[发明专利]APFC恒流控制器集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及APFC恒流控制器，具体而言，涉及一种用于驱动恒流源负载的APFC恒流控制器集成电路，包含该控制器集成电路的驱动装置，以及包含所述驱动装置的照明灯具。

背景技术

作为新一代的照明光源，发光二极管(LED)逐渐得到广泛应用。目前，用作LED主力驱动电源的开关电源，已经历了两个发展阶段。第一阶段，市场上出现多款专业的LED恒流开关电源控制器，逐渐成熟的驱动集成电路大大促进了LED照明市场的启动和成长。这一阶段是LED照明的初级阶段，基本面对中低端照明市场。随着LED照明灯具往高端照明市场的渗透，对驱动电源提出了更高的要求，比如要求功率因数(PF)大于0.9、总谐波(THD)小于20％，总之LED照明需要更加节能，更加绿色。随后，市场上出现有源功率因数校正APFC(Active Power Factor Correction)LED恒流驱动芯片，一级电路同时实现PFC和恒流控制，从此LED驱动芯片进入第二阶段。

APFC是抑制LED照明灯具谐波电流、提高功率因数的有效方法。图1示出了现有的单级APFC恒流LED驱动电路，该图可概括目前业界流行的单级隔离或非隔离PFC恒流LED驱动电路。如图1所示，交流输入电压经整流桥110全波整流后，再经DC/DC功率转换级130转换成直流输出电流，提供给LED负载。根据电流反馈信号FB，APFC恒流控制器120产生驱动信号DRV，用以控制DC/DC功率转换级130，使其输入电流与输入电压均为全波整流波形且相位相同，由此实现PFC功能；并且，保持平均输出电流稳定，由此实现恒流功能。

图1中，DC/DC功率转换级130包括高压功率开关管、电感或者隔离变压器、储能电容、续流二极管、电流采样电阻等元件。该转换级130可具有多达7个端口，以适用不同的拓扑结构，包括隔离应用和非隔离应用的拓扑、浮地应用和非浮地应用的拓扑。

图2示出了图1中APFC恒流控制器120的电路结构。其中，电流反馈信号FB来自DC/DC功率转换级130，预处理电路121对该信号进行必要的整形、滤波或者加权处理之后，将其送到误差放大器122的负输入端；这一FBPP信号与固定参考电压REF的误差经误差放大器122放大之后，送到电容125；经电容125滤波后的COMP信号再送到APFC逻辑控制电路123，以产生DRV信号，用于调节DC/DC功率转换级130输入输出功率的大小，由此得到稳定的输出。

图2中，电容125用于实现环路频率补偿，稳定负反馈环路。同时，由于输入全波整流波形为100/120Hz的周期信号，为使驱动电路能稳定工作，就要求反馈控制环路的单位增益带宽必须在10Hz以下，从而导致电容125的容值比较大，一般在1uF上下。自有源功率因数校正技术诞生起，至目前最新的单级APFC恒流LED驱动技术出现为止，电容125通常置于集成电路的外部。原因在于，电容125的容值较大，若在集成电路内部实现该电容几乎不可能，成本会相当高；而将该电容置于集成电路外部，则可根据需要改变容值大小，方便应用，并大大简化集成电路内部设计。因此，将频率补偿电容置于集成电路的外部，在微电子工业界是非常广泛的做法。

但是，随着LED照明的快速普及，灯具开始工作在潮湿、多尘的环境下，比如露天、澡堂、家庭的厨房和卫生间等环境。这样，暴露在外的电容125可能导致LED亮度偏低、或者偏高，甚至出现灯不能启动、或者电流过大烧灯的情况。这是由于潮湿导致的漏电，例如，电容125所连接的节点COMP就对漏电非常敏感。在正常情况下，当驱动电路进入稳定的工作后，电容125两端的电压会稳定在某一个值，误差放大器122的输出电流等于零，其正负输入端电压相等，即，V(REF)＝V(FBPP)，这是保证输出电流恒定的关键。然而，在节点COMP出现漏电的情况下，如漏电流出节点COMP，则相当于在电容125旁并联一电阻126(参照图3)；漏电越严重，相当于并联一阻值越小的电阻126。由于电阻126的存在，误差放大器122的输出电流不再等于零，而是等于V(COMP)/R126。为输出该电流，误差放大器122的正负输入端电压不再相等，而存在一差值：

Δ(V)＝V(REF)-V(FBPP)＝V(COMP)/(R₁₂₆*Gm)    (1)