集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置，該電路包括：相互耦合的前級電路和后級電路，該前級電路為用于實現功率因數校正的降壓電路；該后級電路為用于實現直流-直流變換的反激式變換電路；其中，該前級電路和后級電路共用同一個開關管以及母線電容。該裝置包括：所述集成降壓-反激式高功率因數恒流電路；恒流控制驅動電路，其電流采樣端采樣獲得所述采樣電阻的電流信息，所述恒流控制驅動電路根據所述采樣電阻的電流信息產生驅動信號，所述驅動信號傳輸至所述開關管的控制端。本實用新型能夠減小輸出的紋波電流，而且有利于降低電路成本。
【專利說明】集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及開關電源技術，尤其涉及一種集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置。
【背景技術】
[0002]目前，大多數用電設備在接入電網時，輸入交流電流無法隨輸入電壓波形呈正弦變化，因而電流波形畸變嚴重，存在功率因數(PF)很低，諧波干擾嚴重，甚至影響周圍其它用電設備的正常工作的問題。國際電工委員會(IEC)制定了 IEC61000-3-2諧波電流限制的標準，用以限制諧波干擾可能造成的不利影響。與此同時，為保證人在使用用電設備時的安全性，大部分交流-直流變換器都要求采用隔離式功率級設計，因而需采用光耦或其它隔離器件以實現控制電路的隔離，這樣必然會增加控制電路的成本和復雜性。
[0003]為了解決低功率因數的問題，單級或兩級功率因數校正(PFC)電路技術已被廣泛應用于交流-直流功率變換器。
[0004]相對于單級功率因數校正技術，兩級功率因數校正技術具有輸出紋波小，功率因數高的特點，被廣泛應用于功率因數校正電路中，其基本的原理框圖如圖1所示。輸入交流電壓經整流橋整流后輸入到第一級功率因數校正變換器101，第一級功率因數校正變換器101常用以實現有源功率因數校正，常見的拓撲有升壓(Boost)，升降壓(Buck-boost)以及降壓(Buck)結構。由于輸入電流要跟隨輸入電壓的波形變化，因而輸入功率是脈動的功率，故在第一級功率因數校正變換器101和第二級直流-直流變換器102之間通常有一個大容量的儲能電容Cbulk,用以平衡脈動的交流輸入功率和平穩(wěn)的直流輸出功率。第二級直流-直流變換器102能對輸出的電壓或電流實現有效的調整。
[0005]但是，由于圖1所示的方案存在兩級功率電路，控制電路也需要對應的兩部分，因而增加了電路的復雜性，且成本相對較高，損耗較大。
[0006]另一種現有技術的單級功率因數校正電路如圖2所示。其中，交流輸入源接整流橋201的兩個輸入端，整流橋201的正輸出端接電容Cin的第一端和變壓器T的原邊繞組Wp的同名端，變壓器T的原邊繞組Wp的異名端接開關管Q1的漏極，開關管Q1的源極接采樣電阻Rsm的第一端，采樣電阻Rsm的第二端接原邊地，整流橋201的負輸出端接電容Cin的第二端并同時接到原邊地，副邊電流模擬模塊202的第一輸入端接采樣電阻Rsm的第一端，副邊電流模擬模塊202的第二輸入端接變壓器T的輔助繞組Wa的異名端，副邊電流模擬模塊202的輸出端接PFC控制和驅動模塊203的第一輸入端，PFC控制和驅動模塊203的第二輸入端接變壓器輔助繞組Wa的異名端，PFC控制和驅動模塊203的輸出端接開關管Q1的柵極。圖2中，副邊電流模擬模塊202通過采樣電阻Rsm獲得原邊開關電流信息，并模擬出副邊電流信息，然后送入PFC控制和驅動模塊203，以產生可調節(jié)輸出恒流和PFC控制的驅動信號來控制開關管Q1，從而在單級變換電路中實現了輸入功率因數校正和輸出恒流。
[0007]采用單級功率因數校正電路技術，需要在保證穩(wěn)定輸出直流電信號的同時實現高功率因數。采用這種方式，簡化了功率電路結構以及控制電路的復雜性，變換器效率密度高，成本低，但存在輸出電流紋波較大等缺點。
實用新型內容
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置，前級為降壓電路，后級為反激式變換電路，兩級功率電路共用一個功率管和母線電容,可通過直接采樣原邊電流來實現對輸出電流的恒流控制,有利于降低電路成本。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，包括相互耦合的前級電路和后級電路，其中，
[0010]該前級電路為用于實現功率因數校正的降壓電路；
[0011]該后級電路為用于實現直流-直流變換的反激式變換電路；
[0012]其中，該前級電路和后級電路共用同一個開關管以及母線電容。
[0013]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0014]輸入電容,其第一端連接正輸入端,其第二端連接負輸入端；
[0015]所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號；
[0016]第二二極管，其陽極連接所述輸入電容的第二端；
[0017]第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合，其陰極連接所述第二二極管的陰極；
[0018]所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極；
[0019]電感，其第一端連接所述輸入電容的第二端，其第二端連接所述母線電容的第二端;
[0020]所述后級電路包括:
[0021]所述母線電容；
[0022]所述開關管；
[0023]第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的
弟觸；
[0024]采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合；
[0025]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端；
[0026]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0027]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0028]輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述變壓器的副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0029]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述開關管、第三二極管、母線電容以及電感傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述第一二極管、開關管、采樣電阻、原邊繞組傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的電流經由所述第二二極管和母線電容續(xù)流返回至所述電感；所述后級電路的信號回路為:流經所述副邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述副邊繞組。
[0030]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0031]輸入電容,其第一端連接正輸入端,其第二端連接負輸入端；
[0032]所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號；
[0033]第二二極管，其陽極連接所述輸入電容的第二端；
[0034]第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合，其陰極連接所述第二二極管的陰極；
[0035]所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極；
[0036]電感，其第一端連接所述輸入電容的第二端，其第二端連接所述母線電容的第二端;
[0037]所述后級電路包括:
[0038]所述母線電容；
[0039]所述開關管；
[0040]第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的
弟觸；
[0041]采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合；
[0042]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端；
[0043]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0044]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0045]輸出負載，其第一端連接所述變壓器的原邊繞組的異名端，其第二端連接所述輸出二極管的陰極，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0046]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述開關管、第三二極管、母線電容以及電感傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述第一二極管、開關管、采樣電阻、原邊繞組傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的電流經由所述第二二極管和母線電容續(xù)流返回至所述電感；所述后級電路的信號回路為:流經所述原邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述原邊繞組。
[0047]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0048]輸入電容,其第一端連接正輸入端,其第二端連接負輸入端；
[0049]所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號；
[0050]第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合；[0051]第二二極管，其陰極連接所述第三二極管的陰極；
[0052]電感，包括耦合的第一繞組和第二繞組，該第一繞組的異名端連接所述輸入電容的第二端，該第二繞組的同名端連接所述第一繞組的同名端，該第二繞組的異名端連接所述第二二極管的陽極；
[0053]所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極，其第二端連接所述第一繞組和第二繞組的同名端；
[0054]所述后級電路包括:
[0055]所述母線電容；
[0056]所述開關管；
[0057]第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的
弟觸；
[0058]采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合；
[0059]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端；
[0060]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0061]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0062]輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0063]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述開關管、第三二極管、母線電容以及電感的第一繞組傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述第一二極管、開關管、采樣電阻、原邊繞組傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的第二繞組的電流經由所述第二二極管和母線電容續(xù)流返回至所述第二繞組；所述后級電路的信號回路為:流經所述變壓器的副邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述副邊繞組。
[0064]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0065]輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端；
[0066]所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號；
[0067]第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合；
[0068]第二二極管，其陰極連接所述第三二極管的陰極；
[0069]電感，包括耦合的第一繞組和第二繞組，該第一繞組的異名端連接所述輸入電容的第二端，該第二繞組的同名端連接所述第一繞組的同名端，該第二繞組的異名端連接所述第二二極管的陽極；
[0070]所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極，其第二端連接所述第一繞組和第二繞組的同名端；
[0071]所述后級電路包括:
[0072]所述母線電容；[0073]所述開關管；
[0074]第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的
弟觸；
[0075]采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合；
[0076]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端；
[0077]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0078]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0079]輸出負載，其第一端連接所述原邊繞組的異名端，其第二端連接所述輸出二極管的陰極，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0080]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述開關管、第三二極管、母線電容以及電感的第一繞組傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述第一二極管、開關管、采樣電阻、原邊繞組傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的第二繞組的電流經由所述第二二極管和母線電容續(xù)流返回至所述第二繞組；所述后級電路的信號回路為:流經所述變壓器的原邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述原邊繞組。
[0081]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路和后級電路還包括峰值限流電阻，所述第三二極管的陽極以及所述采樣電阻的第一端經由所述峰值限流電阻與所述開關管的第二功率端相連，該峰值限流電阻的第一端連接所述開關管的第二功率端，該峰值限流電阻的第二端連接所述第三二極管的陽極。
[0082]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0083]輸入電容,其第一端連接正輸入端,其第二端連接負輸入端；
[0084]第一二極管，其陰極連接所述輸入電容的第一端；
[0085]第三二極管，其陽極連接所述第一二極管的陽極；
[0086]電感，其第一端連接所述輸入電容的第一端；
[0087]所述母線電容，其第一端連接所述電感的第二端，其第二端連接所述第一二極管和第三二極管的陽極；
[0088]所述開關管，其第一功率端連接所述第三二極管的陰極，其第二功率端與所述輸入電容的第二端耦合，其控制端接收外部的驅動信號；
[0089]所述后級電路包括:
[0090]所述母線電容；
[0091]所述開關管；
[0092]第二二極管，其陰極連接所述母線電容的第二端；
[0093]采樣電阻，其第一端與所述第二二極管的陽極，其第二端與所述開關管的第二功率端稱合；
[0094]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述母線電容的第一端，其原邊繞組的同名端連接所述開關管的第一功率端；[0095]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0096]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0097]輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0098]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述電感、母線電容、第三二極管以及開關管傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述原邊繞組、開關管、采樣電阻和第二二極管傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的電流經由所述第一二極管和母線電容續(xù)流返回至所述電感；所述后級電路的信號回路為:流經所述變壓器的副邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述原邊繞組。
[0099]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路包括:
[0100]輸入電容,其第一端連接正輸入端,其第二端連接負輸入端；
[0101]第一二極管，其陰極連接所述輸入電容的第一端；
[0102]第三二極管，其陽極連接所述第一二極管的陽極；
[0103]電感，其第一端連接所述輸入電容的第一端；
[0104]所述母線電容，其第一端連接所述電感的第二端，其第二端連接所述第一二極管和第三二極管的陽極；
[0105]所述開關管，其第一功率端連接所述第三二極管的陰極，其第二功率端與所述輸入電容的第二端耦合，其控制端接收外部的驅動信號；
[0106]所述后級電路包括:
[0107]所述母線電容；
[0108]所述開關管；
[0109]第二二極管，其陰極連接所述母線電容的第二端；
[0110]采樣電阻，其第一端與所述第二二極管的陽極，其第二端與所述開關管的第二功率端稱合；
[0111]變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述母線電容的第一端，其原邊繞組的同名端連接所述開關管的第一功率端；
[0112]輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
[0113]根據本實用新型的一個實施例，所述后級電路還包括:
[0114]輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
[0115]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通時，所述前級電路的信號回路為:所述正輸入端的信號經由所述電感、母線電容、第三二極管以及開關管傳輸至所述負輸入端，所述后級電路的信號回路為:所述母線電容的第一端的信號經由所述原邊繞組、開關管、采樣電阻和第二二極管傳輸至所述母線電容的第二端；所述開關管關斷時，所述前級電路的信號回路為:流經所述電感的電流經由所述第一二極管和母線電容續(xù)流返回至所述電感；所述后級電路的信號回路為:流經所述變壓器的原邊繞組的電流經由所述輸出二極管和輸出負載續(xù)流返回至所述原邊繞組。
[0116]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路和后級電路還包括峰值限流電阻，所述采樣電阻的第二端以及所述輸入電容的第二端經由該峰值限流電阻與所述開關管的第二功率端連接，該峰值限流電阻的第一端連接所述輸入電容的第二端以及所述采樣電阻的第二端，該峰值限流電阻的第二端連接所述開關管的第二功率端。
[0117]根據本實用新型的一個實施例，所述前級電路至少還包括輸入電容和電感，所述后級電路至少還包括變壓器和輸出負載，該輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種，其中，
[0118]所述開關管導通期間，所述輸入電容、電感和開關管形成第一回路，所述母線電容、開關管、變壓器的原邊繞組形成第二回路；
[0119]所述開關管關斷期間，所述電感、母線電容形成第三回路，所述變壓器的原邊繞組或副邊繞組與該輸出負載形成第四回路。
[0120]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管導通期間，所述電感兩端的電壓等于所述輸入電容兩端的電壓減去所述母線電容兩端的電壓，流經所述電感的電流上升，所述變壓器的原邊繞組兩端的電壓等于所述母線電容兩端的電壓，流經所述變壓器原邊繞組的電流上升；所述開關管關斷期間，所述電感兩端的電壓等于負的所述母線電容兩端的電壓，流經所述電感的電流下降，所述變壓器的原邊繞組或副邊繞組兩端的電壓等于負的所述輸出負載兩端的電壓，流經所述第二電感的電流下降。
[0121]根據本實用新型的一個實施例，該電路還包括:整流橋，對輸入的交流電源信號整流，其正輸出端連接所述正輸入端，其負輸出端連接所述負輸入端。
[0122]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管為功率MOSFET晶體管，所述第一功率端為所述MOSFET晶體管的漏極，所述第二功率端為所述MOSFET晶體管的源極，所述控制端為所述MOSFET晶體管的柵極。
[0123]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管為功率三極管，所述第一功率端為所述功率三極管的集電極，所述第二功率端為所述功率三極管的發(fā)射極，所述控制端為所述
功率三極管的基極。
[0124]根據本實用新型的一個實施例，所述開關管為組合開關。
[0125]本實用新型還提供了一種集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括:
[0126]上述任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路；
[0127]恒流控制驅動電路，其電流采樣端采樣獲得所述采樣電阻的電流信息，其所述恒流控制驅動電路根據所述采樣電阻的電流信息產生驅動信號，所述驅動信號傳輸至所述開關管的控制端。
[0128]根據本實用新型的一個實施例，所述恒流控制驅動電路的電流采樣端連接所述采樣電阻的第一端，所述采樣電阻的第二端接原邊地；或者，所述恒流控制驅動電路的電流采樣端連接所述采樣電阻的第二端，所述采樣電阻的第一端接原邊地。
[0129]根據本實用新型的一個實施例，所述恒流控制驅動電路還具有過零檢測端，該過零檢測端獲得所述輸出二極管的導通時間信息，所述恒流控制驅動電路根據所述電流信息和導通時間信息產生該驅動信號。[0130]根據本實用新型的一個實施例，所述變壓器還包括輔助繞組，所述變壓器的輔助繞組的異名端接原邊地，所述變壓器的輔助繞組的同名端連接所述恒流控制驅動電路的過零檢測端。
[0131]根據本實用新型的一個實施例，所述集成降壓-反激式高功率因數恒流電路為權利要求10或15所述的電路，所述恒流控制驅動電路還具有峰值電流限流端，該峰值電流限流端與所述峰值限流電阻的第一端相連以獲得峰值電流信息，所述恒流控制驅動電路根據所述電流信息和峰值電流信息產生所述驅動信號。
[0132]與現有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0133]本實用新型實施例的集成降壓-反激式高功率因數電路為準單級結構，相比兩級式結構，電路結構更簡單，有利于電路成本；相比單級式結構，大大降低了輸出負載的紋波電流，無頻閃。
[0134]另外，本實用新型實施例的集成降壓-反激式高功率因數電路的前級電路為實現功率因數校正功能的降壓電路，相比其他拓撲可以獲得更高功率，后級電路為實現直流-直流變換的反激式變換電路，兩級功率電路共用一個功率開關管和一套控制電路，可以僅通過采樣變壓器的原邊電流來實現對輸出電流的恒流控制(原邊反饋控制)，有利于進一步降低電路裝置成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0135]圖1是現有技術中一種采用兩級功率因數校正技術的交流-直流功率變換器的原理框圖；
[0136]圖2是現有技術中一種原邊恒流的單級功率因數校正電路的原理框圖；
[0137]圖3是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第一實施例的原理框圖；
[0138]圖4是圖3所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0139]圖5是圖3所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0140]圖6是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第二實施例的原理框圖；
[0141]圖7是圖6所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0142]圖8是圖6所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0143]圖9是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第三實施例的原理框圖；
[0144]圖10是圖9所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0145]圖11是圖9所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；[0146]圖12是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第四實施例的原理框圖；
[0147]圖13是圖12所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0148]圖14是圖12所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0149]圖15是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第五實施例的原理框圖；
[0150]圖16是圖15所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0151]圖17是圖15所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0152]圖18是本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置第六實施例的原理框圖；
[0153]圖19是圖18所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)下的等效電路不意圖；
[0154]圖20是圖18所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)下的等效電路不意圖。
【具體實施方式】
[0155]本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括相互耦合的前級電路和后級電路，該前級電路為用于實現功率因數校正的降壓電路，該后級電路為用于實現直流-直流變換的反激式變換電路，該前級電路和后級電路共用同一個開關管以及母線電容。相比兩級式結構，電路結構更簡單，有利于電路成本；相比單級式結構，大大降低了輸出負載的紋波電流，無頻閃。
[0156]其中，前級電路可以包括開關管、母線電容、輸入電容和電感，后級電路可以包括開關管、母線電容、變壓器和輸出負載，該輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種，其中，開關管導通期間，輸入電容、電感和開關管形成第一回路，母線電容、開關管、變壓器的原邊繞組形成第二回路；開關管關斷期間，電感、母線電容形成第三回路，變壓器的原邊繞組或副邊繞組與該輸出負載形成第四回路。
[0157]進一步而言，開關管導通期間，電感兩端的電壓等于輸入電容兩端的電壓減去母線電容兩端的電壓，流經電感的電流上升，變壓器的原邊繞組兩端的電壓等于母線電容兩端的電壓，流經變壓器原邊繞組的電流上升；開關管關斷期間，電感兩端的電壓等于負的母線電容兩端的電壓，流經電感的電流下降，變壓器的原邊繞組或副邊繞組兩端的電壓等于負的輸出負載兩端的電壓，流經第二電感的電流下降。
[0158]下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護范圍。
[0159]第一實施例
[0160]參考圖3，圖3示出了第一實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路301。
[0161]其中，集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR，輸入電容Cin、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb、變壓器T、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、電阻Rlim、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb和母線電容Cbulk構成前級電路，母線電容Cbulk、第一二極管D1、開關管Q1、電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器T、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級電路。母線電容Cbulk、開關管Q1及峰值限流電阻Rlim為兩級電路的復用元件。
[0162]進一步而言，整流橋BR的輸入端接交流電源信號Vac并對其進行整流，輸入電容Cin的第一端連接整流橋BR的正輸出端，輸入電容Cin的第二端連接整流橋BR的負輸出端，第一二極管D1的陰極連接輸入電容Cin的第一端，第二二極管D2的陰極接第一二極管D1的陽極，第二二極管D2的陽極與輸入電容Cin的第二端耦合，開關管Q1的第一功率端連接第一二極管01的陰極，其控制端接收外部的驅動信號，峰值限流電阻Rlim的第一端連接開關管Q1的第二功率端，電阻Rlim的第二端連接采樣電阻Rs第一端；第三二極管D3的陽極連接開關管Q1的第二功率端，母線電容Cbulk的第一端接第三二極管D3的陰極和第一二極管D1的陽極，電感Lb的第一端連接輸入電容Cin的第二端；變壓器T的原邊繞組Wp的異名端與采樣電阻Rs的第二端相連，變壓器T的原邊繞組Wp的同名端與電感Lb的第二端以及母線電容Cbulk的第二端相連，變壓器T的副邊繞組Ws的同名端接輸出二極管D4的陽極，輸出二極管D4的陰極接輸出電容C。的第一端，變壓器T的副邊繞組Ws的異名端接輸出電容C。的第二端，負載與輸出電容C。并聯,負載和輸出電容C。可以合稱為輸出負載。當然,輸出負載也可以僅包括負載或者是輸出電容C。。
[0163]第一實施例中，恒流控制驅動電路301的峰值電流限流端Ium接電阻Rlim的第一端，恒流控制驅動電路301的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第一端，恒流控制驅動電路301的地端SGND接采樣電阻Rs的第二端并接到原邊地，恒流控制驅動電路301的過零檢測端ZCD接變壓器T的輔助繞組Wa的同名端，變壓器T的輔助繞組Wa的異名端接原邊地，恒流控制驅動電路301的輸出端PWM接開關管Q1的控制端。
[0164]恒流控制驅動電路301根據電流采樣端CS采樣到的采樣電阻Rs的電流信息以及過零檢測端ZCD檢測到的輸出二極管D4的導通時間信息(或者說是電流過零信息)產生驅動信號，該驅動信號用于控制開關管Q1周期性地導通和截止以實現輸出負載電流恒流。在集成降壓-反激式高功率因數恒流電路上電時，由于母線電容Cbulk兩端電壓尚未建立，母線電容Cbulk近似為短路，恒流控制驅動電路301的峰值電流限流Ilim檢測流過峰值限流電阻Rlim的峰值電流信息，通過恒流控制驅動電路301內部的限流電路實現上電時的對集成降壓-反激式高功率因數恒流電路的輸入電流的限制。
[0165]其中，開關管Q1可以是功率MOSFET晶體管，其第一功率端為MOSFET晶體管的漏極，其第二功率端為MOSFET晶體管的源極，其控制端為所述MOSFET晶體管的柵極。或者，開關管Q1也可以是功率三極管，其第一功率端為功率三極管的集電極，其第二功率端為功率三極管的發(fā)射極，其控制端為功率三極管的基極。或者，開關管Q1還可以是組合開關或本領域技術人員公知的其他開關管結構。
[0166]參考圖4，圖4為圖3所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相關線路及器件不參與工作。在第一工作狀態(tài)，開關管Q1導通，輸入交流電源信號Va。經整流橋BR整流之后的正弦半波電壓經開關管Q1、峰值限流電阻Rlin1、第三二極管D3、母線電容Cbulk和電感Lb構成的回路給電感Lb充電，電感Lb兩端電壓等于輸入電容Cin兩端電壓減去母線電壓Cbulk兩端電壓，流經電感Lb的電流iB上升；同時，母線電容Cbulk經開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器T的原邊繞組Wp構成的回路給變壓器T的原邊激磁電感充電，變壓器T的原邊繞組Wp兩端電壓等于母線電容Cbulk兩端電壓，變壓器T的原邊電流iF上升。變壓器T的副邊繞組Ws向輸出電容C。提供負載電流。
[0167]圖5為圖3所示的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相應的線路和器件不參與工作。在第二工作狀態(tài)，開關管Q1斷開，流經電感Lb的電流iB經第二二極管D2、母線電容Cbulk和電感Lb構成的回路續(xù)流，電感Lb兩端電壓等于負的母線電容Cbulk兩端電壓，電流iu下降；與此同時，流經變壓器T的原邊繞組Wp的電流iF轉移到變壓器副邊，變壓器T的副邊繞組Ws、輸出二極管D4和輸出電容C0構成的回路續(xù)流，變壓器T的副邊繞組Ws兩端電壓等于負的輸出電壓，變壓器T的副邊繞組Ws的電流下降。
[0168]第二實施例
[0169]圖6示出了第二實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路301。第二實施例為第一實施例的非隔離形式。
[0170]第二實施例中，集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR，輸入電容Cin,第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb、變壓器Lf、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb和母線電容Cbulk構成前級電路；母線電容Cbulk、第一二極管D1、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器Lf、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級電路。母線電容Cbulk、開關管Q1及峰值限流電阻Rlim為兩級電路的復用元件。
[0171]進一步而言，整流橋BR的輸入端接交流電源信號Vac并對其進行整流，輸入電容Cin的第一端連接整流橋BR的正輸出端，輸入電容Cin的第二端連接整流橋BR的負輸出端，第一二極管D1的陰極連接輸入電容Cin的第一端，第二二極管D2的陰極接第一二極管D1的陽極，第二二極管D2的陽極接輸入電容Cin的第二端，開關管Q1的第一功率端連接第一二極管D1的陰極，其控制端接收外部的驅動信號；峰值限流電阻Rlim的第一端連接開關管Q1的第二功率端，峰值限流電阻Rlim的第二端連接采樣電阻Rs的第一端；第三二極管D3的陽極連接開關管Q1的第二功率端，母線電容Cbulk的第一端接第三二極管隊的陰極和第一二極管D1的陽極，電感Lb的第一端連接輸入電容Cin的第二端；變壓器Lf的主繞組Wp的異名端與采樣電阻Rs的第二端相連，變壓器Lf的主繞組Wp的同名端與電感Lb的第二端以及母線電容Cbulk的第二端相連，變壓器Lf的主繞組Wp的同名端還連接輸出二極管D4的陽極，輸出二極管D4的陰極接輸出電容C。的第一端，輸出電容C。的第二端接變壓器Lf的主繞組Wp的異名端，負載與輸出電容并聯，負載和輸出電容C。可以合稱為輸出負載。當然，輸出負載也可以僅包括負載或者是輸出電容C。。[0172]第二實施例中，恒流控制驅動電路301的峰值電流限流端Ium接峰值限流電阻Rlim的第一端，恒流控制驅動電路301的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第一端，恒流控制驅動電路301的地端SGND接采樣電阻Rs的第二端并接到原邊地,恒流控制驅動電路301過零檢測端ZCD接變壓器Lf的輔助繞組Wa的同名端，變壓器T的輔助繞組Wa的異名端接原邊地，恒流控制驅動電路301的輸出端PWM接開關管Q1的控制端。
[0173]第二實施例中，恒流控制驅動電路301根據電流采樣端CS采樣到的采樣電阻Rs的電流信息以及過零檢測端ZCD檢測到的輸出二極管D4的導通時間信息(或者說是電流過零信息)產生驅動信號，該驅動信號用于控制開關管Q1周期性地導通和截止以實現輸出負載電流恒流。與第一實施例相同，為了限制上電時的交流輸入的沖擊電流，流經開關管Q1的峰值電流信息經峰值限流電阻Rlim傳輸到恒流控制驅動電路301的峰值電流限流端Ilim。
[0174]其中，開關管Q1可以是功率MOSFET晶體管，其第一功率端為MOSFET晶體管的漏極，其第二功率端為MOSFET晶體管的源極，其控制端為所述MOSFET晶體管的柵極?；蛘撸_關管Q1也可以是功率三極管，其第一功率端為功率三極管的集電極，其第二功率端為功率三極管的發(fā)射極，其控制端為功率三極管的基極?；蛘?，開關管Q1還可以是組合開關或本領域技術人員公知的其他開關管結構。
[0175]參考圖7，圖7為圖6所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相關線路及器件不參與工作。在第一工作狀態(tài)，開關管Q1導通，輸入交流電源信號\c經整流橋BR整流之后的正弦半波電壓經開關管Q1、峰值限流電阻Rlin1、第三二極管D3、母線電容Cbulk和電感Lb構成的回路給電感Lb充電，電感Lb兩端電壓等于輸入電容Cin兩端電壓減去母線電壓Cbulk兩端電壓，流經電感Lb的電流iB上升；同時，母線電容Cbulk經開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器Lf的原邊繞組Wp構成的回路給變壓器Lf的激磁電感充電，變壓器Lf的原邊繞組Wp兩端的電壓等于母線電容Cbulk兩端電壓，變壓器Lf的原邊繞組電流iF上升。在變壓器副邊，輸出電容C。提供負載電流。
[0176]圖8為圖6所示的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相應的線路和器件不參與工作。在第二工作狀態(tài)，開關管Q1斷開，流經電感Lb的電流iB經第二二極管D2、母線電容Cbulk和電感Lb構成的回路續(xù)流，電感Lb兩端電壓等于負的母線電容Cbulk兩端電壓，電流iB下降；與此同時，變壓器Lf的原邊繞組電流iF經變壓器Lf的原邊繞組Wp、輸出二極管D4和輸出電容C。構成的回路續(xù)流，變壓器Lf的原邊繞組兩端電壓等于負的輸出電壓，變壓器Lf的原邊繞組電流iF下降。
[0177]第三實施例
[0178]圖3所示的第一實施例的電路結構在高電壓輸入情況下，電路占空比較小，導致電路效率不高。
[0179]參考圖9，圖9示出了第三實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路301。第三實施例采用耦合電感T1替換圖3所示的第一實施例中的電感Lb，該耦合電感T1包括耦合的第一繞組和第二繞組，可以拓展電路的占空比，從而提升效率。
[0180]具體而言，第三實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR、
輸入電容Cin，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感T1、變壓器T2、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感T1和母線電容Cbulk構成前級電路；母線電容Cbulk、第一二極管D1、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器T2、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級電路。母線電容Cbulk、開關管Q1及峰值限流電阻Rlim為兩級電路的復用元件。
[0181]進一步而言，整流橋BR的輸入端接交流電源信號Vac并對其進行整流，輸入電容Cin的第一端連接整流橋BR的正輸出端，輸入電容Cin的第二端連接整流橋BR的負輸出端，第一二極管D1的陰極連接輸入電容Cin的第一端，第二二極管D2的陰極接第一二極管D1的陽極，第二二極管D2的陽極接耦合電感T1的第二繞組Nb2的異名端，耦合電感T1的第二繞組Nb2的同名端接耦合電感T1的第一繞組Nbi的同名端，耦合電感T1的第一繞組Nbi的異名端接輸入電容Cin的第二端，開關管Q1的第一功率端連接第一二極管D1的陰極，其控制端接收外部的驅動信號；峰值限流電阻Rlim的第一端連接開關管Q1的第二功率端，峰值限流電阻Rlim的第二端連接采樣電阻Rs第一端；第三二極管D3的陽極連接開關管Q1的第二功率端，母線電容Cbulk的第一端接第三二極管D3的陰極和第一二極管D1的陽極，母線電容Cbulk的第二端接第一繞組Nbi的同名端以及第二繞組Nb2的同名端；變壓器T2的原邊繞組Lp的異名端與采樣電阻Rs的第二端相連，變壓器T2的原邊繞組Lp的同名端與耦合電感T1的第二繞組Nb2的同名端以及母線電容Cbulk的第二端相連，變壓器T2的副邊繞組Ls的同名端接輸出二極管D4的陽極，輸出二極管D4的陰極接輸出電容C。的第一端，變壓器T2的副邊繞組Ls的異名端接輸出電容C。的第二端,負載與輸出電容C。并聯,負載和輸出電容C。可以合稱為輸出負載。當然，輸出負載也可以僅包括負載或者是輸出電容C。。
[0182]第三實施例中，恒流控制驅動電路301的峰值電流限流端Ium接峰值限流電阻Rlim的第一端，恒流控制驅動電路301的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第一端，恒流控制驅動電路301的地端SGND接采樣電阻Rs的第二端并接到原邊地,恒流控制驅動電路301的過零檢測端ZCD接變壓器T2的輔助繞組La的同名端，變壓器T的輔助繞組La的異名端接原邊地，恒流控制驅動電路301的輸出端PWM接開關管Q1的控制端。
[0183]第三實施例中，恒流控制驅動電路301根據電流采樣端CS采樣到的采樣電阻Rs的電流信息以及過零檢測端ZCD檢測到的輸出二極管D4的導通時間信息(或者說是電流過零信息)產生驅動信號，該驅動信號控制開關管Q1周期性地導通和截止以實現輸出負載電流恒流。
[0184]類似地，開關管Q1可以是功率MOSFET晶體管，其第一功率端為MOSFET晶體管的漏極，其第二功率端為MOSFET晶體管的源極，其控制端為所述MOSFET晶體管的柵極。或者，開關管Q1也可以是功率三極管，其第一功率端為功率三極管的集電極，其第二功率端為功率三極管的發(fā)射極，其控制端為功率三極管的基極。或者，開關管Q1還可以是組合開關或本領域技術人員公知的其他開關管結構。
[0185]參考圖10，圖10為圖9所示集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相關線路及器件不參與工作。在第一工作狀態(tài)，開關管Q1導通，輸入交流電源信號Va。經整流橋BR整流之后的正弦半波電壓經開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、第三二極管D3、母線電容Cbulk和耦合電感T1的第一繞組Nbi構成的回路給耦合電感T1充電，耦合電感T1的第一繞組Nbi兩端電壓等于輸入電容Cin兩端電壓減去母線電壓Cbulk兩端電壓，流經耦合電感T1的第一繞組Nbi的電流iB上升；同時，母線電容Cbulk經開關管Q1、電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器T2的原邊繞組Wp構成的回路給變壓器T2的激磁電感充電，變壓器T2的原邊繞組Wp兩端電壓等于母線電容Cbulk兩端電壓，變壓器T2的原邊繞組電流iF上升。在變壓器副邊，輸出電容C。提供負載電流。
[0186]圖11為圖9所示的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相應的線路和器件不參與工作。在第二工作狀態(tài)，開關管Q1斷開，流經耦合電感T1的第一繞組Nbi的電流iB轉移到耦合電感!\的第二繞組Nb2中，并經第二二極管D2、母線電容Cbulk構成的回路續(xù)流，耦合電感T1的第二繞組Nb2兩端電壓等于負的母線電容Cbulk兩端電壓；與此同時，流經變壓器T2的原邊繞組Wp的電流iF轉移到變壓器副邊，變壓器T2的副邊繞組Ws、輸出二極管D4和輸出電容C。構成的回路續(xù)流，變壓器T2的副邊繞組Ws兩端電壓等于負的輸出電壓，變壓器T2的副邊繞組電流下降。
[0187]第四實施例
[0188]參考圖12，圖12示出了第四實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路301。第四實施例為第三實施例的非隔離形式，主要區(qū)別在于變壓器與負載之間為非隔離形式。
[0189]具體而言，第四實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR、輸入電容Cin，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感T1、變壓器Lf、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、電阻Rlim、第二二極管D2、第三二極管D3、耦合電感T1和母線電容Cbulk構成前級電路，母線電容Cbulk、第一二極管D1、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器Lf、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級反激式直流-直流變換電路。母線電容Cbulk、開關管 Q1及電阻Rlim為兩級復用元件。
[0190]圖13和圖14是圖12所示第四實施例的兩種工作狀態(tài)，可參照第一實施例到第二實施例的演變過程及工作狀態(tài)描述，這里不再詳細描述。
[0191]第五實施例
[0192]參考圖15，圖15示出了第五實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路401。
[0193]第五實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR，輸入電容Cin,第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb、變壓器T、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、第一二極管D1、第三二極管D3、電感Lb和母線電容Cbulk構成前級電路，母線電容Cbulk、第二二極管D2、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器T、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級反激式直流-直流變換電路。母線電容Cbulk、開關管Q1及峰值限流電阻Rlim為兩級電路復用的元件。
[0194]其中，交流輸入源Vae接整流橋BR的兩個輸入端，整流橋BR的正輸出端接輸入電容Cin的第一端和電感Lb的第一端，電感Lb的第二端接變壓器T的原邊繞組Wp的異名端，變壓器T的原邊繞組Wp的同名端接開關管Qs的漏極和第三二極管D3的陰極，開關管Qs的源極接峰值限流電阻Rlim的第一端，峰值限流電阻Rlim的第二端連接采樣電阻Rs的第一端、電容Cin的第二端、整流橋BR的負輸出端和原邊地，采樣電阻Rs的第二端接第二二極管D2的陽極，第二二極管D2的陰極接第一二極管D1的陽極、第三二極管D3的陽極和母線電容Cbulk的第二端，母線電容Cbulk的第一端連接電感Lb的第二端，第一二極管Dl的陰極連接電感Lb的第一端，變壓器T的副邊繞組Ws的同名端接輸出二極管D4的陽極，輸出二極管D4的陰極接輸出電容C。的第一端，變壓器T的副邊繞組Ws的異名端接輸出電容C。的第二端，輸出電容C。配置為與負載并聯，負載和輸出電容C?？梢院戏Q為輸出負載。當然，輸出負載也可以僅包括負載或者是輸出電容C。。
[0195]第五實施例中，恒流控制驅動電路401的峰值電流限流端Ium接峰值限流電阻Rlim的第一端，恒流控制驅動電路401的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第一端，恒流控制驅動電路401的地端SGND接原邊地，恒流控制驅動電路701的過零檢測端ZCD接變壓器T的輔助繞組Wa的同名端，變壓器T的輔助繞組Wa的異名端接原邊地，恒流控制驅動電路401的輸出端PWM接開關管Q1的控制端。
[0196]第五實施例中，恒流控制驅動電路401根據電流采樣端CS采樣到的采樣電阻Rs的電流信息以及過零檢測端ZCD檢測到的輸出二極管D4的導通時間信息(或者說是電流過零信息)產生驅動信號，該驅動信號控制開關管Q1周期性地導通和截止以實現輸出負載電流恒流。
[0197]需要注意的是，在第五實施例中，電流采樣端CS采樣到的采樣電阻Rs的電流信息是負的反激電路的原邊電流信息，因此恒流控制驅動電路401中，該電流信息還需要經過一級反向電路。此外，在為了限制上電時的交流輸入的沖擊電流，流經開關管Q1的峰值電流信息經峰值限流電阻Rlim送到恒流控制驅動電路401的峰值電流限流端Ilim。
[0198]參考圖16，圖16為圖15所示集成降壓_反激式高功率因數恒流裝置在第一工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相關線路及器件不參與工作。在第一工作狀態(tài)，開關管Q1導通，輸入交流電源信號Va。經整流橋BR整流之后的正弦半波電壓經電感Lb、母線電容Cbulk、第三二極管D3、開關管Q1和峰值限流電阻Rlini構成的回路給電感Lb充電，電感Lb兩端電壓等于輸入電容Cin兩端電壓減去母線電壓Cbulk兩端電壓，流經電感Lb第一繞組Nbi的電流iB上升；同時，母線電容Cbulk經變壓器T的原邊繞組Wp、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim和采樣電阻Rs構成的回路給變壓器T的原邊激磁電感充電，變壓器T的原邊繞組Wp兩端電壓等于母線電容Cbulk兩端電壓，變壓器T的原邊繞組電流iF上升。在變壓器副邊，輸出電容C。提供負載電流。
[0199]圖17為圖16所示的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置在第二工作狀態(tài)時的等效電路圖，圖中虛線部分表示相應的線路和器件不參與工作。在第二工作狀態(tài)，開關管Q1斷開，流經電感Lb的電流iB經第一二極管D1、母線電容Cbulk構成的回路續(xù)流，電感Lb的兩端電壓等于負的母線電容Cbulk兩端電壓；與此同時，流經變壓器T的原邊繞組Wp的電流iF轉移到變壓器副邊，經變壓器T的副邊繞組Ws、輸出二極管D4和輸出電容C。構成的回路續(xù)流，變壓器T的副邊繞組兩端電壓等于負的輸出電壓，變壓器T的副邊繞組電流下降。
[0200]第六實施例
[0201]參考圖18，圖18所示為第六實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置的結構框圖。第六實施例與第五實施例相比，主要區(qū)別在于第六實施例中變壓器與負載的耦合方式為非隔離形式。
[0202]具體而言，第六實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路包括整流橋BR，輸入電容Cin,第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、電感Lb、變壓器Lf、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、母線電容Cbulk、輸出二極管D4以及輸出電容C。。其中，整流橋BR，輸入電容Cin、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、第一二極管D1、第三二極管D3、電感Lb和母線電容Cbulk構成前級電路；母線電容Cbulk、第二二極管D2、開關管Q1、峰值限流電阻Rlim、采樣電阻Rs、變壓器Lf、輸出二極管D4以及輸出電容C。構成后級電路。母線電容Cbulk、開關管Q1及峰值限流電阻Rlim為兩級電路的復用元件。
[0203]第六實施例的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置包括集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及與其相連的恒流驅動控制電路401。圖19和圖20是圖18所示為第六實施例的兩種工作狀態(tài)，可參照第一實施例到第二實施例的演變過程及工作狀態(tài)描述，這里不再詳細描述。
[0204]上述多個實施例中，恒流控制驅動電路的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第一端，采樣電阻Rs的第二端接原邊地。作為本專業(yè)領域的技術人員應當知道，將恒流控制驅動電路的電流采樣端CS連接采樣電阻Rs的第二端，而采樣電阻Rs的第一端接原邊地，然后在恒流控制驅動電路中對采樣的電流信號進行反向，可獲得與上述各個實施例同樣的功能。
[0205]另外，需要說明的是，雖然以上六個實施例中都是通過恒流控制驅動電路都具有過零檢測端，用于獲得輸出二極管的導通時間信息。但是，本領域技術人員應當理解，當集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置工作在如定頻等工作模式時，恒流控制驅動電路也可以不需要具備過零檢測端。
[0206]此外，雖然上述六個實施例中的恒流控制驅動電路都具有峰值電流限流端，用于獲取峰值電流信息。但是，本領域技術人員應當理解，該峰值電流限流端以及相應的峰值限流電阻是可選的。
[0207]綜上，本實用新型的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路及裝置具有如下優(yōu) 占-
^ \\\.[0208](I)本實用新型實施例的高功率因數恒流電路為準單級結構，相比兩級式結構，電路結構更簡單，有利于降低電路成本；相比單級式結構，大大降低了輸出負載的紋波電流，無頻閃；
[0209](2)本實用新型實施例的高功率因數恒流電路中，前級電路為降壓型電路，相比其它拓撲可以獲得較聞效率；
[0210](3)本實用新型實施例的高功率因數恒流電路及裝置采用原邊恒流控制，可以僅通過采樣變壓器的原邊繞組電流信號即可實現對輸出負載電流的恒流控制，有利于進一步降低電路成本。
[0211]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應當以本實用新型權利要求所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，包括相互耦合的前級電路和后級電路，其中， 該前級電路為用于實現功率因數校正的降壓電路； 該后級電路為用于實現直流-直流變換的反激式變換電路； 其中，該前級電路和后級電路共用同一個開關管以及母線電容。
2.根據權利要求1所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號; 第二二極管，其陽極連接所述輸入電容的第二端； 第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合，其陰極連接所述第二二極管的陰極； 所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極； 電感，其第一端連接所述輸入電容的第二端，其第二端連接所述母線電容的第二端； 所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的第一端; 采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合； 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
3.根據權利要求2所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括: 輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述變壓器的副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號; 第二二極管，其陽極連接所述輸入電容的第二端； 第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合，其陰極連接所述第二二極管的陰極； 所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極； 電感，其第一端連接所述輸入電容的 第二端，其第二端連接所述母線電容的第二端；所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的第一端; 采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合； 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
5.根據權利要求4所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括: 輸出負載，其第一端連接所述變壓器的原邊繞組的異名端，其第二端連接所述輸出二極管的陰極，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
6.根據權利要求1所 述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號; 第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合； 第二二極管，其陰極連接所述第三二極管的陰極； 電感，包括耦合的第一繞組和第二繞組，該第一繞組的異名端連接所述輸入電容的第二端，該第二繞組的同名端連接所述第一繞組的同名端，該第二繞組的異名端連接所述第二二極管的陽極； 所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極，其第二端連接所述第一繞組和第二繞組的同名端； 所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的第一端; 采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合； 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
7.根據權利要求6所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括: 輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
8.根據權利要求1所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 所述開關管，其第一功率端連接所述輸入電容的第一端，其控制端接收外部的驅動信號; 第三二極管，其陽極與所述開關管的第二功率端耦合； 第二二極管，其陰極連接所述第三二極管的陰極； 電感，包括耦合的第一繞組和第二繞組，該第一繞組的異名端連接所述輸入電容的第二端，該第二繞組的同名端連接所述第一繞組的同名端，該第二繞組的異名端連接所述第二二極管的陽極； 所述母線電容，其第一端連接所述第三二極管的陰極和第二二極管的陰極，其第二端連接所述第一繞組和第二繞組的同名端； 所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第一二極管，其陰極連接所述開關管的第一功率端，其陽極連接所述母線電容的第一端; 采樣電阻，其第一端與所述開關管的第二功率端耦合； 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述采樣電阻的第二端，其原邊繞組的同名端連接所述母線電容的第二端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
9.根據權利要求8所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括: 輸出負載，其第一端連接所述原邊繞組的異名端，其第二端連接所述輸出二極管的陰極，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
10.根據權利要求2至9中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路和后級電路還包括峰值限流電阻，所述第三二極管的陽極以及所述采樣電阻的第一端經由所述峰值限流電阻與所述開關管的第二功率端相連，該峰值限流電阻的第一端連接所述開關管的第二功率端，該峰值限流電阻的第二端連接所述第三二極管的陽極。
11. 根據權利要求1所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 第一二極管，其陰極連接所述輸入電容的第一端； 第三二極管，其陽極連接所述第一二極管的陽極； 電感，其第一端連接所述輸入電容的第一端； 所述母線電容，其第一端連接所述電感的第二端，其第二端連接所述第一二極管和第三二極管的陽極； 所述開關管，其第一功率端連接所述第三二極管的陰極，其第二功率端與所述輸入電容的第二端耦合，其控制端接收外部的驅動信號； 所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第二二極管，其陰極連接所述母線電容的第二端； 采樣電阻，其第一端與所述第二二極管的陽極，其第二端與所述開關管的第二功率端率禹合; 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述母線電容的第一端，其原邊繞組的同名端連接所述開關管的第一功率端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的副邊繞組的同名端，其陰極以及該副邊繞組的異名端作為負載接入端口。
12.根據權利要求11所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括: 輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
13.根據權利要求1所 述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路包括: 輸入電容，其第一端連接正輸入端，其第二端連接負輸入端； 第一二極管，其陰極連接所述輸入電容的第一端； 第三二極管，其陽極連接所述第一二極管的陽極； 電感，其第一端連接所述輸入電容的第一端； 所述母線電容，其第一端連接所述電感的第二端，其第二端連接所述第一二極管和第三二極管的陽極； 所述開關管，其第一功率端連接所述第三二極管的陰極，其第二功率端與所述輸入電容的第二端耦合，其控制端接收外部的驅動信號； 所述后級電路包括: 所述母線電容； 所述開關管； 第二二極管，其陰極連接所述母線電容的第二端； 采樣電阻，其第一端與所述第二二極管的陽極，其第二端與所述開關管的第二功率端率禹合; 變壓器，其原邊繞組的異名端連接所述母線電容的第一端，其原邊繞組的同名端連接所述開關管的第一功率端； 輸出二極管，其陽極連接所述變壓器的原邊繞組的同名端，其陰極以及該原邊繞組的異名端作為負載接入端口。
14.根據權利要求13所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述后級電路還包括:輸出負載，其第一端連接所述輸出二極管的陰極，其第二端連接所述變壓器的副邊繞組的異名端，所述輸出負載為輸出電容、負載或者輸出電容與負載的并聯中的任意一種。
15.根據權利要求11至14中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述前級電路和后級電路還包括峰值限流電阻，所述采樣電阻的第二端以及所述輸入電容的第二端經由該峰值限流電阻與所述開關管的第二功率端連接，該峰值限流電阻的第一端連接所述輸入電容的第二端以及所述采樣電阻的第二端，該峰值限流電阻的第二端連接所述開關管的第二功率端。
16.根據權利要求2至9、11至14中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，還包括: 整流橋，對輸入的交流電源信號整流，其正輸出端連接所述正輸入端，其負輸出端連接所述負輸入端。
17.根據權利要求1至9、11至14中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述開關管為功率MOSFET晶體管，所述第一功率端為所述MOSFET晶體管的漏極，所述第二功率端為所述MOSFET晶體管的源極，所述控制端為所述MOSFET晶體管的柵極。
18.根據權利要求1至9、11至14中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于，所述開關管為功率三極管，所述第一功率端為所述功率三極管的集電極，所述第二功率端為所述功率三極管的發(fā)射極，所述控制端為所述功率三極管的基極。
19.根據權利要求1至9、11至14中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路，其特征在于， 所述開關管為組合開關。
20.一種集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，其特征在于，包括: 權利要求2至19中任一項所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流電路； 恒流控制驅動電路，其電流采樣端采樣獲得所述采樣電阻的電流信息，其所述恒流控制驅動電路根據所述采樣電阻的電流信息產生驅動信號，所述驅動信號傳輸至所述開關管的控制端。
21.根據權利要求20所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，其特征在于，所述恒流控制驅動電路的電流采樣端連接所述采樣電阻的第一端，所述采樣電阻的第二端接原邊地；或者，所述恒流控制驅動電路的電流采樣端連接所述采樣電阻的第二端，所述采樣電阻的第一端接原邊地。
22.根據權利要求20所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，其特征在于，所述恒流控制驅動電路還具有過零檢測端，該過零檢測端獲得所述輸出二極管的導通時間信息，所述恒流控制驅動電路根據所述電流信息和導通時間信息產生該驅動信號。
23.根據權利要求22所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，其特征在于，所述變壓器還包括輔助繞組，所述變壓器的輔助繞組的異名端接原邊地，所述變壓器的輔助繞組的同名端連接所述恒流控制驅動電路的過零檢測端。
24.根據權利要求20所述的集成降壓-反激式高功率因數恒流裝置，其特征在于，所述集成降壓-反激式高功率因數恒流電路為權利要求10或15所述的電路，所述恒流控制驅動電路還具有峰值電流限流端，該峰值電流限流端與所述峰值限流電阻的第一端相連以獲得峰值電流信息，所述恒流控制驅動電路根據所述電流信息和峰值電流信息產生所述驅動信號。
【文檔編號】H02M3/07GK203617902SQ201320804625
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】謝小高, 葉美盼, 汪丞輝, 蔡擁軍 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司