[发明专利]高功率因数低总谐波失真的LED恒流驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及恒流驱动电路领域，尤其涉及一种高功率因数低总谐波失真的LED恒流驱动电路。

背景技术

功率因数(PF)及总谐波失真(THD)是开关电源领域重要的性能指标。其实现原理是让系统输入电流Iin的平均值Iav与AC电源电压成固定正比关系。

现有的技术方案大多采用固定开关导通时间使得开关峰值电流Ipk跟随输入电压Vin的方式实现高PF、低THD。

由公式：

其中，L为电感值，Ton为开关固定导通时间；D为开关的占空比；可知，Iav与Vin的比例与D直接相关。当Vin变化时，Ton保持不变，D变化，导致Iav与Vin的比例变化。

实际情况下，当AC电源电压进入谷底时，由于输入电容不能完全放电，输入电容上的电压Vin无法完全跟随AC电源电压，因此Ton确定的Iav与AC电源电压的比例变化；当AC电源电压上升时，输入电容的充电电流也使Iav与AC电源电压比例变化。现有方案的以上缺点限制了PF的提高与THD的降低。

LED驱动电源属于非线性的开关电源电路，若不做相应处理，当在电网中大量使用时，较低的PF值会干扰电网电压并增大系统损耗；同时较高的THD导致谐波电流严重污染供电系统和其他用电用户，甚至会损坏用电设备。

功率因数PF与总谐波失真THD的关系为：

其中Φ为电流基波与电压信号的相位差。要实现高的PF与低的THD，需要将系统输入电流Iin的平均值Iav与AC电源电压成固定比例。

目前已知的实现高PF及低THD的方案有两种。

请参阅图1，一种采用固定导通时间提高功率因数的电路，采样反馈电路11采样电阻Rcs上的电压信号CS，经处理得到反映LED灯串输出电流的Io_fb信号，并将Io_fb作为反馈信号输入跨导模块GM。跨导模块GM将Io_fb与内部参考电压Vref的差分信号转换为线性电流输出到补偿电容Ccomp。导通时间产生电路12根据输入信号Vcomp调整输出导通时间信号Ton实现恒流控制。导通时间信号Ton经开关信号产生逻辑电路13输出开关控制信号switch并由驱动电路14驱动外部功率MOS管M0。由于Vcomp的相对稳定，Ton在AC电源周期内基本固定，因此功率管M0的峰值电流Ipk与Vin成固定比例。一定程度上实现了提高PF、降低THD的目的。

但由于Ton只能确保开关峰值电流：

其与Vin成正比关系，而实际的输入电流平均值Iav＝Ipk·D，因此Iav与Vin比例与占空比D直接相关，PF提升与THD降低程度有限，其工作波形请参阅图2。

请参阅图3，一种采用占空比信号调制导通时间提高功率因数的电路，其在上一方案的基础上，增加开关占空比信号D作为导通时间产生电路12的输入，使得输出的Ton与D的乘积固定，确保输入平均电流Iav与Vin的比例固定，从而大幅提高PF、降低THD。

该方案虽然将占空比信号D反馈至导通时间产生电路12，使得公式：

其中Ton·D为常数，确保输入电流平均值Iav与Vin成严格的正比关系。但是在实际应用中，当AC电源电压进入谷底时，由于输入电容Cin的存在，Vin并不能完全跟随AC电源电压进入谷底，导致Iav与AC电源电压失真。而当AC电源电压上升时，给输入电容Cin充电的电流也会导致Iav与AC电源电压失真。从而限制PF的提升与THD的降低。其工作波形请参见图4。

可见现有的方案都无法最大程度提升PF及降低THD。两种方式都忽略了AC电源电压进入谷底时输入电容未完全放电和AC电源电压上升期间对输入电容充电的影响，从而限制了PF的提高和THD的降低。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种高功率因数低总谐波失真的LED恒流驱动电路，具有在保证输入电流的平均值Iav与输入电压Vin成固定正比关系的同时，尽量减小甚至消除在AC电源电压进入谷底和上升期间，输入电容Cin带来的失真影响，动态调整使得输入电压Vin能够跟随AC电源电压适当的进入谷底但不至于长时间处于深度谷底，大幅提高PF、降低THD的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种高功率因数低总谐波失真的LED恒流驱动电路，包括：