專利名稱：一種原邊反饋恒流控制電路及其控制方法
技術領域：
本發明屬于交流-直流變換器中的LED恒流驅動器技術領域，涉及一種反激式變換器中帶有高功率因數的原邊反饋恒流控制電路及其控制方法。
背景技術：
目前LED驅動器通常需滿足以下幾項要求:輸出恒流、高功率因數和電氣隔離。其中輸出恒流是LED自身特點所決定，高功率因數是為了降低驅動器對公用電網的污染，而電氣隔離是出于安全考慮。恒流亦為穩流，恒流系統是使輸出電流或輸出平均電流穩定的電路系統。恒流系統的作用是使輸出電流穩定，無論輸入電壓、輸出負載如何變化，輸出電流始終恒定不變。傳統的恒流系統是在負載上串聯取樣電阻，并將電流信號轉化為電壓信號后反饋給控制電路。然而在某些特殊電路中，如LED照明等，受到產品成本、效率或者內部空間等方面的限制，無法采用這一傳統恒流系統產生恒定電流。目前常用的一種解決方法是通過反激式變換器的拓撲結構來控制輸出電流使其穩定，圖1是現有技術中的一種基于反激式變換器的拓撲結構的恒流電路圖。圖1中，該恒流電路包括橋式整流器BRG、母線濾波電容Cl、變壓器Tl、功率開關管Ml、主級電感電流采樣電阻R1、輸出整流二極管D1、輸出濾波電容C2和輸出LEDl-LEDn。橋式整流器BRG將市電整形，即把市電電壓Vin.sin (ω t)轉化為可操作的電壓Vin| sin(cot) |。母線濾波電容對母線電壓Vin | sin (ω t) |沒有影響,只起到減低高頻噪聲的作用。變壓器Tl是根據工作在非連續工作模式下的反激式變換器而設計的。功率開關管Ml由柵極電壓MPWM驅動，由驅動電壓MPWM所引起的其余各節點電壓，電流波形如圖2所示。在這種技術中，通過由控制芯片控制的驅動電壓MPWM控制其余各節點電壓，從而控制輸出電流，使其穩定，目前已有的能基本上實現原邊恒流控制和高功率因數要求的控制芯片，但是目前的芯片只能基本上能滿足原邊恒流控制和高功率因數要求，其實際效果比較差，并沒有真正實現恒流功能。
發明內容
對于交流-直流LED恒流驅動器，基于綠色節能的考慮，需要一種結構簡單、高性能的高功率因數的控制電路。本發明的目的是針對現有技術的不足，基于反激式變換器的拓撲結構，采用非連續工作模式(DCM)的控制方式，提出了一種帶有高功率因數控制的高精度恒流控制電路及其控制方法。本發明在第一方面提供了一種原邊反饋恒流控制電路。該控制電路包括:主級電感、次級繞組和原邊輔助繞組；功率開關管，以非連續工作模式控制主級電感的工作；次級電流采樣電路，其通過原邊輔助繞組采樣次級繞組的去磁時間和并且采樣主級電感的電流峰值；并且基于所述去磁時間和 所述電流峰值產生和每個開關周期內次級電流的平均值相對應的反饋信號；誤差放大器，其將參考電壓與次級電流采樣電路的反饋信號之間的誤差放大；積分器，其對由誤差放大器放大后的值進行積分；脈沖寬度調制器，其基于積分器輸出的信號產生脈沖寬度調制信號，以此控制功率開關管的工作。本發明在第二方面還提供了一種交流-直流LED恒流驅動器的控制方法。該控制方法包括:對變壓器的主級電感電流的峰值和次級電感電流放電的去磁時間進行檢測；基于主級電感電流的峰值和次級電感電流放電的去磁時間運算得到和每個開關周期內次級電流的平均值相對應的反饋信號；對參考電壓與反饋信號之間的誤差放大并且積分得到積分信號；基于積分信號產生脈沖寬度調制信號，以便對主級側的功率開關管進行控制。本發明的控制電路及其控制方法提高了輸出電流的恒流效果，并實現了帶有高功率因數控制的高精度恒流控制。
圖1為現有技術中反激式LED驅動器拓撲結構示意圖；圖2為根據圖1的結構控制下的各節點的波形圖；圖3為本發明實施例的控制電路結構示意圖；圖4為本發明實施例的控制電路結構圖；圖5為根據圖4的電路結構的各節點的工作波形圖。
具體實施例方式以下結合本發明附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。圖2為根據圖1的結構控制下的各節點的波形圖。圖2中，CS為采樣電阻Rl兩端的電壓波形；Aux為輔助繞組同名端電壓波形，根據變壓器的工作原理可知，次級繞組電壓與輔助繞組電壓成正比；Ip為主級電感電流波形，Ippk為在每個開關周期內，主級電感電流的峰值；Is為次級電感電流波形，Ispk為在每個開關周期內，次級電感電流的峰值。假設MPWM的開關周期為T，那么在任意一個開關周期nT內，次級端的輸出電流為:
權利要求
1.一種恒流控制電路，其中，該控制電路包括: 主級電感、次級繞組和原邊輔助繞組； 功率開關管，以非連續工作模式控制主級電感的工作； 次級電流采樣電路，其通過原邊輔助繞組采樣次級繞組的去磁時間和并且采樣主級電感的電流峰值；并且基于所述去磁時間和所述電流峰值產生和每個開關周期內次級電流的平均值相對應的反饋信號； 誤差放大器，其將參考電壓與次級電流采樣電路的反饋信號之間的誤差放大； 積分器，其對由誤差放大器放大后的值進行積分； 脈沖寬度調制器，其基于積分器輸出的信號產生脈沖寬度調制信號，以此控制功率開關管的工作。
2.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于，次級電流采樣電路包括采樣保持電路、電壓波形檢測電路和乘法器,其中采樣保持電路采樣主級電感的電流峰值并且產生峰值保持電壓，電壓波形檢測電路通過原邊輔助繞組采樣次級繞組的去磁時間并且產生反映去磁時間的脈沖信號， 乘法器將峰值保持電壓和脈沖信號相乘。
3.如權利要求2所述的控制電路，其特征在于，所述柵極控制信號為高電平時，采樣保持電路對主級電感電流采樣電阻兩端的電壓進行采樣，所述柵極控制信號為低電平時，采樣保持電路保持住采樣結果。
4.如權利要求2所述的控制電路，其特征在于，所述原邊輔助繞組同名端的電壓為高電平時，電壓波形檢測電路的輸出為高電平，所述原邊輔助繞組的電壓為低電平時，電壓波形檢測電路的輸出為低電平。
5.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于，次級電流采樣電路的反饋信號為FB = I.Rl.IOUt<Jirh其中，Nps為主級電感繞組與次級繞組的匝數比，Rl為主級電感電流采樣電阻，1ut為次級端的輸出電流，T為開關周期。
6.如權利要求5所述的控制電路，其特征在于，積分器的輸出為Vcomp = -Av{Vref -FB)，其中，Vref為參考電壓，FB為反饋信號，Av為誤差放大器放大倍數；Ι/s在時域中代表積分器。
7.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于積分器是電容。
8.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于脈沖寬度調制器包括比較器，鋸齒波發生器，RS觸發器和恒定關斷時間控制器；其中，比較器對來自積分器的積分信號和鋸齒波發生器的輸出信號進行比較，恒定關斷時間控制器和鋸齒波發生器的輸入為觸發器的輸出信號，比較器的輸出作為觸發器的重置端輸入信號，恒定關斷時間控制器的輸出作為觸發器的置位端輸入信號。
9.一種交流-直流LED恒流驅動器的控制方法，其中，該控制方法包括: 對變壓器的主級電感電流的峰值和次級電感電流放電的去磁時間進行檢測； 基于主級電感電流的峰值和次級電感電流放電的去磁時間運算得到和每個開關周期內次級電流的平均值相對應的反饋信號； 對參考電壓與反饋信號之間的誤差放大并且積分得到積分信號；基于積分信號產生脈 沖寬度調制信號，以便對主級側的功率開關管進行控制。
全文摘要
本發明公開了一種交流-直流LED恒流驅動器的原邊反饋恒流控制電路和方法。該控制電路包括功率開關管，以非連續工作模式控制主級電感的工作；次級電流采樣電路，其通過原邊輔助繞組采樣次級繞組的去磁時間和并且采樣主級電感的電流峰值；并且基于所述去磁時間和所述電流峰值產生和每個開關周期內次級電流的平均值相對應的反饋信號；誤差放大器，其將參考電壓與次級電流采樣電路的反饋信號之間的誤差放大；積分器，其對由誤差放大器放大后的值進行積分；脈沖寬度調制器，其基于積分器輸出的信號產生脈沖寬度調制信號，以此控制功率開關管的工作。本發明提高了輸出電流的恒流效果，并實現了帶有高功率因數控制的高精度恒流控制。
文檔編號H02M1/42GK103219884SQ20121001799
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者郭越勇 申請人:美芯晟科技(北京)有限公司