專利名稱：音頻噪聲消除電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及功率因素校正控制電路領域，更具體地，是一種用于消除工作在臨界導通模式的功率因素校正控制電路音頻噪聲的電路。
背景技術：
因素校正是指對電路的功率因素進行校正，使之接近于1，這樣可以使電網得到的能量盡可能多的用于做功，提高用電效率。無功率因素校正的整流電流的最大瞬時功率是有功率因素校正的幾倍，這會大大增加供電電網的負荷，無功率因素校正的供電系統(tǒng)比有功率因素校正的供電系統(tǒng)更容易引起火災等重大安全事故。因此，在綠色節(jié)能安全的考慮下，功率因素校正已經廣泛應用于照明、電視、電腦和各種大功率電器中。如圖1所示，是現(xiàn)有的功率因素校正控制電路的工作原理圖，該電路以控制器為核心構建，其中，在控制器的外圍設置上，電源Vi為系統(tǒng)提供輸入電壓，它是供電電網中提供的交流電電壓，輸入電流Ii是電源Vi的輸出電流。信號經過整流橋進行整流，Ci是高頻濾波電容，用于濾除高頻噪聲。Rcs為電流采樣電阻，通常為0.25歐姆到1.5歐姆。(^是輸出電容，整個系統(tǒng)的輸出電壓是V。，通常情況下為400V的直流加上頻率為IOOHz幅值為IOV左右的交流紋波。輸入電壓Vi經過整流橋整流后，控制器對其進行采樣作為輸入電流的正弦基準信號，參見圖2所示。假設M1導通，因為M1的導通電阻和Rcs都很小,M1的漏端的電壓接近于零，輸出電壓V。為400V，二極管D1截止，電感L上的電流通過M1流過Rcs ；電感L左端為整流后的輸入電壓，電感L右端為地，電感上的電流增加，即R 上的電壓增加，當R 上的電壓大于正弦基準信號的電壓時，信號為1，將札關斷。M1關斷時，電感電流不能突變，M1的漏端產生很高的電壓，二極管01導通，電感L上的電流流向負載和Ctj ;由于輸入電壓Vi的最大值為375V，小于M1漏端電壓400V+0.7V，所以電感L上的電流開始減小，當控制器檢測到電感上的電流減小到零時，控制器會產生一個正脈沖信號，將M1打開。如此循環(huán)，使電感上的峰值電流追隨正弦基準信號變化，參見圖3所示。正弦基準信號是輸入電壓Vi整流后的采樣，電感電流是追隨整流后的輸入電壓變化的，因此輸入電流Ii追隨輸入電壓Vi變化的，功率因素得到校正。如圖4所示，是沒有功率因素校正的輸入電壓和輸入電流的示意圖，其中，I為輸入電壓Vi, 2為輸入電流Ip如圖5所示，是經上述功率因素校正控制電路進行功率因素校正的輸入電壓和輸入電流的示意圖，其中，I為輸入電壓Vi, 2為輸入電流I”從附圖比較可知，經過功率因素校正控制電路，使得輸入電流得到校正，并最終對功率因素進行校正。另一方面，國際機構對于供電電源的諧波失真制定了一系列的規(guī)范，為滿足規(guī)范要求，輸入電流的諧波失真要小于特定的值。輸入電流諧波失真的一個重要組成部分是其過零點的失真，它主要是由整流橋和整流橋后的高頻濾波電容(如圖1中Ci)所引起。當瞬時線電壓小于整流橋后高頻濾波電容上的電壓與整流二極管(如圖1中D1)導通電壓之和時，輸入瞬時電流為零， 引起諧波失真。[0006]對于工作在臨界導通模式的功率因素校正控制電路，當電流采樣電阻上的電壓大于正弦基準電壓時，功率MOS管(如圖1中M1)關斷；當電感上的電流為零時，功率MOS管打開。因此，目前減小過零處輸入電流失真的一個主要技術就是增加過零附近的正弦基準電壓值。但是，這種技術還引起了一些問題。通常情況下，功率因素校正控制電路在市電電壓為85疒265V時都能工作，它的輸入電流失真都能滿足國際規(guī)范。對于同一個功率因素校正電路，265V的輸入電壓的輸入電流失真要大于85V的電流失真。為了使最大的電流諧波失真都能滿足國際要求，增加的過零附近的正弦基準電壓值要足夠大。但是，大的正弦基準電壓會使電路工作在低市電電壓時，功率MOS管導通時間在過零附近過長，開關頻率小于20KHz，出現(xiàn)音頻噪聲，極大地影響了功率因素校正控制電路在實際中的應用，還會導致整個電路在20KHz附近無法滿足EMI (電磁干擾)的要求；另外，它會引起過零附近的輸入電流大于理想的正弦輸入電流，出現(xiàn)尖峰過沖，這不但增加了輸入電流諧波失真，降低了整個電路的工作效率。因此，目前需要一種技術來解決這些問題，以消除功率因素校正控制電路產生的音頻噪聲和輸入電流過零附近的尖峰過沖，使其在85疒265V的市電電壓都可以很好的工作。

實用新型內容本實用新型的目的，在于解決現(xiàn)有的功率因素校正控制電路中在臨界導通狀態(tài)所產生的音頻噪聲的問題，從而提供了一種創(chuàng)新的音頻噪聲消除電路。本實用新型的音頻噪聲消除電路，用于消除功率因素控制電路在臨界導通狀態(tài)所產生的音頻噪聲，該功率因素控制電路包括一個控制器，該控制器根據該控制電路中采樣電阻的電壓值以及該控制電路中電感的電流值，輸出一個電流采樣判定信號，控制功率管的打開及關斷，該音頻噪聲消除電路包括:基準電流產生單元，用于產生一個基準電流；選擇單元，該基準電流輸送給該選擇單元，該選擇單元包括一個選擇單元輸入端和一個選擇單兀輸出端,并且，當該選擇單兀輸入端輸入一個第一邏輯信號時，該選擇單兀由該選擇單元輸出端輸出該基準電流，當該選擇單元輸入端輸入一個與該第一邏輯信號相反的第二邏輯信號時，該選擇單元停止由該選擇單元輸出端輸出該基準電流；充放電單元，該充放電單元的第一端和該選擇單元輸出端相連接，該充放電單元的第二端接地連接；或門單元，該或門單元包括一個第一或門輸入端、一個第二或門輸入端以及一個或門輸出端，其中，該電流采樣判定信號輸送至該第一或門輸入端，該選擇單元輸出端與該第二或門輸入端相連接；觸發(fā)單元，該觸發(fā)單元包括一個復位端、一個時鐘輸入端、一個正向輸出端以及一個反向輸出端，該復位端與該或門輸出端相連接，該時鐘輸入端接入一個零電流檢測信號，該正向輸出端輸出一個邏輯控制信號，并且該反向輸出端與該選擇單兀的輸入端相連接，其中，通過對該功率因素控制電路內流過該電感的電流進行檢測獲取該零電流檢測信號，并且該邏輯控制信號用于驅動該功率因素控制電路內該功率管的打開及關斷。[0016]優(yōu)選地，該觸發(fā)單元為一個D觸發(fā)器，該D觸發(fā)器的D輸入端和電源電壓相連接。優(yōu)選地，該選擇單元包括一個第一開關管和一個第二開關管，當該選擇單元輸入端輸入所述第一邏輯信號時，該第一開關管打開，同時該第二開關管關斷，使得利用所述選擇單元輸出端輸出的所述基準電流對所述充放電單元進行充電；當該選擇單元輸入端輸入所述第二邏輯信號時，該第一開關管關閉，同時該第二開關管打開，使得該充放電單元通過該第二開關管進行放電。優(yōu)選地，所述第一開關管為一個PMOS管，所述第二開關管為一個NMOS管，該PMOS管和該NMOS管的柵極與所述觸發(fā)單元的反相輸入端相連接，該PMOS管和該NMOS管的漏極與所述充放電單元的第一端以及所述或門單元的第二或門輸入端相連接，該PMOS管的源極由所述基準電流產生單元輸入所述基準電流，并且該NMOS管的源極接地連接。 優(yōu)選地，所述充放電單元包括一個電容器。優(yōu)選地，所述基準電流產生單元包括一個基準電流源以及與該基準電流源相連接的PMOS電流鏡。本實用新型的音頻噪聲消除電路，可消除工作在臨界導通模式的功率因素校正控制電路的音頻噪聲和輸入電流過零附近的尖峰過沖，優(yōu)化了輸入電流曲線，從而提高了整個系統(tǒng)的工作效率。

圖1為現(xiàn)有的功率因素控制電路的示意圖；圖2為輸入電流的正弦基準信號的示意圖；圖3為電感峰值電流的變化示意圖；圖4為未進行功率因素校正的輸入電壓與輸入電流的波形示意圖；圖5為采用了功率因素校正的輸入電壓與輸入電流的波形示意圖；圖6為本實用新型的首頻噪聲消除電路的不意圖；圖7為本實用新型中的信號時序圖；圖8為未使用本實用新型的音頻噪聲消除電路時，功率因素控制電路中電流采樣電阻的過零附近的電壓曲線圖；圖9為采用本實用新型的音頻噪聲消除電路時，功率因素控制電路中電流采樣電阻的過零附近的電壓曲線圖；圖10為未使用本實用新型的音頻噪聲消除電路時的輸入電流曲線圖；圖11為采用本實用新型的音頻噪聲消除電路時的輸入電流曲線圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的音頻噪聲消除電路的結構組成和工作原理進行詳細說明?？傮w而言，本實用新型的音頻噪聲消除電路，用于消除功率因素控制電路在臨界導通狀態(tài)所產生的音頻噪聲。 結合圖1，如以上所述，功率因素控制電路包括一個控制器，該控制器根據控制電路中采樣電阻R 的電壓值以及該控制電路中電感L的電流值，輸出一個電流采樣判定信號Ies，控制功率管Ml的打開及關斷。具體地，參照圖6，本實用新型的音頻噪聲消除電路100包括基準電流產生單元110、選擇單元120、充放電單元130、或門單元140以及觸發(fā)單元150。以下對各單元的組成進行更詳細說明?；鶞孰娏鳟a生單元110用于產生一個基準電流I,ef，以下還將更詳細描述，基準電流I,ef用于經選擇單元120選擇后，對充放電單元130進行充電處理?；鶞孰娏鳟a生單元110可以采用常規(guī)的電流源電路構建。在如圖6所示的實施方式中，基準電流產生單元包括一個基準電流源111以及與該基準電流源相連接的PMOS電流鏡112。其中，該PMOS電流鏡112包括兩個寬長比相同的PMOS管，即MPl和MP2，常規(guī)地，在電流鏡內兩個MOS管的連接方面，MPl和MP2的柵極相連接，MPl和MP2的源極與電源電壓VDD相連接，MPl的柵極與其漏極互連，并且其漏極連接到基準電流源111，而MP2的漏極作為基準電流輸出端，將基準電流輸出給選擇單元120。當然，容易理解，基準電流產生單元110也可采用其他常規(guī)結構的電流源，用于為選擇單元120和充放電單元130提供穩(wěn)定的基準電流。并且，在PMOS電流鏡112的設置方面，MOS管MPl和MP2也可選用不同的寬長比，此時由MP2的漏極輸出的基準電流為和基準電流源的電流成比例的電流值。如上所述，基準電流Iref產生后，進一步輸送給選擇單元120，選擇單元120包括一個選擇單元輸入端101和一個選擇單元輸出端102，并且，當選擇單元輸入端101輸入一個第一邏輯信號時，選擇單元120由選擇單元輸出端102輸出基準電流IMf，當選擇單元輸入端101輸入一個與該第一邏輯信號相反的第二邏輯信號時，選擇單元120停止由選擇單元輸出端102輸出該基準電流IMf。以下還將詳細描述，該第一邏輯信號以及第二邏輯信號由觸發(fā)單元150提供。并且，選擇單元輸出端102和充放電單元130相連接。在如圖2所示的實施方式中，第一邏輯信號為邏輯“0”，，當輸入到選擇單元輸入端101時，選擇單元120由其輸出端輸出基準電流至充放電單元130進行充電；第二邏輯信號為邏輯“1”，當輸入到選擇單元輸入端101時，選擇單元120停止輸出基準電流,此時充放電單元130通過該選擇單元120進行放電。在如圖6所示的實施方式中，選擇單元120包括一個第一開關管121和一個第二開關管122，當選擇單元120輸入端輸入第一邏輯信號時，第一開關管121打開，同時第二開關管122關斷，使得利用選擇單元輸出端102輸出的基準電流對充放電單元130進行充電；當選擇單元輸入端101輸入第二邏輯信號時，第一開關管121關閉，同時第二開關管122打開，使得充放電單元130通過第二開關管進行放電。更具體地，在該實施方式中，第一開關管121為一個PMOS管MP3，第二開關管122為一個NMOS管MNl，PMOS管MP3和NMOS管MNl的柵極相連，組成選擇單元輸入端，以下還將描述，其與觸發(fā)單元150的反相輸入端相連接；MP3和麗I的漏極與充放電單元130相連接，以下還將描述，兩個管子的漏極還連接到或門單元140的一個輸入端(第二或門輸入端)，MP3的源極由基準電流產生單元110輸入基準電流I,ef，并且MNl的源極接地連接。因此，采用該設置，當輸入給兩個MOS管柵極的邏輯信號為“0”時，MP3打開，麗I關斷，從而基準電流導通，并輸送至充放電單元130進行充電；當輸入給兩個MOS管柵極的邏輯信號為“I”時，MP3關斷，麗I打開，從而基準電流關斷，充放電單元130通過麗I進行放電。[0044]可以理解，選擇單元120也可采用其他合適的設置方式，使得對基準電流向充放電單元130的提供進行打開或關斷的選擇，以控制充放電單元130的充放電動作。另外，對于本實施方式中的第一開關管121和第二開關管122而言，也可選用其他合適的功率器件進行開關動作。如上所述，充放電單元130用于根據選擇單元120的輸出，進行充放電動作，充放電單元130的第一端和選擇單元輸出端102相連接，充放電單元130的第二端接地連接。在如圖6所不的實施方式中，充放電單兀包括一個電容器C?；蜷T單元140包括一個第一或門輸入端103、一個第二或門輸入端104以及一個或門輸出端105,其中，電流米樣判定信號Ics輸送至第一或門輸入端103,選擇單兀輸出端102與第二或門輸入端104相連接，以下還將描述，或門輸出端105連接到觸發(fā)單元150的
復位端。繼續(xù)結合圖6，觸發(fā)單元150包括一個復位端R、一個時鐘輸入端CK、一個正向輸出端Q以及一個反向輸出端，該復位端R與該或門輸出端105相連接,時鐘輸入端CK接入一個零電流檢測信號ZCD，該正向輸出端Q輸出一個邏輯控制信號DRIVER，并且反向輸出端和選擇單元120的輸入端101相連接，其中，結合圖1，通過對該功率因素控制電路內流過該電感L的電流進行檢測獲取該零電流檢測信號ZCD，并且邏輯控制信號DRIVER用于驅動功率因素控制電路內該功率管Ml的打開及關斷。在本實用新型的該實施方式中，DRIVER為I時Ml打開，DRIVER為O時Ml關斷。參照圖7，在該實施方式中，零電流檢測信號Z⑶為一個由零電流檢測模塊輸出的正脈沖信號。結合圖1，該零電流檢測模塊可以對流過電感L的電流進行檢測，當流過電感L的電流為零時，則零電流檢測模塊輸出一個正脈沖信號。以下結合圖1、圖6-11，以圖6中所示的具體實施方式
為例，對本實用新型的噪聲消除電路的工作原理進行詳細說明。假設圖6中的電流鏡MPl和MP2的寬長比相等，則電容C的充電電流為Iref。電容C上的電壓為V。，在ICS為零的情況下，假設當\大于Vai時(Vai為電容C可以將D觸發(fā)器復位的閾值電壓)，或門輸出復位信號R為1，D觸發(fā)器復位,令電容C從零充電到Vai的時間為Tl，則:Tl = (C*VCK)/Irtf (公式 I)D觸發(fā)器復位后，D觸發(fā)器的正相輸出為0，反相輸出為I。電容C開始迅速放電，MNl的寬長比足夠大時，放電時間為ns級，該放電時間可以忽略不計。根據圖6的原理圖可以知道，當ICS為I或者電容C上的電壓大于Vra時，D觸發(fā)器復位，將Q置為0，，功率MOS管關斷，反相輸出置為1，麗I打開，MP3關斷，電容C瞬間放電，電容C上電壓瞬間為零。功率MOS管關斷后，電流采樣電阻上的電壓為零，圖1中的電感L的電流不能突變，功率MOS管Ml漏端電壓瞬間增加，使二極管Dl導通，電感電流對輸出電容Co充電。由于Vo大于Vi,電感電流開始減?。浑姼须娏魃系碾娏鳒p小至零時,零電流檢測模塊產生正脈沖信號Z⑶，將圖6中的D觸發(fā)器的Q置1，該DRIVER信號驅使功率MOS管Ml (參照圖1)打開，D觸發(fā)器的反相輸出此時為零，麗I關斷，MP3打開，電容C開始充電。各個信號的曲線關系圖如圖7所示。由此可見，電容C上的電壓從功率MOS管Ml打開后充電到復位閾值電壓Vra的時間是固定的Tl。Tl跟基準電流Iref、電容C的大小以及復位閾值電壓Vra有關。復位閾值電壓Vra為固定值，為NMOS管的導通電壓，調整Iref、c的大小可以決定Tl的大小。在輸入電壓過零附近，輸入電壓很小，而輸出電壓\很高，電感上的電流很快就減小到零，Z⑶正脈沖信號又將功率MOS管Ml打開。因此，輸入電壓過零附近的功率MOS管Ml的關斷時間相對于其打開時間很短，可以忽略不計，由圖8和圖9可以看出電流采樣電阻上的電壓為零的時間幾乎為零，輸入電壓過零附近的功率MOS管Ml的開關頻率就是功率MOS管Ml的導通時間的倒數。為了減小高市電電壓時的輸入電流諧波失真，需要增加過零附近的正弦基準電壓值，當過零附近增加的正弦基準電壓值較大時，會使過零附近的Ml的開關頻率小于20KHz，即Res電阻上的電壓大于零的時間大于0.05ms，如圖8所示。采用本實用新型中的電路，過零點附近的最小開關頻率為1/T1，如圖9所示，若1/T1大于20KHz，則Ml的最小開關頻率也大于20KHz。參照圖1，對于臨界導通模式的功率因素校正控制器，在沒有增加正弦基準電壓的情況下，其功率MOS管Ml開關頻率大于40KHz，此時功率MOS管的開關由Z⑶和ICS控制，輸入電流追隨正弦輸入電壓變化；在增加了正弦基準電壓的輸入電壓過零點附近，當輸入電壓過零附近的功率MOS管導通時間大于Tl時，電容C的電壓大于Vra，D觸發(fā)器復位，將功率MOS管關斷，因此其功率MOS開關頻率的最小值為1/T1，而1/T1大于20KHz，則功率MOS管的開關音頻噪聲得到消除，如圖9所示。優(yōu)選地，可將1/T1設定在24KHz 35KHz之間。在輸入電壓過零附近，當功率MOS管Ml導通時間過長時，輸入電流會出現(xiàn)尖峰脈沖，如圖10所示，此時整個系統(tǒng)的工作效率降低，輸入電流諧波失真增加。本實用新型提供的電路將輸入電壓過零附近的功率MOS管Ml的導通時間縮短，減小了電流采樣電阻Rcs上的電流峰值，輸入電流為電流采樣電阻R 上的電流峰值的一半，因此輸入電流過零附近的尖峰過沖得到消除，具體如圖11所示。綜上所述，本實用新型的音頻噪聲消除電路，可消除工作在臨界導通模式的功率因素校正控制電路的音頻噪聲和輸入電流過零附近的尖峰過沖，優(yōu)化了輸入電流曲線，提高整個系統(tǒng)的工作效率， 使功率因素校正控制電路在各種場合下都可以很好的實現(xiàn)功率因素校正的功能。
權利要求1.一種音頻噪聲消除電路，用于消除功率因素控制電路在臨界導通狀態(tài)所產生的音頻噪聲，該功率因素控制電路包括一個控制器，該控制器根據該控制電路中采樣電阻的電壓值以及該控制電路中電感的電流值，輸出一個電流采樣判定信號，控制功率管的打開及關斷，其特征在于，該音頻噪聲消除電路包括: 基準電流產生單元，用于產生一個基準電流； 選擇單元，該基準電流輸送給該選擇單元，該選擇單元包括一個選擇單元輸入端和一個選擇單元輸出端，并且，當該選擇單元輸入端輸入一個第一邏輯信號時，該選擇單元由該選擇單兀輸出端輸出該基準電流，當該選擇單兀輸入端輸入一個與該第一邏輯信號相反的第二邏輯信號時，該選擇單元停止由該選擇單元輸出端輸出該基準電流； 充放電單元，該充放電單元的第一端和該選擇單元輸出端相連接，該充放電單元的第二端接地連接； 或門單元，該或門單元包括一個第一或門輸入端、一個第二或門輸入端以及一個或門輸出端，其中，該電流采樣判定信號輸送至該第一或門輸入端，該選擇單元輸出端與該第二或門輸入端相連接； 觸發(fā)單元，該觸發(fā)單元包括一個復位端、一個時鐘輸入端、一個正向輸出端以及一個反向輸出端，該復位端與該或門輸出端相連接，該時鐘輸入端接入一個零電流檢測信號，該正向輸出端輸出一個邏輯控制信號，并且該反向輸出端與該選擇單元的輸入端相連接，其中，通過對該功率因素控制電路內流過該電感的電流進行檢測獲取該零電流檢測信號，并且該邏輯控制信號用于驅動該功率因素控制電路內該功率管的打開及關斷。
2.根據權利要求1所述的音頻噪聲消除電路，其特征在于，該觸發(fā)單元為一個D觸發(fā)器，該D觸發(fā)器的D輸入端和電源電壓相連接。
3.根據權利要求1所述的音頻噪聲消除電路，其特征在于，該選擇單元包括一個第一開關管和一個第二開關管， 當該選擇單兀輸入端輸入所述第一邏輯信號時，該第一開關管打開，同時該第二開關管關斷，使得利用所述選擇單元輸出端輸出的所述基準電流對所述充放電單元進行充電； 當該選擇單元輸入端輸入所述第二邏輯信號時，該第一開關管關閉，同時該第二開關管打開，使得該充放電單元通過該第二開關管進行放電。
4.根據權利要求3所述的音頻噪聲消除電路，其特征在于，所述第一開關管為一個PMOS管，所述第二開關管為一個NMOS管，該PMOS管和該NMOS管的柵極與所述觸發(fā)單元的反相輸入端相連接，該PMOS管和該NMOS管的漏極與所述充放電單元的第一端以及所述或門單元的第二或門輸入端相連接，該PMOS管的源極由所述基準電流產生單元輸入所述基準電流，并且該NMOS管的源極接地連接。
5.根據權利要求1所述的音頻噪聲消除電路，其特征在于，所述充放電單元包括一個電容器。
6.根據權利要求1所述的音頻噪聲消除電路，其特征在于，所述基準電流產生單元包括一個基準電流源以及與該基準電流源相連接的PMOS電流鏡。
專利摘要本實用新型公開了一種音頻噪聲消除電路，用于消除功率因素控制電路在臨界導通狀態(tài)所產生的音頻噪聲。該音頻噪聲消除電路包括基準電流產生單元、選擇單元、充放電單元、或門單元以及觸發(fā)單元。本實用新型的音頻噪聲消除電路，可消除工作在臨界導通模式的功率因素校正控制電路的音頻噪聲和輸入電流過零附近的尖峰過沖。
文檔編號H02M1/12GK203014670SQ201220739388
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2012年12月28日
發(fā)明者李佳佳 申請人:上海貝嶺股份有限公司