[发明专利]功率因数校正恒流控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源系统，尤其是涉及一种开关电源系统中的功率因数校正恒流控制器及控制方法。

背景技术

目前，在交直流变换(AC-DC)系统中，反激式(flyback)功率转换系统是应用最为广泛的一种开关电源拓扑结构。该系统通过PWM控制技术使高压交流输入转换成直流输出，并通过变压器实现输入和输出的电隔离。图1是一个传统的反激式(flyback)AC-DC开关电源功率转换系统100，它由输入整流器(input rectifier)110，功率转换器120，反馈网络130和脉冲宽度调制(PWM)控制器140构成。如图1所示，输入交流电压Vac首先经过输入全桥整流和滤波电容C1变换成近似直流的电压Vin，为功率转换器120提供电源。功率开关M1的漏极连接Vin，栅极在PWM控制器140的控制下以一定的频率和占空比在导通和关断之间切换。当M1导通时，能量被存储在变压器TX的初级侧；当M1关断时，存储在初级侧的能量被转移到变压器次级侧的输出负载150上，从而实现了功率的转换。公式(1)表示由变压器初级侧转移到输出负载上的功率即输出功率：

Po=12·LP·Ip2·f·η---(1)]]>

其中，L_P是变压器初级侧的感量；I_P是变压器初级侧线圈导通时的电流峰值，它和功率开关M1的导通时间成正比，f是功率开关的工作频率，η代表功率转换器的转换效率。对于一个给定的功率转换器，L_P和η都是常数，所以输出功率是I_P和f的函数。为了在不同的输出负载条件下获得恒定的电压或电流输出，首先需要通过反馈网络对输出负载信息进行采样，并由此生成反馈信号FB。在反馈控制信号FB的作用下，PWM控制器对功率开关驱动信号GD的脉宽(决定变压器初级侧线圈导通时的电流峰值)和频率进行调制，从而控制由功率转换器传递到次级侧的能量。由此构成的开关电源系统，通过反馈形成一个闭合的回路，可以获得预先设定的恒定电压或电流输出。

图2示出了一个传统的用于LED恒流驱动的AC-DC转换器系统。该系统200由输入整流器210，功率转换器220，反馈网络230和PWM控制器240构成。在该系统200中，电阻Rsc作为输出级LED电流的采样电阻，把LED电流转换成与之成正比的电压Vsc；三极管T1的基极和发射极跨接在Rsc两端，侦测Vsc。当LED电流在电阻Rsc上产生的电压小于T1的阈值电压V_T时，三极管T1的漏极电流极小，所以流过光耦PT的电流也很小，这个电流通过光耦PT耦合到PWM控制器240的FB引脚，并通过内部调制电路提升功率开关M1控制信号的频率和脉宽，从而加大LED的电流；反之，当LED电流过大，在电阻Rsc上产生的电压Vsc＞V_T时，T1将从光耦PT抽取电流，使流过光耦PT的电流增加，进而通过PWM控制器240调低M1控制信号GD的频率和占空比，从而降低LED电流。当系统稳定后，Vsc将被限定在一个恒定值。如果三极管的增益足够大，这个值近似等于T1的阈值电压Vt。从而获得恒定的输出电流Vt/Rsc。