基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路、校正器及用电器制造技术

本发明专利技术提供基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路、校正器及用电器，解决了CrM APFC电路中因电路谐振状态电感负向电流引起的平均电流与输入电压线性度不好的问题，通过在谐振期间采样最大负向电流，并在导通时通过检测电流信号控制补偿导通时间，实现对负电流影响的完全补偿，尤其是本发明专利技术提供的补偿方式及补偿电路不需要额外的端口在不便于检测输入电压的应用中效果及实用价值尤其突出。入电压的应用中效果及实用价值尤其突出。入电压的应用中效果及实用价值尤其突出。

【技术实现步骤摘要】
基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路、校正器及用电器


[0001]本专利技术涉及临界电流模式(CrM)有源功率因数校正电路(APFC)
，特别是涉及基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路、校正器及用电器。

技术介绍

[0002]对于接入交流市电的用电器，往往有功率因数(P F)和总谐波失真(THD)的要求，随着各国法规要求日趋严格，对用电器的PF和THD性能要求更为普遍。电子设备为了满足认证标准中的PF和THD要求通常需要功率因数校正电路，小功率应用中比如LED照明灯具，出于体积、成本的考虑，结构简单的有源功率因数校正器应用十分广泛。
[0003]电感电流临界模式(CrM)的有源功率因数校正(APFC)电路结构简单、电磁干扰小、效率高，是中小功率电源采用的主流APFC结构。总的来说，CrM APFC控制器主要有两种结构：
[0004]一种结构是采用乘法器和峰值电流控制的结构，这种结构的控制器通过分压电阻采样整流后的交流电压，用乘法器和控制电压相乘后得到电流信号，达到电流信号跟踪输入电压变化的目的。采用这种结构的APFC控制器由于采用了乘法器，可以获得很好的PF指标，同时因为能够对输入电压进行采样，可用输入电压信号对输入电感进行补偿从而达到很好的TH D指标，但这种结构由于采用乘法器和外部分压电阻网络结构相对复杂，与不用乘法器的结构相比成本稍高。
[0005]另一种结构是采用固定导通时间控制的CrM APFC控制器，工作期间导通时间保持恒定，利用CrM模式下电感电流与导通时间及输入电压的关系实现输入电流自然跟随输入电压的变化，实现高PF目的。采用这种结构的APFC控制器具有不需要采样输入电压、无乘法器、结构简单、成本低的特点，但由于电感电流是靠输入电压及导通时间的性质实现跟随输入电压非理想因素会对电感电流与输入电压的关系有影响因此PF性能比采用乘法器结构略为逊色，并且由于没有对输入电压进行采样，所以难以对导通时间进行有效补偿，THD性能也相对差一些。
[0006]PFC电路的输入电容是影响THD指标的重要因素，输入电容对THD影响的主要是由于充放电因素。由于整流后的交流电压接近谷底时电感电流变小，电容电压放电时下降速度跟不上输入线电压的下降速度，引起所谓的交越失真，电源功率越小输入电容越大对THD的影响越大。
[0007]图1展示了一个典型升压结构的PFC电路，该PFC电路包括：APFC集成控制器101、输入电容102、电感103、二极管104、输出电容105、功率MOS管106、电流采样电阻107。其中，APFC集成控制器101的gate端连接功率开关106的栅极G，APFC集成控制器101的采样电流cs端连接功率开关106的源极；功率开关106的源极还连接电流采样电阻107的一端，电流采样电阻107的另一端接地。功率开关106的漏极连接二极管104的阳极以及电感103的一端；电感103的另一端连接数电压Vin以及输入电容102的一端；输入电容102的另一端接地；二级
管104的阴极连接输出电压Vout以及输出电容105的一端；输出电容105的另一端接地。在正常工作时，输入电压Vin是对正弦波电压整流后得到的直流电压，输出电压Vout是稳定的直流电压，电感工作CrM模式，gate信号的高电平持续时间Ton保持不变。
[0008]图2展示了正常工作状态下栅极驱动信号gate、功率MOS漏极drain、电感电流iL和电流信号cs的波形。图2分割线的左边部分是Vin在一个较高电压Vinh时波形图，右边部分为Vi n在一个电压较低Vinl时的波形图，导通时间Ton保持不变。在Vinh处，Ton结束时刻电感电流达到iLpk，在谐振期间电感电流的达到
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iLnpk，在一个开关周期内电感的平均电流为iL(avg)＝0.5*(iLpk
‑
iLnpk)。同样，在Vinl点，周期平均电流为iL(avg)1＝0.5*(iLpk1
‑
iLnpk1)。由于电路的特性，Vin越低，
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iLnpk越小，即
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iLnpk1<
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iLnpk(电感电流的绝对值越大)，这样造成随着Vin降低，如果保持导通时间Ton不变，电感的平均电流随Vin变化线性度变差，由于负电感电流的原因在Vin尚未降低到零时电感平均电流已经降低到零，对于THD具有不利影响。
[0009]为实现所述补偿目的，现有方法需要采用的输入电压信号，比较适合于带乘法器结构的APFC控制器，而对于采用固定导通时间结构的APFC控制器，则需要更好的电感电流补偿方式。

技术实现思路

[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路、校正器及用电器，用于解决现有的电感电流补偿方式不适用于固定导通时间的APFC电路。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路，包括：带有电感平均补偿电路的集成控制器，包括接入控制电压信号vctrl的控制电压端口、输出栅极驱动信号gate的栅极驱动输出端口及输入电流信号cs的采样电流端口；功率电感，第一端接入直流输入电压，第二端耦接输出端；功率MOS管，漏极连接所述功率电感的第二端，栅极连接所述集成控制器的栅极驱动输出端口，源极连接采样电阻的第一端并连接所述集成控制器的采样电流端口，所述采样电阻的第二端接地。
[0012]于本专利技术的一些实施方式中，所述电感平均补偿电路包括：导通时间调节电路、开关逻辑电路、栅极驱动电路、零电流检测电路、前沿消隐电路、负电流采样及补偿电路；其中：所述导通时间调节电路的第一输入端接控制电压信号vctrl，第二输入端接所述开关逻辑电路的第一输出端以接入开关信号on，第三输入端接所述负电流采样及补偿电路的输出端以接入导通时间定时使能信号en_ton，输出端接所述开关逻辑电路的第一输入端以输出导通时间结束信号tout；所述开关逻辑电路的第一输入端接导通时间结束信号tout，第二输入端接所述零电流检测电路的输出端以接入零电流信号zcs，第一输出端输出开关信号on，第二输出端接所述负电流采样及补偿电路的第二输入端以输出负电流采样控制信号smp_cs，第三输出端接所述负电流采样及补偿电路的第三输入端以输出电感放电信号tdis；所述栅极驱动电路的输入端接开关信号on，输出端接栅极驱动信号gate；所述零电流检测电路的第一输入端接开关信号on，第二输入端接栅极驱动信号gate，输出端接开关逻辑电路的第二输入端以输出零电流信号zcs；所述前沿消隐电路的输入端接开关信号on，输出端接所述负电流采样及补偿电路的第六输入端以输出前沿消隐信号leb；所述负电流采
样及补偿电路的第一输入端接电流信号cs，第二输入端接负电流采样控制信号smp_cs，第三输入端接电感放电信号tdis，第四输入端接开关信号on，第五输入端接控制电压信号vctrl，第六输入端接前沿消隐信号leb，输出端接导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路，其特征在于，包括：带有电感平均补偿电路的集成控制器，包括接入控制电压信号vctrl的控制电压端口、输出栅极驱动信号gate的栅极驱动输出端口及输入电流信号cs的采样电流端口；功率电感，第一端接入直流输入电压，第二端耦接输出端；功率MOS管，漏极连接所述功率电感的第二端，栅极连接所述集成控制器的栅极驱动输出端口，源极连接采样电阻的第一端并连接所述集成控制器的采样电流端口，所述采样电阻的第二端接地。2.根据权利要求1所述的基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路，其特征在于，所述电感平均补偿电路包括：导通时间调节电路、开关逻辑电路、栅极驱动电路、零电流检测电路、前沿消隐电路、负电流采样及补偿电路；其中：所述导通时间调节电路的第一输入端接控制电压信号vctrl，第二输入端接所述开关逻辑电路的第一输出端以接入开关信号on，第三输入端接所述负电流采样及补偿电路的输出端以接入导通时间定时使能信号en_ton，输出端接所述开关逻辑电路的第一输入端以输出导通时间结束信号tout；所述开关逻辑电路的第一输入端接导通时间结束信号tout，第二输入端接所述零电流检测电路的输出端以接入零电流信号zcs，第一输出端输出开关信号on，第二输出端接所述负电流采样及补偿电路的第二输入端以输出负电流采样控制信号smp_cs，第三输出端接所述负电流采样及补偿电路的第三输入端以输出电感放电信号tdis；所述栅极驱动电路的输入端接开关信号on，输出端接栅极驱动信号gate；所述零电流检测电路的第一输入端接开关信号on，第二输入端接栅极驱动信号gate，输出端接开关逻辑电路的第二输入端以输出零电流信号zcs；所述前沿消隐电路的输入端接开关信号on，输出端接所述负电流采样及补偿电路的第六输入端以输出前沿消隐信号leb；所述负电流采样及补偿电路的第一输入端接电流信号cs，第二输入端接负电流采样控制信号smp_cs，第三输入端接电感放电信号tdis，第四输入端接开关信号on，第五输入端接控制电压信号vctrl，第六输入端接前沿消隐信号leb，输出端接导通时间定时使能信号en_ton。3.根据权利要求2所述的基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路，其特征在于：所述导通时间调节电路根据接入的所述控制电压信号vctrl、开关信号on及导通时间定时使能信号en_ton，产生导通时间结束信号tout；所述开关逻辑电路根据零电流信号zcs及导通时间结束信号tout，产生开关信号on、负电流采样控制信号smp_cs和电感放电信号tdis用以控制采样保持电流信号cs负电压；所述栅极驱动电路根据接入的所述开关信号on产生栅极驱动信号gate用以驱动功率MOS管的栅极；所述零电流检测电路通过栅极驱动信号gate检测电感电流过零状态并产生零电流信号zcs；所述负电流检测及补偿电路根据接入的电流信号cs，在负电流采样控制信号smp_cs和电感放电信号tdis控制下，采样保持cs信号的最低负电压并生成一个基准电压信号min_
cs；开关信号on打开并延迟前沿消隐信号leb后，min_cs和电流信号cs经电压比较器比较后产生使能信号cs_en，用以控制导通时间调节电路形成导通时间补偿；为防止导通时间过长，控制电压信号vctrl和开关信号on产生一个与vctrl大小相关的最大导通时间控制信号max_ton用以限制导通时间，max_ton和cs_en逻辑操作后产生导通时间定时使能信号en_ton。4.根据权利要求2所述的基于电感平均电流补偿的有源功率因数校正电路，其特征在于，所述导通时间调节电路包括：逻辑门I101，输入端接入开关信号on，输出端连接NMOSFET M101的栅极；逻辑门I102，输入端接入导通时间定时使能信号en_ton，输出端连接NMOSFET M102的栅极；NMOSFET M101，漏极连接逻辑门I104的正相输入端，源极接地；NMOSFET M102，漏极连接NMOSFET M101的漏极，源极接地；电容C101，第一端连接NMOSFET M101、NMOSFET M102的漏极，第二端接地；电流源I103，第一端连接电源电压vdd，第二端连接电容C101的第一端；比较器I104，负相输入端连接控制电压信号vctrl，正相输入端连接电容C101的第一端，输出端输出导通时间结束信号tout；其中，开关信号on和导通时间定时使能信号en_ton由低电平翻转为高电平时，NMOSFET M101、NMOSFET M102...

【专利技术属性】
技术研发人员：关彦青，刘强，陈琪，贾晓龙，
申请(专利权)人：上海三思科技发展有限公司嘉善三思光电技术有限公司浦江三思光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：