專利名稱：一種具有高功率因數的開關電源及其控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于開關電源領域，尤其涉及一種具有高功率因數的開關電源及其控制器。
技術背景 目前，隨著開關電源技術的不斷發展，開關電源已經具備了效率高、體積小及成本低的優點，因此，開關電源越來越廣泛地被應用于各種電子設備中。特別是在許多LED驅動電源中，開關電源還需要具備恒定電流輸出功能；此外，在許多國家和組織所制定的相關標準中，為了降低對電網的污染，還要求LED驅動電源中的開關電源具備高功率因數，這就需要開關電源同時具備功率因數校正功能。為了同時具備高功率因數和恒定電流輸出兩項功能，現有技術提供了兩種開關電源結構，第一種是在開關電源的前級采用功率因數校正電路，后級采用恒流電路，第二種則是在開關電源中采用光耦進行副邊反饋的單級功率因數校正與恒流電路。對于上述兩種開關電源結構，雖然均能實現高功率因數與恒定電流輸出，但第一種開關電源的電路結構復雜、集成度低及成本高，第二種開關電源中所采用的光耦存在老化過快的問題，進而影響開關電源的壽命。綜上所述，現有技術存在電路結構復雜、成本高且壽命短的問題。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種具有高功率因數的開關電源控制器，旨在解決現有技術所存在的電路結構復雜、成本高且壽命短的問題。本實用新型是這樣實現的，一種具有高功率因數的開關電源控制器，所述開關電源控制器內置于包含有反激型變壓器的開關電源，所述開關電源控制器具有電流采樣端、電壓采樣端及控制信號輸出端；所述電流采樣端接入所采樣到的開關電源的原邊電流的縮放信號，所述電壓采樣端接入所采樣到的反激型變壓器的輔助線圈的電壓信號，所述控制信號輸出端輸出控制信號至開關電源的功率開關管的控制端；所述開關電源控制器包括為所述開關電源控制器內部提供具有固定頻率的時鐘信號的時鐘電路；輸入端接所述電流采樣端，對所述原邊電流的縮放信號進行平方運算處理后輸出相應的平方縮放信號的乘法器；輸入端接所述電壓采樣端，對所述反激型變壓器的輔助線圈的電壓進行采樣以獲得開關電源的輸出電壓的縮放信號和與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號，并對所述開關電源的輸出電壓的縮放信號和所述與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號作運算處理后輸出基準信號的基準信號生成模塊；第一輸入端和第二輸入端分別接所述乘法器的輸出端和所述基準信號生成模塊的輸出端，將所述平方縮放信號與所述基準信號進行比較并輸出相應的控制電平信號的比較器；第一輸入端和第二輸入端分別接所述時鐘電路的輸出端和所述比較器的輸出端，輸出端接所述控制信號輸出端，根據所述時鐘信號對所述控制電平信號進行邏輯處理后輸出控制信號控制所述功率開關管的通斷的數字邏輯處理電路；由所述數字邏輯處理電路對所述功率開關管的通斷進行多次循環控制以使所述乘法器輸出的平方縮放信號與所述基準信號生成模塊輸出的基準信號呈線性變化關系。本實用新型的另一目的在于提供一種包括所述開關電源控制器的具有高功率因數的開關電源。在本實用新型中，通過采用包括所述時鐘電路、所述乘法器、所述基準信號生成模塊、所述比較器以及所述數字邏輯處理電路的開關電源控制器，在無需光耦進行副邊反饋的情況下控制所述功率開關管的通斷以調整開關電源的輸出電流和功率因數，進而達到控制所述開關電源恒流輸出并實現高功率因數的目的，整個開關電源控制器的結構簡單且工 作壽命長，從而解決了現有技術所存在的電路結構復雜、成本高且壽命短的問題。

圖I是本實用新型實施例所提供的開關電源的電路示意圖；圖2是本實用新型實施例所提供的具有高功率因數的開關電源控制器的結構圖；圖3是本實用新型實施例所提供的具有高功率因數的開關電源控制器中正弦半波產生電路的示例電路結構圖；圖4是本實用新型實施例所提供的具有高功率因數的開關電源控制器中各參數所對應的波形圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。在本實用新型實施例中，通過采用包括時鐘電路、乘法器、基準信號生成模塊、t匕較器以及數字邏輯處理電路的開關電源控制器，在無需光耦進行副邊反饋的情況下控制功率開關管的通斷以調整開關電源的輸出電流和功率因數，進而達到控制開關電源恒流輸出并實現高功率因數的目的，整個開關電源控制器的結構簡單且工作壽命長。圖I是本實用新型實施例中所提供的開關電源的電路示意圖，開關電源控制器100內置于包含有反激型變壓器Tl的開關電源中，該開關電源還包括整流橋BD1、電阻R1、電容Cl、二極管D1、電阻R2、電阻R3、功率開關管Q1、電阻R4、整流二極管D2以及電容C2。其中，開關電源控制器100具有電流采樣端CS、電壓采樣端FB及控制信號輸出端OUT ；電流采樣端CS接入所采樣到的開關電源的原邊電流的縮放信號，電壓采樣端FB接入所采樣到的反激型變壓器Tl的輔助線圈的電壓信號，控制信號輸出端OUT輸出控制信號至開關電源的功率開關管Ql的控制端。此外，開關電源控制器100還具有電源端VCC和接地端 GND。在本實用新型實施例中，功率開關管Ql為NMOS管，則功率開關管Ql的控制端對應NMOS管的柵極；開關電源的輸出電壓實際上是負載電壓Vrat與整流二極管D2的導通壓降Vd之和，由于整流二極管D2的導通壓降很小，可忽略不計，因此，開關電源的輸出電壓為
Vout。該開關電源工作于斷續工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)中，且開關電源的系統效率H、系統頻率f及反激型變壓器Tl的電感量Lp均是固定不變的。由于工作于斷續工作模式的開關電源的輸入電流平均值Iin胃(t)表示為
權利要求1.一種具有高功率因數的開關電源控制器，所述開關電源控制器內置于包含有反激型變壓器的開關電源，其特征在于，所述開關電源控制器具有電流采樣端、電壓采樣端及控制信號輸出端；所述電流采樣端接入所采樣到的開關電源的原邊電流的縮放信號，所述電壓采樣端接入所采樣到的反激型變壓器的輔助線圈的電壓信號，所述控制信號輸出端輸出控制信號至開關電源的功率開關管的控制端； 所述開關電源控制器包括 為所述開關電源控制器內部提供具有固定頻率的時鐘信號的時鐘電路； 輸入端接所述電流采樣端，對所述原邊電流的縮放信號進行平方運算處理后輸出相應的平方縮放信號的乘法器； 輸入端接所述電壓采樣端，對所述反激型變壓器的輔助線圈的電壓進行采樣以獲得開關電源的輸出電壓的縮放信號和與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號，并對所述開關電源的輸出電壓的縮放信號和所述與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號作運算處理后輸出基準信號的基準信號生成模塊； 第一輸入端和第二輸入端分別接所述乘法器的輸出端和所述基準信號生成模塊的輸出端，將所述平方縮放信號與所述基準信號進行比較并輸出相應的控制電平信號的比較器； 第一輸入端和第二輸入端分別接所述時鐘電路的輸出端和所述比較器的輸出端，輸出端接所述控制信號輸出端，根據所述時鐘信號對所述控制電平信號進行邏輯處理后輸出控制信號控制所述功率開關管的通斷的數字邏輯處理電路； 由所述數字邏輯處理電路對所述功率開關管的通斷進行多次循環控制以使所述乘法器輸出的平方縮放信號與所述基準信號生成模塊輸出的基準信號呈線性變化關系。
2.如權利要求I所述的開關電源控制器，其特征在于，所述基準信號生成模塊包括 輸出電壓采樣電路、正弦半波產生電路、第一乘法器及第二乘法器； 所述輸出電壓采樣電路的輸入端和所述正弦半波產生電路的輸入端共接形成所述基準信號生成模塊的輸入端，所述輸出電壓采樣電路的輸出端接所述第二乘法器的第一輸入端，所述正弦半波產生電路的輸出端接所述第一乘法器的輸入端，所述第一乘法器的輸出端接所述第二乘法器的第二輸入端，所述第二乘法器的輸出端為所述基準信號生成模塊的輸出端。
3.如權利要求2所述的開關電源控制器，其特征在于，所述正弦半波產生電路包括 誤差運算放大器OPA、NMOS管Q2、PMOS管Q3、PMOS管Q4、電阻R5、NMOS管Q5及電容C3 ； 所述誤差運算放大器OPA的反相輸入端與所述NMOS管Q2共接形成所述正弦半波產生電路的輸入端，所述誤差運算放大器OPA的同相輸入端與所述NMOS管Q2的襯底均接地，所述NMOS管Q2的柵極接所述誤差運算放大器OPA的輸出端，所述NMOS管Q2的柵極接所述PMOS管Q3的漏極，所述PMOS管Q3的漏極與柵極共接后再與所述PMOS管Q4的柵極連接，所述PMOS管Q3的源極與襯底的共接點和所述PMOS管Q4的源極與襯底的共接點相連后再與所述開關電源控制器的電源端連接，所述PMOS管Q4的漏極同時與所述電阻R5的第一端及所述NMOS管Q5的源極連接，所述電阻R5的第二端接地，所述NMOS管Q5的柵極接所述控制信號輸出端，所述NMOS管Q5的漏極為所述正弦半波產生電路的輸出端，所述電容C3連接于所述NMOS管Q5的漏極與地之間。
4.一種具有高功率因數的開關電源，其特征在于，所述開關電源包括開關電源控制器，所述開關電源控制器內置于包含有反激型變壓器的開關電源，所述開關電源控制器具有電流采樣端、電壓采樣端及控制信號輸出端；所述電流采樣端接入所采樣到的開關電源的原邊電流的縮放信號，所述電壓采樣端接入所采樣到的反激型變壓器的輔助線圈的電壓信號，所述控制信號輸出端輸出控制信號至開關電源的功率開關管的控制端； 所述開關電源控制器包括 為所述開關電源控制器內部提供具有固定頻率的時鐘信號的時鐘電路； 輸入端接所述電流采樣端，對所述原邊電流的縮放信號進行平方運算處理后輸出相應的平方縮放信號的乘法器； 輸入端接所述電壓采樣端，對所述反激型變壓器的輔助線圈的電壓進行采樣以獲得開關電源的輸出電壓的縮放信號和與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號，并對所述開關電源的輸出電壓的縮放信號和所述與開關電源的輸入電壓同頻同相的正弦半波縮放信號作運算處理后輸出基準信號的基準信號生成模塊； 第一輸入端和第二輸入端分別接所述乘法器的輸出端和所述基準信號生成模塊的輸出端，將所述平方縮放信號與所述基準信號進行比較并輸出相應的控制電平信號的比較器； 第一輸入端和第二輸入端分別接所述時鐘電路的輸出端和所述比較器的輸出端，輸出端接所述控制信號輸出端，根據所述時鐘信號對所述控制電平信號進行邏輯處理后輸出控制信號控制所述功率開關管的通斷的數字邏輯處理電路； 由所述數字邏輯處理電路對所述功率開關管的通斷進行多次循環控制以使所述乘法器輸出的平方縮放信號與所述基準信號生成模塊輸出的基準信號呈線性變化關系。
5.如權利要求4所述的開關電源，其特征在于，所述基準信號生成模塊包括 輸出電壓采樣電路、正弦半波產生電路、第一乘法器及第二乘法器； 所述輸出電壓采樣電路的輸入端和所述正弦半波產生電路的輸入端共接形成所述基準信號生成模塊的輸入端，所述輸出電壓采樣電路的輸出端接所述第二乘法器的第一輸入端，所述正弦半波產生電路的輸出端接所述第一乘法器的輸入端，所述第一乘法器的輸出端接所述第二乘法器的第二輸入端，所述第二乘法器的輸出端為所述基準信號生成模塊的輸出端。
6.如權利要求5所述的開關電源，其特征在于，所述正弦半波產生電路包括 誤差運算放大器OPA、NMOS管Q2、PMOS管Q3、PMOS管Q4、電阻R5、NMOS管Q5及電容C3 ； 所述誤差運算放大器OPA的反相輸入端與所述NMOS管Q2共接形成所述正弦半波產生電路的輸入端，所述誤差運算放大器OPA的同相輸入端與所述NMOS管Q2的襯底均接地，所述NMOS管Q2的柵極接所述誤差運算放大器OPA的輸出端，所述NMOS管Q2的柵極接所述PMOS管Q3的漏極，所述PMOS管Q3的漏極與柵極共接后再與所述PMOS管Q4的柵極連接，所述PMOS管Q3的源極與襯底的共接點和所述PMOS管Q4的源極與襯底的共接點相連后再與所述開關電源控制器的電源端連接，所述PMOS管Q4的漏極同時與所述電阻R5的第一端及所述NMOS管Q5的源極連接，所述電阻R5的第二端接地，所述NMOS管Q5的柵極接所述控制信號輸出端，所述NMOS管Q5的漏極為所述正弦半波產生電路的輸出端，所述電容C3連接于所述NMO S管Q5的漏極與地之間。
專利摘要本實用新型適用于開關電源領域，提供了一種具有高功率因數的開關電源及其控制器。在本實用新型中，通過采用包括時鐘電路、乘法器、基準信號生成模塊、比較器以及數字邏輯處理電路的開關電源控制器，在無需光耦進行副邊反饋的情況下控制功率開關管的通斷以調整開關電源的輸出電流和功率因數，進而達到控制開關電源恒流輸出并實現高功率因數的目的，整個開關電源控制器的結構簡單且工作壽命長，從而解決了現有技術所存在的電路結構復雜、成本高且壽命短的問題。
文檔編號H02M3/335GK202737770SQ20122023629
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者李照華, 趙春波, 林道明, 陳克勇, 謝靖, 胡喬 申請人:深圳市明微電子股份有限公司