本實(shí)用新型涉及一種電力電子領(lǐng)域，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)變換電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)變換電路由于其高效率、易控制等優(yōu)點(diǎn)，在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在交流-直流(AC-DC)變換中，為了防止變換器的輸入電流對電網(wǎng)造成污染，通常要求變換器達(dá)到行業(yè)或者各個國家/地區(qū)規(guī)定的功率因數(shù)和諧波要求。

開關(guān)變換電路的多種控制方式中，恒定導(dǎo)通時間(constant on time，COT)控制由于瞬態(tài)響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。

Buck變換器是降壓型拓?fù)?，在線電壓小于輸出電壓時，變換器不工作，因此輸入電流存在死區(qū)時間。如圖1所示，在時刻0至?xí)r刻t1以及時刻t2至?xí)r刻t3之間，由于線電壓Vac小于輸出電壓V_O，變換器不工作，電感電流i_L為零。該死區(qū)時間使得諧波不能滿足class-C的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提出一種改進(jìn)的開關(guān)變換電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提出了一種開關(guān)變換電路，包括：整流單元，接收交流輸入電壓，產(chǎn)生整流電壓；功率開關(guān)電路，包括主功率管和電感，其中在主功率管被導(dǎo)通期間，流過電感的電流增大、電感存儲能量；在主功率管被斷開期間，電感上存儲的能量被釋放，以傳遞給輸出；誤差放大器，對表征輸出信號的反饋信號和參考信號的差值進(jìn)行放大，產(chǎn)生誤差放大信號；比較器，比較誤差放大信號和斜坡信號大小，產(chǎn)生比較信號，其中所述斜坡信號在主功率管斷開期間被復(fù)位為零、在主功率管導(dǎo)通期間增大，其增長的斜率與主功率管導(dǎo)通時電感兩端的電壓成負(fù)相關(guān)；邏輯驅(qū)動電路，根據(jù)比較信號產(chǎn)生邏輯驅(qū)動信號，用以控制功率開關(guān)電路的運(yùn)行。

根據(jù)本實(shí)用新型的開關(guān)變換電路，改善了電路的諧波特性，使電路能滿足class C的要求。

附圖說明

圖1示意性地示出了采用傳統(tǒng)COT控制的buck變換器的線電壓Vac、電感電流i_L和輸入平均電流的時序波形圖；

圖2示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路100；

圖3示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的圖2所示開關(guān)變換電路100的控制電路105和斜坡產(chǎn)生電路106的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的開關(guān)變換電路200；

圖5示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的開關(guān)變換電路300；

圖6示意性地示出了交流輸入電壓的有效值為230伏(Vin＝230V)時，前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的輸入電流i_ac(實(shí)線)和傳統(tǒng)cot控制下的開關(guān)變換電路的輸入電流i_pr(虛線)的時序波形圖；

圖7示意性地示出了交流輸入電壓的有效值為115伏(Vin＝115V)時，前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的輸入電流i_ac(實(shí)線)和傳統(tǒng)cot控制下的開關(guān)變換電路的輸入電流i_pr(虛線)的時序波形圖；

圖8示出前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的交流輸入電流的各次諧波；

圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的斜坡信號產(chǎn)生電路106中受控電流源62的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于開關(guān)變換電路的方法的流程示意圖400。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本實(shí)用新型。在以下描述中，為了提供對本實(shí)用新型的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本實(shí)用新型。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本實(shí)用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實(shí)用新型至少一個實(shí)施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱元件“耦接到”或“連接到”另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

圖2示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路100。在圖2所示實(shí)施例中，開關(guān)變換電路100包括：整流單元101，接收交流輸入電壓(線電壓)Vac，產(chǎn)生整流電壓Vdc(即通常說的饅頭波)；功率開關(guān)電路102，包括主功率管和電感，其中在主功率管被導(dǎo)通期間，流過電感的電流增大、電感存儲能量，在主功率管被斷開期間，電感上存儲的能量被釋放，以傳遞給輸出；誤差放大器(EA)103，接收表征輸出信號(如輸出電壓V_O或者輸出電流I_O)的反饋信號FB和參考信號REF，所述誤差放大器103對反饋信號FB和參考信號REF的差值進(jìn)行放大，產(chǎn)生誤差放大信號CMP；比較器104，接收所述誤差放大信號CMP和斜坡信號ramp，所述比較器104比較誤差放大信號CMP和斜坡信號ramp大小，產(chǎn)生比較信號，其中所述斜坡信號ramp在主功率管導(dǎo)通期間增大、在主功率管斷開期間被復(fù)位為零，其增長的斜率與電感電流增長的斜率(即主功率管導(dǎo)通時電感兩端的電壓)成負(fù)相關(guān)，即電感電流增長得越快(電感兩端電壓越大)，斜坡信號ramp增長得越慢，電感電流增長得越慢(電感兩端電壓越小)，斜坡信號ramp增長得越快；邏輯驅(qū)動電路105，接收比較信號，產(chǎn)生邏輯驅(qū)動信號Dr，用以控制功率開關(guān)電路102的運(yùn)行。

在一個實(shí)施例中，當(dāng)斜坡信號ramp大于誤差放大信號CMP時，主功率管被斷開，電感電流開始下降，直至電感電流下降為零，主功率管被重新導(dǎo)通。也就是說，電路運(yùn)行于臨界模式，以減小開關(guān)損耗。

在圖2所示實(shí)施例中，所述邏輯驅(qū)動電路105還接收電感電流過零檢測信號ZCD，并響應(yīng)過零檢測信號ZCD將主功率管導(dǎo)通。也就是說，所述過零檢測信號ZCD表征電感電流的過零點(diǎn)。

當(dāng)輸出為恒壓需求(如筆記本電腦、臺式電腦)時，反饋信號FB表征輸出電壓V_O；當(dāng)輸出為恒流需求(如LED照明)時，反饋信號FB表征輸出電流I_O。

在一個實(shí)施例中，所述斜坡信號ramp由斜坡信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生。

圖3示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的圖2所示開關(guān)變換電路100的控制電路105和斜坡產(chǎn)生電路106的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3所示實(shí)施例中，所述斜坡信號產(chǎn)生電路106包括：恒定電流源61，提供恒定的充電電流；受控電流源62，提供受控的放電電流；并聯(lián)耦接的電容63和復(fù)位開關(guān)64，其中復(fù)位開關(guān)64的導(dǎo)通狀態(tài)和功率開關(guān)電路102中的主功率管相反，所述電容63在復(fù)位開關(guān)64導(dǎo)通時被復(fù)位為零，在復(fù)位開關(guān)64斷開時被恒定電流源61充電、同時被受控電流源62放電，所述電容63兩端電壓為斜坡信號ramp。

當(dāng)功率開關(guān)電路采用buck拓?fù)鋾r，受控電流源62提供的放電電流與交流輸入電壓Vac的瞬時值和輸出電壓之差成比例；當(dāng)功率開關(guān)電路102采用boost拓?fù)鋾r，受控電流源62提供的放電電流與輸入電壓成比例。即：受控電流源62提供的電流與主功率管導(dǎo)通期間施加在電感上的電壓成比例。

在圖3所示實(shí)施例中，所述邏輯驅(qū)動電路105包括：RS觸發(fā)器51，具有置位輸入端S、復(fù)位輸入端R和輸出端Q，所述置位輸入端S接收過零檢測信號ZCD，復(fù)位輸入端R接收比較信號，所述RS觸發(fā)器響應(yīng)過零檢測信號ZCD被置位、響應(yīng)比較信號被復(fù)位，產(chǎn)生邏輯信號；驅(qū)動器52，響應(yīng)邏輯信號產(chǎn)生邏輯驅(qū)動信號Dr，用以控制功率開關(guān)電路102的運(yùn)行。

圖4示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的開關(guān)變換電路200。在圖4所示實(shí)施例中，所述功率開關(guān)電路102包括典型buck變換器。圖4所示開關(guān)變換電路200的輸出用以驅(qū)動LED串，因此要求輸出為恒流。具體來說，在圖4所示實(shí)施例中，所述開關(guān)變換電路200包括：整流單元101，接收交流輸入電壓(線電壓)Vac，產(chǎn)生整流電壓Vdc；功率開關(guān)電路102，包括主功率管21、電感22和續(xù)流功率管23，其中在主功率管21被導(dǎo)通期間，流過電感22的電流增大、電感22存儲能量，在主功率管21被斷開期間，電感上存儲的能量通過續(xù)流功率管23被釋放，以傳遞給輸出；誤差放大器(EA)103，接收表征輸出電流的反饋信號I_FB和參考信號REF，所述誤差放大器103對反饋信號I_FB和參考信號REF的差值進(jìn)行放大，產(chǎn)生誤差放大信號CMP；比較器104，接收所述誤差放大信號CMP和斜坡信號ramp，所述比較器104比較誤差放大信號CMP和斜坡信號ramp大小，產(chǎn)生比較信號；邏輯驅(qū)動電路105，接收比較信號，產(chǎn)生邏輯驅(qū)動信號Dr，用以控制功率開關(guān)電路102的運(yùn)行；斜坡信號產(chǎn)生電路106，所述斜坡信號產(chǎn)生電路包括：恒定電流源61，提供恒定的充電電流；受控電流源62，根據(jù)電感22兩端的電壓提供放電電流，其中電感22兩端的電壓越大，受控電流源62的放電電流也越大；并聯(lián)耦接在比較器104和參考地之間的電容63和復(fù)位開關(guān)64，其中復(fù)位開關(guān)64的導(dǎo)通狀態(tài)與主功率管22相反，所述電容63在主功率管22斷開時被復(fù)位開關(guān)64復(fù)位為零，在主功率管22導(dǎo)通時被恒定電流源61充電同時被受控電流源62放電，所述電容63兩端電壓為所述斜坡信號ramp。

由于在主功率管斷開時，電容63被復(fù)位；而在主功率管導(dǎo)通時，電容被恒定電流源61充電同時被受控電流源62放電，因此受控電流源62提供的放電電流實(shí)際上由主功率管導(dǎo)通期間電感22兩端的電壓決定。

在圖4所示實(shí)施例中，所述開關(guān)變換電路200還包括：運(yùn)算放大器OP，跨接在電感22兩端，產(chǎn)生表征電感22兩端電壓的采樣電壓V_L。

在一個實(shí)施例中，誤差放大器103、比較器104、邏輯驅(qū)動電路105和斜坡信號產(chǎn)生電路106均被集成進(jìn)一芯片。

圖5示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的開關(guān)變換電路300。圖5所示開關(guān)變換電路300與圖4所示開關(guān)變換電路200原理一致。與圖4所示開關(guān)變換電路200不同的是，在圖5所示實(shí)施例中，所述誤差放大器103、比較器104、邏輯驅(qū)動電路105和斜坡信號產(chǎn)生電路106的參考地為芯片地GND，該芯片地GND耦接至主功率管21和電感22的共同耦接點(diǎn)；所述開關(guān)變換電路300還包括：電流采樣電阻Ri，耦接在芯片地和主功率管21之間，產(chǎn)生表征輸出電流的反饋信號I_FB；反饋電阻Rc，耦接至電感22，產(chǎn)生表征電感22兩端電壓的采樣電壓V_L。

在電路運(yùn)行時，當(dāng)交流輸入電壓Vac的瞬時值大于輸出電壓V_O時，功率開關(guān)電路102開始工作。當(dāng)主功率管21被導(dǎo)通時，復(fù)位開關(guān)63被斷開，則電容63開始被恒定電流源61充電、被受控電流源62放電，斜坡信號ramp開始增大。隨著交流輸入電壓Vac的增大，開關(guān)導(dǎo)通期間，電感22兩端的電壓(Vac-V_O)隨之增大，采樣電壓V_L也隨之增大，受控電流源62的放電電流也增大。相應(yīng)的，斜坡信號ramp增大的斜率變小。即斜坡信號ramp增長的斜率與主功率管導(dǎo)通時電感兩端的電壓成負(fù)相關(guān)，開關(guān)導(dǎo)通期間電感兩端電壓高，斜坡信號的增長斜率較小，開關(guān)導(dǎo)通期間電感兩端電壓低時，斜坡信號的增長斜率較大。斜坡信號ramp將遲些碰到誤差放大器103輸出的誤差放大信號CMP。而由于誤差放大器的響應(yīng)速度很慢，且?guī)挼陀诰€電壓的頻率(如50hz)，誤差放大信號CMP在一個開關(guān)周期內(nèi)可視為恒定。因此，隨著交流輸入電壓Vac的增大，主功率管21的導(dǎo)通時間ton也增大。

圖6示意性地示出了交流輸入電壓的有效值為230伏(Vin＝230V)時，前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的輸入電流i_ac(實(shí)線)和傳統(tǒng)cot控制下的開關(guān)變換電路的輸入電流i_pr(虛線)的時序波形圖。

圖7示意性地示出了交流輸入電壓的有效值為115伏(Vin＝115V)時，前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的輸入電流i_ac(實(shí)線)和傳統(tǒng)cot控制下的開關(guān)變換電路的輸入電流i_pr(虛線)的時序波形圖。

圖8示出前述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的開關(guān)變換電路的交流輸入電流的各次諧波，其中曲線10表示class C的上限值，實(shí)線框條表示本實(shí)用新型實(shí)施例的輸入電流的各次諧波幅度，虛線框條表示傳統(tǒng)COT控制下開關(guān)變換電路的交流輸入電流的各次諧波幅度。從圖8總可以看到，基于本實(shí)用新型實(shí)施例的交流輸入電流各次諧波可以滿足class C的要求，而傳統(tǒng)方法無法滿足。

圖8可以看出，前述根據(jù)本實(shí)用新型各個實(shí)施例的開關(guān)變換電路滿足了class C標(biāo)準(zhǔn)。

圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的斜坡信號產(chǎn)生電路106中受控電流源62的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖9所示實(shí)施例中，所述受控電流源62包括：如圖耦接的運(yùn)算放大器601、晶體管602和電阻603，將采樣電壓V_L轉(zhuǎn)化為電流信號i1；電流鏡604，接收電流信號i1，輸出所述受控的放電電流(i_con)。在一個實(shí)施例中，所述電流信號的電流等級i1是放電電流i_con的幾百倍至幾千倍。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型還提出了一種用于開關(guān)變換電路的方法，如圖10所示的為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于開關(guān)變換電路的方法的流程示意圖400，所述開關(guān)變換電路包括功率開關(guān)電路，所述功率開關(guān)電路包括主功率管和電感，其中在主功率管被導(dǎo)通期間，電感存儲能量，在主功率管被斷開期間，電感上存儲的能量被釋放，以產(chǎn)生輸出信號，所述方法包括：

步驟402，提供表征輸出信號的反饋信號、表征電感兩端電壓的采樣電壓；

步驟404，將所述反饋信號和參考信號的差值進(jìn)行放大，得到誤差放大信號；

步驟406，在主功率管導(dǎo)通期間，通過恒定電流源給電容充電，同時通過與電感兩端電壓相關(guān)的受控電流源給所述電容放電，以產(chǎn)生斜坡信號；在主功率管斷開期間，對所述斜坡信號進(jìn)行復(fù)位；

步驟408：將斜坡信號和誤差放大信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生比較信號；

步驟410，響應(yīng)比較信號，斷開所述主功率管。

在一個實(shí)施例中，所述受控電流源的放電電流與電感兩端電壓成正比。

在一個實(shí)施例中，所述方法還包括：檢測電感電流的過零點(diǎn)，產(chǎn)生過零檢測信號；響應(yīng)過零檢測信號，導(dǎo)通所述主功率管。

雖然已參照幾個典型實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實(shí)用新型能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離實(shí)用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。