專利名稱：一種高功率因數(shù)開關(guān)電源及其控制器和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種高功率因數(shù)開關(guān)電源及其控制器和控制方法。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出的一種電源，一般通過原邊控制器調(diào)制控制主功率開關(guān)管，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載端的較為穩(wěn)定輸出。開關(guān)電源由于具有開關(guān)速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，使得開關(guān)電源容易安裝在設(shè)計(jì)緊湊的LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)照明器件中，成為L(zhǎng)ED照明器件中較優(yōu)使用的驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源。 參考圖1，圖I為現(xiàn)有的一種常見的開關(guān)電源的電路圖。輸入交流電壓Vac通過整流橋20后連接輸入電容Cin第一極板為其充電，產(chǎn)生一個(gè)輸入直流電壓Vin，通過啟動(dòng)電阻Rst為控制器10的啟動(dòng)端VCC連接的啟動(dòng)電容C3充電，當(dāng)啟動(dòng)電容C3兩端的電壓達(dá)到控制器10的開啟電壓VCC_0N時(shí)，控制器10啟動(dòng)，開始正常工作。啟動(dòng)后輔助繞組Na通過二極管D3為控制器10提供能量，控制器10通過分壓電阻Rl和R2感應(yīng)副邊繞組整流器件(二極管D2)的工作狀態(tài)，控制主功率管Ql的導(dǎo)通時(shí)刻，并根據(jù)原邊電流感應(yīng)電阻Rcs上的電壓值決定主功率管Ql的截止時(shí)刻，使流過副邊繞組Ns端發(fā)光二極管(LED)的平均電流Io保持恒定。其中，原邊繞組Np、副邊繞組Ns以及輔助繞組Na組成變壓器Tl，所述輸入電容Cin第二極板接地。對(duì)于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管的開關(guān)電源，其功率因數(shù)是衡量其特性的一個(gè)重要參數(shù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)，如果功率因數(shù)低，則電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無用功功率大，電能的利用率低，從而增加線路供電損失。而通過減小輸入電容Cin的方法雖然可以提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，但是減小輸入電容Cin會(huì)造成原邊整流電壓過低而造成副邊繞組Ns端輸出信號(hào)的低頻紋波分量較高，從而使得LED出現(xiàn)頻閃甚至是燒壞。因此，在通過開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，如何在降低低頻紋波的前提下，提高所述開關(guān)電源的功率因數(shù)是驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管的開關(guān)電源開發(fā)研制過程中一個(gè)亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高功率因數(shù)開關(guān)電源及其控制器和控制方法，以實(shí)現(xiàn)在降低輸出信號(hào)中低頻紋波分量的前提下，提高所述開關(guān)電源功率因數(shù)的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案—種高功率因數(shù)開關(guān)電源，所述開關(guān)電源包括整流器件；變壓器，所述變壓器包括原邊繞組、副邊繞組以及輔助邊繞阻；輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端和所述原邊繞組的輸入端連接；第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及輸入交流電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組放電；在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電；其中，所述控制電路通過所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管與所述原邊繞組的輸出端連接，用于控制副邊繞組端輸出信號(hào)的穩(wěn)定。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述第一功率開關(guān)包括 二極管，所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板；MOS晶體管，所述MOS晶體管的源極連接原邊地，其漏極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓小于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述MOS晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)柵極與源極電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述第一功率開關(guān)包括二極管，所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板；PNP晶體管，所述PNP晶體管的發(fā)射極連接原邊地，其集電極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述PNP晶體管的集電極與基極之間的電壓小于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述PNP晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)集電極與基極之間的電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述開關(guān)電源通過電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集所述輸入交流電的相位值和/或幅度值；其中，所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括第一檢測(cè)電阻、第二檢測(cè)電阻和第三檢測(cè)電阻；所述第一檢測(cè)電阻的輸入端和第二檢測(cè)電阻的輸入端分別連接輸入交流電的兩極；所述第一檢測(cè)電阻的輸出端和第二檢測(cè)電阻的輸出端的公共結(jié)點(diǎn)與所述控制電路連接，且所述公共結(jié)點(diǎn)通過第三檢測(cè)電阻與原邊地連接。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管為雙極性高壓晶體管或高壓金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其與所述控制電路進(jìn)行分離封裝。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管為雙極性高壓晶體管或高壓金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其與所述控制電路進(jìn)行同一封裝。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述控制電路包括第一功率開關(guān)控制模塊，所述第一功率開關(guān)控制模塊用于控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止；主功率開關(guān)控制模塊，所述主功率開關(guān)控制模塊用于控制所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述第一功率開關(guān)控制模塊包括相位/幅度檢測(cè)單元，所述相位/幅度檢測(cè)單元根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值產(chǎn)生第一控制信號(hào)；負(fù)壓檢測(cè)單元，負(fù)壓檢測(cè)單元根據(jù)輸入電容第二極板的電壓產(chǎn)生第二控制信號(hào)；第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元，所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元根據(jù)所述第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通或截止。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源中，所述主功率開關(guān)控制模塊包括參考電壓產(chǎn)生單元，所述參考電壓產(chǎn)生單元根據(jù)輸入交流電壓產(chǎn)生一個(gè)參考電壓；主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)原邊繞組表征電壓以及所述參考電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元，所述副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元用于獲取開關(guān)所述開關(guān)電源的副邊整流二極管的電壓；主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)所述副邊整流二極管的電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)； 主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；根據(jù)所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。—種高功率因數(shù)開關(guān)電源控制器，所述開關(guān)電源包括整流器件、變壓器、主功率開關(guān)以及輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端連接，其特征在于，所述控制器包括第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及輸入交流電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述變壓器的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源控制器中，所述第一功率開關(guān)與控制電路集成在不同芯片上，進(jìn)行分離封裝。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源控制器中，所述第一功率開關(guān)與控制電路集成在同一芯片上，進(jìn)行同一封裝。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源控制器中，所述控制電路包括第一功率開關(guān)控制模塊，所述第一功率開關(guān)控制模塊用于控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止；主功率開關(guān)控制模塊，所述主功率開關(guān)控制模塊用于控制所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源控制器中，所述第一功率開關(guān)控制模塊包括相位/幅度檢測(cè)單元，所述相位/幅度檢測(cè)單元根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值產(chǎn)生第一控制信號(hào)；負(fù)壓檢測(cè)單元，負(fù)壓檢測(cè)單元根據(jù)輸入電容第二極板的電壓產(chǎn)生第二控制信號(hào)；第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元，所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元根據(jù)所述第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通或截止。優(yōu)選的，上述開關(guān)電源控制器中，所述主功率開關(guān)控制模塊包括參考電壓產(chǎn)生單元，所述參考電壓產(chǎn)生單元根據(jù)輸入交流電壓產(chǎn)生一個(gè)參考電壓； 主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)原邊繞組表征電壓以及所述參考電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)截 止時(shí)刻控制信號(hào)副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元，所述副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元用于獲取開關(guān)所述開關(guān)電源的副邊整流二極管的電壓；主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)所述副邊整流二極管的電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)；主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；根據(jù)所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的控制方法，其特征在于，包括獲取輸入交流電的相位值和/或幅度值；根據(jù)所述輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述開關(guān)電源的輸入電容，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，對(duì)所述開關(guān)電源的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。優(yōu)選的，上述方法中，所述交流電的相位值和/或幅度值為輸入交流電壓的相位值和/或幅度值。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的高功率因數(shù)開關(guān)電源包括整流器件；變壓器，所述變壓器包括原邊繞組、副邊繞組以及輔助邊繞阻；輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端和所述原邊繞組的輸入端連接；第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及交流輸入電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組放電；在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電；其中，所述控制電路通過所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管與所述原邊繞組的輸出端連接，用于控制副邊繞組端輸出信號(hào)的穩(wěn)定。通過上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述開關(guān)電源通過控制所述第一功率開關(guān)控制所述輸入電容工作狀態(tài)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于放電狀態(tài)，對(duì)所述原邊繞組進(jìn)行放電，使原邊整流電壓在輸入交流電的過零點(diǎn)及其周邊位置的時(shí)間段內(nèi)能夠保持足夠的高度為所述副邊繞組端的負(fù)載提供足夠的能量，保證負(fù)載端的輸出電壓或電流不會(huì)因?yàn)樗鲈呎麟妷禾投霈F(xiàn)低頻紋波；同時(shí)，在所述輸入交流電極點(diǎn)(輸入交流電波峰或波谷)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)(不對(duì)所述原邊繞組放電)，補(bǔ)充其在輸入交流電的過零點(diǎn)及其周邊位置的時(shí)間段內(nèi)釋放的能量。由于此時(shí)充電電流的相位處于輸入交流電的波峰或波谷附近，有利于減小總的輸入電流(包括輸入電容充電電流以及原邊繞組的輸入電流)與輸入電壓的相位差，從而提高開關(guān)電源的功率因數(shù)。因此，所述開關(guān)電源在抑制低頻紋波的前提下，具有較高的功率因數(shù)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中常見的一種開關(guān)電源的電路圖；圖2為圖I所示開關(guān)電源的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的電路圖；圖4為圖3中所示開關(guān)電源關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的開關(guān)電源的控制電路的原理圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的電路圖；圖7為本發(fā)明所述開關(guān)電源控制器的第一功率開關(guān)控制模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式的電路圖；圖8為采用本發(fā)明實(shí)施例所述開關(guān)電源控制器的開關(guān)電源的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖。
具體實(shí)施例方式正如背景技術(shù)部分所述，在通過開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，如何在抑制低頻紋波的前提下，提高所述開關(guān)電源的功率因數(shù)是驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管的開關(guān)電源開發(fā)研制過程中一個(gè)亟待解決的問題。參考圖2，圖2為圖I所示開關(guān)電源的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖。現(xiàn)有技術(shù)中，為消除輸出電流Io的低頻紋波，特別的是為消除IOOHz與120Hz的低頻紋波，采用較小的輸入電容Cin，其容值一般為4. 7 ii F左右。由于整流器件20為非線性的整流二極管，微 法級(jí)的輸入電容Cin會(huì)使整流器件20的導(dǎo)通角遠(yuǎn)小于180°，從而產(chǎn)生大量的諧波電流成分。而諧波電流成分不做功，只有基波電流成分做功，所以會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)減小。另外，由于輸入電容Cin的充電過程一般在輸入交流電壓Vac相位到達(dá)90°時(shí)完成,輸入交流電壓Vac和輸入交流電流Iac會(huì)產(chǎn)生相移，也會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)減小。由輸入電容Cin的充放電電流Icin波形可知，在輸入交流電壓Vac —個(gè)周期的大部分時(shí)間內(nèi)，輸入電容Cin給原邊繞組供電，只有當(dāng)輸入交流電壓Vac高過輸入電容Cin上的電壓時(shí)，圖I中整流橋20導(dǎo)通，輸入交流電給電容Cin充電。輸入交流電壓Vac的有效值越高，整流橋20的導(dǎo)通時(shí)間就越短，輸入交流電電流Iac的高次諧波分量也就越多，功率因數(shù)越低。測(cè)量結(jié)果表明，圖I所示開關(guān)電源在輸入交流電電壓的有效值為為265V時(shí)，其功率因數(shù)只有0.4左右。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，僅僅通過減小輸入電容來提高驅(qū)動(dòng)二極管的開關(guān)電源的功率因數(shù)是不可行的，原因在于減小輸入電容后，雖然減弱了輸入電容Cin對(duì)整流器件20整流后的信號(hào)(主要為直流信號(hào)，還包括小部分的交流信號(hào)，如低頻紋波、高次諧波)的濾波作用，減少了通過輸入電容而流向原邊地的交流信號(hào)的損失，提高了開關(guān)電源的功率因數(shù)，但是由于減小了對(duì)交流信號(hào)的濾波作用，將會(huì)導(dǎo)致較多的低頻紋波直接流向原邊繞組，從而使得副邊繞組的輸出信號(hào)的低頻紋波增多，從而會(huì)造成副邊繞組端的二極管出現(xiàn)閃頻甚至燒壞等問題。而通過增大輸入電容雖然可以減少低頻紋波，但是這樣會(huì)大大縮小整流器件的導(dǎo)通角(尤其是在線電壓較高的情況下)，會(huì)造成輸入電流高次諧波增多，導(dǎo)致較多的交流信號(hào)通過輸入電容流向原邊地，從而降低開關(guān)電源的功率因數(shù)。對(duì)于驅(qū)動(dòng)二極管的開關(guān)電源，其功率因數(shù)PF為
P V； xl, XCOS0 /,
PI =_ =」-!-— = ~— X cos <p= yx COS (p
sG X/面Irms上式中，I1表示輸入交流電的基波電流有效值；1_表示輸入交流電總電流的有效 值；Y =I1Aniis，為輸入交流電流的波形失真系數(shù)；cos(p表示輸入交流電的基波電壓和基波電流的相移因數(shù)。因此，增大功率因數(shù)有兩種途徑，途徑一抑制高次諧波，使得輸入交流電流正弦化，輸入交流電流接近于I1，此時(shí)諧波為零，Y=I1A■接近于I。途徑二 使輸入交流電壓和輸入交流電流接近同相位，即使基波電壓和基波電流的相移因數(shù)COS9接近于I。通過上述論述可知，可通過控制輸入電容的工作狀態(tài)，一方面，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于放電狀態(tài)，對(duì)所述原邊繞組進(jìn)行放電，從而可以抑制高次諧波，使得輸入交流電流正弦化，輸入交流電流接近于I1，此時(shí)諧波為零，Y=I1Aniis接近于I ;另一方面，在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)，從而可以使輸入交流電壓和輸入交流電流接近同相位，即使基波電壓和基波電流的相移因數(shù)COS9接近于I?；谏鲜鲅芯?，本發(fā)明提供了一種高功率因數(shù)開關(guān)電源，包括整流器件；變壓器，所述變壓器包括原邊繞組、副邊繞組以及輔助邊繞阻；輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端和所述原邊繞組的輸入端連接；第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及交流輸入電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組放電；在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電；其中，所述控制電路通過所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管與所述原邊繞組的輸出端連接，用于控制副邊繞組端輸出信號(hào)的穩(wěn)定。本發(fā)明所述開關(guān)電源通過控制所述第一功率開關(guān)控制所述輸入電容工作狀態(tài)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于放電狀態(tài)，對(duì)所述原邊繞組進(jìn)行放電，使原邊整流電壓在輸入交流電的過零點(diǎn)及其周邊位置的時(shí)間段內(nèi)能夠保持足夠的高度為所述副邊繞組端的負(fù)載提供足夠的能量，以抑制高次諧波，且保證負(fù)載端的輸出電壓或電流不會(huì)因?yàn)樗鲈呎麟妷禾投霈F(xiàn)低頻紋波；同時(shí)，在所述輸入交流電極點(diǎn)(輸入交流電波峰或波谷)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)(不對(duì)所述原邊繞組放電)，補(bǔ)充其在輸入交流電的過零點(diǎn)及其周邊位置的時(shí)間段內(nèi)釋放的能量。由于此時(shí)充電電流的相位處于輸入交流電的波峰或波谷附近，有利于減小總的輸入電流(包括輸入電容充電電流以及原邊繞組的輸入電流)與輸入電壓的相位差，從而提高開關(guān)電源的功率因數(shù)。因此，所述開關(guān)電源在抑制低頻紋波的前提下，具有較高的功率因數(shù)。以上是本申請(qǐng)的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示裝置件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一基于上述思想，本實(shí)施例提供了一種高功率因數(shù)開關(guān)電源，參考圖3，包括整流器件20、變壓器Tl、輸入電容Cin、第一功率開關(guān)80以及控制電路81。具體的，所述整流器件20用于將周期性變化的輸入交流電壓Vac轉(zhuǎn)換為輸入直流電壓Vin，所述整流器件20的輸入端分別連接輸入交流電壓Vac的兩極，其輸出端與所述輸入電容Cin的第一極板連接；同時(shí)，所述整流器件20的輸出端與所述原邊繞組的輸入端連接。所述控制電路81與所述第一功率開關(guān)80相耦合后與所述輸入電容Cin的第二極板連接。所述控制電路81的輸出控制端通過主功率開關(guān)管Ql與所述原邊繞組Na的輸出端連接，所述控制電路81通過控制所述主功率開關(guān)Ql以及所述第一功率開關(guān)80的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)而控制負(fù)載LED的電流或電壓的穩(wěn)定。其中，所述控制電路81以及第一功率開關(guān)80構(gòu)成開關(guān)電源控制器70，所述開關(guān)電源控制器70可由控制電路81、第一功率開關(guān)80同一封裝構(gòu)成也可以由分離封裝的控制電路81、第一功率開關(guān)80構(gòu)成。所述開關(guān)電源在啟動(dòng)時(shí),通過啟動(dòng)電阻Rst對(duì)啟動(dòng)電容C3充電，當(dāng)所述啟動(dòng)電容C3的電壓達(dá)到控制電路81的開啟電壓后，所述控制電路81開始工作。啟動(dòng)完成后，輔助繞組Na通過二極管D3為控制電路提供能量。所述控制電路81通過分壓電阻Rl和分壓電阻R2感應(yīng)副邊整流二極管D2的工作狀態(tài)，從而控制所述主功率開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)刻；并通過原邊電流感應(yīng)電阻Rcs上的電壓值，從而控制功率開關(guān)管Ql的截止時(shí)刻。同時(shí)，所述控制電路81通過電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集所述輸入交流電的相位值和/或幅度值，并根據(jù)所述輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通或是截止。具體的，所述控制電路81根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組Np放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。
其中，所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括第一檢測(cè)電阻30、第二檢測(cè)電阻31和第三檢測(cè)電阻32。所述第一檢測(cè)電阻30的輸入端和第二檢測(cè)電阻31的輸入端分別連接輸入交流電的兩極；所述第一檢測(cè)電阻30的輸出端和第二檢測(cè)電阻31的輸出端的公共結(jié)點(diǎn)與所述控制電路81連接，且所述公共結(jié)點(diǎn)通過第三檢測(cè)電阻32與原邊地連接。所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)用于采集輸入交流電的相位值和/或幅度值，并將所述相位值和/或幅度值提供給所述控制電路81。參考圖4，圖4為圖3中所示開關(guān)電源關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖。在交流電壓的相位角由n* ii + 0 I到n* ii + 0 2的時(shí)間內(nèi)，第一功率開關(guān)80截止，輸入電容Cin處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組Np放電，整流后的直流輸入電壓Vin直接給原邊繞組Np供電。當(dāng)直流輸入電壓Vin高過所述輸入電容Cin第一極板與第二極板的電壓Vcin時(shí)，直流輸入電壓Vin直接給輸入電容Cin充電，充電電流的峰值取決于所述輸入電容Cin的大小、直流輸入電壓Vin的變化率和輸入電容Cin充電環(huán)路的等效串聯(lián)電阻。當(dāng)輸入電容Cin兩極板之間的電壓Vcin達(dá)到Vin的最大值后，輸入電容Cin充電結(jié)束，輸入電容Cin兩極板之間的電壓Vcin保持不變，直到第一功率開關(guān)80導(dǎo)通。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)80導(dǎo)通后，由于輸入電容Cin兩極板之間的電壓Vcin大于當(dāng)前時(shí)刻的直流輸入電壓Vin，輸入電容Cin直接為原邊繞組Np供電，進(jìn)而其兩極板之間電壓Vcin逐漸減小。在輸入交流電壓Vac的相位由n* n變化到n* n + 0 I以及由n* + 0 2變化到(n+l)*Ji的時(shí)間內(nèi)，輸入電容Cin為原邊繞組Np供電，交流輸入電流Iac為O。在n*ji + 0 I到n* Ji +0 2的時(shí)間內(nèi)，直流輸入電壓Vin直接為原邊繞組Np供電，并且當(dāng)直流輸入電壓Vin高過高過輸入電容Cin兩極板的電壓Vcin時(shí)，直流輸入電壓Vin給輸入電容Cin充電，交流輸入電流Iac的峰值電流為直流輸入電壓Vin給輸入電容Cin充電的峰值。其中，0 1、0 2為n* 附近左右對(duì)稱的兩個(gè)點(diǎn)，即0 1、0 2為輸入交流電壓Vac某一零點(diǎn)附近左右對(duì)稱的兩個(gè)角度，e 1+ 0 2=0。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在，輸入電容Cin在11= -1到范圍內(nèi)處于放電狀
態(tài)(即在輸入交流電壓Vac零點(diǎn)及其周邊位置處于放電狀態(tài))，能夠使原邊繞組Np在輸入交流電的整個(gè)周期內(nèi)能獲得足夠的能量，降低輸出電壓或電流中低頻紋波成分，保證輸出恒
定的電壓或電流；在其他時(shí)間段內(nèi)，特別的在(n+G_5) *7i-||ij(n+0.5)范圍內(nèi)處于
充電狀態(tài)(在輸入交流電壓Vac極點(diǎn)及其周邊位置處于充電狀態(tài))，能使所述整流器件20具有較大的導(dǎo)通角，從而提高開關(guān)電源的功率因數(shù)。所述第一功率開關(guān)80由一個(gè)二極管及MOS晶體管構(gòu)成。所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板；M0S晶體管，所述MOS晶體管的源極連接原邊地，其漏極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述MOS晶體管的柵極SW與源極之間的電壓小于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述MOS晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)柵極SW與源極電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。所述第一功率開關(guān)80還可以由一個(gè)二極管及PNP晶體管構(gòu)成。所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板；所述PNP晶體管的發(fā)射極連接原邊地，其集電極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述PNP晶體管的集電極與基極之間的電壓小、于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述PNP晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)集電極與基極之間的電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。優(yōu)選的，所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管Ql為雙極性高壓晶體管或高壓金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其與所述控制電路81進(jìn)行分離封裝或進(jìn)行同一封裝。所述開關(guān)電源還包括優(yōu)化電容Cem，所述優(yōu)化電容Cem上極板與整流器件20的輸出端連接，其下極板與原邊地連接，所述優(yōu)化電容Cem用于優(yōu)化系統(tǒng)的電磁兼容性，其容值為納法級(jí)。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)施例所述開關(guān)電源通過控制第一功率開關(guān)80導(dǎo)通與截止，在滿足高功率因數(shù)(大于0.7)的同時(shí)降低了輸出電流或電壓的低頻紋波，特別的，能夠避免輸出電 流或電壓中100Hz、120Hz低頻紋波成分。參考圖5，圖5本發(fā)明實(shí)施例所述開關(guān)電源的控制電路的原理圖，所述控制電路81包括第一功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)單元501、負(fù)壓檢測(cè)單元502、相位/幅度檢測(cè)單元503、第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元504、參考電壓產(chǎn)生單元505、主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元506、副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元507、主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元508以及主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元509。其中，第一功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)單元501、負(fù)壓檢測(cè)單元502、相位/幅度檢測(cè)單元503以及第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元504構(gòu)成第一功率開關(guān)控制模塊；參考電壓產(chǎn)生單元505、主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元506、副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元507、主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元508以及主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元509構(gòu)成主功率開關(guān)控制模塊。所述第一功率開關(guān)控制模塊用于控制第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通與截止，所述主功率開關(guān)控制模塊用于控制主功率開關(guān)Ql的導(dǎo)通與截止。參考圖3和圖5，當(dāng)啟動(dòng)電容C3的電壓達(dá)到控制器70的啟動(dòng)電壓后，控制器70的VCC端導(dǎo)通，控制器啟動(dòng)，開始工作。啟動(dòng)完成后，相位/幅度檢測(cè)單元503獲取所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集的輸入交流電的相位值和/或幅度值，對(duì)其處理后產(chǎn)生第一控制信號(hào)；負(fù)壓檢測(cè)單元502獲取輸入電容Cin第二極板的電壓(包括所述第二極板電壓的相位值和/或幅度值)，對(duì)其處理后產(chǎn)生第二控制信號(hào)。第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元504根據(jù)所述第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)單元501根據(jù)所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通或截止。需要說明的是，所述第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)均是根據(jù)輸入交流電生成，兩者作用相同，即均是為第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元504提供輸入交流電的相位值和/或幅度值信息。相位/幅度檢測(cè)單元503直接將采集的輸入交流電的相位值和/或幅度值進(jìn)行處理，生成第一控制信號(hào)；負(fù)壓檢測(cè)單元502是對(duì)輸入電容Cin第二極板電壓信息進(jìn)行處理，而所述輸入電容Cin第二極板電壓是輸入交流電壓經(jīng)過整流器件20與輸入電容Cin處理后的電壓，也表征了輸入交流電的相位值和/或幅度值。所以，根本上驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)80的控制信號(hào)最終是根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值生產(chǎn)。通過控制所述第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通或截止，從而控制輸入電容Cin的充放電。在交流輸入電的零點(diǎn)及其周邊位置，使輸入電容Cin對(duì)所述原邊繞組放電，從而使原邊繞組Np在輸入交流電的整個(gè)周期內(nèi)能獲得足夠的能量，降低輸出電壓或電流中低頻紋波成分，保證輸出恒定的電壓或電流；同時(shí)，在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，使輸入電容Cin處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組Np放電，使所述整流器件20具有較大的導(dǎo)通角，從而提聞開關(guān)電源的功率因數(shù)。在控制第一功率開關(guān)80導(dǎo)通或截止的同時(shí)，控制器70還控制主功率開關(guān)Ql的導(dǎo)導(dǎo)通與截止，從而保證輸出的穩(wěn)定。具體的，參考電壓產(chǎn)生單元505根據(jù)輸入交流電壓Vac產(chǎn)生一個(gè)參考電壓，主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元506根據(jù)CS端獲取的原邊電流感應(yīng)電阻Rcs上的原邊繞組Np表征電壓以及所述參考電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)，主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元509根據(jù)所述截止時(shí)刻控制信號(hào)控制主功率開關(guān)Ql處于截止?fàn)顟B(tài)；副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元507通過分壓電阻R1、分壓電阻R2感應(yīng)副邊整流二極管D2的工作狀態(tài)，即副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元507用于獲取副邊整流二極管D2的電壓，主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元508根據(jù)所述副邊整流二極管D2的電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)，主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元509根據(jù)所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)控制主功率開關(guān)Ql處于導(dǎo)通狀態(tài)。 需要說明的是，所述輸入交流電為輸入交流電壓Vac或輸入交流電流lac。本實(shí)施例優(yōu)選的以輸入交流電壓Vac為參照標(biāo)準(zhǔn)，即是根據(jù)輸入交流電壓Vac的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)管80的導(dǎo)通或截止。由上可知，本發(fā)明通過設(shè)置第一功率開關(guān)81可以控制所述輸入電容Cin的充放電。因此，通過對(duì)相位角e I、e 2的設(shè)置以及輸入電容Cin的選取，在交流輸入電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組放電，從而使原邊繞組Np在輸入交流電的整個(gè)周期內(nèi)能獲得足夠的能量，降低輸出電壓或電流中低頻紋波成分，保證輸出恒定的電壓或電流；同時(shí)，在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，所述輸入電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電，使所述整流器件20具有較大的導(dǎo)通角，從而提高開關(guān)電源的功率因數(shù)。參考圖6，圖6提供的另一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的電路圖。在圖3的基礎(chǔ)，增加第二功率開關(guān)82、二極管83，同時(shí)省略啟動(dòng)電阻Rst。當(dāng)開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)ST=0，第二功率開關(guān)82處于截止?fàn)顟B(tài)，直流輸入電壓Vin通過電阻30/電阻31和二極管83給啟動(dòng)電容C3充電；當(dāng)啟動(dòng)電容C3的電壓達(dá)到控制器91的啟動(dòng)電壓時(shí)，ST=I,第二功率開關(guān)82導(dǎo)通，VS端通過電阻30，電阻31，電阻32采樣輸入交流電的相位值和/或者幅度值。圖6所示開關(guān)電源與圖3中相同，通過控制第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通與截止控制輸入電容Cin的充放電，從而實(shí)現(xiàn)在降低低頻紋波的同時(shí)具有較大的功率因數(shù)。實(shí)施例二基于實(shí)施例一，本實(shí)施例提供了一種高功率因數(shù)開關(guān)電源控制器，所述控制器為實(shí)施例一中所述開關(guān)電源的控制器，參考圖3，所述開關(guān)電源包括整流器件20、變壓器Tl、主功率開Ql關(guān)以及輸入電容Cin，所述輸入電容Cin的第一極板與所述整流器件20的輸出端連接，所述開關(guān)電源控制器70 (圖3中虛線方框所示部分)包括耦合在一起的第一功率開關(guān)80和控制電路81。如實(shí)施例一中述，所述第一功率開關(guān)80以及控制電路81可同一封裝或分離封裝，即二者可以集成在兩個(gè)不同芯片上進(jìn)行分離封裝，也可集成在同一芯片上進(jìn)行同一封裝。本實(shí)施例所述開關(guān)電源控制器70以集成度較高的同一封裝方式進(jìn)行說明，即本實(shí)施例所述開關(guān)電源控制器70是由集成在一起的第一功率開關(guān)80以及控制電路81組成。所述開關(guān)電源控制器70的端口包括VCC端、VS端、VB端、GND端、CS端、OUT端、FB端。直流輸入電壓Vin通過啟動(dòng)電阻Rst為啟動(dòng)電容C3充電，當(dāng)啟動(dòng)電容C3兩極板的電壓達(dá)到開關(guān)電源控制器70的開啟電壓時(shí)，VCC端導(dǎo)通，開關(guān)電源控制器70啟動(dòng)。啟動(dòng)后，輔助繞組Na通過二極管D3為開關(guān)電源控制器70提供能量。開關(guān)電源控制器70通過與FB端連接的分壓電阻Rl、R2感應(yīng)副邊整流二極管D2的工作狀態(tài)，控制與OUT端連接的主功率開關(guān)Ql的導(dǎo)通時(shí)刻，并根據(jù)與CS端連接的電阻Rcs端的電壓值控制主功率開關(guān)Ql截止時(shí)刻，從而控制副邊繞組Ns的負(fù)載發(fā)光二極管的平均電壓或電流的穩(wěn)定。開關(guān)電源控制器70的GND端接原邊地。
開關(guān)電源控制器70通過VS端收集電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集的輸入交流電的相位值和/或幅度值。所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)施例一中相同。開關(guān)電源控制器70的VB端與開關(guān)電源的輸入電容C2的第二極板連接。在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上介紹開關(guān)電源控制器70的第一開關(guān)控制模塊的具體電路的實(shí)現(xiàn)方式。而所述主功率開關(guān)控制模塊的具體電路與現(xiàn)有的控制電路相同，在此不再贅述。參考圖7和圖8，圖7為本發(fā)明所述開關(guān)電源控制器的第一功率開關(guān)控制模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式的電路圖，圖8為采用本實(shí)施例所述開關(guān)電源控制器的開關(guān)電源的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓與電流的波形圖。相位/幅度檢測(cè)單元503由第一比較器604構(gòu)成，所述第一比較器604將表征輸入交流電的相位值和/或幅度值的VS端電壓與第一參考電壓VREFl比較生成第一控制信號(hào)LV。當(dāng)端VS電壓小于第一參考電壓VFEFl時(shí)，相位/幅度檢測(cè)單兀503輸出的第一控制信號(hào)LV為高電平。負(fù)壓檢測(cè)單元502由負(fù)壓檢測(cè)電路構(gòu)成，包括第一NPN管622和第二NPN管623、第三電流源620、第一 PMOS管619第二 PMOS管621、電阻R3和電阻R4。第三電流源620和第一 NPN管622的作用是使第二 NPN管623的發(fā)射極電位在VB端的電壓Vvb為負(fù)值時(shí)近似為0 (虛地)。VB端的電壓Vvb大于零時(shí)，負(fù)壓檢測(cè)電路的輸出的第二控制信號(hào)VBO為0，當(dāng)VB端的電壓Vvb小于零時(shí)，流過電阻R3的電流等于|Vvb|/R3，的電壓為|Vvb|*R4/R3。第一功率開關(guān)截止導(dǎo)通時(shí)刻控制單兀504根據(jù)第一控制信號(hào)LV、第二控制信號(hào)VBO產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)CE。具體的，當(dāng)VB端電壓小于第二參考電壓VREF2時(shí)，第二控制信號(hào)VBO的電壓大于VREF2 I *R4/R3,第二比較器605的輸出電壓VBL變高，第一 RS觸發(fā)器609的輸出電壓ADD
變高，或門612保證電壓ADD為高時(shí)第一開關(guān)管80處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)加減計(jì)數(shù)器608從全零(電壓AZ=I)開始加計(jì)數(shù)，到電壓AZ變?yōu)?是一個(gè)計(jì)數(shù)周期；當(dāng)加計(jì)數(shù)至第一控制信號(hào)LV信號(hào)變高電平時(shí)，計(jì)數(shù)停止，加減計(jì)數(shù)器608內(nèi)容保持不變。在加減計(jì)數(shù)器608內(nèi)容不為全零(電壓AZ=O)情況下第一控制信號(hào)LV信號(hào)的下降沿，反相器617、與門618和下降沿脈沖產(chǎn)生器607產(chǎn)生一個(gè)高脈沖LVF，使第二 RS觸發(fā)器611的輸出SUB變高電平，或門612保證電壓SUB為高電平時(shí)第一開關(guān)管80處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)加減計(jì)數(shù)器608從非全零(電壓AZ=O)開始減計(jì)數(shù)，當(dāng)加減計(jì)數(shù)器608內(nèi)容減至全零時(shí)電壓AZ變?yōu)?，第二 RS觸發(fā)器611的輸出電壓SUB變?yōu)榈碗娖?，減計(jì)數(shù)停止，全零內(nèi)容保持不變，此時(shí)電壓AZ=I，第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)CE=0，第一開關(guān)管80處于截止?fàn)顟B(tài)，輸入電容Cin不能對(duì)變壓器原邊繞組放電。或門612保證LV為高時(shí)第一開關(guān)管80處于導(dǎo)通狀態(tài)。第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元501為電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路，用于將第一功率開關(guān)截止導(dǎo)通時(shí)刻控制單元504輸出的第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)CE轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚴顾龅谝还β书_關(guān)截止和導(dǎo)通的電壓信號(hào)，控制第一功率開關(guān)的截止與導(dǎo)通。需要說明的是，本實(shí)施例所述高功率因數(shù)開關(guān)電源控制器是實(shí)施例一所述開關(guān)電源的控制器，本實(shí)施例與實(shí)施例一相關(guān)內(nèi)容及附圖可相互參考?，F(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)電源的輸入電容的充放電是不受控制的充放電，所以單單通過改變輸入電容的大小不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既有較大的功率因數(shù)，同時(shí)其低頻紋波分量較少。本實(shí)施例所述開關(guān)電源控制器通過控制第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通與截止控制輸入電容Cin的充放電，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容Cin對(duì)所述開關(guān)電源的 原邊繞組Np放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容Cin處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組Np放電，從而實(shí)現(xiàn)了在降低低頻紋波的同時(shí)具有較大的功率因數(shù)。實(shí)施例三在上述兩個(gè)實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的控制方法。首先，獲取輸入交流電的相位值和/或幅度值信息?？赏ㄟ^電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集的輸入交流電的相位值和/或幅度值，在所述開關(guān)電源控制器內(nèi)部設(shè)置相位/幅度檢測(cè)單元用于獲取輸入交流電的相位值和/或幅度值信息。與上述兩個(gè)實(shí)施例相同，所述輸入交流電為輸入交流電壓或輸入交流電流，本是實(shí)施例同樣是采用輸入交流電壓為參照標(biāo)準(zhǔn)，即與輸入交流電壓的相位值和/或幅度值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。然后，根據(jù)所述輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述開關(guān)電源的輸入電容，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，對(duì)所述開關(guān)電源的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。具體的，在開關(guān)電源控制器內(nèi)設(shè)置第一功率開關(guān)以及控制電路，所述控制電路包括第一功率開關(guān)控制模塊以及主功率開關(guān)控制模塊。所述第一功率開關(guān)控制模塊以及主功率開關(guān)控制模塊的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)施例二中相同。通過控制所述第一功率開關(guān)控制開關(guān)電源的輸入電容的充放電。在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，對(duì)所述開關(guān)電源的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電?，F(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)電源的輸入電容的充放電是不受控制的充放電，所以單單通過改變輸入電容的大小不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既有較大的功率因數(shù)，又具有較少的低頻紋波分量。本實(shí)施例所述開關(guān)電源的控制方法通過控制第一功率開關(guān)80的導(dǎo)通與截止控制輸入電容Cin的充放電，從而實(shí)現(xiàn)了在降低低頻紋波的同時(shí)具有較大的功率因數(shù)。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高功率因數(shù)開關(guān)電源，其特征在于，所述開關(guān)電源包括 整流器件； 變壓器，所述變壓器包括原邊繞組、副邊繞組以及輔助邊繞阻； 輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端和所述原邊繞組的輸入端連接； 第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間； 控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及輸入交流電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述原邊繞組放電；在所述輸入交流電的極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電； 其中，所述控制電路通過所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管與所述原邊繞組的輸出端連接，用于控制副邊繞組端輸出信號(hào)的穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述第一功率開關(guān)包括 二極管，所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板； MOS晶體管，所述MOS晶體管的源極連接原邊地，其漏極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓小于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述MOS晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)柵極與源極電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述第一功率開關(guān)包括 二極管，所述二極管的陰極連接原邊地，其陽極連接所述輸入電容的第二極板； PNP晶體管，所述PNP晶體管的發(fā)射極連接原邊地，其集電極連接所述輸入電容的第二極板，當(dāng)所述PNP晶體管的集電極與基極之間的電壓小于其開關(guān)閾值電壓時(shí)所述輸入電容可通過所述PNP晶體管對(duì)所述原邊繞組放電；當(dāng)集電極與基極之間的電壓大于其閾值電壓時(shí)所述輸入電容通過所述二極管充電，不對(duì)所述原邊繞組放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述開關(guān)電源通過電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集所述輸入交流電的相位值和/或幅度值； 其中，所述電阻檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括第一檢測(cè)電阻、第二檢測(cè)電阻和第三檢測(cè)電阻；所述第一檢測(cè)電阻的輸入端和第二檢測(cè)電阻的輸入端分別連接輸入交流電的兩極；所述第一檢測(cè)電阻的輸出端和第二檢測(cè)電阻的輸出端的公共結(jié)點(diǎn)與所述控制電路連接，且所述公共結(jié)點(diǎn)通過第三檢測(cè)電阻與原邊地連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管為雙極性高壓晶體管或高壓金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其與所述控制電路進(jìn)行分離封裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管為雙極性高壓晶體管或高壓金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其與所述控制電路進(jìn)行同一封裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述控制電路包括 第一功率開關(guān)控制模塊，所述第一功率開關(guān)控制模塊用于控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止； 主功率開關(guān)控制模塊，所述主功率開關(guān)控制模塊用于控制所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述第一功率開關(guān)控制模塊包括相位/幅度檢測(cè)單元，所述相位/幅度檢測(cè)單元根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值產(chǎn)生第一控制信號(hào)； 負(fù)壓檢測(cè)單元，負(fù)壓檢測(cè)單元根據(jù)輸入電容第二極板的電壓產(chǎn)生第二控制信號(hào)； 第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元，所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元根據(jù)所述第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通或截止。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述主功率開關(guān)控制模塊包括參考電壓產(chǎn)生單元，所述參考電壓產(chǎn)生單元根據(jù)輸入交流電壓產(chǎn)生一個(gè)參考電壓； 主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)原邊繞組表征電壓以及所述參考電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào) 副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元，所述副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元用于獲取開關(guān)所述開關(guān)電源的副邊整流二極管的電壓； 主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)所述副邊整流二極管的電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)； 主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；根據(jù)所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
10.一種高功率因數(shù)開關(guān)電源控制器，所述開關(guān)電源包括整流器件、變壓器、主功率開關(guān)以及輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端連接，其特征在于，所述控制器包括第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及輸入交流電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容對(duì)所述變壓器的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，所述第一功率開關(guān)與控制電路集成在不同芯片上，進(jìn)行分離封裝。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，所述第一功率開關(guān)與控制電路集成在同一芯片上，進(jìn)行同一封裝。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，所述控制電路包括 第一功率開關(guān)控制模塊，所述第一功率開關(guān)控制模塊用于控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止； 主功率開關(guān)控制模塊，所述主功率開關(guān)控制模塊用于控制所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制器，其特征在于，所述第一功率開關(guān)控制模塊包括相位/幅度檢測(cè)單元，所述相位/幅度檢測(cè)單元根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值產(chǎn)生第一控制信號(hào)；負(fù)壓檢測(cè)單元，負(fù)壓檢測(cè)單元根據(jù)輸入電容第二極板的電壓產(chǎn)生第二控制信號(hào)； 第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元，所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通截止控制單元根據(jù)所述第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)產(chǎn)生第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述第一功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一功率開關(guān)的導(dǎo)通或截止。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制器，其特征在于，所述主功率開關(guān)控制模塊包括 參考電壓產(chǎn)生單元，所述參考電壓產(chǎn)生單元根據(jù)輸入交流電壓產(chǎn)生一個(gè)參考電壓； 主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)原邊繞組表征電壓以及所述參考電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào) 副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元，所述副邊繞組狀態(tài)檢測(cè)單元用于獲取開關(guān)所述開關(guān)電源的副邊整流二極管的電壓； 主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元，所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生單元根據(jù)所述副邊整流二極管的電壓產(chǎn)生主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)； 主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，所述主功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述主功率開關(guān)截止時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；根據(jù)所述主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻控制信號(hào)控制所述主功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
16.一種高功率因數(shù)開關(guān)電源的控制方法，其特征在于，包括 獲取輸入交流電的相位值和/或幅度值； 根據(jù)所述輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述開關(guān)電源的輸入電容，在輸入交流電的零點(diǎn)及其周邊位置，對(duì)所述開關(guān)電源的原邊繞組放電；在所述輸入交流電極點(diǎn)及其周邊位置，使所述輸入電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)所述原邊繞組放電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述交流電的相位值和/或幅度值為輸入交流電壓的相位值和/或幅度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率因數(shù)開關(guān)電源，包括整流器件；變壓器，所述變壓器包括原邊繞組、副邊繞組以及輔助邊繞阻；輸入電容，所述輸入電容的第一極板與所述整流器件的輸出端和所述原邊繞組的輸入端連接；第一功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)耦合在所述輸入電容的第二極板和原邊地之間；控制電路，所述控制電路與所述第一功率開關(guān)以及輸入交流電源耦合；所述控制電路根據(jù)輸入交流電的相位值和/或幅度值控制所述第一功率開關(guān)；其中，所述控制電路通過所述開關(guān)電源的主功率開關(guān)管與所述原邊繞組的輸出端連接。通過控制所述第一功率開關(guān)的導(dǎo)通截止控制所述輸入電容的充放電，進(jìn)而保證在提高開關(guān)電源功率因數(shù)的同時(shí)降低低頻紋波分量。
文檔編號(hào)H02M3/28GK102723886SQ20121021438
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者劉娜, 徐思遠(yuǎn), 朱亞江 申請(qǐng)人:上海新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司