專利名稱：一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及升降壓型開關(guān)變換器控制恒流輸出，尤其涉及將升降壓型開關(guān)變換器控制電流恒定輸出用于LED的電流驅(qū)動(dòng)。
背景技術(shù)：
LED照明已在企業(yè)照明、商業(yè)應(yīng)用照明及住宅照明中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，越來越多的照明開始使用LED照明裝置，許多國家也都制定了逐步淘汰傳統(tǒng)的白熾燈具的時(shí)間表，而剩余的選擇就是節(jié)能燈及LED燈。與相同照明效果的白熾燈相比，節(jié)能燈可以節(jié)省更多的電力，但它含有汞金屬元素在內(nèi)，會(huì)對環(huán)境造成很大的污染。此外，與LED燈相比，節(jié)能燈的使用壽命是有限的。LED燈發(fā)展很快，需要恒流輸出的控制。目前，LED照明燈具要求交流直接輸入、高效率、高功率因數(shù)、使用壽命長。參考圖1，傳統(tǒng)的升降壓型開關(guān)變換器可以用來驅(qū)動(dòng)LED燈，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，Vin和PVin引腳可以連接在一起，也可以分開連接。BUCK-B00ST (升降壓型)模式是用來調(diào)節(jié)LED燈的輸出電流，輸入端的大電解電容C3可以保證高的輸入電壓。因?yàn)镻Vin引腳端連接了大的輸入電解電容，交流輸入應(yīng)用中的功率因數(shù)是很低的。此外，在高交流電輸入的應(yīng)用中，LED燈的輸出電流控制也存在著問題。參考圖2，升降壓型開關(guān)變換器在驅(qū)動(dòng)LED燈時(shí)可以通過輸入電壓分壓器來感應(yīng)線路中的電壓變化以獲取高功率因數(shù)。該變換器可以檢測到輸入電壓的變化，從而調(diào)整MOS開關(guān)管柵極的占空比以適應(yīng)輸入電壓的變化，這樣就能獲得高功率因數(shù)。然而，圖I和圖2顯示的兩種方法都不能輕易地控制LED燈的恒流輸出。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路及方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下；一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路，包括電感LI、MOS管電源開關(guān)、電源開關(guān)控制器BI、續(xù)流ニ極管D1、輸出濾波電容Cl，所述電源開關(guān)控制器BI包括第一抽樣電路S/Η、第二抽樣電路S/H、SR鎖存器電路、參考電壓電路Vkef、放大器電路Al、誤差放大比較電路A3、比較電路A2、振蕩器電路、驅(qū)動(dòng)電路；所述第一抽樣電路S/Η輸出端同時(shí)連接所述SR鎖存器電路的第一 R端和所述誤差放大比較電路A3的一端，所述第一抽樣電路S/Η的輸入端FB連接在電阻R5和電阻R4之間并經(jīng)過所述電阻R5后接地、經(jīng)過所述電阻R4后連接所述電感LI、所述續(xù)流ニ極管Dl的正極端和所述MOS管電源開關(guān)的漏扱，所述參考電壓電路Vkef連接所述誤差放大比較電路A3的正極，所述誤差放大比較電路A3的負(fù)極連接所述放大電路Al的輸出端，所述放大電路Al的輸入端連接第二抽樣電路S/Η的輸出端,所述第二抽樣電路S/Η的輸入端一端GND 接地，另一端CS連接在所述MOS管電源開關(guān)源極與電阻Rsense之間，所述SR鎖存器電路的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端GATE端連接所述MOS管電源開關(guān)的柵極，所述誤差放大比較電路A3的輸出端同時(shí)連接所述比較電路A2的負(fù)極及電容C2的一端，所述比較電路A2的正極連接振蕩器電路的一端，所述比較電路A2的輸出端連接所述SR鎖存器電路的第二 R端，所述SR鎖存器電路的S端連接所述振蕩器電路的另一端。進(jìn)ー步的，所述電源開關(guān)控制器BI還包括第二比較電路A4和電流檢測電路，所述第二比較電路A4連接所述電流檢測電路后連接所述SR鎖存器電路的第三R端。
進(jìn)ー步的，所述電源開關(guān)控制器BI還包括電壓過壓保護(hù)電路，所述電壓過壓保護(hù)電路連接在所述第一抽樣電路輸出端與所述SR鎖存器電路的第一 R端之間。一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流方法，通過設(shè)計(jì)電源開關(guān)控制器BI的一個(gè)引腳FB檢測所述MOS管的漏極電壓，將所述FB引腳電壓與所述MOS管的漏極電壓形成一定的比例關(guān)系，使得電源開關(guān)控制器BI運(yùn)行在固定頻率非連續(xù)導(dǎo)通模式下，通過調(diào)節(jié)所述補(bǔ)償電容C2獲得高的功率因數(shù)校正，恒定的輸出電流通過維持所述次級ニ極管Dl開始放電到完全放電完畢為止的時(shí)間和開關(guān)周期的恒定比例來達(dá)到的。


圖I為傳統(tǒng)的升降壓型開關(guān)變換器；圖2為具有高功率因數(shù)的升降壓型開關(guān)變換器；圖3為本發(fā)明的具有高功率因數(shù)的恒流輸出升降壓型開關(guān)變換器；圖4為檢測MOS開關(guān)管漏極電壓的波形示意圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明設(shè)定了ー個(gè)恒定的開關(guān)頻率，從而降低了設(shè)計(jì)電感參數(shù)的難度。本發(fā)明也消除了輸入電壓分壓器，取而代之的是，它將電源開關(guān)控制器BI的FB引腳端的電壓檢測通過連接到SW端點(diǎn)(M0S管的漏扱)。FB引腳電壓從而與SW端點(diǎn)電壓形成一定的比例關(guān)系，使得該變換器運(yùn)行在DCM(非連續(xù)導(dǎo)通)模式下。FB引腳有雙重作用1)檢測功率MOS開關(guān)管關(guān)斷后電感的放電電流，直至電流為零；2)檢測LED的開路條件，這對故障的自動(dòng)保護(hù)很有利。輸入端的大電解電容被消除，以獲取高功率因數(shù)。電源開關(guān)控制器BI的COMP引腳連接了一個(gè)足夠高的補(bǔ)償電容來適應(yīng)輸入電壓的變化以獲取高的功率因數(shù)。補(bǔ)償電容的選擇使得COMP引腳的時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)與輸入線電壓的頻率相當(dāng)，它決定了高功率因數(shù)是否能實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例一圖5是圖3升降壓型開關(guān)變換器控制恒流輸出電路的具體實(shí)現(xiàn)方式，一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路，包括電感LI、MOS管電源開關(guān)、電源開關(guān)控制器BI、續(xù)流ニ極管D1、輸出濾波電容Cl，所述電源開關(guān)控制器BI包括第一抽樣電路S/Η、第二抽樣電路S/H、SR鎖存器電路、參考電壓電路VKEF，放大器電路Al、誤差放大比較電路A3、比較電路A2、振蕩器電路、驅(qū)動(dòng)電路；所述第一抽樣電路S/Η輸出端同時(shí)連接所述SR鎖存器電路的第一 R端和所述誤差放大比較電路A3的一端,所述第一抽樣電路S/Η的輸入端FB連接在電阻R5和電阻R4之間并經(jīng)過所述電阻R5后接地、經(jīng)過所述電阻R4后連接所述電感LI、所述續(xù)流ニ極管Dl的正極端和所述MOS管電源開關(guān)的漏極，所述參考電壓電路Vkef連接所述誤差放大比較電路A3的正極，所述誤差放大比較電路A3的負(fù)極連接所述放大電路Al的輸出端，所述放大電路Al的輸入端連接第二抽樣電路S/Η的輸出端,所述第二抽樣電路S/Η的輸入端一端GND接地，另一端CS連接在所述MOS管電源開關(guān)源極與電阻Rsense之間，所述SR鎖存器電路的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端GATE端連接所述MOS管電源開關(guān)的柵扱，所述誤差放大比較電路A3的輸出端同時(shí)連接所述比較電路A2的負(fù)極及電容C2的一端，所述比較電路A2的正極連接振蕩器電路的一端，所述比較電路A2的輸出端連接所述SR鎖存器電路的第二 R端，所述SR鎖存器電路的S端連接所述振蕩器電路的另一端。上述電源開關(guān)控制器BI還可以包括第二比較電路A4和電流檢測電路ENABLECONTROL,當(dāng)設(shè)計(jì)的時(shí)候有第二比較電路A4和電流檢測電路時(shí)ENABLE CONTROL，上述SR鎖存器電路將增加ー個(gè)R端，所述第二比較電路M連接所述電流檢測電路ENABLE CONTROL后連接SR鎖存器電路新増加的那個(gè)R端。為了對電源開關(guān)控制器BI進(jìn)行過壓保護(hù)，在所述電源開關(guān)控制器內(nèi)部還可以包括電壓過壓保護(hù)電路OVP，所述電壓過壓保護(hù)電路OVP連接在所述第一抽樣電路S/Η輸出端與所述SR鎖存器電路的第一 R端之間。上述電路具體工作原理為VIN端是用來提供電源控制器BI的供電，F(xiàn)B端是用來檢測SW端的電壓的(通過電阻R4和電阻R5的電壓分壓器)，該電源控制器BI的COMP端是用來連接補(bǔ)償電容作為高功率因數(shù)校正。CS端是用來檢測開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的電流，GATE端是用來連接外接開關(guān)管的柵極作為驅(qū)動(dòng)用。通過MOS開關(guān)管的電流經(jīng)過CS端到第二抽樣電路S/Η抽樣后由放大電路Al放大后進(jìn)入誤差放大器比較電路A3和Vkef (基準(zhǔn)電壓)進(jìn)行比較，比較的結(jié)果由在COMP端上的電容C2進(jìn)行平滑，其電壓和振蕩器的斜坡在比較電路A2進(jìn)行比較，得到相應(yīng)的占空比，由SR鎖存器輸出帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路DRIVER去驅(qū)動(dòng)MOS開關(guān)管。FB端的抽樣電壓用來連接誤差放大器比較電路A3，用于調(diào)節(jié)其輸出。結(jié)合圖4和圖5，當(dāng)該電路工作在DCM模式下時(shí)，次級ニ極管Dl電流會(huì)充分釋放給帶LED的負(fù)載輸出端，功率MOS開關(guān)管的漏極峰值電壓為輸入電壓Pvin與負(fù)載LED ニ極管壓降之和。這個(gè)放電時(shí)間(TDIsaiAffi；E)定義為次級ニ極管Dl開始放電到完全放電完畢為止的時(shí)間。為了保證恒定電流輸出并有良好的控制，在恒定開關(guān)頻率(即恒定周期T)的情況下，保證TDIsaiAK；E/T恒定不變是非常重要的(這里的T表示在電路中固定不變的開關(guān)周期)。次級ニ極管Dl完全放電的時(shí)間是通過FB端的電壓分壓器檢測變壓器的第三邊的下降沿來獲取?？刂破鰾I運(yùn)行在固定頻率DCM(非連續(xù)導(dǎo)通)模式以獲得高的功率因數(shù)校正。電流的恒定輸出通過檢測TDISCHAK；E/T和MOS開關(guān)管采樣峰值電流來調(diào)整。上述兩類信號都會(huì)傳輸給ー個(gè)誤差放大比較電路A3，從而讓COMP引腳端的電容充放電流，使該電容兩端的電壓會(huì)根據(jù)反饋的信號做出相應(yīng)的調(diào)整。誤差放大比較電路A3的輸出連同振蕩器一起決定固定開關(guān)頻率的占空比，恒定輸出電流是通過調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)。上述實(shí)施方式不僅適用于市電輸入方式,而且也適用于MR16燈的低壓交流輸入方式。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路，包括電感L1、M0S管電源開關(guān)、電源開關(guān)控制器BI、續(xù)流ニ極管D1、輸出濾波電容Cl，其特征在于，所述電源開關(guān)控制器BI包括第一抽樣電路S/Η、第二抽樣電路S/H、SR鎖存器電路、參考電壓電路Vkef、放大器電路AI、誤差放大比較電路A3、比較電路A2、振蕩器電路、驅(qū)動(dòng)電路； 所述第一抽樣電路S/Η輸出端同時(shí)連接所述SR鎖存器電路的第一 R端和所述誤差放大比較電路A3的一端,所述第一抽樣電路S/Η的輸入端FB連接在電阻R5和電阻R4之間并經(jīng)過所述電阻R5后接地、經(jīng)過所述電阻R4后連接所述電感LI、所述續(xù)流ニ極管Dl的正極端和所述MOS管電源開關(guān)的漏極，所述參考電壓電路Vkef連接所述誤差放大比較電路A3的正極，所述誤差放大比較電路A3的負(fù)極連接所述放大電路Al的輸出端，所述放大電路Al的輸入端連接第二抽樣電路S/Η的輸出端，所述第二抽樣電路S/Η的輸入端一端GND接地，另一端CS連接在所述MOS管電源開關(guān)源極與電阻Rsense之間，所述SR鎖存器電路的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端GATE端連接所述MOS管電源開關(guān)的柵扱，所述誤差放大比較電路A3的輸出端同時(shí)連接所述比較電路A2的負(fù)極及電容C2的一端，所述比較電路A2的正極連接振蕩器電路的一端，所述比較電路A2的輸出端連接所述SR鎖存器電路的第二 R端，所述SR鎖存器電路的S端連接所述振蕩器電路的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路，其特征在于，所述電源開關(guān)控制器BI還包括第二比較電路A4和電流檢測電路，所述第二比較電路A4連接所述電流檢測電路后連接所述SR鎖存器電路的第三R端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流電路，其特征在于，所述電源開關(guān)控制器BI還包括電壓過壓保護(hù)電路，所述電壓過壓保護(hù)電路連接在所述第一抽樣電路輸出端與所述SR鎖存器電路的第一 R端之間。
4.一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流方法，其特征在于，通過設(shè)計(jì)電源開關(guān)控制器BI的一個(gè)引腳FB檢測所述MOS管的漏極電壓，將所述FB引腳電壓與所述MOS管的漏極電壓形成一定的比例關(guān)系，使得電源開關(guān)控制器BI運(yùn)行在固定頻率非連續(xù)導(dǎo)通模式下，通過調(diào)節(jié)所述補(bǔ)償電容C2獲得高的功率因數(shù)校正，恒定的輸出電流通過維持所述次級ニ極管Dl開始放電到完全放電完畢為止的時(shí)間和開關(guān)周期的恒定比例來達(dá)到的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率因數(shù)升降壓型開關(guān)變換器控制恒流方法及電路，通過設(shè)計(jì)電源開關(guān)控制器B1的一個(gè)引腳FB檢測所述MOS管的漏極電壓，將所述FB引腳電壓與所述MOS管的漏極電壓形成一定的比例關(guān)系，使得電源開關(guān)控制器B1運(yùn)行在固定頻率非連續(xù)導(dǎo)通模式下，通過調(diào)節(jié)所述補(bǔ)償電容C2獲得高的功率因數(shù)校正，恒定的輸出電流通過維持所述次級二極管D1開始放電到完全放電完畢為止的時(shí)間和開關(guān)周期的恒定比例來達(dá)到的。
文檔編號H02M1/42GK102624214SQ201210103298
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者陳龍 申請人:紹興恒力特微電子有限公司