燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統(tǒng)的交流輸入整流濾波單元后側(cè)，包括：功率因素校正控制芯片U1和供電變壓器T1，其中，供電變壓器T1的原邊繞組一端與交流輸入整流濾波單元的信號輸出端相連，另一端向外引出構(gòu)成該電路的信號輸出，供電變壓器T1的輔助繞組一端通過二極管D32連接至串穩(wěn)單元，串穩(wěn)單元包括開關(guān)管Q32，開關(guān)管Q32的基極通過穩(wěn)壓管ZD31接地，集電極與二極管D32的陰極相連、且通過電阻R46連接至自身的基極，發(fā)射極通過二極管D34接入功率因素校正控制芯片U1的供電端口，同時在二極管D34的陰極側(cè)還連接有穩(wěn)壓管ZD30，穩(wěn)壓管ZD31、穩(wěn)壓管ZD30的陽極接地。本實用新型提出的PFC電路工作穩(wěn)定，效率高。
【專利說明】
燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及燈具控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 路燈，給道路提供照明功能的燈具，泛指交通照明中路面照明范圍內(nèi)的燈具。隨著科學(xué)技術(shù)和電子行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，對于諸如LED路燈等燈具的控制器系統(tǒng)變得越發(fā)復(fù)雜， 功能也變得越發(fā)多元化。通常，LED路燈以市電交流電作為供電電源，然后經(jīng)過整流濾波電路、升壓型功率因素校正電路、LLC諧振變換器控制電路和輸出濾波整流電路輸送給所需要供電的LED路燈。
[0003] 其中，升壓型功率因素校正電路(S卩PFC升壓電路)用于對饋入該電路的直流(DC) 或者交流(AC)電壓進(jìn)行升壓，同時還能夠布置為形成功率因數(shù)接近1的消耗裝置(功率因數(shù)校正)。功率因素指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關(guān)系，即有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值，該值越接近1，代表電力利用率越高。
[0004] 傳統(tǒng)燈具控制系統(tǒng)的PFC升壓電路:①有采用電感等分立元件構(gòu)成的被動式PFC， 其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，穩(wěn)定性良好，但功率因數(shù)不是很高，只能達(dá)到〇.7?0.8，因此其效率也比較低，發(fā)熱量也比較大;②也有以功率因素控制器芯片為主進(jìn)行設(shè)計的主動式PFC，其功率因數(shù)高達(dá)0.99、低損耗和高可靠、輸入電壓可以從90V到270V(寬幅輸入)等，由于輸出DC 電壓紋波很小，因此采用主動式PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。在以芯片為主進(jìn)行設(shè)計的主動式PFC升壓電路中，芯片的供電端口通常直接經(jīng)整流二極管與PFC升壓電路中的供電變壓器輔助繞組相連，而一旦輔助繞組上感應(yīng)的電壓信號出現(xiàn)不穩(wěn)定情況甚至波動較大時，芯片工作便會受到影響，進(jìn)而使得PFC升壓電路不能正常運(yùn)行。進(jìn)一步的是，PFC 升壓電路的外部開關(guān)管通斷驅(qū)動緩慢，使得在對輸入電流進(jìn)行相位調(diào)整時存在一定的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本實用新型提供了一種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，該電路以功率因素控制器芯片為主進(jìn)行設(shè)計，并在芯片的供電端口設(shè)計了特殊的串穩(wěn)單元，保證了 PFC升壓電路的正常運(yùn)行。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下的技術(shù)方案:
[0007] —種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統(tǒng)的交流輸入整流濾波單元后側(cè)，該電路包括:
[0008] 功率因素校正控制芯片U1和供電變壓器T1，其中，
[0009] 所述供電變壓器T1的原邊繞組一端與交流輸入整流濾波單元的信號輸出端相連， 另一端向外引出構(gòu)成該電路的信號輸出，
[0010] 所述供電變壓器T1的輔助繞組一端通過二極管D32連接至一個串穩(wěn)單元，所述串穩(wěn)單兀包括開關(guān)管Q32,所述開關(guān)管Q32的基極通過穩(wěn)壓管ZD31接地，所述開關(guān)管Q32的集電極與二極管D32的陰極相連、且通過電阻R46連接至自身的基極，所述開關(guān)管Q32的發(fā)射極通過二極管D34接入功率因素校正控制芯片U1的供電端口，同時在二極管D34的陰極側(cè)還連接有穩(wěn)壓管ZD30，所述穩(wěn)壓管ZD31、穩(wěn)壓管ZD30的陽極接地。
[0011] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下有益效果:
[0012] 本實用新型提供的升壓型功率因素校正電路應(yīng)用在燈具控制系統(tǒng)中，主要通過在供電變壓器與PFC芯片的供電端口之間設(shè)計相應(yīng)的串穩(wěn)單元，使得PFC芯片能夠控制整個校正電路工作在一個比較穩(wěn)定的高效率狀態(tài)，進(jìn)而保證對功率因素的調(diào)整達(dá)到最優(yōu)值。
【附圖說明】

[0013] 圖1為本實用新型所述燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路原理圖；
[0014] 圖2為本實用新型所述功率因素校正控制芯片U1的低電壓保護(hù)電路圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與作用更加清楚及易于了解，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步闡述:
[0016] 本實用新型首先對主動式PFC電路(“功率因素校正電路”的簡稱)進(jìn)行簡單概述:
[0017] 主動式PFC電路通常由高頻電感、開關(guān)管和電容等元件構(gòu)成，可簡單歸納為升壓型開關(guān)電源電路，它能將110V或220V的交流市電轉(zhuǎn)變?yōu)?80V甚至更高的直流高壓。具有體積小，重量輕，主要是通過專用1C芯片去調(diào)整電流的波形，對電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。 主動式PFC可以達(dá)到較高的功率因數(shù)一通常可達(dá)98%以上，輸入電壓范圍寬等優(yōu)越的電氣性能，但成本也相對較高。具體做法是在輸入整流橋與輸出濾波電容之間插入一個開關(guān)變換器線圈，以控制輸入電流的波形跟隨電網(wǎng)電壓波形，使電源呈現(xiàn)阻性，從而提高功率因素。本實用新型下面所提到的PFC電路屬于主動式校正電路，運(yùn)作原理與上述類似。
[0018] 結(jié)合圖1，本實用新型提出了一種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統(tǒng)的交流輸入整流濾波單元后側(cè)(即接收經(jīng)過整流濾波單元處理過的信號)，該電路包括:功率因素校正控制芯片U1和供電變壓器T1，其中，所述供電變壓器T1的原邊繞組一端(pinlO)與交流輸入整流濾波單元的信號輸出端相連，另一端(Pin8)向外引出構(gòu)成該電路的信號輸出，所述供電變壓器T1的輔助繞組一端(pin4)通過二極管D32連接至一個串穩(wěn)單兀，所述串穩(wěn)單兀包括開關(guān)管Q32,所述開關(guān)管Q32的基極通過穩(wěn)壓管ZD31接地， 所述開關(guān)管Q32的集電極與二極管D32的陰極相連、且通過電阻R46連接至自身的基極，所述開關(guān)管Q32的發(fā)射極通過二極管D34接入功率因素校正控制芯片U1的供電端口，同時在二極管D34的陰極側(cè)還連接有穩(wěn)壓管ZD30,所述穩(wěn)壓管ZD31、穩(wěn)壓管ZD30的陽極接地。其中，電阻 R46優(yōu)先取值在3.9K，ZD31的穩(wěn)定電壓優(yōu)先取值在18V，ZD30的穩(wěn)定電壓優(yōu)先取值在18V。二極管D32的優(yōu)先參數(shù)取值在100V/1A(100V為二極管D32承受的最大反向電壓，1A為二極管 D32流過的最大正向電流，以下類似)。二極管D34的優(yōu)先參數(shù)取值在40V/0.5A。
[0019] 上述方案中，在供電變壓器T1輔助線圈產(chǎn)生的信號通過二極管D32整流后，送入到開關(guān)管Q32的集電極，此時由于穩(wěn)壓管ZD31的存在使得開關(guān)管Q32的基極穩(wěn)壓到18V，開關(guān)管 Q32的輸出3腳(即發(fā)射極)會在18-0.3V左右，然后再經(jīng)過D34單向?qū)?，ZD30再次保護(hù)，可以保證功率因素校正控制芯片U1的供電端口 VCC恒工作在17V左右。此時不論電路電壓如何波動，電壓/電流沖擊都承受在開關(guān)管Q32上，對芯片U1起到了很好的保護(hù)作用。其中穩(wěn)壓管 ZD31的工作電流只需要1mA不到，就可以給芯片U1提供工作所需電流，穩(wěn)壓管ZD31功耗低， 電路工作穩(wěn)定可靠。在一些燈具控制系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電路并沒有設(shè)計開關(guān)管，那電壓/電流便會完全加載穩(wěn)壓管上，如果芯片U1工作在重載情況下，穩(wěn)壓管功耗高，易損壞。
[0020] 其中上述方案優(yōu)選的是，所述供電變壓器T1原邊繞組的所述另一端通過串聯(lián)的二極管D2、熱敏電阻RTH1向外引出構(gòu)成升壓型功率因素校正電路的信號輸出，且在該信號輸出端設(shè)置有濾波大電容C5X5采用紅寶石電容，在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，該電容能夠長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓在450V，即額定工作電壓在450V。
[0021] 本實用新型更進(jìn)一步的實施方案是，所述串穩(wěn)單元中還包括濾波電容組，所述濾波電容組包括:連接在二極管D32陰極與地線之間的電容C36 (參數(shù)優(yōu)先選取在50V/47uf， 50V為額定工作電壓)，和并聯(lián)在穩(wěn)壓管ZD31兩端的電容C38(參數(shù)優(yōu)先選取在25V/100uf)。 參見圖1，電容C36、電容C38均采用極性電容，二者均起到對信號濾波的作用。而且在二極管 D32的陽極和供電變壓器T1輔助繞組的pin4端之間還設(shè)置有電容C35。對于供電變壓器T1而言，其輔助繞組側(cè)還引出中心抽頭(Pin6)接入地線，而在中心抽頭和二極管D32之間還設(shè)置有二極管D33，防止PFC電感里有少許直流分量電流，防止電感飽和，降低磁滯損耗。Mos管Q1 開通，電流過C35，D33 ;Mos管Q1關(guān)斷，電流過C35，D32。加C35隔直流分量。
[〇〇22]本實用新型所提供的PFC電路除了對芯片U1的供電問題進(jìn)行改善以外，還為芯片 U1驅(qū)動的開關(guān)管Q1設(shè)計了加速單元。該加速單元用于加快開關(guān)管Q1的導(dǎo)通和關(guān)閉時上升沿和下降沿的時間。由于開關(guān)管Q1的通、斷的邊沿時間的快慢決定了 Q1的開通和關(guān)閉的損耗。 因此對其進(jìn)行控制很有必要。
[〇〇23]具體來說，所述功率因素校正控制芯片U1具有用于驅(qū)動外部開關(guān)管Q1的信號驅(qū)動端口(7腳-DRV管腳)，所述信號驅(qū)動端口與開關(guān)管Q1的柵極之間設(shè)置有開關(guān)管加速單元，所述開關(guān)管Q1的源極通過電阻R8接地，所述開關(guān)管Q1的漏極連接至供電變壓器T1原邊繞組的所述另一端。所述開關(guān)管加速單元包括穩(wěn)壓管D31、二極管D6、電阻R6、電阻R7和開關(guān)管Q2; 其中，所述信號驅(qū)動端口連接至穩(wěn)壓管D31的陰極、二極管D6的陽極和開關(guān)管Q2的基極，所述穩(wěn)壓管D31的陽極接地，所述二極管D6的陰極通過電阻R6與開關(guān)管Q1的柵極相連，所述開關(guān)管Q2的發(fā)射極通過電阻R7與開關(guān)管Q1的柵極相連，所述開關(guān)管Q2的集電極連接至開關(guān)管 Q1的源極。
[〇〇24] 其中，穩(wěn)壓管D31的穩(wěn)定電壓優(yōu)先選取在39V，R6優(yōu)先選取阻值為10歐姆，R7優(yōu)先選取阻值在2.2歐姆，二極管D6的優(yōu)先參數(shù)取值在30V/0.2A。在圖1中可以看到，Q1優(yōu)先采用 M0S管，Q2優(yōu)先采用PNP管。在所述開關(guān)管Q1的柵極和源極之間還設(shè)置有阻值大小在10K歐姆的電阻R5,用以保護(hù)開關(guān)管Q1。
[〇〇25] 當(dāng)控制Q1導(dǎo)通時，芯片U1信號驅(qū)動端口( DRV管腳)輸出的控制信號經(jīng)過D6和R6，送至Q1柵極，R6阻值較小，促使Q1快速導(dǎo)通，上升沿時間短；當(dāng)控制Q1斷開時，芯片U1信號驅(qū)動端口(DRV管腳)輸出的控制信號加載到開關(guān)管Q2的基極，使得Q2導(dǎo)通，此時M0S管Q1柵極信號經(jīng)過二極管D6，電阻R6，R7、三極管Q2得到釋放，進(jìn)而加快關(guān)斷。
[〇〇26]本實用新型所述的功率因素校正控制芯片U1使用臨界工作模式(CrM)來保證高的功率因素和一個寬的輸入電壓和輸出功率。參見圖1，它還具有其他的管腳。其中ZCD管腳(5 腳)通過電阻R37連接至供電變壓器T1輔助繞組的另一端(pin5)，其用于感應(yīng)輔助線圈電壓，檢測CrM(臨界工作模式)工作時電感是否已經(jīng)失磁。FB管腳(1腳)為芯片內(nèi)部誤差放大器的反向輸入端，當(dāng)這個管腳的電壓高于OVP電壓或者低于UVP電壓或者懸空時，芯片停止工作。因此可利用該管腳進(jìn)行過壓和低電壓保護(hù)。從圖1看到，F(xiàn)B管腳經(jīng)過分壓電阻R30、 R31、R32、RJ10、R34從電路信號輸出端取壓，以實現(xiàn)過電壓保護(hù)。圖2示出了芯片U1的低電壓保護(hù)電路部分。當(dāng)交流輸入低于預(yù)設(shè)值時，芯片U1的FB管腳被強(qiáng)制降低到UVP，使得芯片U1 進(jìn)入到待機(jī)模式。當(dāng)交流輸入高于預(yù)設(shè)值時，芯片U1才開始正常工作。比如預(yù)設(shè)值取在 80VAC，則當(dāng)交流輸入低于80VAC時，ZD20未導(dǎo)通，MOS管Q20截止，F(xiàn)B下分壓只是R34，1C處于 UVP狀態(tài)(欠壓保護(hù))；當(dāng)交流輸入高于80VAC時，ZD20反向?qū)?，MOS管Q20導(dǎo)通，F(xiàn)B下分壓由 R33//R34，正常分壓點(diǎn)，主輸出正常建立。
[〇〇27]額外的，在圖1中芯片U1的2腳為Control管腳，其為芯片內(nèi)部的誤差放大器的輸出端。在該管腳和地之間本案發(fā)明人設(shè)置了由C41、C42、R35構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)，利用該反饋網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)置回路帶寬，一個低的帶寬可以產(chǎn)生一個高的功率因素和一個低的總諧波失真。芯片U1的3腳為Ct管腳，該管腳產(chǎn)生一個電流源來給外部的計時電容C43充電。這個電路通過與芯片內(nèi)部的分得Vcontrol的一個電壓比較控制功率開關(guān)的開通時間。在開通時間結(jié)束時，Ct pin給外部電容C43放電。其中Ct管腳還連接到R38與R45的串接點(diǎn)，電阻R45的另一端通過串聯(lián)的R44、R43連接到交流輸入濾波整流單元后側(cè)，電阻R38的另一端通過電容C39接地。芯片U1的4腳為CS管腳，該管腳通過電阻R36連接到開關(guān)管Q1的源極，當(dāng)CS電壓超過內(nèi)部的Vilim時，驅(qū)動關(guān)斷。接到CS pin的感應(yīng)電阻決定了最大的開關(guān)電流。
[0028]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統(tǒng)的交流輸 入整流濾波單元后側(cè)，其特征在于，該電路包括: 功率因素校正控制芯片U1和供電變壓器T1，其中， 所述供電變壓器T1的原邊繞組一端與交流輸入整流濾波單元的信號輸出端相連，另一 端向外引出構(gòu)成該電路的信號輸出， 所述供電變壓器T1的輔助繞組一端通過二極管D32連接至一個串穩(wěn)單元，所述串穩(wěn)單 兀包括開關(guān)管Q32,所述開關(guān)管Q32的基極通過穩(wěn)壓管ZD31接地，所述開關(guān)管Q32的集電極與 二極管D32的陰極相連、且通過電阻R46連接至自身的基極，所述開關(guān)管Q32的發(fā)射極通過二 極管D34接入功率因素校正控制芯片U1的供電端口，同時在二極管D34的陰極側(cè)還連接有穩(wěn) 壓管ZD30，所述穩(wěn)壓管ZD31、穩(wěn)壓管ZD30的陽極接地。2.如權(quán)利要求1所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 串穩(wěn)單元中還包括濾波電容組，所述濾波電容組包括:連接在二極管D32陰極與地線之間的 電容C36,和并聯(lián)在穩(wěn)壓管ZD30兩端的電容C38。3.如權(quán)利要求1或2所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于， 在二極管D32的陽極和供電變壓器T1輔助繞組的所述一端之間還設(shè)置有電容C35。4.如權(quán)利要求3所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 功率因素校正控制芯片U1具有用于驅(qū)動外部開關(guān)管Q1的信號驅(qū)動端口，所述信號驅(qū)動端口 與開關(guān)管Q1的柵極之間設(shè)置有開關(guān)管加速單元，其中， 所述開關(guān)管Q1的源極通過電阻R8接地，所述開關(guān)管Q1的漏極連接至供電變壓器T1原邊 繞組的所述另一端。5.如權(quán)利要求4所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 開關(guān)管加速單元包括穩(wěn)壓管D31、二極管D6、電阻R6、電阻R7和開關(guān)管Q2; 其中，所述信號驅(qū)動端口連接至穩(wěn)壓管D31的陰極、二極管D6的陽極和開關(guān)管Q2的基 極，所述穩(wěn)壓管D31的陽極接地，所述二極管D6的陰極通過電阻R6與開關(guān)管Q1的柵極相連， 所述開關(guān)管Q2的發(fā)射極通過電阻R7與開關(guān)管Q1的柵極相連，所述開關(guān)管Q2的集電極連接至 開關(guān)管Q1的源極。6.如權(quán)利要求4或5所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于， 所述開關(guān)管Q1的柵極和源極之間還設(shè)置有阻值大小在10K歐姆的電阻R5。7.如權(quán)利要求1所述的燈具控制系統(tǒng)中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 供電變壓器T1原邊繞組的所述另一端通過串聯(lián)的二極管D2、熱敏電阻RTH1向外引出構(gòu)成升 壓型功率因素校正電路的信號輸出，且在該信號輸出端設(shè)置有濾波大電容C5。
【文檔編號】H05B37/02GK205726617SQ201620658101
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】王科, 胡特奇, 李長建, 張彬, 朱黎麗
【申請人】重慶燦源電子有限公司