[发明专利]开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及一种采用原边控制方法实现恒流输出并且具备功率因数校正的开关电源。

背景技术

恒流输出，是指开关电源输出为恒定的电流源，而非恒定的电压源，即当该恒流输出开关电源连接不同阻抗的负载时，流过负载的电流恒定不变。

原边控制，是指开关电源的控制部件通过对变压器原边侧的电流进行调节以实现对开关电源输出电流的控制，从而省却了变压器副边侧所需的电压电流检测以及光电耦合等电气隔离器件，简化了电路设计。

现有技术中的一种恒流输出的原边控制型的开关电源如图1所示，主要包括：输入单元100，变压器106、原边控制器107、功率开关管109、采样电阻110及输出单元120，其中：

输入单元100包括滤波电感101、整流桥102滤波电容103，交流输入电压Vac经滤波电感101、整流桥102整流后，输送至滤波电容103进行平滑滤波，最后得到干线电压Vbus，该干线电压Vbus为整个开关电源电路工作供电。

变压器106包括原边线圈106a，与原边线圈106a相耦合的副边线圈106b，与副边线圈106b相耦合的辅助线圈106c。

原边控制器107的驱动端OUT经限流电阻108与所述功率开关管109的控制端相连，用于控制功率开关管109的开通或关断。

当驱动端OUT输出高电平时，功率开关管109导通，干线电压Vbus输出的电流Ip流经原边线圈106a、功率开关管109、采样电阻110到地端，此时，原边线圈106a储能，电流Ip即为流经原边线圈106a的原边电流。电流Ip经采样电阻110取样后转换成电压信号输送至原边控制器的107的峰值电流检测端CS，当CS端接收到的电压信号大于原边控制器107内部设定的阈值电压时，驱动端OUT输出低电平，功率开关管109关断。

当功率开关管109关断时，储存在原边线圈106a中的能量经磁路耦合至副边线圈106b，副边线圈106b经整流二极管114对电容115充电，从而释放储能，充电后的电容115上的电压作为开关电源的输出，为负载提供恒定电流。

要使原边控制型开关电源输出电流为恒定值的重要条件是保持变压器原边线圈电流峰值Ipk恒定不变。

上述的原边控制型开关电源其输入电流Iac形状近似为脉冲形，由此导致输入电流Iac的高次谐波分量很高，功率因数很低，对电网造成污染且降低了发电设备的利用效率。

为了提高上述原边控制型开关电源的功率因数，图2所示的开关电源改善了输入端的功率因数，在图1所示的开关电源的基础上增设电压提升单元220，设置在整流桥202和直流干线储能电容219之间。

该电压提升单元220主要包括：电感216、第一二极管217和第二二极管218。电感216的一端连接整流桥202的正极性输出端，另一端连接第二二极管218的正极性端，第二二极管218的负极性端连接直流干线储能电容219的正极性端，直流干线储能电容219的负极性端接地；第一二极管217的正极性端连接第二二极管218的正极性端，第一二极管217的负极性端连接功率开关管209的第一端。

其功率因数校正的原理描述如下：

当功率开关管209导通时，除了产生流经原边线圈206a的原边电流Ip以外，还产生另一个流经电感216和第一二极管217的电流Ib，电流Ib在电感216中产生储能。当功率开关管209关断时，由于原边线圈206a中电压的极性反转，使得第一二极管217关断，此时，电感216中的储能经第二二极管218向直流干线储能电容219充电，从而，提升直流干线储能电容219上电压值。

由于开关电源工作在高频模式，电感216中的高频电流经滤波电容203和滤波电感201滤除高频成分后，其低频成分即为开关电源输入端的工频输入电流Iac，并且电流Iac形状为近似的正弦波形，由此电流Iac的高次谐波分量大大减小，并且整流桥202的导通角较大，使得功率因数得到了改善。