一种半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路及电源的制作方法

本发明涉及电源的技术领域，更具体地说，涉及一种半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路及电源。

背景技术：

半导体照明作为21世纪的新型光源，具有节能、环保、寿命长、易维护等优点。用大功率高亮度发光二极管(LED)取代白炽灯、荧光灯等传统照明光源已是大势所趋。由于LED自身特性，必须采用恒流源为其供电。因此，高效率恒流驱动电源的设计成为LED应用中一个重要研究对象。LLC半桥谐振变换器以其高效率、高功率密度等优点成为现今倍受青睐的热门拓扑，但一般用于恒压输出场合，传统LLC被认为不适合应用于宽范围恒流输出。

如图1所示，传统的LLC中开关管工作在容性区域，开关损耗大，且在恒流宽电压范围输出设计中，负载变化大，对应的直流增益变化范围大，很难保证全负载范围内所有的工作点均在ZVS区域。并且电路工作在最大增益点和(1，1)点之间的曲线上，这段曲线增益越小，越接近谐振点。故仅能将满载工作点设计在直流增益高，即fs《f1的区间，这种设计输出电压小即轻载工作点设计在谐振点，满载效率不能得到优化，效率会很低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路及电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路，包括：依次连接的整流电路、PFC电路、半桥谐振电路以及反馈调节电路，所述反馈调节电路的输出端连接至所述PFC电路的电压采集端；

所述反馈调节电路包括：信号采集单元、信号处理单元以及PFC电压调整单元；

所述信号采集单元的输入端连接至所述半桥谐振电路的第一输出端，所述信号采集单元的输出端连接至所述信号处理单元的输入端，所述信号处理单元的输出端连接至所述PFC电压调整单元的输入端，且所述PFC电压调整单元的输出端连接至所述PFC电路的电压采集端；

在所述半桥谐振电路的输出电压高于所述信号采集单元的基准值时，所述信号处理单元导通并输出反馈电压至所述PFC电压调整单元，所述PFC电压调整单元接收并将所述反馈电压与自身的调整电压发送至所述PFC电路的电压采集端，所述PFC电路接收并根据所述反馈电压和调整电压调节自身的PFC输出电压。

优选地，所述信号采集单元包括：

依次串联连接在所述半桥谐振电路的第一输出端与地之间的分压电阻R402、分压电阻R403和分压电阻R404，以及基准稳压器U401、光敏二极管U402-B和限流电阻R401；

所述分压电阻R403和所述分压电阻R404的串联连接端与所述基准稳压器U401的第一端连接，所述分压电阻R403与所述半桥谐振电路的第一输出端的串联连接端通过所述限流电阻R401接所述光敏二极管U402-B的，所述光敏二极管U402-B的阴极与所述基准稳压器U401的第二端连接，所述基准稳压器U401的第三端接地。

优选地，所述信号处理单元包括：

供电电路、电阻R504、电阻R510、光敏三极管U402-A、比较器U503-A、振荡器U502-A及其外围电路；

所述光敏三极管U402-A的接收端作为所述信号处理单元的输入端连接至所述信号采集单元的输出端；

所述供电电路的第一输出端依次通过所述电阻R504和所述光敏三极管U402-A接地，所述供电电路的第二输出端接地；所述电阻R504与所述光敏三极管U402-A的串联连接端通过所述电阻R510与所述比较器U503-A的第二输入端连接；

所述电阻R504与所述供电电路的第一输出端的串联连接端通过电阻R505与所述振荡器U502-A的第一输入端连接，所述电阻R505还通过所述电阻R506接地；所述振荡器U502-A的第一输入端还通过电阻R507与其输出端连接，所述振荡器U502-A的输出端依次通过电阻R508和电阻R509与所述比较器U503-A的第一输入端连接，所述电阻R508和所述电阻R509的串联连接端连接至所述振荡器U502-A的第二输入端，所述振荡器U502-A的第二输入端还通过电容C502接地，所述振荡器U502-A的供电端接供电电压，所述振荡器U502-A的接地端接地；

所述比较器U503-A的第二输入端还通过电容C503接地，所述比较器U503-A的供电端接供电电压，所述比较器U503-A的接地端接地；所述比较器U503-A的输出端作为所述信号处理单元的输出端连接至所述PFC电压调整单元的输入端。

优选地，所述供电电路包括：

三极管Q501、电阻R502、电阻R503、稳压器U501、电阻R501、电阻R405、电阻R406、电容C401、二极管D401以及变压器T301的辅助绕组；

所述变压器T301的辅助绕组一端通过所述二极管D401与所述三极管Q501的集电极连接，所述变压器T301的辅助绕组的另一端接地，所述电容C401一端与所述二极管D401的阴极连接，所述电容C401的另一端与所述变压器T301的辅助绕组的另一端连接并连接至地；

所述二极管D401的阴极与所述三极管Q501的集电极的串联连接端还依次通过所述电阻R405和所述电阻R406接地，所述电阻R501并联在所述三极管Q501的基极与集电极之间，所述三极管Q501的基极还通过所述稳压器U501接地，所述三极管Q501的发射极作为所述供电电路的第一输出端与所述电阻R504连接；所述三极管Q501的发射极还接供电电压；

所述电阻R502和所述电阻R503依次串联在所述三极管Q501的发射极与地之间，所述电阻R502和所述电阻R503的连接节点还与所述稳压器U501的一端连接；

优选地，所述PFC电压调整单元包括：

滤波电路、限流电阻R602、分压电阻R603、分压电阻R604以及分压电阻R605；

所述滤波电路的输入端作为所述PFC电压调整单元输入端连接至所述信号处理单元的输出端，所述滤波电路的输出端通过所述限流电阻R602的一端连接；

所述分压电阻R603、所述分压电阻R604以及所述分压电阻R605依次串联在供电电压输入端与地之间，所述分压电阻R604和所述分压电阻R605的串联连接端还与所述限流电阻R602另一端连接，所述分压电阻R604和所述分压电阻R605的串联连接端与所述限流电阻R602另一端的连接节点作为所述反馈调节电路的输出端连接至所述PFC电路的电压采集端。

优选地，所述滤波电路包括滤波电阻R601和滤波电容C601；

所述滤波电阻R601的第一端作为所述滤波电路的输入端连接至所述信号处理单元的输出端，所述滤波电阻R601的第二端作为所述滤波电路的输出端与所述限流电阻R602的一端连接，所述滤波电阻R601的第二端通过所述滤波电容C601接地。

优选地，所述PFC电路包括：

PFC控制芯片、电阻R201、电阻R202、电阻R203、MOS管Q201、PFC电感L1-A、二极管D201以及电容C201；

所述PFC控制芯片的电压采集端作为所述PFC电路的电压采集端连接至所述反馈调节电路的输出端，所述PFC控制芯片的过零检测端(ZCD)与所述电感L1-A的第二端连接，所述PFC控制芯片的控制端通过电阻R202与所述MOS管Q201的栅极连接，所述PFC控制芯片的电流检测端通过所述电阻R203接地；

所述MOS管Q201的源极通过所述电阻R203接地，所述MOS管Q201的漏极与所述电感L1-A的第三端连接；

所述电感L1-A的第一端作为所述PFC电路的输入端与所述整流电路连接，所述电感L1-A的第四端接地，所述电感L1-A的第三端与所述MOS管Q201的漏极的串联连接端还与所述二极管D201的阳极连接，所述二极管D201的阴极通过所述电容C201接地，所述二极管D201的阴极与所述电容C201的连接端作为所述PFC电路的输出端连接至所述半桥谐振电路的输入端。

优选地，所述半桥谐振电路包括：

变压器T301、MOS管Q301、MOS管Q302、电阻R301、电阻R302、PWM控制芯片、电容C301、电容C302、电阻R303、二极管D301以及二极管D302；

所述MOS管Q301的漏极作为所述半桥谐振电路的输入端连接至所述PFC电路，所述MOS管Q301的栅极通过所述电阻R301与所述PWM控制芯片的第二控制端连接，所述MOS管Q301的源极与所述MOS管Q302的漏极连接；

所述MOS管Q302的源极接地，所述MOS管Q302的栅极通过所述电阻R302与所述PWM控制芯片的第一控制端连接，所述MOS管Q301的源极与所述MOS管Q302的漏极的连接端点与所述变压器T301的初级绕组的一端连接；

所述变压器T301的初级绕组的另一端通过所述电容C301接地；所述变压器T301的第一次级绕组的一端与所述二极管D301的阳极连接，所述变压器T301的第一次级绕组的另一端与所述变压器T301的第二次级绕组的一端连接，所述变压器T301的第二次级绕组的另一端与所述二极管D302的阳极连接，所述二极管D302的阴极与所述二极管D301的阴极连接；

所述二极管D302的阴极与所述二极管D301的阴极的连接端点作为所述半桥谐振电路的第一输出端连接至所述反馈调节电路的输入端；

所述二极管D301的阴极还通过所述电容C302接地，所述变压器T301的第一次级绕组与第二次级绕组的串联连接端点与所述电阻R303的第一端连接，所述电阻R303的第二端为所述半桥谐振电路的第二输出端。

本发明还提供一种电源，包括以上所述的半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路。

实施本发明的半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路，具有以下有益效果：本发明的恒流控制电路通过对输出电压的实时监测并在输出电压高于信号采集单元的基准值时，信号处理单元导通并输出反馈电压至PFC电压调整单元，PFC电压调整单元接收并将反馈电压与自身的调整电压发送至PFC电路的电压采集端，PFC电路接收并根据反馈电压和调整电压调节自身的PFC输出电压进而抬高PFC电路的输出电压，从而使半桥谐振电路的输入电压抬高，使输入电压满足输出电压的增益要求，提高了电源的转换效率，并可同时获得宽电压范围输出。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是传统的LLC半桥谐振变换器电压增益与转换频率曲线图；

图2是本发明实施例提供的恒流控制电路的模块结构示意图；

图3是本发明实施例提供的反馈调节电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的PFC电路的电路图；

图5是本发明实施例提供的半桥谐振电路的电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明实施例提供的恒流控制电路采用反馈调节电路对电源的输出电压进行实时监测，并在输出电压高于设定值时，由反馈调节电路产生相应的反馈电压与自身提供给PFC电路的调整电压进行叠加，进而快速抬高PFC电路的输出电压，使电源的输入电压快速达到输出负载的增益要求，提高了电源的转换效率，且电路结构简单、可靠性高、稳定性好、损耗小。

参阅图2，图2为本发明实施例的恒流控制电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

如图2所示，该恒流控制电路包括：依次连接的整流电路10、PFC电路20、半桥谐振电路30以及反馈调节电路40，反馈调节电路40的输出端连接至PFC电路20的电压采集端；如图3所示，反馈调节电路40具体可以包括：信号采集单元401、信号处理单元402以及PFC电压调整单元403；信号采集单元401的输入端连接至半桥谐振电路30的第一输出端，信号采集单元401的输出端连接至信号处理单元402的输入端，信号处理单元402的输出端连接至PFC电压调整单元403的输入端，且PFC电压调整单元403的输出端连接至PFC电路20的电压采集端。

在半桥谐振电路30的输出电压高于信号采集单元401的基准值时，信号处理单元402导通并输出反馈电压至PFC电压调整单元403，PFC电压调整单元403接收并将反馈电压与自身的调整电压发送至PFC电路20的电压采集端，PFC电路20接收并根据反馈电压和调整电压调节自身的PFC输出电压。

可以理解地，信号采集单元401的基准值由其内部所选择的基准器决定，例如，可以选择TL431的基准稳压器，当未达到该基准稳压器的基准值时，该基准稳压器不工作，此时，反馈调节电路40不工作，对电源的正常工作不产生影响而当达到该基准稳压器的基准时，该基准稳压器开始工作。

在此需要说明的是，在输出电压低时，由于PFC电路20自身的输出电压已经可以满足PFC电路20的工作需求和半桥谐振电路30的增益需求，因此，反馈调节电路40不工作时，该恒流控制电路仍可以使半桥谐振电路30接低电压需求负载时也可以工作在谐振状态，即本发明的恒流控制电路可使半桥谐振电路30接不同负载时均可工作在谐振状态，从而在满足宽电压范围恒流输出的同时依然保持高效率。

在本发明实施例中，信号采集单元401具体可以包括：依次串联连接在半桥谐振电路30的第一输出端与地之间的分压电阻R402、分压电阻R403和分压电阻R404，以及基准稳压器U401、光敏二极管U402-B和限流电阻R401；分压电阻R403和分压电阻R404的串联连接端与基准稳压器U401的第一端连接，分压电阻R403与半桥谐振电路30的第一输出端的串联连接端通过限流电阻R401接光敏二极管U402-B的，光敏二极管U402-B的阴极与基准稳压器U401的第二端连接，基准稳压器U401的第三端接地。

在本发明实施例中，信号处理单元402具体可以包括：供电电路4021、光敏三极管U402-A、比较器U503-A、振荡器U502-A及其外围电路；光敏三极管U402-A的接收端作为信号处理单元402的输入端连接至信号采集单元401的输出端；供电电路4021的第一输出端依次通过电阻R504和光敏三极管U402-A接地，供电电路4021的第二输出端接地；电阻R504与光敏三极管的串联连接端通过电阻R510与比较器U503-A的第二输入端连接。

电阻R504与供电电路4021的第一输出端的串联连接端通过电阻R505与振荡器U502-A的第一输入端连接，电阻R505还通过电阻R506接地；振荡器U502-A的第一输入端还通过电阻R507与其输出端连接，振荡器U502-A的输出端依次通过电阻R508和电阻R509与比较器U503-A的第一输入端连接，电阻R508和电阻R509的串联连接端连接至振荡器U502-A的第二输入端，振荡器U502-A的第二输入端还通过电容C502接地，振荡器U502-A的供电端接供电电压，振荡器U502-A的接地端接地。

比较器U503-A的第二输入端还通过电容C503接地，比较器U503-A的供电端接供电电压，比较器U503-A的接地端接地；比较器U503-A的输出端作为信号处理单元402的输出端连接至PFC电压调整单元403的输入端。

可选的，在本发明实施例中，供电电路4021可以包括：三极管Q501、电阻R502、电阻R503、稳压器U501、电阻R501、电阻R405、电阻R406、电容C401、二极管D401以及变压器T301的辅助绕组。

变压器T301的辅助绕组一端通过二极管D401与三极管Q501的集电极连接，变压器T301的辅助绕组的另一端接地，电容C401一端与二极管D401的阴极连接，电容C401的另一端与变压器T301的辅助绕组的另一端连接并连接至地；二极管D401的阴极与三极管Q501的集电极的串联连接端还依次通过电阻R405和电阻R406接地，电阻R501并联在三极管Q501的基极与集电极之间，三极管Q501的基极还通过稳压器U501接地，三极管Q501的发射极作为供电电路4021的第一输出端与电阻R504连接；三极管Q501的发射极还接供电电压；电阻R502和电阻R503依次串联在三极管Q501的发射极与地之间，电阻R502和电阻R503的连接节点还与稳压器U501的一端连接。

在本发明实施例中，PFC电压调整单元403包括：

滤波电路4031、限流电阻R602、分压电阻R603、分压电阻R604以及分压电阻R605。

滤波电路4031的输入端作为PFC电压调整单元403输入端连接至信号处理单元402的输出端，滤波电路4031的输出端通过限流电阻R602的一端连接；分压电阻R603、分压电阻R604以及分压电阻R605依次串联在供电电压输入端与地之间，分压电阻R604和分压电阻R605的串联连接端还与限流电阻R602另一端连接，分压电阻R604和分压电阻R605的串联连接端与限流电阻R602另一端的连接节点作为反馈调节电路40的输出端连接至PFC电路20的电压采集端。

可选的，滤波电路4031可以包括滤波电阻R601和滤波电容C601。

滤波电阻R601的第一端作为滤波电路4031的输入端连接至信号处理单元402的输出端，滤波电阻R601的第二端作为滤波电路4031的输出端与限流电阻R602的一端连接，滤波电阻R601的第二端通过滤波电容C601接地。

图4示出了本发明实施例提供的PFC电路20的电路图。

如图4所示，PFC电路20可以包括：PFC控制芯片、电阻R201、电阻R202、电阻R203、MOS管Q201、PFC电感L1-A、二极管D201以及电容C201。

PFC控制芯片的电压采集端作为PFC电路20的电压采集端连接至反馈调节电路40的输出端，PFC控制芯片的过零检测端(ZCD)与电感L1-A的第二端连接，PFC控制芯片的控制端通过电阻R202与MOS管Q201的栅极连接，PFC控制芯片的电流检测端通过电阻R203接地；MOS管Q201的源极通过电阻R203接地，MOS管Q201的漏极与电感L1-A的第三端连接。

电感L1-A的第一端作为PFC电路20的输入端与整流电路10连接，电感L1-A的第四端接地，电感L1-A的第三端与MOS管Q201的漏极的串联连接端还与二极管D201的阳极连接，二极管D201的阴极通过电容C201接地，二极管D201的阴极与电容C201的连接端作为PFC电路20的输出端连接至半桥谐振电路30的输入端。

参阅图5，图5示出了本发明实施例提供的半桥谐振电路30(LLC电路)的电路图。

如图5所示，本发明实施例的半桥谐振电路30可以包括：变压器T301、MOS管Q301、MOS管Q302、电阻R301、电阻R302、PWM控制芯片、电容C301、电容C302、电阻R303、二极管D301以及二极管D302。

MOS管Q301的漏极作为半桥谐振电路30的输入端连接至PFC电路20，MOS管Q301的栅极通过电阻R301与PWM控制芯片的第二控制端连接，MOS管Q301的源极与MOS管Q302的漏极连接；MOS管Q302的源极接地，MOS管Q302的栅极通过电阻R302与PWM控制芯片的第一控制端连接，MOS管Q301的源极与MOS管Q302的漏极的连接端点与变压器T301的初级绕组的一端连接。

变压器T301的初级绕组的另一端通过电容C301接地；变压器T301的第一次级绕组的一端与二极管D301的阳极连接，变压器T301的第一次级绕组的另一端与变压器T301的第二次级绕组的一端连接，变压器T301的第二次级绕组的另一端与二极管D302的阳极连接，二极管D302的阴极与二极管D301的阴极连接；二极管D302的阴极与二极管D301的阴极的连接端点作为半桥谐振电路30的第一输出端连接至反馈调节电路40的输入端；二极管D301的阴极还通过电容C302接地，变压器T301的第一次级绕组与第二次级绕组的串联连接端点与电阻R303的第一端连接，电阻R303的第二端为半桥谐振电路30的第二输出端。

为了进一步说明本发明实施例提供的恒流控制电路，现结合图3、图4和图5对其工作原理进行详述。

当市电AC220V经整流电路10的输入口接入后，由整流电路10进行整流处理将交流电压转换为直流电压，并输出至PFC电路20的输入端，PFC电路20接收该直流电压并根据其电压采集端所接入的采集电压将该直流电压升到相应的PFC输出电压，PFC电路20将电压升到稳定的PFC输出电压后提供给半桥谐振电路30，半桥谐振电路30接收该PFC输出电压并转换为对应的稳定的输出电压，提供给负载，维持负载的正常工作。反馈调节电路40对半桥谐振电路30的输出电压进行实时检测，并在输出电压升高至满足其设定值时，产生反馈电压提供给PFC电路20，以快速抬高PFC电路20的PFC输出电压，使PFC电路20快速得到满足半桥谐振电路30的电压增益。

具体地，分压电阻R402、分压电阻R403和分压电阻R404对半桥谐振电路30的输出电压进行采样，采样电压经过分压电阻R402、分压电阻R403和分压电阻R404串联分压后，传输至基准稳压器U401的检测端，当所分电压大于基准稳压器U401内部的基准值时，基准稳压器U401导通，此时，光敏二极管U402-B导通，光敏二极管U402-B导通后，光敏三极管U402-A导通，比较器U503-A将来自振荡器U502-A提供的信号与光敏三极管U402-A提供的信号进行比较，产生不同占空比的脉冲电压，该脉冲电压由比较器U503-A的输出端输出经滤波电阻R601和滤波电容C601低通滤波后生成不同幅值的电压信号，通过限流电阻R602整流后生成直流电压与PFC电压调整单元403输出的调整电压(即分压电阻R604和分压电阻R605的节点电压)叠加，并将叠加后的电压提供给PFC控制芯片的电压采集端，进而由PFC控制芯片根据电压采集端的采集电压进行调整，迅速抬高PFC电路20的输出电压，并将该输出电压提供给半桥谐振电路30，使半桥谐振电路30可快速工作在谐振状态，保证了在电源在宽电压范围恒流输出的同时仍保持高效率，大大降漏感损耗。

本发明还提供了一种电源，该电源包括上述的半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路。采用上述半桥谐振宽电压高效输出的恒流控制电路可以在满足宽电压范围恒流输出的同时，电源仍然可以保持较高的转换效率。且所采用的电路结构简单、可靠性高、实现成本低、适用范围广。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。