本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路及具有該電路的交直流轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

交直流轉(zhuǎn)換器(AC-DC轉(zhuǎn)換器)就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O(shè)備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為整流，功率流由負(fù)載返回電源的稱為有源逆變。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路及具有該電路的交直流轉(zhuǎn)換器，通過采用準(zhǔn)諧振控制技術(shù)，提高了最大工作頻率和工作效率，降低了成本，且由于開關(guān)管零電壓導(dǎo)通，大大減小了電磁干擾。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路，設(shè)置于交直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)，所述準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路包括：

采樣檢測器，用于偵測線電壓并采集原邊電壓信號和原邊電流信號，并將所述交直流轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管關(guān)斷時的原邊電壓信號與采樣檢測器內(nèi)的電壓放大基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較得到波谷檢測信號和原邊電壓時序信號，以及將所述開關(guān)管導(dǎo)通時的原邊電流信號和電流放大基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較得到原邊電流采樣放大信號；

恒流導(dǎo)通信號控制器，用于根據(jù)波谷檢測信號、原邊電壓時序信號和采樣檢測器發(fā)出的PFM信號進(jìn)行邏輯運算得到準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號，并將所述準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號與頻率限制器發(fā)出的信號進(jìn)行比較得到恒流開關(guān)導(dǎo)通信號；

恒流關(guān)斷信號控制器，用于根據(jù)所述原邊電流采樣放大信號與恒流導(dǎo)通信號控制器發(fā)出的限流基準(zhǔn)電壓信號得到限流關(guān)斷信號，根據(jù)所述原邊電壓時序信號得到恒流基準(zhǔn)電壓信號，所述原邊電流采樣放大信號和恒流基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較得到恒流關(guān)斷信號，并根據(jù)恒流關(guān)斷信號和限流關(guān)斷信號生成恒流開關(guān)關(guān)斷信號；

恒流開關(guān)驅(qū)動器，用于根據(jù)所述恒流開關(guān)導(dǎo)通信號和恒流開關(guān)關(guān)斷信號生成用于驅(qū)動所述開關(guān)管的開關(guān)驅(qū)動信號。

所述采樣檢測器包括：

電壓采樣單元，用于逐周期采集所述原邊電壓信號；

電流采樣單元，用于逐周期采集所述原邊電流信號；

基準(zhǔn)電壓源，用于產(chǎn)生電壓放大基準(zhǔn)電壓信號、電流放大基準(zhǔn)電壓信號、電壓時序檢測基準(zhǔn)電壓信號和限流基準(zhǔn)電壓信號，并將電壓放大基準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至電壓放大器，將電流放大基準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至電流放大器，將電壓時序檢測基準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至原邊電壓時序檢測器，將限流基準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至恒流導(dǎo)通信號控制器；

電壓放大器，用于對所述原邊電壓信號進(jìn)行放大；

電流放大器，用于對所述原邊電流信號進(jìn)行放大得到所述原邊電流采樣放大信號；

原邊電壓時序檢測器，用于將放大后的原邊電壓信號進(jìn)行邏輯運算得到波谷檢測信號及原邊電壓時序信號；

自適應(yīng)斜波補(bǔ)償單元，用于獲取所述線電壓，并根據(jù)線電壓補(bǔ)償所述原邊電流信號。

所述原邊電壓時序檢測器用于產(chǎn)生所述PFM信號，并將該PFM信號發(fā)送至恒流導(dǎo)通信號控制器。

所述恒流導(dǎo)通信號控制器包括：

準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器，用于根據(jù)波谷檢測信號、原邊電壓時序信號和PFM信號進(jìn)行邏輯運算得到準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號；

振蕩器，用于產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號、高頻限制頻率信號和低頻限制頻率信號，并將內(nèi)部時鐘信號發(fā)送至準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器，將高頻限制頻率信號和低頻限制頻率信號發(fā)送至頻率限制器；

頻率限制器，用于根據(jù)所述高頻限制頻率信號生成高頻限制信號，根據(jù)所述低頻限制頻率信號生成低頻限制信號；

第一邏輯門，用于根據(jù)所述準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號、高頻限制信號和低頻限制信號生成所述恒流開關(guān)導(dǎo)通信號。

所述高頻限制頻率信號為80kHz信號，低頻限制頻率信號為50kHz信號。

所述恒流關(guān)斷信號控制器包括：

限流比較器，用于將所述原邊電流采樣放大信號和限流基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較得到限流關(guān)斷信號；

恒流調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)所述原邊電壓時序信號得到恒流基準(zhǔn)電壓信號；

恒流比較器，用于將所述原邊電流采樣放大信號和恒流基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較得到恒流關(guān)斷信號；

第二邏輯門，用于將所述恒流關(guān)斷信號和限流關(guān)斷信號進(jìn)行邏輯運算得到恒流開關(guān)關(guān)斷信號。

所述恒流開關(guān)驅(qū)動器包括：

基準(zhǔn)電流源，用于輸出基準(zhǔn)恒流信號；

RS觸發(fā)器，用于將所述恒流導(dǎo)通信號和恒流關(guān)斷信號進(jìn)行邏輯運算得到開關(guān)邏輯控制信號；

恒流驅(qū)動門，用于根據(jù)所述基準(zhǔn)恒流信號和所述開關(guān)邏輯控制信號生成所述開關(guān)驅(qū)動信號。

交直流轉(zhuǎn)換器，包括上述的準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路、變壓器和開關(guān)管，準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路分別與變壓器和開關(guān)管連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用準(zhǔn)諧振控制技術(shù)，能在大幅提高滿載工作頻率以便系統(tǒng)減少體積的同時提高輕載階段的效率，降低損耗；開關(guān)管在零電流時導(dǎo)通，大大減小了電磁干擾；采用谷值電壓采樣開通技術(shù)，減小開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率；采用的原邊反饋PSR控制技術(shù)，在原邊即可采樣次級邊電壓及電流信號，減少外圍器件數(shù)量，降低系統(tǒng)成本及成品體積。

附圖說明

圖1為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路中采樣檢測器的一個結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路中恒流導(dǎo)通信號控制器的一個結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路中恒流關(guān)斷信號控制器的一個結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路中恒流開關(guān)驅(qū)動器的一個結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路中原邊電壓/電流信號及關(guān)鍵開關(guān)信號時序圖；

圖7為本發(fā)明準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路的又一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖中，1-采樣檢測器，101-電壓采樣單元，102-電流采樣單元，103-基準(zhǔn)電壓源，104-電壓放大器，105-電流放大器,106-原邊電壓時序檢測器，107-自適應(yīng)斜波補(bǔ)償單元，N101-原邊電壓信號，N102-原邊電流信號，N103-波谷檢測信號，N104-原邊電壓時序信號，N105-原邊電流采樣放大信號，N106-線電壓，N107-電壓放大基準(zhǔn)電壓信號，N108-電流放大基準(zhǔn)電壓信號，N109-電壓時序檢測基準(zhǔn)電壓信號，N110-限流基準(zhǔn)電壓信號，2-恒流導(dǎo)通信號控制器，201-準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器，202-振蕩器，203-頻率限制器，204-第一邏輯門，N201-恒流開關(guān)導(dǎo)通信號，N202-準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號，N203-內(nèi)部時鐘信號，N204-高頻限制頻率信號，N205-低頻限制頻率信號，N206-高頻限制信號，N207-低頻限制信號，3-恒流關(guān)斷信號控制器，301-限流比較器，302-恒流調(diào)節(jié)器，303-恒流比較器，304-第二邏輯門，N301-恒流開關(guān)關(guān)斷信號，N302-限流關(guān)斷信號，N303-恒流基準(zhǔn)電壓信號，N304-恒流關(guān)斷信號，4-恒流開關(guān)驅(qū)動器，401-基準(zhǔn)電流源，402-RS觸發(fā)器，403-恒流驅(qū)動門，N401-開關(guān)驅(qū)動信號，N402-基準(zhǔn)恒流信號，N403-開關(guān)邏輯控制信號，001-電阻采樣網(wǎng)絡(luò)，002-變壓器，003-開關(guān)管，004-采樣電阻，005-橋式整流器，006-輔助繞組，007-LED光源，N001-變壓器電壓信號，N002-原邊采樣電流信號。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，用于交直流轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路，與交直流轉(zhuǎn)換器連接，所述準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路包括采樣檢測器1、恒流導(dǎo)通信號控制器2、恒流關(guān)斷信號控制器3和恒流開關(guān)驅(qū)動器4。

如圖2所示，所述采樣檢測器用于偵測線電壓N106并采集原邊電壓信號N101和原邊電流信號N102，并將所述交直流轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管關(guān)斷時的原邊電壓信號N101與采樣檢測器內(nèi)的電壓放大基準(zhǔn)電壓信號N107進(jìn)行比較得到波谷檢測信號N103和原邊電壓時序信號N104，以及將所述開關(guān)管導(dǎo)通時的原邊電流信號N102和采樣檢測器內(nèi)的電流放大基準(zhǔn)電壓信號N108進(jìn)行比較得到原邊電流采樣放大信號N105。

所述采樣檢測器包括電壓采樣單元101、電流采樣單元102、基準(zhǔn)電壓源103、電壓放大器104、電流放大器105、原邊電壓時序檢測器106和自適應(yīng)斜波補(bǔ)償單元107。

所述電壓采樣單元101，用于逐周期采集所述原邊電壓信號N101；電阻采樣網(wǎng)絡(luò)001對交直流轉(zhuǎn)換器的變壓器002的原邊電壓進(jìn)行采樣得到變壓器電壓信號N001，電壓采樣單元101對變壓器電壓信號N001進(jìn)行采樣得到原邊電壓信號N101。

電流采樣單元102，用于逐周期采集所述原邊電流信號N102；開關(guān)管003導(dǎo)通后，電流流經(jīng)采樣電阻004得到原邊采樣電流信號N002，電流采樣單元102對原邊采樣電流信號N002進(jìn)行采集得到原邊電流信號N102。

基準(zhǔn)電壓源103，用于產(chǎn)生電壓放大基準(zhǔn)電壓信號N107、電流放大基準(zhǔn)電壓信號N108、電壓時序檢測基準(zhǔn)電壓信號N109和限流基準(zhǔn)電壓信號N110，并將電壓放大基準(zhǔn)電壓信號N107發(fā)送至電壓放大器104，將電流放大基準(zhǔn)電壓信號N108發(fā)送至電流放大器105，將電壓時序檢測基準(zhǔn)電壓信號N109發(fā)送至原邊電壓時序檢測器106，將限流基準(zhǔn)電壓信號N110發(fā)送至恒流導(dǎo)通信號控制器2。

電壓放大器104用于對所述原邊電壓信號N101進(jìn)行放大。

電流放大器105用于對所述原邊電流信號N102進(jìn)行放大得到所述原邊電流采樣放大信號N105。

原邊電壓時序檢測器106，用于將放大后的原邊電壓信號N101進(jìn)行邏輯運算得到波谷檢測信號N103及原邊電壓時序信號N104；所述原邊電壓時序檢測器還用于產(chǎn)生所述PFM信號，并將該PFM信號發(fā)送至恒流導(dǎo)通信號控制器2。

自適應(yīng)斜波補(bǔ)償單元107，用于獲取所述線電壓N106，并根據(jù)線電壓N106補(bǔ)償所述原邊電流信號N102。

如圖3所示，所述恒流導(dǎo)通信號控制器2的輸入信號為波谷檢測信號N103、原邊電壓時序信號N104和采樣檢測器發(fā)出的PFM信號，恒流導(dǎo)通信號控制器2的輸出信號為恒流開關(guān)導(dǎo)通信號N201。

所述恒流導(dǎo)通信號控制器2包括準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器201、振蕩器202、頻率限制器203和第一邏輯門204。

所述準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器201用于根據(jù)波谷檢測信號N103、原邊電壓時序信號N104和PFM信號進(jìn)行邏輯運算得到準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號N202。

所述振蕩器202用于產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號N203、高頻限制頻率信號N204和低頻限制頻率信號N205，并將內(nèi)部時鐘信號N203發(fā)送至準(zhǔn)諧振導(dǎo)通信號發(fā)生器201，將高頻限制頻率信號N204和低頻限制頻率信號N205發(fā)送至頻率限制器203；所述高頻限制頻率信號N204為80kHz信號，低頻限制頻率信號N205為50kHz信號。

所述頻率限制器203用于根據(jù)所述高頻限制頻率信號N204生成高頻限制信號N206，根據(jù)所述低頻限制頻率信號N205生成低頻限制信號N207。

所述第一邏輯門204用于根據(jù)所述準(zhǔn)諧振導(dǎo)通邏輯信號N202、高頻限制信號N206和低頻限制信號N207生成所述恒流開關(guān)導(dǎo)通信號N201。

如圖4所示，所述恒流關(guān)斷信號控制器3的輸入信號為原邊電壓時序信號N104、原邊電流采樣放大信號N105和限流基準(zhǔn)電壓信號N110，恒流關(guān)斷信號控制器3的輸出信號為恒流開關(guān)關(guān)斷信號N301。

所述恒流關(guān)斷信號控制器3包括限流比較器301、恒流調(diào)節(jié)器302、恒流比較器303和第二邏輯門304。

限流比較器301用于將所述原邊電流采樣放大信號N105和限流基準(zhǔn)電壓信號N110進(jìn)行比較得到限流關(guān)斷信號N302。

恒流調(diào)節(jié)器302用于根據(jù)所述原邊電壓時序信號N104得到恒流基準(zhǔn)電壓信號N303。

恒流比較器303用于將所述原邊電流采樣放大信號N105和恒流基準(zhǔn)電壓信號N303進(jìn)行比較得到恒流關(guān)斷信號N304。

第二邏輯門304用于將所述恒流關(guān)斷信號N304和限流關(guān)斷信號N302進(jìn)行邏輯運算得到恒流開關(guān)關(guān)斷信號N301。

如圖5所示，所述恒流開關(guān)驅(qū)動器4的輸入信號為恒流開關(guān)導(dǎo)通信號N201和恒流開關(guān)關(guān)斷信號N301，恒流開關(guān)驅(qū)動器4的輸出信號為開關(guān)驅(qū)動信號N401。

所述恒流開關(guān)驅(qū)動器4包括基準(zhǔn)電流源401、RS觸發(fā)器402和恒流驅(qū)動門403。

基準(zhǔn)電流源401用于輸出基準(zhǔn)恒流信號N402。

RS觸發(fā)器402用于將所述恒流導(dǎo)通信號N201和恒流關(guān)斷信號N301進(jìn)行邏輯運算得到開關(guān)邏輯控制信號N403。

恒流驅(qū)動門403用于根據(jù)所述基準(zhǔn)恒流信號N402和所述開關(guān)邏輯控制信號N403生成所述開關(guān)驅(qū)動信號N401。

本發(fā)明中采用準(zhǔn)諧振控制技術(shù)，開關(guān)管003導(dǎo)通時原邊電流為0，即次級邊電流也為0，因此可以得到：

式中，Iout為輸出電流，Ipks為次級邊峰值電流，Tons為次級邊導(dǎo)通時間，Toffs為次級邊關(guān)斷時間。由于次級邊峰值電流Ipks和原邊峰值電流Ipk存在以下關(guān)系

所以得到

由于所述交直流轉(zhuǎn)換器采用峰值電流控制邏輯，因此上述公式中Ipk值恒定，而當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)確定后，原邊與次級邊的匝數(shù)比Np/Ns也是恒定的，故只需要Tons/Tsw的比值恒定就能夠使Iout保持恒定，因此本發(fā)明通過采樣原邊電壓時序信號得到當(dāng)前周期的Tons，通過恒流調(diào)節(jié)器確定的Tons/Tsw比值計算下一周期的Toffs，運算得出系統(tǒng)恒流基準(zhǔn)電壓，輸出到恒流比較器中與原邊采樣放大電流信號比較的到恒流關(guān)斷信號，從而完成所述交直流轉(zhuǎn)換器的恒流功能。

同時，本發(fā)明在傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振工作模式基礎(chǔ)上，增加輕載條件控制邏輯，通過檢測原邊電壓時序產(chǎn)生輕載頻率調(diào)節(jié)(PFM)信號，當(dāng)出現(xiàn)輕載開關(guān)導(dǎo)通信號時并不去開通開關(guān)管003，而是繼續(xù)等到出現(xiàn)波谷檢測信號出現(xiàn)時才產(chǎn)生真正的開關(guān)管003導(dǎo)通信號去打開開關(guān)管003，從而實現(xiàn)輕載情況下的降頻準(zhǔn)諧振控制模式工作，損耗將大大降低，相比傳統(tǒng)的準(zhǔn)諧振控制模式效率會有明顯提升。

本發(fā)明通過完善的系統(tǒng)設(shè)計提高系統(tǒng)工作頻率，減小外圍器件尺寸，同時仍然保持高效率，且由于準(zhǔn)諧振控制技術(shù)，大大降低了開關(guān)電磁干擾問題，從而實現(xiàn)了小體積高效率的交直流轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明中的準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路可以由一個控制器實現(xiàn)。

如圖6所示，從波形的前半段可以看出當(dāng)變壓器原邊電流達(dá)到峰值限流點Ipk時，開關(guān)關(guān)斷，系統(tǒng)進(jìn)入關(guān)斷時間，變壓器原邊電流逐漸下降同時功率管漏源電壓也逐漸下降，當(dāng)電壓達(dá)到谷值檢測點，開關(guān)打開，系統(tǒng)進(jìn)入導(dǎo)通時間，變壓器原邊電流逐漸上升達(dá)到峰值限流點Ipk；而在波形的后半段展示了當(dāng)PFM檢測信號介入時，即使檢測到波谷信號，實際的波谷信號也直到PFM檢測信號進(jìn)行狀態(tài)重置后才會進(jìn)行有效的開啟，從而完成輕載狀態(tài)下的降頻功能。

如圖7所示，本發(fā)明中的準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路的一個應(yīng)用電路包括橋式整流器005、第一電容C1、第二電容C2、二極管D1、變壓器002、輔助繞組006、電阻采樣網(wǎng)絡(luò)001、電流采樣電阻004、開關(guān)管003和LED光源007。

具體工作過程如下，橋式整流器005將AC電源輸入整流為線電壓N106，由開關(guān)管003控制變壓器002進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換提供給次級邊，同時電流采樣電阻004采集原邊采樣電流信號N002，準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路對原邊采樣電流信號N002進(jìn)行采集得到原邊電流信號N102進(jìn)行邏輯運算，輔助繞組006采樣變壓器002實時電壓通過電阻采樣網(wǎng)絡(luò)001得到變壓器電壓信號N001，準(zhǔn)諧振原邊恒流控制電路對原邊采樣電流信號N002進(jìn)行采集得到原邊電流信號N102進(jìn)行邏輯運算。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。