專利名稱：高功率因數(shù)led驅(qū)動(dòng)電源及其控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高功率因數(shù)LED驅(qū) 動(dòng)電源系統(tǒng)及其控制電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源用于驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管時(shí)，為使二極管的發(fā)光亮度保持恒定，一般要 求開關(guān)電源具有恒流輸出的功能。特別地，如果用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的開關(guān)電源能夠滿足 全電壓范圍內(nèi)輸出電流恒定，則發(fā)光二極管燈泡在不同交流電規(guī)格的地方使用時(shí)會(huì)得到同 樣的亮度，有利于發(fā)光二極管燈泡的普及和生產(chǎn)成本的降低。另外，對(duì)于接入交流電網(wǎng)的發(fā)光二極管燈泡的功率因數(shù)都有一定的要求，因?yàn)槿?果功率因數(shù)不夠，則會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定程度的污染。IEC國際電工委員會(huì)對(duì)照明燈具提出了 明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。美國能源之星標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于功率大于5W的發(fā)光 二極管燈泡要求功率因數(shù)不低于0. 7。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于大于25W的發(fā)光二極管燈泡要求 功率因數(shù)高于0. 9。從實(shí)際應(yīng)用的情況看，對(duì)功率因數(shù)的要求大都高于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?，F(xiàn)有的能同時(shí)滿足高功率因數(shù)和寬交流輸入電壓范圍恒流輸出功能的最簡(jiǎn)單驅(qū) 動(dòng)電源是基于反激式拓?fù)涞膯渭?jí)PFC電路，單級(jí)PFC反激式電路能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入電流的功 率因數(shù)校正和輸出電流的調(diào)整。然而現(xiàn)有的單級(jí)PFC反激式電路需要變壓器副邊的恒流恒 壓反饋控制電路和光耦器件，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，電路體積大和成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全新的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)及其 控制電路，無需副邊的恒流恒壓反饋控制電路和光耦器件，能夠在寬交流輸入電壓范圍內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和恒流輸出。本發(fā)明提供一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，包括整流電路，用于輸入交流電壓，輸出一周期性整流電壓，所述周期性整流電壓的相 位與所述交流電壓的相位相同；變壓器，具有與所述整流電路耦合的原邊繞組和副邊繞組，以及一個(gè)輔助繞組；功率開關(guān)，耦合到原邊繞組；控制電路，耦合到所述功率開關(guān)，用于通過所述功率開關(guān)控制變壓器的原邊繞組 中的電流，使得原邊繞組中電流脈沖的峰值的包絡(luò)與整流電路的交流輸入電壓的相位保持 相同，并且輸出恒定的平均輸出電流；通過所述輔助繞組接收一個(gè)反映與副邊繞組耦合的 整流器件工作狀態(tài)的輸入信號(hào)；功率開關(guān)的每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)副邊繞組的電流脈沖的特征 由副邊整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間確定；控制所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的 比例為一特定表達(dá)式。優(yōu)選地，所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為kl*sin θ ；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義
Ipp (t) = (Ns/Np) * (l+1/kl) * (1/2) * π | sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io 是所述平均輸出電流的期望值，kl是一個(gè)常量。優(yōu)選地，所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為k2*sine/ (l+k2*sin θ)；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np) * (l+l/k2) * (1/2) * π | sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io 是所述平均輸出電流的期望值，k2是一個(gè)常量。優(yōu)選地，所述控制電路包括除法器電路，一個(gè)輸入端為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)，另一輸入端為輸入交流 電壓檢測(cè)的峰值信號(hào)，輸出端輸出的結(jié)果為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)除以輸入交流電壓 檢測(cè)的峰值信號(hào)；參考電壓產(chǎn)生電路，用于根據(jù)所述除法器電路輸出的結(jié)果產(chǎn)生一交變的參考電 壓，該交變的參考電壓具有與所述交流電壓相同的相位；功率開關(guān)斷開時(shí)刻控制電路，分別與所述參考電壓產(chǎn)生電路和所述第二輸入端 CS耦接，用于檢測(cè)到所述第二輸入端CS的電壓達(dá)到所述交變參考電壓時(shí)，通過控制功率開 關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)斷開，以切斷所述原邊繞組中的電流。優(yōu)選地，所述控制電路進(jìn)一步包括副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)電路，用于接收來自第四輸入端FB的電壓信號(hào)，產(chǎn)生反映所述 整流器件導(dǎo)通情況的電壓信號(hào)；功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制電路，用于在所述整流器件關(guān)斷時(shí)，通過第一恒流源為一 電容充電；在所述整流器件導(dǎo)通時(shí)，通過第二恒流源為所述電容放電；在所述電容電壓超 過預(yù)設(shè)的參考電壓值時(shí)，通過所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述交變參考電壓為一個(gè)近似的取絕對(duì)值的正弦電壓信號(hào)，其頻率是輸 入交流電壓頻率的兩倍，至少每隔一次到達(dá)最低電壓的時(shí)刻與輸入交流電壓由正到負(fù)過零 時(shí)刻或者由負(fù)到正過零時(shí)刻重合；所述參考電壓的電壓平均值與所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng) 電源系統(tǒng)輸出的電流的平均值成正比。本發(fā)明還提供一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，用于控制高功率因數(shù)LED 驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的輸出電流，所述控制電路包括第一輸入端VS，用于檢測(cè)輸入周期性變化的交流電壓；第二輸入端Vpk，用于檢測(cè)輸入周期性變化的交流電壓的峰值；第三輸入端CS，用于感應(yīng)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流；控制信號(hào)輸出端OUT，用于輸出控制信號(hào)給功率開關(guān)，以調(diào)節(jié)所述高功率因數(shù)LED 驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流，使所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流的峰值的包絡(luò)與第 一輸入端輸入的交流電壓同相，并且使高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流為恒定的 平均輸出電流；控制所述控制電路的整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比例為一特定表達(dá) 式。優(yōu)選地，所述感應(yīng)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流為變壓器的原邊繞組中的電流；所述感應(yīng)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流為所述變壓器的副邊繞組的電流。優(yōu)選地，所述控制電路包括除法器電路，一個(gè)輸入端為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)，另一輸入端為輸入交流 電壓檢測(cè)的峰值信號(hào)，輸出端輸出的結(jié)果為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)除以輸入交流電壓 檢測(cè)的峰值信號(hào)；參考電壓產(chǎn)生電路，用于根據(jù)除法器電路輸出的結(jié)果產(chǎn)生一交變的參考電壓，該 交變的參考電壓具有與所述交流電壓相同的相位；功率開關(guān)斷開時(shí)刻控制電路，分別與所述參考電壓產(chǎn)生電路和所述第二輸入端CS 耦接，用于檢測(cè)到所述第二輸入端CS的電壓達(dá)到所述交變參考電壓時(shí)，通過控制功率開關(guān) 驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)斷開，以切斷所述原邊繞組中的電流。優(yōu)選地，所述參考電壓為一個(gè)近似的取絕對(duì)值的正弦電壓信號(hào)，其頻率為所述交 流電壓的頻率的兩倍，至少每隔一次到達(dá)最低電壓的時(shí)刻與所述交流電壓由正到負(fù)過零時(shí) 刻或者由負(fù)到正過零時(shí)刻重合；所述參考電壓的平均值與高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的 輸出電流的平均值成正比。優(yōu)選地，所述控制電路還包括第四輸入端FB，用于通過變壓器的輔助繞組獲取反映與副邊繞組耦合的整流器件 的電壓信號(hào)。優(yōu)選地，所述控制電路還包括副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)電路，用于接收來自第四輸入端FB的電壓信號(hào)，產(chǎn)生反映所述 整流器件導(dǎo)通情況的電壓信號(hào)；功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制電路，用于在所述整流器件關(guān)斷時(shí)，通過第一恒流源為一 電容充電；在所述整流器件導(dǎo)通時(shí)，通過第二恒流源為所述電容放電；在所述電容電壓超 過預(yù)設(shè)的參考電壓值時(shí)，通過所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為kl*sin θ ；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np) * (l+1/kl) * (1/2) * π | sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io 是所述平均輸出電流的期望值，kl是一個(gè)常量。優(yōu)選地，所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為k2*sine/ (l+k2*sin θ)；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np) * (l+l/k2) * (1/2) * π | sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io 是所述平均輸出電流的期望值，k2是一個(gè)常量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，通過控制電路的設(shè)計(jì)，控制所 述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比例為一特定表達(dá)式；可達(dá)到在額定輸出功率(以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管最大個(gè)數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn))以下全電壓范圍內(nèi)恒流驅(qū)動(dòng)一組發(fā)光二極管同時(shí) 保證功率因數(shù)大于給定值的目的。實(shí)現(xiàn)了既保證系統(tǒng)高的功率因數(shù)，同時(shí)保證輸出平均電 流恒定。將本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，二極管 的發(fā)光亮度對(duì)于人眼而言是恒定的，不會(huì)出現(xiàn)人眼能夠感覺出的亮度變化。而且，在遠(yuǎn)小于 10毫秒的時(shí)間尺度上，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的平均輸出電流 是變化的，該變化的平均電流的包絡(luò)與整流后的輸入交流電同相位。相應(yīng)地，流過功率開關(guān) 的鋸齒波電流峰值的包絡(luò)同樣與整流后的輸入交流電同相位，從而保證了足夠高的功率因 數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，無需副邊的恒流恒壓反饋控制 電路和光耦器件，在輸出負(fù)載較寬的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒流輸出；在寬的交流輸入電壓范圍內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)極高的功率因數(shù)和極小的輸入電流總諧波失真；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，有利于LED 系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)四個(gè)發(fā)光二極管的原理 圖；圖3是圖2中高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流波形圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中確定功率開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)刻的波形圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路的原理圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)原現(xiàn)圖；圖7是圖6所示的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路的主要節(jié)點(diǎn)波形圖；圖8是本發(fā)明次選實(shí)施例控制電路的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)電路原現(xiàn)圖。圖9是圖8的控制電路的主要節(jié)點(diǎn)的波形。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。視覺暫留效應(yīng)可以使人眼無法分辨快于10毫秒的亮度變化。為此，本發(fā)明實(shí)施 例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)及高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路在10毫秒以上的 時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源輸出平均電流的恒定，亦即輸出電流不含有低于 IOOHz的頻率分量，并且保證發(fā)光二極管燈泡具有較高的功率因數(shù)。如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的原理框圖。本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，包括整流電路101，用于輸入交流電壓，輸出一周期性整流電壓，所述周期性整流電壓 的相位與所述交流電壓的相位相同；變壓器102，具有與所述整流電路101耦合的原邊繞組和副邊繞組，以及一個(gè)輔助 繞組；
功率開關(guān)103，耦合到原邊繞組；控制電路104，耦合到所述功率開關(guān)103，用于控制變壓器102原邊繞組中的電流， 使得原邊繞組中電流脈沖的峰值的包絡(luò)與整流電路101的交流輸入電壓的相位保持相同， 并且輸出恒定的平均輸出電流?？刂齐娐?04通過控制變壓器102的輔助繞組接收一個(gè)反映與副邊繞組耦合的整 流器件工作狀態(tài)的輸入信號(hào)；功率開關(guān)的每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)副邊繞組的電流脈沖的特征由 副邊整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間確定；控制所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的 比例為一特定表達(dá)式。需要說明的是，圖1僅僅是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的一個(gè)原 理性示意圖，其并不限定所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。下面通過一個(gè)具體示例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源 系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管中的應(yīng)用。如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)四個(gè)發(fā)光二極管 的原理圖。其中整流橋201對(duì)輸入交流電整流，電容Cl為整流橋的濾波電容，用于降低電磁干 擾；變壓器202為反激式變換器的變壓器，由原邊繞組221、副邊繞組222和輔助繞組 223組成，繞組上的點(diǎn)表示繞組的同名端?？刂齐娐?03包括以下管腳整流電壓檢測(cè)VS、VS的峰值檢測(cè)Vpk、副邊繞組狀態(tài) 檢測(cè)FB、原邊電流檢測(cè)CS、功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)OUT、電源VCC和地GND。其中，F(xiàn)B管腳經(jīng)過分壓電 阻Rl和R2從輔助繞組223獲取反映副邊繞組222工作狀態(tài)的信號(hào)；其CS管腳通過采樣電 阻R5檢測(cè)流過功率開關(guān)204的電流；其VS管腳通過分壓電阻R3和R4檢測(cè)經(jīng)整流橋201 整流后的交流電壓Vin的大小和相位?？刂齐娐?03根據(jù)CS管腳檢測(cè)流過功率開關(guān)204的電流以及FB管腳獲取的反映 副邊繞組222工作狀態(tài)的信號(hào)，由OUT管腳輸出控制信號(hào)，控制功率開關(guān)204的導(dǎo)通和關(guān) 斷，再通過副邊整流器件(圖中2中具體為整流二極管Dl)的整流，得到在10毫秒以上的 時(shí)間尺度上穩(wěn)定的平均輸出電流Io ；輔助繞組223通過整流二極管D2和濾波電容C2為控制電路203提供能量，以維 持控制電路203正常工作。采用本發(fā)明實(shí)施的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，可以在額定輸出功率(以驅(qū)動(dòng) 發(fā)光二極管最大個(gè)數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn))以下，無需改變電源系統(tǒng)元件參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)全電壓范 圍內(nèi)恒流驅(qū)動(dòng)一組發(fā)光二極管，同時(shí)保證較好的功率因數(shù)。參照?qǐng)D3，該圖是圖2中高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流波形圖。圖3中，Io為流過發(fā)光二極管200的大于10毫秒時(shí)間尺度下的平均電流，Iol為 流過發(fā)光二極管200的小時(shí)間尺度(遠(yuǎn)小于10毫秒)下的平均電流，Is為流過整流二極 管Dl的瞬時(shí)電流。根據(jù)發(fā)光二極管200所需的亮度，可以確定高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)需要輸 出的平均電流Ιο。根據(jù)對(duì)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)功率因數(shù)的要求、以及測(cè)量獲得的 交流電相位，可以得出一個(gè)副邊繞組電流在遠(yuǎn)小于10毫秒時(shí)間尺度下的目標(biāo)平均電流波形Ιο 。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可選擇Iol波形趨近于(1/2)* π *Io* I sinO π ft) I，其 中f為市電頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過選擇合適的副邊鋸齒電流Is的形狀，使其在遠(yuǎn)小于10毫 秒時(shí)間尺度下的平均電流波形趨近于Ιο 。然后根據(jù)副邊鋸齒電流Is的形狀和變壓器等元 件參數(shù)，確定原邊鋸齒電流Ip的形狀，如圖3下方波形所示。也就是說，在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)和大時(shí)間尺度下輸出平均電 流的要求，確定副邊電流在小時(shí)間尺度下與輸入交流電同相位的平均值的包絡(luò)曲線，進(jìn)而 確定副邊峰值電流的包絡(luò)曲線，再將該曲線映射到原邊得到與輸入交流電同相位的原邊峰 值電流包絡(luò)曲線，從而實(shí)現(xiàn)輸出平均電流恒定、并且能夠改善系統(tǒng)功率因數(shù)。具體地，可以根據(jù)副邊繞組耦合的整流器件——二極管Dl的導(dǎo)通狀態(tài)確定功率開 關(guān)204下一次開始導(dǎo)通的時(shí)刻，根據(jù)目標(biāo)原邊峰值電流包絡(luò)曲線確定功率204的導(dǎo)通時(shí)間。如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例中確定功率開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)刻的波形圖。通過控制電路203的設(shè)計(jì)，使副邊整流二極管Dl導(dǎo)通時(shí)間Tons與開關(guān)周期T之 比為 klsin θ，即 Tons/T = kl · sin θ。式中的kl是一個(gè)常量，kl的取值需要滿足 Lp^Ipp/ ((Ns/Np)*Vo*kl) ^ Lp*Ipp/Vinpk+Lp*Ipp*sinθ /((Ns/Np)*Vo)，g卩 T 彡 Tons+Tonp為此，只需使副邊峰值電流Ips(t)落在公式(1)確定的包絡(luò)曲線上Ips (t) = (l+l/kl)*(l/2)*3i*|sin(2 3ift)(1)副邊電流在遠(yuǎn)小于10毫秒的時(shí)間尺度上的平均值即為Iol = (1/2)* π *I0* I sin O π ft) I(2)在大時(shí)間尺度下，系統(tǒng)輸出電流的平均值為
權(quán)利要求
1.一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其特征在于，包括整流電路，用于輸入交流電壓，輸出一周期性整流電壓，所述周期性整流電壓的相位與 所述交流電壓的相位相同；變壓器，具有與所述整流電路耦合的原邊繞組和副邊繞組，以及一個(gè)輔助繞組；功率開關(guān)，耦合到原邊繞組；控制電路，耦合到所述功率開關(guān)，用于通過所述功率開關(guān)控制變壓器的原邊繞組中的 電流，使得原邊繞組中電流脈沖的峰值的包絡(luò)與整流電路的交流輸入電壓的相位保持相 同，并且輸出恒定的平均輸出電流；通過所述輔助繞組接收一個(gè)反映與副邊繞組耦合的整 流器件工作狀態(tài)的輸入信號(hào)；功率開關(guān)的每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)副邊繞組的電流脈沖的特征由 副邊整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間確定；控制所述整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比 例為一特定表達(dá)式。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述整流器件的導(dǎo) 通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為kl*sine ；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np)*(l+1/kl)*(1/2)* π |sin(2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io是所 述平均輸出電流的期望值，kl是一個(gè)常量。
3.如權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述整流器件 的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為k2*sin θ /(l+k2*sin θ )；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np)*(l+l/k2)*(1/2)* π |sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io是所 述平均輸出電流的期望值，k2是一個(gè)常量。
4.如權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括除法器電路，一個(gè)輸入端為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)，另一輸入端為輸入交流電壓 檢測(cè)的峰值信號(hào)，輸出端輸出的結(jié)果為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)除以輸入交流電壓檢測(cè) 的峰值信號(hào)；參考電壓產(chǎn)生電路，用于根據(jù)所述除法器電路輸出的結(jié)果產(chǎn)生一交變的參考電壓，該 交變的參考電壓具有與所述交流電壓相同的相位；功率開關(guān)斷開時(shí)刻控制電路，分別與所述參考電壓產(chǎn)生電路和所述第二輸入端CS耦 接，用于檢測(cè)到所述第二輸入端CS的電壓達(dá)到所述交變參考電壓時(shí)，通過控制功率開關(guān)驅(qū) 動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)斷開，以切斷所述原邊繞組中的電流。
5.如權(quán)利要求4所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路進(jìn)一 步包括副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)電路，用于接收來自第四輸入端FB的電壓信號(hào)，產(chǎn)生反映所述整流 器件導(dǎo)通情況的電壓信號(hào)；功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制電路，用于在所述整流器件關(guān)斷時(shí)，通過第一恒流源為一電容 充電；在所述整流器件導(dǎo)通時(shí)，通過第二恒流源為所述電容放電；在所述電容電壓超過預(yù)設(shè)的參考電壓值時(shí)，通過所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通。
6.如權(quán)利要求4所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述交變參考電壓 為一個(gè)近似的取絕對(duì)值的正弦電壓信號(hào)，其頻率是輸入交流電壓頻率的兩倍，至少每隔一 次到達(dá)最低電壓的時(shí)刻與輸入交流電壓由正到負(fù)過零時(shí)刻或者由負(fù)到正過零時(shí)刻重合；所 述參考電壓的電壓平均值與所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流的平均值成正 比。
7.一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，用于控制高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的 輸出電流，其特征在于，所述控制電路包括第一輸入端VS，用于檢測(cè)輸入周期性變化的交流電壓；第二輸入端Vpk，用于檢測(cè)輸入周期性變化的交流電壓的峰值；第三輸入端CS，用于感應(yīng)高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流；控制信號(hào)輸出端OUT，用于輸出控制信號(hào)給功率開關(guān)，以調(diào)節(jié)所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng) 電源系統(tǒng)中的電流，使所述高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流的峰值的包絡(luò)與第一輸 入端輸入的交流電壓同相，并且使高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流為恒定的平均 輸出電流；控制所述控制電路的整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比例為一特定表達(dá)式。
8.如權(quán)利要求7所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述感應(yīng)高 功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)中的電流為變壓器的原邊繞組中的電流；所述感應(yīng)高功率因數(shù) LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)輸出的電流為所述變壓器的副邊繞組的電流。
9.如權(quán)利要求8所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述控制電路 包括除法器電路，一個(gè)輸入端為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)，另一輸入端為輸入交流電壓 檢測(cè)的峰值信號(hào)，輸出端輸出的結(jié)果為輸入交流電壓檢測(cè)瞬時(shí)信號(hào)除以輸入交流電壓檢測(cè) 的峰值信號(hào)；參考電壓產(chǎn)生電路，用于根據(jù)除法器電路輸出的結(jié)果產(chǎn)生一交變的參考電壓，該交變 的參考電壓具有與所述交流電壓相同的相位；功率開關(guān)斷開時(shí)刻控制電路，分別與所述參考電壓產(chǎn)生電路和所述第二輸入端CS耦 接，用于檢測(cè)到所述第二輸入端CS的電壓達(dá)到所述交變參考電壓時(shí)，通過控制功率開關(guān)驅(qū) 動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)斷開，以切斷所述原邊繞組中的電流。
10.如權(quán)利要求9所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述參考電 壓為一個(gè)近似的取絕對(duì)值的正弦電壓信號(hào)，其頻率為所述交流電壓的頻率的兩倍，至少每 隔一次到達(dá)最低電壓的時(shí)刻與所述交流電壓由正到負(fù)過零時(shí)刻或者由負(fù)到正過零時(shí)刻重 合；所述參考電壓的平均值與高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的輸出電流的平均值成正比。
11.如權(quán)利要求7或8或9所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所 述控制電路還包括第四輸入端FB，用于通過變壓器的輔助繞組獲取反映與副邊繞組耦合的整流器件的電壓信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述控制電 路還包括副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)電路，用于接收來自第四輸入端FB的電壓信號(hào)，產(chǎn)生反映所述整流器件導(dǎo)通情況的電壓信號(hào)；功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制電路，用于在所述整流器件關(guān)斷時(shí)，通過第一恒流源為一電容 充電；在所述整流器件導(dǎo)通時(shí)，通過第二恒流源為所述電容放電；在所述電容電壓超過預(yù) 設(shè)的參考電壓值時(shí)，通過所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通。
13.如權(quán)利要求7所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述整流器 件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為kl*sin θ ；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np)*(l+1/kl)*(1/2)* π |sin(2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io是所 述平均輸出電流的期望值，kl是一個(gè)常量。
14.如權(quán)利要求7所述的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源控制電路，其特征在于，所述整流器 件的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期時(shí)間的比例為k2*sin θ /(l+k2*sin θ )；所述原邊繞組中的電流脈沖的峰值形成的包絡(luò)通過下面的表達(dá)式定義Ipp (t) = (Ns/Np)*(l+l/k2)*(1/2)* π |sin (2 π ft)；其中，Np是原邊繞組的匝數(shù)，Ns是副邊繞組的匝數(shù)，f是所述交流電壓的頻率，Io是所 述平均輸出電流的期望值，k2是一個(gè)常量。
全文摘要
一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)包括整流電路，輸入交流電壓，輸出一周期性整流電壓，相位與交流電壓相位相同；變壓器，具有原邊繞組和副邊繞組及輔助繞組；功率開關(guān)，耦合到原邊繞組；控制電路，耦合到功率開關(guān)，通過功率開關(guān)控制變壓器的原邊繞組中的電流，使原邊繞組中電流脈沖的峰值的包絡(luò)與整流電路的交流輸入電壓的相位保持相同，并且輸出恒定的平均輸出電流；功率開關(guān)的每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)副邊繞組的電流脈沖特征由副邊整流器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間確定；控制導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比為一特定表達(dá)式。本發(fā)明一種高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)及控制電路，無需副邊恒流恒壓反饋控制電路，在寬交流輸入電壓范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和恒流輸出。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102105009SQ201110074238
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉娜, 朱士海, 陳澤強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司