[发明专利]高功率因数恒流开关电源的原边电流基准发生电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种高功率因数恒流开关电源的原边电流基准发生电路及方法。

背景技术

目前很多隔离型电源如手机充电器和大功率的LED驱动器由于应用需求通常要求电路有输出恒流的功能；此外，为了减轻电力污染的危害程度，满足国际电工委员会的谐波标准IEEE555-2和IEC1000-3-2等，上述隔离型电源还必须具备功率因数校正（PFC）功能，图1为目前比较常用的单级功率因数校正方案：通过检测变压器副边侧的输出电流，在副边进行恒流控制之后经光耦反馈送到原边PFC控制电路。图1所示现有技术方案由于副边电流采样电路和光耦的存在，增加了电路的复杂性，进一步，由于光耦存在老化问题，使电路的稳定性和使用寿命都受到一定影响。

针对上述问题的解决方案是采用兼具原边恒流控制和功率因数校正功能的控制方案，即无需副边电流采样和光耦元件，直接通过在隔离变压器的原边获得输出电流的信息，加以控制实现输出恒流，并且同时实现高功率因数，如图2所示。衡量上述控制方案中的两个最关键的指标是进线电流的高功率因数和输出电流的恒流精度，尤其是由于采用原边控制，输出电流的恒流精度不如副边恒流控制。

目前一种输出恒流的现有技术是通过在原边模拟出副边电流，将副边输出电流模拟出来或副边输出电流平均值计算出来，然后在原边进行恒流控制，如图3所示，通过对原边电流ipri进行采样保持以获取原边电流峰值及对应的副边电流峰值，其中ipri为原边电流信号，Vcontrol为采样信号，isample为采样保持模块输出信号，iemu为副边电流模拟模块输出信号。然而在实际电路中，由于采样保持模块在采样与保持切换之间存在一定的延时时间，会造成原边电流峰值采样的误差，从而造成模拟出的副边电流iemu与实际值存在偏差，如图4所示，并且该偏差值会随输入电压和变压器激磁电感量变化，比较难以补偿，从而造成输出恒流会随输入电压不同，变压器激磁电感不同而变化，输出恒流精度较低。

另一种输出恒流常用的现有技术是恒功率的方法，如图5所示。交流输入信号经过整流后得到整流半波信号Vin，整流半波信号Vin经过电压前馈模块后得到交流输入电压的有效值，即输入电压前馈信号Vff；同时，其经过波形整形模块K₁后得到波形信号Iac。其中，波形信号Iac=k×Vin，k为一系数。在恒流输出电路中Vea为可控常数。乘法器对所述波形信号Iac、输入电压前馈信号Vff和可控常数Vea进行乘法运算，得到电流基准信号：

从而控制电感电流与电流基准信号一致，实现PFC功能。可以看到，该乘法器通过将输入电压前馈信号的平方作为分子，在Vea一定的情况下，实现输入功率与输入电压无关，即恒功率控制。上述利用乘法器抵消输入电压的影响来获得电流基准的方法实质上为电压前馈控制。然而在有相控调光器存在的情况下，交流输入信号在调光角度不同时会缺失，其整流后也不再是完整的半波，因此输入前馈信号Vff包含了切相角度信号，该电压前馈控制会导致Iref随着切相角度的增加而急剧增加，输入功率也相应剧增，因此上述方法不适用于相控调光的场合。

发明内容

本发明克服上述现有技术中存在的缺陷，提出了一种电流基准发生电路，该电流基准发生电路能够产生适用于可控硅调光控制的高功率因数恒流开关电源主电路的原边电流基准信号，并实现输出恒流控制。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

高功率因数恒流开关电源的原边电流基准发生电路，包括导通角检测电路、第一乘法器、第二乘法器和电流环。第一乘法器的一个输入端作为原边电流基准发生电路的一个输入端，导通角检测电路的输入端作为原边电流基准发生电路的另一个输入端、输出端与第一乘法器的另一个输入端连接，第一乘法器的输出端作为电流环的一个输入端，电流环的另一个输入端作为原边电流基准发生电路的再一个输入端，电流环的输出端与第二乘法器的一个输入端连接，第二乘法器的另一个输入端与导通角检测电路的输入端连接，第二乘法器的输出端作为原边电流基准发生电路的输出端。

电流环的一种实现形式包括输入电阻、运算放大器和补偿网络，输入电阻的一端作为电流环的一个输入端、另一端接运算放大器的负向输入端，运算放大器的正向输作为电流环的另一个输入端，运算放大器的输出端作为电流环的输出端，补偿网络的一端与运算放大器的负向输入端连接，补偿网络的另一端与运算放大器的输出端连接。