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有源功率因數(shù)校正電路

閱讀：785發(fā)布：2023-03-10

專利匯可以提供有源功率因數(shù)校正電路專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種有源功率因數(shù)校正 電路 ，主要解決 現(xiàn)有技術(shù) 外圍電感尺寸大的問題。該電路包括基準電源(1)、第一誤差 放大器 (2)、乘法器(3)、比較器(4)、邏輯驅(qū)動電路(5)、跟隨電路(6)和零 電流 檢測(7)；基準電源(1)輸出基準 電壓 連接到第一誤差放大器(2)，第一誤差放大器(2)的輸出連接到乘法器(3)，乘法器(3)的輸出連接到比較器(4)，比較器(4)的輸出和零電流檢測(7)的輸出連接到邏輯驅(qū)動電路(5)，產(chǎn)生其所在芯片的輸出 信號 ，跟隨電路(6)跨接于第一誤差放大器(2)和乘法器(3)之間，從乘法器(3)的輸入端 抽取 電流，使 輸出電壓 Vout跟隨輸入電壓Vin變化。本發(fā)明有效地減小了有源功率因數(shù)校正電路采用的外圍電感的尺寸，可用于采用有源功率因數(shù)校正電路的 電子 設(shè)備中。，下面是有源功率因數(shù)校正電路專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種有源功率因數(shù)校正電路，包括基準電源(1)、第一誤差放大器(2)、乘法器(3)、比較器(4)和邏輯驅(qū)動電路(5)；基準電源(1)用于產(chǎn)生基準電壓VREF；該基準電壓VREF連接到第一誤差放大器(2)，第一誤差放大器(2)對基準電壓VREF與其所在芯片的輸入信號VM進行比較和放大，輸出差分信號VCOMP；該差分信號VCOMP連接到乘法器(3)，乘法器(3)將差分信號VCOMP與其所在芯片的輸入信號VFB相乘，輸出乘積信號VPRO；比較器(4)對乘積信號VPRO與其所在芯片的輸入信號VCS進行比較，輸出控制信號VC；該控制信號VC連接到邏輯驅(qū)動電路(5)，邏輯驅(qū)動電路(5)產(chǎn)生驅(qū)動信號VGD，零電流檢測(7)的輸入端與其所在芯片的輸入信號VT相連，輸出控制信號VZ，該控制信號VZ連接到邏輯驅(qū)動電路(5)，其特征在于：
誤差放大器(2)的反相輸入端VM和其所在芯片的輸入信號VFB之間連接有跟隨電路(6)，用于使輸出電壓VOUT跟隨輸入電壓Vin的變化而變化；
所述跟隨電路(6)，包括峰值檢測電路(61)、電壓電流轉(zhuǎn)換電路(62)、電流鏡像電路(63)；該峰值檢測電路(61)一端接其所在芯片的輸入電壓VDD，另一端接其所在芯片的輸入信號VM，峰值檢測電路(61)的輸出端輸出峰值信號VP，并連接到電壓電流轉(zhuǎn)換電路(62)的輸入端；電壓電流轉(zhuǎn)換電路(62)的輸出端輸出電壓信號VB，并連接到電流鏡像電路(63)的輸入端；電流鏡像電路(63)輸出電流信號I2，電流信號I2從其所在芯片的輸入電壓VFB抽取。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于峰值檢測電路(61)，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、穩(wěn)壓二極管D1和第二誤差放大器EA；
所述第一NPN管Q1的基極與集電極相連，并于其所在芯片的輸入信號VM相連，其發(fā)射極與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連，作為峰值檢測電路(61)的輸出端，該輸出端輸出峰值信號VP；
所述第二NPN管Q2的基極與第二誤差放大器EA的輸出端相連，其集電極與其所在芯片的輸入電壓VDD相連；
所述穩(wěn)壓二極管D1的正端與地相連，負端與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連；
所述第二誤差放大器EA的同相輸入端與第一NPN管Q1的基極相連，反相輸入端與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述的電壓電流轉(zhuǎn)換電路(62)的輸入端與峰值檢測電路(61)所輸入的峰值信號VP相連，其輸出端輸出電壓信號VB，連接到電流鏡像電路(63)的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述的電流鏡像電路(63)，包括：威爾遜電流鏡(631)和電流鏡(632)；
所述威爾遜電流鏡(631)的輸入端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路(62)所輸入的電壓信號VB相連，其輸出端輸出電流信號I1，連接到電流鏡(632)的輸入端；
所述電流鏡(632)輸出電流信號I2，電流信號I2從其所在芯片的輸入信號VFB抽取。

說明書全文

有源功率因數(shù)校正電路

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及模擬集成電路，特別是一種有源功率因數(shù)校正電路。

背景技術(shù)

[0002] 有源功率因數(shù)校正作為一種非常重要的電源管理類電路，廣泛的應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。有源功率因數(shù)校正應(yīng)用于整流濾波電路之后，通常提供接近于1的功率因數(shù)值，因此，有源功率因數(shù)校正電路能減小電子設(shè)備對電網(wǎng)的諧波污染、提高電能的利用率。與常用的無源功率因數(shù)校正電路相比其具有功率因數(shù)值高、體積小等優(yōu)點。
[0003] 現(xiàn)有的有源功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該有源功率因數(shù)校正電路由基準電源、誤差放大器、乘法器、比較器、邏輯驅(qū)動電路和零電流檢測構(gòu)成；其中基準電源將輸入電壓VDD轉(zhuǎn)換為基準電壓VREF；該基準電壓VREF與其所在芯片的輸入信號VM分別連接到誤差放大器的同相輸入端和反相輸入端，經(jīng)誤差放大器的初步放大后得到差分信號VCOMP；該差分信號VCOMP和反饋電壓VFB輸入到乘法器，經(jīng)乘法器的相乘得到乘積信號VPRO；該乘積信號VPRO和采樣信號VCS分別連接到比較器的反相輸入端和同相輸入端，經(jīng)比較器的比較后得到比較信號VC；零電流檢測與其所在芯片的輸入信號VT相連，零電流檢測輸出電壓信號VZ，該電壓信號VZ和比較信號VC經(jīng)邏輯驅(qū)動電路得到驅(qū)動信號VGD。
[0004] 基準電源、誤差放大器、乘法器、比較器、邏輯驅(qū)動電路、零電流檢測及反饋電阻形成了一個負反饋系統(tǒng)，假設(shè)該負反饋系統(tǒng)穩(wěn)定且開環(huán)增益遠大于1，則輸出電壓VOUT可近似推出：
[0005]
[0006] 根據(jù)誤差放大器“虛短路”的概念，可得VFB≈VREF，即
[0007]
[0008] 可推得
[0009]
[0010] 其中，R3、R4為輸出電壓VOUT反饋電阻。因此適當選取反饋電阻阻值就可以得到所需的輸出電壓。
[0011] 上述有源功率因數(shù)校正電路的輸出電壓VOUT與輸入電壓Vin無關(guān)。若輸入電壓Vin在寬范圍內(nèi)變化，輸出電壓VOUT與輸入電壓Vin之差的最大值很大。由于有源功率因數(shù)校正電路采用的外圍電感尺寸正比于輸出電壓VOUT與輸入電壓Vin之差的最大值，因此現(xiàn)有的有源功率因數(shù)校正電路采用的外圍電感尺寸很大，從而增大了電子設(shè)備的體積，限制了電子設(shè)備向便攜式方向的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

[0012] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種輸出電壓VOUT跟隨輸入電壓Vin的變化而變化的有源功率因數(shù)校正電路，以減小輸出電壓VOUT與輸入電壓Vin的差值，從而減小外圍電感尺寸，利于電子設(shè)備向便攜式方向的發(fā)展。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括：基準電源1、第一誤差放大器2、乘法器3、比較器4、邏輯驅(qū)動電路5、零電流檢測7；基準電源1用于產(chǎn)生基準電壓VREF；該基準電壓VREF連接到第一誤差放大器2，第一誤差放大器2對基準電壓VREF與其所在芯片的輸入信號VM進行比較和放大，輸出差分信號VCOMP；該差分信號VCOMP連接到乘法器3，乘法器3將差分信號VCOMP與其所在芯片的輸入信號VFB相乘，輸出乘積信號VPRO；比較器4對乘積信號VPRO與其所在芯片的輸入信號VCS進行比較，輸出控制信號VC；該控制信號VC連接到邏輯驅(qū)動電路5，邏輯驅(qū)動電路5產(chǎn)生驅(qū)動信號VGD，其特征在于：誤差放大器2的反相輸入端VM和其所在芯片的輸入信號VFB之間連接有跟隨電路6，用于使輸出電壓VOUT跟隨輸入電壓Vin的變化而變化；零電流檢測7輸入端與其所在芯片的輸入信號VT相連，輸出控制信號VZ，該控制信號VZ連接到邏輯驅(qū)動電路5；
[0014] 所述跟隨電路6，包括峰值檢測電路61、電壓電流轉(zhuǎn)換電路62、電流鏡像電路63；該峰值檢測電路61一端接其所在芯片的輸入電壓VDD，另一端接其所在芯片的輸入信號VM，峰值檢測電路61的輸出端輸出峰值信號VP，并連接到電壓電流轉(zhuǎn)換電路62的輸入端；
電壓電流轉(zhuǎn)換電路62的輸出端輸出電壓信號VB，并連接到電流鏡像電路63的輸入端；電流鏡像電路63輸出電流信號I2，電流信號I2從其所在芯片的輸入電壓VFB抽取。
[0015] 上述有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于峰值檢測電路61，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、穩(wěn)壓二極管D1和第二誤差放大器EA；
[0016] 所述第一NPN管Q1的基極與集電極相連，并于其所在芯片的輸入信號VM相連，其發(fā)射極與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連，作為峰值檢測電路61的輸出端，該輸出端輸出峰值信號VP；
[0017] 所述第二NPN管Q2的基極與第二誤差放大器EA的輸出端相連，其集電極與其所在芯片的輸入電壓VDD相連；
[0018] 所述穩(wěn)壓二極管D1的正端與地相連，負端與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連；
[0019] 所述第二誤差放大器EA的同相輸入端與第一NPN管Q1的基極相連，反相輸入端與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連。
[0020] 上述有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于電壓電流轉(zhuǎn)換電路62的輸入端與峰值檢測電路61所輸入的峰值信號VP相連，其輸出端輸出電壓信號VB，連接到電流鏡像電路63的輸入端；
[0021] 上述有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于電流鏡像電路63，包括：威爾遜電流鏡631和電流鏡632；
[0022] 所述威爾遜電流鏡631的輸入端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路62所輸入的電壓信號VB相連，其輸出端輸出電流信號I1，連接到電流鏡632的輸入端；
[0023] 所述電流鏡632輸出電流信號I2，電流信號I2從其所在芯片的輸入信號VFB抽取。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0025] 1、本發(fā)明由于添加了跟隨電路，可使有源功率因數(shù)校正電路的輸出電壓可隨輸入電壓的變化而變化，減小了有源功率因數(shù)校正電路采用的外圍電感的尺寸。
[0026] 2、本發(fā)明由于在峰值檢測電路中添加了穩(wěn)壓二極管D1，限制了有源功率因數(shù)校正電路輸出電壓的最大值。
[0027] 3、本發(fā)明由于在峰值檢測電路中添加了第一NPN管Q1，提高了跟隨電路的瞬態(tài)響應(yīng)。附圖說明
[0028] 圖1為現(xiàn)有有源功率因數(shù)校正電路的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明有源功率因數(shù)校正電路的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明中跟隨電路的電路原理圖。

具體實施方式

[0031] 以下參照附圖及其實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0032] 參照圖2，本發(fā)明的有源功率因數(shù)校正電路包括：基準電源1、第一誤差放大器2、乘法器3、比較器4、邏輯驅(qū)動電路5、跟隨電路6、零電流檢測7；基準電源1用于產(chǎn)生基準電壓VREF；該基準電壓VREF連接到第一誤差放大器2，第一誤差放大器2對基準電壓VREF與其所在芯片的輸入信號VM進行比較和放大，輸出差分信號VCOMP；該差分信號VCOMP連接到乘法器3，乘法器3將差分信號VCOMP與其所在芯片的輸入信號VFB相乘，輸出乘積信號VPRO；比較器4對乘積信號VPRO與其所在芯片的輸入信號VCS進行比較，輸出控制信號VC；該控制信號VC連接到邏輯驅(qū)動電路5，邏輯驅(qū)動電路5產(chǎn)生驅(qū)動信號VGD；跟隨電路6連接在誤差放大器2的反相輸入端VM與其所在芯片的輸入信號VFB之間，用于使輸出電壓VOUT跟隨輸入電壓Vin的變化而變化；零電流檢測7的輸入端與其所在芯片的輸入信號VT相連，輸出控制信號VZ，該控制信號VZ連接到邏輯驅(qū)動電路5。
[0033] 參考圖3，所述的跟隨電路6，包括峰值檢測電路61、電壓電流轉(zhuǎn)換電路62、電流鏡像電路63。其中：
[0034] 所述峰值檢測電路61，包括第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、穩(wěn)壓二極管D1和第二誤差放大器EA；第一NPN管Q1的基極與集電極相連，并與其所在芯片的輸入信號VM相連，第一NPN管Q1的發(fā)射極與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連，作為峰值檢測電路61的輸出端，該輸出端輸出峰值信號VP，通過第一NPN管Q1提高跟隨電路的瞬態(tài)響應(yīng)；第二NPN管Q2的基極與第二誤差放大器EA的輸出端相連，第二NPN管Q2的集電極與其所在芯片的輸入電壓VDD相連；穩(wěn)壓二極管D1的正端與地相連，負端與第二NPN管Q2的發(fā)射極相連，以限制峰值信號VP的最大值；第二誤差放大器EA的同相輸入端與其所在芯片的輸入電壓VM相連，反相輸入端與峰值信號VP相連，當其所在芯片的輸入電壓VM升高時，第二誤差放大器EA使峰值信號VP也升高；
[0035] 所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路62，其輸入端與峰值檢測電路61所輸入的峰值信號VP相連，電壓電流轉(zhuǎn)換電路62的輸出端輸出電壓信號VB，連接到電流鏡像電路63的輸入端；電壓信號VB與外接電阻R相連，外接電阻R的另一端接地；電壓信號VB在外接電阻R上產(chǎn)生電流I，電流I的大小與電壓信號VB的大小成正比，與外接電阻R的阻值成正比；
[0036] 所述電流鏡像電路63，包括：威爾遜電流鏡631和電流鏡632；威爾遜電流鏡631的輸入端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路62所輸入的電壓信號VB相連，實現(xiàn)對電流的精確鏡像，其輸出端輸出電流信號I1，連接到電流鏡632的輸入端；電流鏡632輸出電流信號I2，其大小與電流信號I1相等，電流信號I2從其所在芯片的輸入信號VFB抽取。
[0037] 本發(fā)明的具體工作原理是：
[0038] 有源功率因數(shù)校正電路的輸出電壓VOUT可表示為：
[0039]
[0040] 其中，VFB為其所在芯片的輸入信號，I2為電流鏡632輸出的電流信號，R3、R4為外接電阻。
[0041] 根據(jù)第一誤差放大器2“虛短路”的概念，可知VFB與基準電源1的輸出信號VREF相等，因此，公式4)可表示為：
[0042]
[0043] 輸入電壓Vin經(jīng)過外接電阻R1、R2的分壓，得到其所在芯片的輸入信號VM，即：
[0044]
[0045] 峰值檢測電路61對其所在芯片的輸入信號VM的峰值進行檢測，輸出峰值信號VP，即：
[0046] VP=max(VM) 7)
[0047] 電壓電流轉(zhuǎn)換電路62將峰值信號VP轉(zhuǎn)換為電流I，電流鏡像電路63對電流I進行鏡像，輸出電流I2，即：
[0048]
[0049] 由公式5)、6)、7)、8)可得：
[0050]
[0051] 實際應(yīng)用中，輸入電壓Vin為半波信號，輸入電壓Vin的峰值是輸入電壓Vin有效值VRMS的 倍，因此，公式9)可表示為：
[0052]
[0053] 由公式10)可得，有源功率因數(shù)校正電路的輸出電壓VOUT跟隨輸入電壓的有效值VRMS變化而變化，減小了輸出電壓VOUT與輸入電壓的有效值VRMS之間的差值，減小了有源功率因數(shù)校正電路采用的外圍電感的尺寸。
[0054] 以上僅是本發(fā)明的一個最佳實例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然在本發(fā)明的構(gòu)思下，可以對其電路進行不同的變更與改進，但這些均在本發(fā)明的保護之列。
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