一种具有高功率因数的开关电源及其控制器制造技术

本实用新型专利技术适用于开关电源领域，提供了一种具有高功率因数的开关电源及其控制器。在本实用新型专利技术中，通过采用包括时钟电路、乘法器、基准信号生成模块、比较器以及数字逻辑处理电路的开关电源控制器，在无需光耦进行副边反馈的情况下控制功率开关管的通断以调整开关电源的输出电流和功率因数，进而达到控制开关电源恒流输出并实现高功率因数的目的，整个开关电源控制器的结构简单且工作寿命长，从而解决了现有技术所存在的电路结构复杂、成本高且寿命短的问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于开关电源领域，尤其涉及一种具有高功率因数的开关电源及其控制器。技术背景 目前，随着开关电源技术的不断发展，开关电源已经具备了效率高、体积小及成本低的优点，因此，开关电源越来越广泛地被应用于各种电子设备中。特别是在许多LED驱动电源中，开关电源还需要具备恒定电流输出功能；此外，在许多国家和组织所制定的相关标准中，为了降低对电网的污染，还要求LED驱动电源中的开关电源具备高功率因数，这就需要开关电源同时具备功率因数校正功能。为了同时具备高功率因数和恒定电流输出两项功能，现有技术提供了两种开关电源结构，第一种是在开关电源的前级采用功率因数校正电路，后级采用恒流电路，第二种则是在开关电源中采用光耦进行副边反馈的单级功率因数校正与恒流电路。对于上述两种开关电源结构，虽然均能实现高功率因数与恒定电流输出，但第一种开关电源的电路结构复杂、集成度低及成本高，第二种开关电源中所采用的光耦存在老化过快的问题，进而影响开关电源的寿命。综上所述，现有技术存在电路结构复杂、成本高且寿命短的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有高功率因数的开关电源控制器，旨在解决现有技术所存在的电路结构复杂、成本高且寿命短的问题。本技术是这样实现的，一种具有高功率因数的开关电源控制器，所述开关电源控制器内置于包含有反激型变压器的开关电源，所述开关电源控制器具有电流采样端、电压采样端及控制信号输出端；所述电流采样端接入所采样到的开关电源的原边电流的缩放信号，所述电压采样端接入所采样到的反激型变压器的辅助线圈的电压信号，所述控制信号输出端输出控制信号至开关电源的功率开关管的控制端；所述开关电源控制器包括为所述开关电源控制器内部提供具有固定频率的时钟信号的时钟电路；输入端接所述电流采样端，对所述原边电流的缩放信号进行平方运算处理后输出相应的平方缩放信号的乘法器；输入端接所述电压采样端，对所述反激型变压器的辅助线圈的电压进行采样以获得开关电源的输出电压的缩放信号和与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号，并对所述开关电源的输出电压的缩放信号和所述与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号作运算处理后输出基准信号的基准信号生成模块；第一输入端和第二输入端分别接所述乘法器的输出端和所述基准信号生成模块的输出端，将所述平方缩放信号与所述基准信号进行比较并输出相应的控制电平信号的比较器；第一输入端和第二输入端分别接所述时钟电路的输出端和所述比较器的输出端，输出端接所述控制信号输出端，根据所述时钟信号对所述控制电平信号进行逻辑处理后输出控制信号控制所述功率开关管的通断的数字逻辑处理电路；由所述数字逻辑处理电路对所述功率开关管的通断进行多次循环控制以使所述乘法器输出的平方缩放信号与所述基准信号生成模块输出的基准信号呈线性变化关系。本技术的另一目的在于提供一种包括所述开关电源控制器的具有高功率因数的开关电源。在本技术中，通过采用包括所述时钟电路、所述乘法器、所述基准信号生成模块、所述比较器以及所述数字逻辑处理电路的开关电源控制器，在无需光耦进行副边反馈的情况下控制所述功率开关管的通断以调整开关电源的输出电流和功率因数，进而达到控制所述开关电源恒流输出并实现高功率因数的目的，整个开关电源控制器的结构简单且工 作寿命长，从而解决了现有技术所存在的电路结构复杂、成本高且寿命短的问题。附图说明图I是本技术实施例所提供的开关电源的电路示意图；图2是本技术实施例所提供的具有高功率因数的开关电源控制器的结构图；图3是本技术实施例所提供的具有高功率因数的开关电源控制器中正弦半波产生电路的示例电路结构图；图4是本技术实施例所提供的具有高功率因数的开关电源控制器中各参数所对应的波形图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。在本技术实施例中，通过采用包括时钟电路、乘法器、基准信号生成模块、t匕较器以及数字逻辑处理电路的开关电源控制器，在无需光耦进行副边反馈的情况下控制功率开关管的通断以调整开关电源的输出电流和功率因数，进而达到控制开关电源恒流输出并实现高功率因数的目的，整个开关电源控制器的结构简单且工作寿命长。图I是本技术实施例中所提供的开关电源的电路示意图，开关电源控制器100内置于包含有反激型变压器Tl的开关电源中，该开关电源还包括整流桥BD1、电阻R1、电容Cl、二极管D1、电阻R2、电阻R3、功率开关管Q1、电阻R4、整流二极管D2以及电容C2。其中，开关电源控制器100具有电流采样端CS、电压采样端FB及控制信号输出端OUT ；电流采样端CS接入所采样到的开关电源的原边电流的缩放信号，电压采样端FB接入所采样到的反激型变压器Tl的辅助线圈的电压信号，控制信号输出端OUT输出控制信号至开关电源的功率开关管Ql的控制端。此外，开关电源控制器100还具有电源端VCC和接地端 GND。在本技术实施例中，功率开关管Ql为NMOS管，则功率开关管Ql的控制端对应NMOS管的栅极；开关电源的输出电压实际上是负载电压Vrat与整流二极管D2的导通压降Vd之和，由于整流二极管D2的导通压降很小，可忽略不计，因此，开关电源的输出电压为Vout。该开关电源工作于断续工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)中，且开关电源的系统效率H、系统频率f及反激型变压器Tl的电感量Lp均是固定不变的。由于工作于断续工作模式的开关电源的输入电流平均值Iin胃(t)表示为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高功率因数的开关电源控制器，所述开关电源控制器内置于包含有反激型变压器的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器具有电流采样端、电压采样端及控制信号输出端；所述电流采样端接入所采样到的开关电源的原边电流的缩放信号，所述电压采样端接入所采样到的反激型变压器的辅助线圈的电压信号，所述控制信号输出端输出控制信号至开关电源的功率开关管的控制端；所述开关电源控制器包括：为所述开关电源控制器内部提供具有固定频率的时钟信号的时钟电路；输入端接所述电流采样端，对所述原边电流的缩放信号进行平方运算处理后输出相应的平方缩放信号的乘法器；输入端接所述电压采样端，对所述反激型变压器的辅助线圈的电压进行采样以获得开关电源的输出电压的缩放信号和与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号，并对所述开关电源的输出电压的缩放信号和所述与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号作运算处理后输出基准信号的基准信号生成模块；第一输入端和第二输入端分别接所述乘法器的输出端和所述基准信号生成模块的输出端，将所述平方缩放信号与所述基准信号进行比较并输出相应的控制电平信号的比较器；第一输入端和第二输入端分别接所述时钟电路的输出端和所述比较器的输出端，输出端接所述控制信号输出端，根据所述时钟信号对所述控制电平信号进行逻辑处理后输出控制信号控制所述功率开关管的通断的数字逻辑处理电路；？由所述数字逻辑处理电路对所述功率开关管的通断进行多次循环控制以使所述乘法器输出的平方缩放信号与所述基准信号生成模块输出的基准信号呈线性变化关系。...

【技术特征摘要】
1.一种具有高功率因数的开关电源控制器，所述开关电源控制器内置于包含有反激型变压器的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器具有电流采样端、电压采样端及控制信号输出端；所述电流采样端接入所采样到的开关电源的原边电流的缩放信号，所述电压采样端接入所采样到的反激型变压器的辅助线圈的电压信号，所述控制信号输出端输出控制信号至开关电源的功率开关管的控制端； 所述开关电源控制器包括 为所述开关电源控制器内部提供具有固定频率的时钟信号的时钟电路； 输入端接所述电流采样端，对所述原边电流的缩放信号进行平方运算处理后输出相应的平方缩放信号的乘法器； 输入端接所述电压采样端，对所述反激型变压器的辅助线圈的电压进行采样以获得开关电源的输出电压的缩放信号和与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号，并对所述开关电源的输出电压的缩放信号和所述与开关电源的输入电压同频同相的正弦半波缩放信号作运算处理后输出基准信号的基准信号生成模块； 第一输入端和第二输入端分别接所述乘法器的输出端和所述基准信号生成模块的输出端，将所述平方缩放信号与所述基准信号进行比较并输出相应的控制电平信号的比较器； 第一输入端和第二输入端分别接所述时钟电路的输出端和所述比较器的输出端，输出端接所述控制信号输出端，根据所述时钟信号对所述控制电平信号进行逻辑处理后输出控制信号控制所述功率开关管的通断的数字逻辑处理电路； 由所述数字逻辑处理电路对所述功率开关管的通断进行多次循环控制以使所述乘法器输出的平方缩放信号与所述基准信号生成模块输出的基准信号呈线性变化关系。2.如权利要求I所述的开关电源控制器，其特征在于，所述基准信号生成模块包括 输出电压采样电路、正弦半波产生电路、第一乘法器及第二乘法器； 所述输出电压采样电路的输入端和所述正弦半波产生电路的输入端共接形成所述基准信号生成模块的输入端，所述输出电压采样电路的输出端接所述第二乘法器的第一输入端，所述正弦半波产生电路的输出端接所述第一乘法器的输入端，所述第一乘法器的输出端接所述第二乘法器的第二输入端，所述第二乘法器的输出端为所述基准信号生成模块的输出端。3.如权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，所述正弦半波产生电路包括 误差运算放大器OPA、NMOS管Q2、PMOS管Q3、PMOS管Q4、电阻R5、NMOS管Q5及电容C3 ； 所述误差运算放大器OPA的反相输入端与所述NMOS管Q2共接形成所述正弦半波产生电路的输入端，所述误差运算放大器OPA的同相输入端与所述NMOS管Q2的衬底均接地，所述NMOS管Q2的栅极接所述误差运算放大器OPA的输出端，所述NMOS管Q2的栅极接所述PMOS管Q3的漏极，所述PMOS管Q3的漏极与栅极共接后再与所述PMOS管Q4的栅极连接，所述PMOS管Q3的源极与衬底的共接点和所述PMOS管Q4的源极与衬底的共接点相连后再与所述开关电源控制器的电源端连接，所述PMOS管Q4的漏极同时与所述电阻R5的第一端及所述NMOS管Q5的源极连接，所述电阻R5的第二端接地，所述NMOS管Q5的栅极接所述控制信号输出端，所述NMOS管Q5的漏极为所述正弦半波产生电路的输出端，所述电容C3连接于所述NMOS管Q5的漏极与地之间。4.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李照华，赵春波，林道明，陈克勇，谢靖，胡乔，
申请(专利权)人：深圳市明微电子股份有限公司，
类型：实用新型
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