燈具控制系統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中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統的交流輸入整流濾波單元后側，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連接至串穩單元，串穩單元包括開關管Q32，開關管Q32的基極通過穩壓管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的陰極側還連接有穩壓管ZD30，穩壓管ZD31、穩壓管ZD30的陽極接地。本實用新型提出的PFC電路工作穩定，效率高。
【專利說明】
燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及燈具控制技術領域，具體涉及一種燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路。
【背景技術】
[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的燈具。隨著科學技術和電子行業的發展與進步，對于諸如LED路燈等燈具的控制器系統變得越發復雜， 功能也變得越發多元化。通常，LED路燈以市電交流電作為供電電源，然后經過整流濾波電路、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)電壓進行升壓，同時還能夠布置為形成功率因數接近1的消耗裝置(功率因數校正)。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] 傳統燈具控制系統的PFC升壓電路:①有采用電感等分立元件構成的被動式PFC， 其結構簡單、成本低，穩定性良好，但功率因數不是很高，只能達到〇.7?0.8，因此其效率也比較低，發熱量也比較大;②也有以功率因素控制器芯片為主進行設計的主動式PFC，其功率因數高達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。在以芯片為主進行設計的主動式PFC升壓電路中，芯片的供電端口通常直接經整流二極管與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的電壓信號出現不穩定情況甚至波動較大時，芯片工作便會受到影響，進而使得PFC升壓電路不能正常運行。進一步的是，PFC 升壓電路的外部開關管通斷驅動緩慢，使得在對輸入電流進行相位調整時存在一定的影響。
【實用新型內容】
[0005] 針對現有技術中所存在的不足，本實用新型提供了一種燈具控制系統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行設計，并在芯片的供電端口設計了特殊的串穩單元，保證了 PFC升壓電路的正常運行。
[0006] 為實現上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案:
[0007] —種燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統的交流輸入整流濾波單元后側，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連接至一個串穩單元，所述串穩單兀包括開關管Q32,所述開關管Q32的基極通過穩壓管ZD31接地，所述開關管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，所述開關管Q32的發射極通過二極管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的陰極側還連接有穩壓管ZD30，所述穩壓管ZD31、穩壓管ZD30的陽極接地。
[0011] 相比于現有技術，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用在燈具控制系統中，主要通過在供電變壓器與PFC芯片的供電端口之間設計相應的串穩單元，使得PFC芯片能夠控制整個校正電路工作在一個比較穩定的高效率狀態，進而保證對功率因素的調整達到最優值。
【附圖說明】

[0013] 圖1為本實用新型所述燈具控制系統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的低電壓保護電路圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與作用更加清楚及易于了解，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步闡述:
[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)進行簡單概述:
[0017] 主動式PFC電路通常由高頻電感、開關管和電容等元件構成，可簡單歸納為升壓型開關電源電路，它能將110V或220V的交流市電轉變為380V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芯片去調整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。 主動式PFC可以達到較高的功率因數一通常可達98%以上，輸入電壓范圍寬等優越的電氣性能，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變換器線圈，以控制輸入電流的波形跟隨電網電壓波形，使電源呈現阻性，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，運作原理與上述類似。
[0018] 結合圖1，本實用新型提出了一種燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統的交流輸入整流濾波單元后側(即接收經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連接至一個串穩單兀，所述串穩單兀包括開關管Q32,所述開關管Q32的基極通過穩壓管ZD31接地， 所述開關管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，所述開關管Q32的發射極通過二極管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的陰極側還連接有穩壓管ZD30,所述穩壓管ZD31、穩壓管ZD30的陽極接地。其中，電阻 R46優先取值在3.9K，ZD31的穩定電壓優先取值在18V，ZD30的穩定電壓優先取值在18V。二極管D32的優先參數取值在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的優先參數取值在40V/0.5A。
[0019] 上述方案中，在供電變壓器T1輔助線圈產生的信號通過二極管D32整流后，送入到開關管Q32的集電極，此時由于穩壓管ZD31的存在使得開關管Q32的基極穩壓到18V，開關管 Q32的輸出3腳(即發射極)會在18-0.3V左右，然后再經過D34單向導通，ZD30再次保護，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管Q32上，對芯片U1起到了很好的保護作用。其中穩壓管 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，穩壓管ZD31功耗低， 電路工作穩定可靠。在一些燈具控制系統中，穩壓電路并沒有設計開關管，那電壓/電流便會完全加載穩壓管上，如果芯片U1工作在重載情況下，穩壓管功耗高，易損壞。
[0020] 其中上述方案優選的是，所述供電變壓器T1原邊繞組的所述另一端通過串聯的二極管D2、熱敏電阻RTH1向外引出構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置有濾波大電容C5X5采用紅寶石電容，在規定的工作溫度范圍內，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] 本實用新型更進一步的實施方案是，所述串穩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 (參數優先選取在50V/47uf， 50V為額定工作電壓)，和并聯在穩壓管ZD31兩端的電容C38(參數優先選取在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端之間還設置有電容C35。對于供電變壓器T1而言，其輔助繞組側還引出中心抽頭(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的供電問題進行改善以外，還為芯片 U1驅動的開關管Q1設計了加速單元。該加速單元用于加快開關管Q1的導通和關閉時上升沿和下降沿的時間。由于開關管Q1的通、斷的邊沿時間的快慢決定了 Q1的開通和關閉的損耗。 因此對其進行控制很有必要。
[〇〇23]具體來說，所述功率因素校正控制芯片U1具有用于驅動外部開關管Q1的信號驅動端口(7腳-DRV管腳)，所述信號驅動端口與開關管Q1的柵極之間設置有開關管加速單元，所述開關管Q1的源極通過電阻R8接地，所述開關管Q1的漏極連接至供電變壓器T1原邊繞組的所述另一端。所述開關管加速單元包括穩壓管D31、二極管D6、電阻R6、電阻R7和開關管Q2; 其中，所述信號驅動端口連接至穩壓管D31的陰極、二極管D6的陽極和開關管Q2的基極，所述穩壓管D31的陽極接地，所述二極管D6的陰極通過電阻R6與開關管Q1的柵極相連，所述開關管Q2的發射極通過電阻R7與開關管Q1的柵極相連，所述開關管Q2的集電極連接至開關管 Q1的源極。
[〇〇24] 其中，穩壓管D31的穩定電壓優先選取在39V，R6優先選取阻值為10歐姆，R7優先選取阻值在2.2歐姆，二極管D6的優先參數取值在30V/0.2A。在圖1中可以看到，Q1優先采用 M0S管，Q2優先采用PNP管。在所述開關管Q1的柵極和源極之間還設置有阻值大小在10K歐姆的電阻R5,用以保護開關管Q1。
[〇〇25] 當控制Q1導通時，芯片U1信號驅動端口( DRV管腳)輸出的控制信號經過D6和R6，送至Q1柵極，R6阻值較小，促使Q1快速導通，上升沿時間短；當控制Q1斷開時，芯片U1信號驅動端口(DRV管腳)輸出的控制信號加載到開關管Q2的基極，使得Q2導通，此時M0S管Q1柵極信號經過二極管D6，電阻R6，R7、三極管Q2得到釋放，進而加快關斷。
[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)，其用于感應輔助線圈電壓，檢測CrM(臨界工作模式)工作時電感是否已經失磁。FB管腳(1腳)為芯片內部誤差放大器的反向輸入端，當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行過壓和低電壓保護。從圖1看到，FB管腳經過分壓電阻R30、 R31、R32、RJ10、R34從電路信號輸出端取壓，以實現過電壓保護。圖2示出了芯片U1的低電壓保護電路部分。當交流輸入低于預設值時，芯片U1的FB管腳被強制降低到UVP，使得芯片U1 進入到待機模式。當交流輸入高于預設值時，芯片U1才開始正常工作。比如預設值取在 80VAC，則當交流輸入低于80VAC時，ZD20未導通，MOS管Q20截止，FB下分壓只是R34，1C處于 UVP狀態(欠壓保護)；當交流輸入高于80VAC時，ZD20反向導通，MOS管Q20導通，FB下分壓由 R33//R34，正常分壓點，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，其為芯片內部的誤差放大器的輸出端。在該管腳和地之間本案發明人設置了由C41、C42、R35構成的反饋網絡，利用該反饋網絡可以設置回路帶寬，一個低的帶寬可以產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部的分得Vcontrol的一個電壓比較控制功率開關的開通時間。在開通時間結束時，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，電阻R45的另一端通過串聯的R44、R43連接到交流輸入濾波整流單元后側，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連接到開關管Q1的源極，當CS電壓超過內部的Vilim時，驅動關斷。接到CS pin的感應電阻決定了最大的開關電流。
[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方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其連接在燈具控制系統的交流輸 入整流濾波單元后側，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連接至一個串穩單元，所述串穩單 兀包括開關管Q32,所述開關管Q32的基極通過穩壓管ZD31接地，所述開關管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，所述開關管Q32的發射極通過二 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的陰極側還連接有穩 壓管ZD30，所述穩壓管ZD31、穩壓管ZD30的陽極接地。2.如權利要求1所述的燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 串穩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,和并聯在穩壓管ZD30兩端的電容C38。3.如權利要求1或2所述的燈具控制系統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置有電容C35。4.如權利要求3所述的燈具控制系統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具有用于驅動外部開關管Q1的信號驅動端口，所述信號驅動端口 與開關管Q1的柵極之間設置有開關管加速單元，其中， 所述開關管Q1的源極通過電阻R8接地，所述開關管Q1的漏極連接至供電變壓器T1原邊 繞組的所述另一端。5.如權利要求4所述的燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于，所述 開關管加速單元包括穩壓管D31、二極管D6、電阻R6、電阻R7和開關管Q2; 其中，所述信號驅動端口連接至穩壓管D31的陰極、二極管D6的陽極和開關管Q2的基 極，所述穩壓管D31的陽極接地，所述二極管D6的陰極通過電阻R6與開關管Q1的柵極相連， 所述開關管Q2的發射極通過電阻R7與開關管Q1的柵極相連，所述開關管Q2的集電極連接至 開關管Q1的源極。6.如權利要求4或5所述的燈具控制系統中的升壓型功率因素校正電路，其特征在于， 所述開關管Q1的柵極和源極之間還設置有阻值大小在10K歐姆的電阻R5。7.如權利要求1所述的燈具控制系統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的二極管D2、熱敏電阻RTH1向外引出構成升 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