反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法技术

本发明专利技术提供一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法，包括：电压输入模块；变压器；输出模块；通过调节输出电流的功率开关管；将输出模块的反馈电压与参考电压比较得到补偿电压，同时对反馈电压进行相位延迟，以使得输入平均电流相位跟随输入电压相位的相位延迟模块；控制功率开关管导通和关断的开关控制模块；藉由相位延迟模块调整补偿电压的相移，使补偿电压与输入电压同相，同时，补偿电压与输入电压正相关，则功率开关管的占空比与导通时间的乘积为常数，输入平均电流相位跟随输入电压的相位，谐波失真得到优化。本发明专利技术具有电路结构简单、成本低、可靠性高等优点。

LED constant current control circuit and harmonic distortion optimization method of flyback topology

The invention provides a LED constant current control circuit and a harmonic distortion optimization method for the flyback transform topology, including voltage input module, transformer; output module; the power switch tube by adjusting the output current; the feedback voltage of the output module is compared with the reference voltage to the compensation voltage, and the feedback voltage is entered at the same time. A phase delay module that causes the input average current phase to follow the phase of the input voltage; control the switching control module of the power switch tube through and off; by adjusting the phase shift of the compensated voltage by the phase delay module, the compensation voltage is in the same phase as the input voltage, and the compensation voltage is positively related to the input voltage in the same time. Then the product of duty cycle and turn-on time of the power switch is constant. The input average current phase follows the input voltage phase, and the harmonic distortion is optimized. The invention has the advantages of simple circuit structure, low cost and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法
本专利技术涉及电路设计领域，特别是涉及一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法。
技术介绍
在当前的电力电子系统中，谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载造成的。开关模式电源(SwitchingModePowerSupply，SMPS)、复印机、电脑、打印机、传真机、电池充电器以及不间断电源(UninterruptiblePowerSupply，UPS)等都属于非线性负载。这些非线性负载会产生高振幅短脉冲电流，造成电流和电压波形严重失真，即谐波失真。该失真向后传播回到电源系统，将影响连接在同一电源上的其他设备，对整个电源系统造成污染，甚至造成通信错误、过热和硬件受损等。而在当前电源管理系统中，由于反激变换拓扑(flyback)具有输出电压受输入电压影响小、电路简单、可同时多路输出、变压器兼有储能和隔离的作用等优点，因此，该拓扑架构在中小功率器件场合得到广泛应用。如图1所示，传统反激变换架构的恒流LED控制器采用典型PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正)固定导通时间控制方式，包括：整流桥、输入电容C1、变压器、二极管D1、输出电容C2、负载R1、功率开关管M1、采样电阻R2、误差放大器11，补偿电容C3、导通时间产生电路12、逻辑电路13及驱动电路14。其中，所述导通时间产生电路12产生的导通时间是固定的，这就会导致输入电流相比于输入电压有相位前倾现象，导致总谐波失真(TotalHarmonicDistortion，THD)较高。随着全球节能减排运动的开展，响应我国建设节约型社会的号召，对影响电源系统效率的高次谐波的要求也越来越严格，减小其谐波失真成为实现这一目标的关键因素。为了优化谐波失真，现有技术中提出一种改进方案，如图2所示，包括：整流桥、输入电容C4、变压器、二极管D2、输出电容C5、负载R3、功率开关管M2、采样电阻R4、反馈电路21、误差放大器22，补偿电容C6、导通时间产生电路23、逻辑电路24及驱动电路25。该架构为电流环控制模式，藉由所述导通时间产生电路23通过占空比D调节导通时间来实现输入电流相位跟随输入电压相位，从而实现低谐波失真方案。对于输入电流Iin的平均值Iav可以表示为：其中，Ipk为变压器原边电流Ip的峰值，D为功率开关管M2工作的占空比，Ton为功率开关管M2工作的导通时间，L为变压器的原边电感。上述改进方案通过设定合适的占空比D与导通时间Ton的转换比例后，可以实现低谐波失真的效果。但是需要增加内部V-I转换电路及RC滤波电路等(图中未显示)，使整体电路变得复杂，成本增高；同时，由于芯片工作频率较低，所以RC滤波电路中所需的RC值较大，从而RC面积较大，另外V-I转换电路、比较器等也会增加芯片面积；此外，该架构实现低谐波失真的前提是Ton×D为常数，当占空比D变化范围比较宽时，导通时间Ton变化范围也会比较大，从而导致补偿电压变化范围加宽，补偿电压原本的调节范围受限。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法，用于解决现有技术中反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路的谐波失真高、电路结构复杂、成本高、可靠性差等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，所述反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路至少包括：电压输入模块、变压器、输出模块、功率开关管、相位延迟模块及开关控制模块；所述变压器的原边连接于所述电压输入模块的输出端与所述功率开关管之间、所述变压器的副边连接所述输出模块；所述功率开关管的漏端连接所述变压器，所述功率开关管的源端通过采样电阻后接地，所述功率开关管的栅端连接所述开关控制模块的输出端，通过所述功率开关管的导通和关断调节输出电流，进而实现恒流控制；所述相位延迟模块的输入端连接于所述输出模块，将所述输出模块的反馈电压与参考电压比较得到误差信号进而产生补偿电压，同时对所述反馈电压进行相位延迟，以使得输入平均电流相位跟随输入电压相位；所述开关控制模块的输入端连接于所述相位延迟模块的输出端，根据所述补偿电压产生控制所述功率开关管导通和关断的驱动电压。优选地，所述输出模块包括二极管、输出电容及负载；所述二极管的正极连接所述变压器原边的第一接口，所述二极管的负极连接所述输出电容的上极板；所述输出电容的下极板连接所述变压器原边的第二接口后接地；所述负载的一端连接所述输出电容的上极板，所述负载的另一端输出所述反馈电压。优选地，所述相位延迟单元包括误差放大器、延迟电阻及补偿电容；所述误差放大器的反相输入端连接所述反馈电压，所述误差放大器的正向输入端连接所述参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述延迟电阻；所述延迟电阻的另一端连接所述补偿电容的上极板；所述补偿电容的下极板接地。更优选地，所述误差放大器为跨导放大器。更优选地，所述延迟电阻为多晶硅电阻、扩散电阻或金属电阻。优选地，所述开关控制模块包括导通时间产生单元、逻辑单元及驱动单元；所述导通时间产生单元根据所述补偿电压产生一导通时间控制信号；所述逻辑单元连接于所述导通时间产生单元的输出端，用于产生控制所述功率开关管的驱动信号；所述驱动模块连接于所述逻辑单元的输出端，用于驱动所述功率开关管。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种上述反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路的谐波失真优化方法，所述谐波失真优化方法至少包括：藉由相位延迟模块调整补偿电压的相移，使所述补偿电压与输入电压同相；同时，所述补偿电压与所述输入电压正相关；则功率开关管的占空比与导通时间的乘积为常数，输入平均电流相位跟随所述输入电压的相位，谐波失真得到优化。优选地，输出电压相对于所述输入电压产生第一相移误差信号相对于所述输出电压产生第二相移补偿电压相对于所述误差信号产生第三相移其中，k为负整数。更优选地，所述第一相移满足如下关系式：其中，为第一相移，Rload为负载，Cout为输出电容，ω为输入电压的角频率，可通过设定所述负载及所述输出电容调整所述第一相移。更优选地，所述第二相移为-180°。更优选地，所述第三相移满足如下关系式：其中，为第三相移，Rd为延迟电阻，Ccomp为补偿电容，ω为输入电压的角频率，可通过设定所述延迟电阻及所述补偿电容调整所述第三相移。优选地，当所述输入电压升高时，功率开关管的占空比减小，所述补偿电压升高，所述功率开关管的导通时间变长，功率开关管的占空比与导通时间的乘积为常数。如上所述，本专利技术的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法，具有以下有益效果：本专利技术的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路及谐波失真优化方法通过增加相位延迟模块调整相位，使得输入平均电流相位跟随所述输入电压的相位，进而优化谐波失真，具有电路结构简单、成本低、可靠性高等优点。附图说明图1显示为现有技术中的反激变换架构的恒流LED控制器的结构示意图。图2显示为现有技术中的优化谐波失真的反激变换架构的恒流LED控制器的结构示意图。图3显示为本专利技术的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路的结构示意图。图4显示为本专利技术的谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，其特征在于，所述反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路至少包括：电压输入模块、变压器、输出模块、功率开关管、相位延迟模块及开关控制模块；所述变压器的原边连接于所述电压输入模块的输出端与所述功率开关管之间，所述变压器的副边连接所述输出模块；所述功率开关管的漏端连接所述变压器，所述功率开关管的源端通过采样电阻后接地，所述功率开关管的栅端连接所述开关控制模块的输出端，通过所述功率开关管的导通和关断调节输出电流，进而实现恒流控制；所述相位延迟模块的输入端连接于所述输出模块，将所述输出模块的反馈电压与参考电压比较得到误差信号进而产生补偿电压，同时对所述反馈电压进行相位延迟，以使得输入平均电流相位跟随输入电压相位；所述开关控制模块的输入端连接于所述相位延迟模块的输出端，根据所述补偿电压产生控制所述功率开关管导通和关断的驱动电压。

【技术特征摘要】
1.一种反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，其特征在于，所述反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路至少包括：电压输入模块、变压器、输出模块、功率开关管、相位延迟模块及开关控制模块；所述变压器的原边连接于所述电压输入模块的输出端与所述功率开关管之间，所述变压器的副边连接所述输出模块；所述功率开关管的漏端连接所述变压器，所述功率开关管的源端通过采样电阻后接地，所述功率开关管的栅端连接所述开关控制模块的输出端，通过所述功率开关管的导通和关断调节输出电流，进而实现恒流控制；所述相位延迟模块的输入端连接于所述输出模块，将所述输出模块的反馈电压与参考电压比较得到误差信号进而产生补偿电压，同时对所述反馈电压进行相位延迟，以使得输入平均电流相位跟随输入电压相位；所述开关控制模块的输入端连接于所述相位延迟模块的输出端，根据所述补偿电压产生控制所述功率开关管导通和关断的驱动电压。2.根据权利要求1所述的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，其特征在于：所述输出模块包括二极管、输出电容及负载；所述二极管的正极连接所述变压器原边的第一接口，所述二极管的负极连接所述输出电容的上极板；所述输出电容的下极板连接所述变压器原边的第二接口后接地；所述负载的一端连接所述输出电容的上极板，所述负载的另一端输出所述反馈电压。3.根据权利要求1所述的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，其特征在于：所述相位延迟单元包括误差放大器、延迟电阻及补偿电容；所述误差放大器的反相输入端连接所述反馈电压，所述误差放大器的正向输入端连接所述参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述延迟电阻；所述延迟电阻的另一端连接所述补偿电容的上极板；所述补偿电容的下极板接地。4.根据权利要求3所述的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，其特征在于：所述误差放大器为跨导放大器。5.根据权利要求3所述的反激变换拓扑架构的LED恒流控制电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张识博，卢圣晟，吴校民，
申请(专利权)人：华润矽威科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31