如上所述的带PFC功能的LED驱动器中，因为输入PFC参考电压(VSINE)获得是由输入电压(VIN)通过电阻R_PFC1和R_PFC2分压而来的，即VSINE=VIN*R_PFC1/(R_PFC1+R_PFC2)，所以，输入参考电压(VSINE)会随着输入电压(VIN)大小而变，并且因输入端VIN和VSINE的电容使得在输入端VIN和VSINE的低电电压大于零并变形。

对于第一种的影响，即输入参考电压(VSINE)会随着输入电压(VIN)大小而变，可且：假设，输入电压的峰值为100v，经分压输入参考电压的峰值为1v。然而，如输入电压(VIN)的峰值改为200v并且分压系数不变，经分压输入参考电压的峰值则为2v。感应电阻上的电压（V_CS）和输入参考电压(VSINE)作为比较器的输入信号，进行比较触发来改变状态，如图1。因此，感应电压(V_CS)通过比较器被输入参考电压所控制。因V_CS是等于流经电阻(R_CS)的电流(I_Rcs)乘于电阻(R_CS)，所以感应电阻上的电流(I_Rcs)由输入参考电压(VSINE)所决定。比较器 (Comp1)的触发电压为：

VSINE=VIN* R_PFC1/( R_PFC1 + R_PFC2)= I_Rcs*Rcs （1）

重新安排上述的公式1，感应电阻的电流(I_Rcs)变为：

I_Rcs=(VIN* R_PFC1/( R_PFC1 + R_PFC2))/Rcs （2）

从公式2可见，感应电阻的电流(I_Rcs)是随着输入电压(VIN)而变的，即，在全电压范围内（85v至265v交流电）感应电阻的电流(I_Rcs)不是恒定的。

对于第二种的影响，即输入端VIN和VSINE的低电电压大于零并变形，变成非正常VIN。从公式2可见，因输入电压VIN大于零并变形使得I_Rcs的波形无法复制成正弦波，而变成非正常I_Rcs包络，导致PFC值下降，其波形如图2所示。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路，该电路只依赖于波峰点时间信息，因而具有对正弦波因输入到电路的变形有抵抗力，能跟踪正弦波周期的变化，不依赖波峰值信息。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路，包括二极管、电感、晶体管、感应电阻、LED阵列和控制器，所述控制器包括信号反馈比较器、时钟信号发生器、触发重置翻转逻辑门和驱动电路，所述控制器还包括一PFC单元，所述PFC单元包括波峰时间检测模块、PFC波形重建模块、低通滤波模块；第一输入电压经LED阵列、电感、晶体管、感应电阻连接至GND，二极管两极分别接于LED阵列的一端、电感的一端，第二输入电压经所述波峰时间检测模块、PFC波形重建模块、低通滤波模块后形成与第一输入电压波形相同且平滑的正弦波参考电压，输出至所述信号反馈比较器的反相输入端，信号反馈比较器的正相输入端连接至晶体管与感应电阻的连接点，信号反馈比较器的输出端与触发重置翻转逻辑门的R触发端连接，时钟信号发生器的输出端与触发重置翻转逻辑门的S触发端连接，触发重置翻转逻辑门的Q输出端经驱动电路连接至晶体管的控制端。

在本实用新型一实施例中，所述波峰时间检测模块包括差分放大器、偏置电压源、比较器、N型场效应管、电容，第二输入电压分别连接至差分放大器的正相输入端、比较器的正相输入端，差分放大器的反相输入端与N型场效应管的源极、电容的一端、偏置电压源的正极连接，N型场效应管的漏极连接至电源正极，电容另一端连接至GND，差分放大器的输出端连接至N型场效应管的栅极，偏置电压源的负极连接至比较器的反相输入端，比较器的输出端连接至所述PFC波形重建模块。

在本实用新型一实施例中，所述PFC波形重建模块包括MCU、开关组、电阻串、第二差分放大器，第三输入电压与所述第二差分放大器的正相输入端连接，第二差分放大器的反相输入端、输出端经电阻串连接至GND，MCU通过所述开关组实现对电阻串阻值的选择，从而实现不同电压值的正弦波参考电压输出至所述低通滤波模块。

在本实用新型一实施例中，所述低通滤波模块由电阻与电容组成。

在本实用新型一实施例中，所述低通滤波模块采用数字低通器。

在本实用新型一实施例中，所述第二输入电压为由第一输入电压分压后产生的电压。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型量化PFC下变电压转换电路只依赖于波峰点时间信息，因而具有对正弦波因输入到电路的变形有抵抗力，能跟踪正弦波周期的变化，不依赖波峰值信息。

附图说明

图1是PFC下变电压转换器开关式LED驱动器电路示意图。

图2是PFC下变电压转换器波形图。

图3是本实用新型的基于波峰检测的PFC下变电压转换电路示意图。

图4是本实用新型的电路PFC单元的具体电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图3所示，本实用新型的一种基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路，包括二极管、电感、晶体管、感应电阻、LED阵列和控制器，所述控制器包括信号反馈比较器、时钟信号发生器、触发重置翻转逻辑门和驱动电路，所述控制器还包括一PFC单元，所述PFC单元包括波峰时间检测模块、PFC波形重建模块、低通滤波模块；第一输入电压（VIN）经LED阵列、电感、晶体管、感应电阻连接至GND，二极管两极分别接于LED阵列的一端、电感的一端，第二输入电压（VSINE，由第一输入电压VIN分压后产生的电压）经所述波峰时间检测模块、PFC波形重建模块、低通滤波模块后形成与第一输入电压波形相同且平滑的正弦波参考电压（Vref_PFC），输出至所述信号反馈比较器的反相输入端，信号反馈比较器的正相输入端连接至晶体管与感应电阻的连接点，信号反馈比较器的输出端与触发重置翻转逻辑门的R触发端连接，时钟信号发生器的输出端与触发重置翻转逻辑门的S触发端连接，触发重置翻转逻辑门的Q输出端经驱动电路连接至晶体管的控制端。

所述波峰时间检测模块包括差分放大器、偏置电压源、比较器、N型场效应管、电容，第二输入电压分别连接至差分放大器的正相输入端、比较器的正相输入端，差分放大器的反相输入端与N型场效应管的源极、电容的一端、偏置电压源的正极连接，N型场效应管的漏极连接至电源正极，电容另一端连接至GND，差分放大器的输出端连接至N型场效应管的栅极，偏置电压源的负极连接至比较器的反相输入端，比较器的输出端连接至所述PFC波形重建模块。

所述PFC波形重建模块包括MCU、开关组、电阻串、第二差分放大器，第三输入电压（Vref_peak）与所述第二差分放大器的正相输入端连接，第二差分放大器的反相输入端、输出端经电阻串连接至GND，MCU通过所述开关组实现对电阻串阻值的选择，从而实现不同电压值的正弦波参考电压输出至所述低通滤波模块。

所述低通滤波模块由电阻与电容组成或可采用数字低通器。

以下具体讲述本实用新型的实现过程。

本实用新型的一种基于全电压波峰检测的量化PFC下变电压转换电路，加入一个输入参考电压（VSINE）信号做基准的Vref_PFC信号的功率因子校正(PFC)功能。Vref_PFC信号的波形与输入参考电压波形相同。但Vref_PFC的峰值为1v，即，Vref_PFC电压是独立于VSINE和VIN的，仅仅保持波形相同。此PFC的功能方框图显示在图3。PFC的电路由波峰时间检测器，PFC波形重建单元和低通滤波器三部分所组成。

图4为PFC单元的具体电路示意图，输入参考电压(VSINE)经波峰检测器产生波峰信号。波峰检测器由差分放大器，N型场效应管Q0和电容C0组成。当输入参考电压(VSINE)加到差分放大器正端，N型场效应管（Q0）的S端随着输入参考电压(VSINE)增涨而增涨，然而当输入参考电压(VSINE)达到顶点下降，因N型场效应管Q0单向导通，所以输入参考电压(VSINE)的峰值电压被保留在电容C0上，产生的波峰信号如图4。波峰信号连接到偏置电压源（Vos)作为比较器的输入负端，使得此端口的电压低于输入参考电压(VSINE)的波峰值。这比较器的正端信号是输入参考电压(VSINE)，比较的结果产生波峰时钟信号T。这波峰时钟信号（T）输入给PFC波形重建单元的MCU，通过MCU计算波峰间距时间(T)，而后根据半个正弦波时间划分数量(m) 得出步进时间，此数量(m)由设计者根据精度和成本来决定可18或36等，然后根据波峰间距时间(T)、步进时间产生步进时间编码，即编码0，编码1 --- 编码n，传输给后端正弦波电压输出电路，正弦波电压输出电路由差分放大器（即差分放大器_编码），电阻串（R0, R1 --- Rn-1 和Rn）和开关组（开关S0, 开关S1 --- 开关Sn-1和开关Sn)构成，正弦波电压输出电路可由差分放大器根据设计者所定的参考电压（Vref_peak）组成稳压缓冲器以保证其输出电压与参考电压（Vref_peak)一样并与电阻串（R0, R1 --- Rn-1 和Rn）相连，电阻串（R0, R1 --- Rn-1 和Rn）因其阻值不同构成正弦波所需的电压值，通过开关组（开关S0, 开关S1 --- 开关Sn-1和开关Sn)和步进时间编码(即编码0，编码1 --- 编码n)有序地选择电阻串上所构成的电压，从而重建了半个正弦波电压的关系，获得采样阶梯接近正弦波的电压(Vref_Sine)。这正弦波的电压(Vref_Sine)送给低通滤波器。低通滤波器可由电阻和电容组成如图4，或用数字低通器。通过低通滤波器的滤波形成较为平滑的正弦波参考电压(Vref_PFC)。此正弦波参考电压(Vref_PFC)送给图3中的比较器反相输出端。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。