一種無電解電容的led驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于公開了一種無電解電容的LED驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置，包括無電解電容的LED驅(qū)動電路和相應(yīng)的高功率因數(shù)校正控制裝置。本實用新型無電解電容的高功率因數(shù)LED驅(qū)動電路，它主要包括一個正反激變換器和一個串聯(lián)在正激輸出端的降壓(Buck)調(diào)理電路。反激繞組為LED負(fù)載提供主要能量；正激繞組及串聯(lián)的降壓(Buck)調(diào)理電路對輸入輸出功率的實現(xiàn)功率解耦，從而避免使用的大容量電解電容，有效延長LED照明設(shè)備的整體工作壽命。同時，本實用新型采用高功率因數(shù)校正裝置可實現(xiàn)電網(wǎng)輸出電流的正弦化，從而有效提高了LED驅(qū)動電路的功率因數(shù)，降低了輸入電流諧波。
【專利說明】
一種無電解電容的LED驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的開關(guān)電源技術(shù)。涉及一種無電解電容的 LED驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前，發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，以下簡稱LED)以其高亮度、長壽命、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢被視為新型綠色環(huán)保光源，正被逐步推廣應(yīng)用于我們的日常生產(chǎn)和生活之中。但是，LED作為照明設(shè)備區(qū)別于傳統(tǒng)的白熾燈等交流電源直接供電的照明設(shè)備，其工作條件必須采用直流電源供電。由于日常生活中可直接獲取的電能一般為交流電，因而通常需采用專用的LED驅(qū)動電路實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換(AC-DC)，為LED負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的直流供電。
[0003]同時，為了減少諧波干擾對周圍其它用電設(shè)備的正常工作，用電設(shè)備一般須遵循相關(guān)諧波電流的限制標(biāo)準(zhǔn)。因而，LED驅(qū)動電路通常都具有功率因數(shù)校正(Power Factor Correct1n，簡稱PFC)的功能，使用電設(shè)備的輸入電流波形應(yīng)盡可能與輸入電網(wǎng)電壓同步， 呈正弦變化。此時，對應(yīng)的輸入功率pin( ?t)隨時間呈現(xiàn)周期性的變化，曲線如附圖1實線所示。而LED驅(qū)動電路的輸出端為LED負(fù)載提供的則是穩(wěn)定的直流電能，故而輸出功率P。隨時間保持恒定，曲線如附圖1虛線所示。由圖可見，在某一瞬時時刻，輸入和輸出功率存在差異，即輸入功率和輸出功率存在不平衡的現(xiàn)象。
[0004]為了克服上述問題，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種:兩級式和單級式(見附圖2和附圖3)。 兩級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)前級電路實現(xiàn)AC-DC變換和功率因數(shù)校正，輸出側(cè)并聯(lián)一個電解電容Cbulk 平衡前后級功率變化，后級串聯(lián)DC-DC變換器為LED負(fù)載提供電能。而單級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接將交流電能輸出至直流側(cè)為LED負(fù)載提供電能。單級式拓?fù)湎噍^于兩級式具有結(jié)構(gòu)簡單，效率高等優(yōu)勢，但由于無DC-DC變換器調(diào)節(jié)輸出，因而輸出端通常需并聯(lián)大容量的電解電容。
[0005]根據(jù)電解電容的特點，通常電解電容的工作壽命遠(yuǎn)小于長壽命的LED負(fù)載，從而導(dǎo)致LED照明設(shè)備過早出現(xiàn)故障，無法體現(xiàn)出LED負(fù)載長壽命的特點。同時，當(dāng)LED驅(qū)動電路受工作環(huán)境和器件損耗導(dǎo)致溫升嚴(yán)重時，則對電解電容的工作壽命影響更大。換言之，LED驅(qū)動電路上電解電容的工作壽命直接限制了 LED照明設(shè)備整體的長壽命和高可靠性。因此，為了克服傳統(tǒng)LED驅(qū)動電路中使用大容量電解電容對LED照明設(shè)備整體工作壽命造成限制的問題，并且保證輸入電流的正弦化，是一項具有現(xiàn)實意義和挑戰(zhàn)性的工作。【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的第一個目的是設(shè)計一種無電解電容的LED驅(qū)動電路，實現(xiàn)輸入功率和輸出功率的功率解耦，從而避免了對大容量電解電容的依賴，有效延長LED照明設(shè)備的整體工作壽命。
[0007]本實用新型的另一個目的是采用高功率因數(shù)校正裝置實現(xiàn)輸入電流的正弦化。從而提高LED驅(qū)動電路的功率因數(shù)，減少輸入電流諧波。
[0008]本實用新型為了實現(xiàn)第一個目的所采用的技術(shù)方案是:
[0009]本實用新型提供了一種無電解電容的LED驅(qū)動電路，整流橋B，輸入電容Cin，正反激變壓器T，原邊主功率開關(guān)管&，反激輸出二極管Di，正激輸出二極管D2，正激續(xù)流二極管D3， 正激輸出電感Li，功率解耦電容Cb，功率開關(guān)管Q2，輸出電感1^2，續(xù)流二極管D4，以及輸出電容 C〇；
[0010]所述整流橋B的輸入端接電網(wǎng)電壓的輸出端，所述整流橋B的輸出端并聯(lián)輸入電容 Cin，輸入電容Cin的一端接正反激變壓器T原邊繞組的一端，另一端同時接原邊主功率開關(guān)管&的源極和輸入側(cè)的功率地;正反激變壓器T原邊繞組的另一端接原邊主功率開關(guān)管&的漏極；正反激變壓器T的過零檢測繞組的一端輸出過零檢測信號，另一端接輸入側(cè)的功率地;正反激變壓器T的反激繞組的一端接反激輸出二極管口:的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地;反激輸出二極管〇:的陰極接輸出電容C。的一端;正反激變壓器T的正激繞組的一端接正激輸出二極管D2的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地;正激輸出二極管出的陰極同時接正激續(xù)流二極管D3的陰極和正激輸出電感1^的一端;正激續(xù)流二極管D3的陽極接輸出側(cè)的功率地； 正激輸出電感U的另一端同時接功率解耦電容Cb的一端和功率開關(guān)管Q2的漏極;功率解耦電容Cb的另一端接輸出側(cè)的功率地;功率開關(guān)管Q2的源極同時接輸出電感1^2和續(xù)流二極管 D4的陰極;續(xù)流二極管D4的陽極接輸出側(cè)的功率地;輸出電感1^2的另一端接輸出電容C。的一端;輸出電容C。的另一端接輸出側(cè)的功率地；
[0011]所述原邊主功率開關(guān)管&和所述功率開關(guān)管Q2的柵極接功率因數(shù)校正裝置;正反激變壓器T的過零檢測繞組輸出過零檢測信號輸入功率因數(shù)校正裝置；
[0012]所述輸入電容Cin、功率解耦電容Cb以及輸出電容C。為非電解電容。
[0013]而為了實現(xiàn)本實用新型的另一個目的，所采用的技術(shù)方案是提供一種高功率因數(shù)校正裝置，從而實現(xiàn)上述LED驅(qū)動電路輸入電流的正弦化，進而提高LED驅(qū)動電路的功率因數(shù)，減少輸入電流諧波。
[0014]本實用新型提供的高功率因數(shù)校正裝置包括過零檢測模塊，第一鋸齒波發(fā)生模塊，第一比較器，第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊，第一驅(qū)動模塊，電流環(huán)模塊，直流偏置去除模塊， 減法器，第一紋波調(diào)理模塊，第二紋波調(diào)理模塊，第二鋸齒波發(fā)生模塊，第二比較器，定時器模塊，第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊和第二驅(qū)動模塊。過零檢測模塊的輸入端接正反激變壓器的過零檢測繞組的輸出端，過零檢測模塊的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸入端； 電流環(huán)模塊的輸入端接輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，和直流偏置去除模塊的輸入端，電流環(huán)模塊的輸出端接減法器的一個輸入端;直流偏置去除模塊的輸出端分別接第一紋波調(diào)理模塊和第二紋波調(diào)理模塊;第一紋波調(diào)理模塊的輸出端接減法器的另一個輸入端;減法器的輸出端接第一比較器的一個輸入端;第一鋸齒波發(fā)生器的輸入端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第一鋸齒波發(fā)生器的輸出端接第一比較器的另一個輸入端;第一比較器的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸入端;第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第一驅(qū)動模塊的輸入端;第一驅(qū)動模塊的輸出端接原邊主功率開關(guān)管的柵極;第二紋波調(diào)理模塊的輸出端接第二比較器的一個輸入端;第二鋸齒波發(fā)生模塊的輸入端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第二鋸齒波發(fā)生模塊的輸出端接第二比較器的另一個輸入端;第二比較器的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸入端;定時器模塊的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸入端;第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第二驅(qū)動模塊的輸入端;第二驅(qū)動模塊的輸出端接功率開關(guān)管的柵極。
[0015]本實用新型所提供的LED驅(qū)動電路與本實用新型提供的高功率因數(shù)校正裝置配合使用，可以實現(xiàn)無電解電容LED驅(qū)動電路的完整設(shè)計。同時，使得LED驅(qū)動電路具有較高的功率因數(shù)和較低的諧波含量。
[0016]本實用新型的有益效果在于:本實用新型提出的無電解電容的LED驅(qū)動電路及其功率因數(shù)校正裝置，采用反激繞組直接將交流側(cè)的能量輸出至變換器輸出側(cè)為LED負(fù)載提供能量;而正激繞組輸出先將能量存儲在解耦電容中，當(dāng)反激繞組不足以提供輸出所需的能量時，Buck調(diào)理電路將存儲在解耦電容中的能量輸出至變換器輸出側(cè)為LED負(fù)載提供能量。由此可見，相較于兩級式的LED驅(qū)動電路具有更高的工作效率和更低的設(shè)計成本。同時， 通過提高解耦電容上的工作電壓和允許的紋波電壓，從而避免了對大容量電解電容的使用，采用非電解電容提高LED驅(qū)動電路的工作壽命。同時，采用本實用新型提出的功率因數(shù)校正裝置，使得LED驅(qū)動電路在輸入電壓90Vac?265Vac全范圍的變化中都具有較高的功率因數(shù)和較低的諧波含量。此外，高功率因數(shù)校正裝置可以集成為單芯片。【附圖說明】
[0017]圖1為LED驅(qū)動電路的輸入功率和輸出功率隨時間周期性變化的關(guān)系曲線；
[0018]圖2為兩級式LED驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為單級式LED驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本實用新型一種無電解電容的LED驅(qū)動電路電路圖；[〇〇21]圖5為本實用新型功率因數(shù)校正裝置的原理框圖；[〇〇22]圖6為本實用新型功率因數(shù)校正裝置的具體實施例的電路原理圖；
[0023]圖7為本實用新型一種無電解電容的LED驅(qū)動電路及其功率因數(shù)校正裝置的具體實施例的主要波形圖。【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合本實用新型電路原理框圖以及具體實施例對本實用新型一種無電解電容的LED驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置的基本原理做詳細(xì)說明。[〇〇25]參照附圖4,無電解電容的LED驅(qū)動電路及其高功率因數(shù)校正裝置主要包括功率電路和控制電路兩部分。其中，無電解電容的LED驅(qū)動電路包括:整流橋B，輸入電容Cin，正反激變壓器T，原邊主功率開關(guān)管&，反激輸出二極管Di，正激輸出二極管D2，正激續(xù)流二極管D3， 正激輸出電感Li，功率解耦電容Cb，功率開關(guān)管Q2，輸出電感1^2，續(xù)流二極管D4，以及輸出電容 C〇；
[0026]所述整流橋B的輸入端接電網(wǎng)電壓的輸出端，所述整流橋B的輸出端并聯(lián)輸入電容 Cin，輸入電容Cin的一端接正反激變壓器T原邊繞組的一端，另一端同時接原邊主功率開關(guān)管&的源極和輸入側(cè)的功率地;正反激變壓器T原邊繞組的另一端接原邊主功率開關(guān)管&的漏極；正反激變壓器T的過零檢測繞組的一端輸出過零檢測信號，另一端接輸入側(cè)的功率地;正反激變壓器T的反激繞組的一端接反激輸出二極管口:的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地;反激輸出二極管〇:的陰極接輸出電容C。的一端;正反激變壓器T的正激繞組的一端接正激輸出二極管D2的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地;正激輸出二極管出的陰極同時接正激續(xù)流二極管D3的陰極和正激輸出電感1^的一端;正激續(xù)流二極管D3的陽極接輸出側(cè)的功率地；正激輸出電感Li的另一端同時接功率解耦電容Cb的一端和功率開關(guān)管Q2的漏極;功率解耦電容Cb的另一端接輸出側(cè)的功率地;功率開關(guān)管Q2的源極同時接輸出電感1^2和續(xù)流二極管 D4的陰極;續(xù)流二極管D4的陽極接輸出側(cè)的功率地;輸出電感1^2的另一端接輸出電容C。的一端;輸出電容C。的另一端接輸出側(cè)的功率地，輸出電容C。的兩端并聯(lián)LED負(fù)載；[〇〇27]所述原邊主功率開關(guān)管&和所述功率開關(guān)管出的柵極接功率因數(shù)校正裝置;正反激變壓器T的過零檢測繞組輸出的過零檢測信號輸入功率因數(shù)校正裝置；
[0028]所述輸入電容Cin、功率解耦電容Cb以及輸出電容C。為非電解電容。
[0029]此外，本實用新型所作的進一步的改進是:在無電解電容的LED驅(qū)動電路中增設(shè)一電流反饋網(wǎng)絡(luò)，該電流反饋網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在輸出電容C。輸出端與LED負(fù)載之間，用于檢測驅(qū)動電路輸出端的電流I。，并將檢測到的電流輸出至功率因數(shù)校正裝置。功率因素校正裝置根據(jù)電流I。的紋波變化，進而控制原邊主功率開關(guān)管&和功率開關(guān)管Q2的導(dǎo)通時間。
[0030]在此，參照附圖5和附圖6,本實用新型還提供了一款既適用于本實用新型所記載的LED驅(qū)動電路的功率因數(shù)校正裝置，其包括過零檢測模塊，第一鋸齒波發(fā)生模塊，第一比較器，第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊，第一驅(qū)動模塊，電流環(huán)模塊，直流偏置去除模塊，減法器，第一紋波調(diào)理模塊，第二紋波調(diào)理模塊，第二鋸齒波發(fā)生模塊，第二比較器，定時器模塊，第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊和第二驅(qū)動模塊。過零檢測模塊的輸入端接正反激變壓器的過零檢測繞組的輸出端(ZCD)，過零檢測模塊的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸入端；電流環(huán)模塊的輸入端接輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端，和直流偏置去除模塊的輸入端，電流環(huán)模塊的輸出端接減法器的一個輸入端;直流偏置去除模塊的輸出端分別接第一紋波調(diào)理模塊和第二紋波調(diào)理模塊;第一紋波調(diào)理模塊的輸出端接減法器的另一個輸入端;減法器的輸出端接第一比較器的一個輸入端;第一鋸齒波發(fā)生器的輸入端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第一鋸齒波發(fā)生器的輸出端接第一比較器的另一個輸入端;第一比較器的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸入端;第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第一驅(qū)動模塊的輸入端;第一驅(qū)動模塊的輸出端接原邊主功率開關(guān)管的驅(qū)動端Vgl(柵極)；第二紋波調(diào)理模塊的輸出端接第二比較器的一個輸入端;第二鋸齒波發(fā)生模塊的輸入端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第二鋸齒波發(fā)生模塊的輸出端接第二比較器的另一個輸入端;第二比較器的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸入端;定時器模塊的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸入端;第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第二驅(qū)動模塊的輸入端;第二驅(qū)動模塊的輸出端接功率開關(guān)管的驅(qū)動端Vg2(柵極)；
[0031]過零檢測模塊201—般由比較器UC3構(gòu)成，其中比較器UC3的反相輸入端接功率電路正反激變壓器中過零檢測繞組的輸出端(Z⑶)，比較器UC3的正相輸入端接地，比較器UC3的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊204的置位輸入端。當(dāng)比較器Uc3反相輸入端的電壓信號由高電壓下降到零電壓以下時，比較器UC3的輸出端產(chǎn)生高電平，輸出置位信號。
[0032]第一鋸齒波發(fā)生器202由正電源VDD，恒流源Idcl，電容Q和開關(guān)管51組成。恒流源 1(1。1的一端接正電源Vdd，恒流源Idea的另一端接電容Cl和開關(guān)管Si的一端，并將輸出的鋸齒波信號Vsawi輸出至第一比較器203的正相輸入端，電容Cl和開關(guān)管Si的另一端接地;開關(guān)管 Si的控制端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊204的反相輸出端，控制開關(guān)管&的通斷。[0〇33] 第一比較器203包括比較器Uq，第一比較器Uq的正相輸入端接第一鋸齒波發(fā)生器 202輸出端輸出的鋸齒波信號Vsawi;第一比較器Uci的反相輸入端接減法器208輸出端輸出的信號V。。!^。第一比較器1?的輸出端接第一脈沖驅(qū)動產(chǎn)生模塊204的復(fù)位信號輸入端。結(jié)合附圖7中鋸齒波信號Vsawl和補償信號V?_2的波形可知，通過比較上述兩者波形，第一比較器 Uci輸出原邊主功率開關(guān)管Qi的復(fù)位信號。[〇〇34]第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊204—般由RS觸發(fā)器構(gòu)成，RS觸發(fā)器的置位輸入端接過零檢測模塊201的輸出端，復(fù)位輸入端接第一比較器203的輸出端。RS觸發(fā)器的同相輸出端輸出原邊主功率開關(guān)管Q1的驅(qū)動信號，并輸入第二驅(qū)動模塊205的輸入端。而RS觸發(fā)器的反相輸出端接第一鋸齒波發(fā)生器202開關(guān)管Si的控制端。[0〇35]第一驅(qū)動模塊205的輸入端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊204的同相輸出端，第一驅(qū)動模塊205的輸出端(Vgl)接原邊主功率開關(guān)管&的柵極，產(chǎn)生的脈沖信號Vgl見附圖7。
[0036]電流環(huán)模塊206由輸入電阻RFB、電流基準(zhǔn)Iref、補償網(wǎng)絡(luò)和誤差放大器Uf組成；其中，輸入電阻R?的一端接輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端(I。)，輸入電阻R?的另一端接誤差放大器Uf的反相輸入端，誤差放大器Uf的正相輸入端接電流基準(zhǔn)Iref，對于電壓型的誤差放大器，補償網(wǎng)絡(luò)跨接在誤差放大器Uf的反相輸入端和輸出端之間。誤差放大器Uf的輸出端接減法器208的正輸入端。輸出電路反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出電流I。與電流基準(zhǔn)Iref進行比較，誤差放大器Uf經(jīng)補償網(wǎng)絡(luò)輸出補償電壓Vcompl。[〇〇37] 直流偏置去除模塊207,一般可由隔直電容Cf和電阻Rf組成。隔直電容Cf的一端接輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端(I。)；隔直電容Cf的另一端接電阻Rf的一端，同時輸出端接第一紋波調(diào)理模塊209的輸入端和第二紋波調(diào)理模塊210的輸入端；電阻Rf的另一端接地。輸出負(fù)載電流反饋信號(I。)經(jīng)隔直電容Cf后，濾除了直流分量，輸出電流的紋波信號丄電流紋波波形見附圖7中的1+ripple。[0〇38]減法器208的正端接誤差放大器的輸出端Uf，負(fù)端接第一紋波調(diào)理模塊209的輸出端。正端接補償電壓V?mpl，負(fù)端接第一紋波信號1。^_1(51[〇〇39] 第一紋波調(diào)理模塊209,可由同相放大器心和二極管Dbl組成。同相放大器h的輸入端接直流偏置去除模塊207的輸出端，輸出端接二極管陰極和減法器208的負(fù)端;二極管Dbl的陽極接地。輸出電流的紋波信號(1。^_16)經(jīng)同相放大器心將紋波信號放大心倍，并去除負(fù)向信號只輸出正向信號，輸出波形見附圖7中的1。^_1(51。
[0040]第二紋波調(diào)理模塊210,可由反相放大器K2和二極管Db2組成。反相放大器K2的輸入端接直流偏置去除模塊207的輸出端，輸出端接二極管Db2的陰極和第二比較器212的反向輸入端;二極管Db2的陽極接地。輸出電流的紋波信號經(jīng)反相放大器K2將紋波信號放大-K2倍，并去除負(fù)向信號只輸出正向信號，輸出波形見附圖7中的1?！籣1(52。
[0041] 第二鋸齒波發(fā)生器211由正電源VDD，恒流源Idc2，電容C2和開關(guān)管52組成。恒流源 1(1。2的一端接正電源VDD，恒流源1〇1。2的另一端接電容C2和開關(guān)管S2的一端，并將輸出的鋸齒波信號Vsaw2輸出至第二比較器212的正相輸入端，電容C2和開關(guān)管S2的另一端接地;開關(guān)管 &的控制端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊214的反相輸出端，控制開關(guān)管&的通斷。
[0042] 第二比較器212包括比較器UC2，第二比較器UC2的正相輸入端接第二鋸齒波發(fā)生器 2 11輸出端輸出的鋸齒波信號Vsaw2;第二比較器UC2的反相輸入端接第二紋波調(diào)理模塊2 10輸出端輸出的信號1。_1^1)1(52。第二比較器1^2的輸出端接第二脈沖驅(qū)動產(chǎn)生模塊214的復(fù)位信號輸入端。結(jié)合附圖7中鋸齒波信號Vsaw2和補償信號1?！籣162的波形可知，通過比較上述兩者變化的波形，第二比較器uc2輸出Buck功率開關(guān)管Q2的復(fù)位信號。
[0043]定時器模塊213主要為定時器發(fā)生電路CLK，定時器發(fā)生電路CLK的一端接第二脈沖驅(qū)動產(chǎn)生模塊214的復(fù)位信號輸入端，另一端接地端。定時器發(fā)生電路CLK輸產(chǎn)生周期性十旦定的脈沖輸出Buck功率開關(guān)管Q2的置位信號。
[0044]第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊214—般由RS觸發(fā)器構(gòu)成，RS觸發(fā)器的置位輸入端接定時器模塊213的輸出端，復(fù)位輸入端接第二比較器212的輸出端。RS觸發(fā)器的同相輸出端輸出 Buck功率開關(guān)管Q2的驅(qū)動信號，并輸入第二驅(qū)動模塊215的輸入端。而RS觸發(fā)器的反相輸出端接第二鋸齒波發(fā)生器211開關(guān)管&的控制端。
[0045]第二驅(qū)動模塊215的輸入端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊214的同相輸出端，第二驅(qū)動模塊215的輸出端(Vg2)接Buck功率開關(guān)管Q2的柵極，產(chǎn)生的脈沖信號Vg2見附圖7。
[0046]根據(jù)上述具體實施例，本實用新型LED驅(qū)動電路的工作原理如下:本實用新型采用正反激變換器，同時在正激繞組輸出端串聯(lián)一個Buck調(diào)理電路，采用上述結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)LED 驅(qū)動電路的無電解電容設(shè)計，同時通過合理控制可以使得變換器具有較高的功率因數(shù)和較低的諧波含量。[〇〇47]根據(jù)正反激變換器的基本工作原理可知，當(dāng)正激繞組二次側(cè)工作時，需通過反激繞組實現(xiàn)對正反激變壓器的磁復(fù)位。因而，在一個開關(guān)周期內(nèi)，正激繞組和反激繞組的輸出側(cè)能同時對負(fù)載側(cè)提供能量?；谏鲜鐾?fù)涔ぷ魈攸c，本實用新型所述的LED驅(qū)動電路，使得反激繞組提供的能量直接輸出至負(fù)載側(cè)，負(fù)責(zé)變換器的主要能量輸出。正激繞組輸出的能量則被先存儲在解耦電容Cb中，當(dāng)反激變換器輸出能量不足以提供負(fù)載側(cè)所需能量時， Buck調(diào)理電路開始工作釋放解耦電容Cb上的能量輸出至負(fù)載側(cè)，從而實現(xiàn)輸入和輸出側(cè)的功率解耦。同時，根據(jù)正激變換器的工作特點，當(dāng)正激繞組輸出側(cè)的解耦電容Cb電壓升高時，在下一個工作周期內(nèi)解耦電容Cb存儲的能量會隨之減??；當(dāng)解耦電容Cb電壓下降時，在下一個工作周期內(nèi)則解耦電容上存儲的能量會隨之增大。因而，解耦電容Cb上的電壓具有自動調(diào)節(jié)的能力，不需要采用復(fù)雜的控制策略維持解耦電容上電壓的穩(wěn)定。根據(jù)輸出側(cè)所需補償能量的不同，解耦電容上的電壓Cb最終會穩(wěn)定在一定的電壓范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)輸入輸出側(cè)能量平衡，解耦電容上電壓Vbulk的變化曲線見附圖7。但是，由于正激繞組工作區(qū)域會隨著解耦電容Cb上電壓Vbulk的升高而減小。因而，輸入電流波形iin在正激繞組工作兩端存在一定的電流死區(qū)，其具體波形變化見附圖7中的電流iin。通過對驅(qū)動電路和功率因數(shù)校正裝置相關(guān)參數(shù)的合理設(shè)計，輸入電流iin具有較高的功率因數(shù)和較低的諧波含量。
[0048]同時，為了滿足LED驅(qū)動電路高功率因數(shù)的設(shè)計要求，通過優(yōu)化參數(shù)設(shè)計，功率因數(shù)校正裝置將使得反激繞組工作在電流臨界導(dǎo)通模式(Boundary Conduct1n Mode，以下簡稱BCM)條件下，正激繞組工作在電流斷續(xù)模式(Discontinuous Conduct1n Mode，以下簡稱DCM)條件下，以及Buck調(diào)理電路工作在DCM模式條件下。由于，所述的LED驅(qū)動電路主要由反激繞組提供輸出負(fù)載所需的能量，因而，采用BCM模式具有較高的工作效率和功率密度。通過合理設(shè)計正反激變壓的匝比關(guān)系，和正激輸出電感的電感量，可以實現(xiàn)激繞組工作在DCM模式下。Buck調(diào)理電路工作在DCM模式下，具有控制方法簡單的特點。附圖7描述了主要電流波形的變化情況，包括正反激變壓器的原邊電流波形iPn_Pk，反激繞組輸出電流波形 i si_Pk和正激繞組輸出電流波形i S2_Pk，以及正激輸出電感上的電流波形iu_Pk。[〇〇49]結(jié)合附圖4和附圖5,本實用新型高功率因數(shù)校正裝置的工作原理如下:主電路輸出電流I。經(jīng)過電流環(huán)模塊206輸出補償電壓V_pl。同時，輸出電流I。經(jīng)過直流偏置去除模塊207,去除直流偏置輸出電流紋波Ic^ipple。輸出的紋波電流Ic^ipple —端接第一紋波調(diào)理模塊209,取紋波的正向波形并放大L倍數(shù)，輸出調(diào)理信號1。_??161，波形見附圖7。補償電壓 Vcompl和輸出調(diào)理信號1_riPPlel分別接減法器208的正輸入端和負(fù)輸入端，輸出新的補償信號 V_P2,即Vc^pFVcc^-1o+ripplehVcc^的波形見附圖7。補償信號V_p2接第一比較器203的負(fù)輸入端，第一鋸齒波發(fā)生模塊202輸出鋸齒波接第一比較器203的同相輸入端，第一比較器輸出端203輸出主功率開關(guān)管&的復(fù)位信號。正反激變壓器103過零檢測繞組輸出的過零檢測信號(ZCD)接過零檢測模塊201，輸出主功率開關(guān)管&的置位信號。第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊204的輸入端接過零檢測模塊201的輸出端和第一比較器203的輸出端，通過控制置位和復(fù)位信號端產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，并接第一驅(qū)動模塊205,輸出信號接主功率開關(guān)管&的驅(qū)動端 (Vgi)。輸出的紋波電流I chippie的另一端接第二紋波調(diào)理模塊210，取紋波的負(fù)向波形并反相放大心倍，輸出紋波調(diào)理信號1。_??1(52，波形見附圖7。輸出紋波調(diào)理信號1+nppW接第二比較器212的反相輸入端，第二鋸齒波發(fā)生模塊211輸出鋸齒波接第二比較器212的同相輸入端，第二比較器212輸出端輸出Buck功率開關(guān)管Q2的復(fù)位信號。第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊 214的一端接定時器模塊213輸出端并輸出置位信號，另一端接第二比較器212輸出端并輸出復(fù)位信號。通過控制置位和復(fù)位信號端，產(chǎn)生驅(qū)動脈沖接第二驅(qū)動模塊215,輸出信號 Buck功率開關(guān)管Q2的驅(qū)動端(Vg2)。附圖7描述了主功率開關(guān)管Qi的驅(qū)動端(Vgi)和Buck功率開關(guān)管Q2的驅(qū)動端(Vg2)的驅(qū)動脈沖。
[0050]所述實施例中的電流環(huán)模塊實現(xiàn)主電路的恒流輸出，也可以采用電壓環(huán)模塊實現(xiàn)主電路的丨旦壓輸出。
[0051]所述實施例中的電流環(huán)模塊中的誤差放大器采用電壓型誤差放大器，也可以采用電流型誤差放大器，對應(yīng)的補償網(wǎng)絡(luò)一端接誤差放大器的輸出，另一端接地。[〇〇52]所述實施例中的開關(guān)周期檢測模塊中的鋸齒波發(fā)生電路屬于公知技術(shù)，恒流源的輸出電流可以設(shè)為固定值，也可以通過外接參數(shù)進行調(diào)整。
[0053]所述實施例中的驅(qū)動模塊用來增強所述驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的驅(qū)動能力，其實現(xiàn)方式可以是兩個雙極晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的推挽結(jié)構(gòu)，屬于公知技術(shù)。 [〇〇54]本實用新型的主電路反激繞組工作在電流臨界連續(xù)模式(BCM)，正激繞組工作在電流斷續(xù)模式(DCM)。因此，主電路參數(shù)設(shè)計要以反激繞組工作在電流臨界連續(xù)模式(BCM)， 同時正激繞組工作在電流斷續(xù)模式(DCM)工作條件為前提。
[0055]本實用新型包括的具體模塊本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背其精神的前提下可以有多種實施方式，或通過各種不同的組合方式形成不同的具體實施例，這里不再詳細(xì)描述。
[0056]無論上文說明如何詳細(xì)，還有可以有許多方式實施本實用新型，說明書中所述的只是本實用新型的一個具體實施例子。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0057]本實用新型實施例的上述詳細(xì)說明并不在窮舉的或者用于將本實用新型限制在上述明確的形式上。在上述以示意性目的說明本實用新型的特定實施例和實施例的同時， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在本實用新型的范圍內(nèi)進行各種等同修改。
[0058]在上述說明描述了本實用新型的特定實施例并且描述了預(yù)期最佳模式的同時，無論在上文中出現(xiàn)了如何詳細(xì)的說明，也可以許多方式實施本實用新型。上述電路結(jié)構(gòu)及其控制方式的細(xì)節(jié)在其實行細(xì)節(jié)中可以進行相當(dāng)多的變化，然而其仍然包含在這里所公開的本實用新型中。
[0059]如上述一樣應(yīng)當(dāng)注意，在說明本實用新型的某些特征或者方案時所使用的特殊術(shù)語不應(yīng)當(dāng)用于表示在這里重新定義該術(shù)語以限制與該術(shù)語相關(guān)的本實用新型的某些特定特點、特征或者方案?？傊?，不應(yīng)當(dāng)將在隨附的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語解釋為將本實用新型限定在說明書中公開的特定實施例，除非上述詳細(xì)說明部分明確地限定了這些術(shù)語。因此，本實用新型的實際范圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權(quán)利要求書之下實施或者執(zhí)行本實用新型的所有等效方案。
【主權(quán)項】
1.一種無電解電容的LED驅(qū)動電路，其特征在于:包括整流橋B，輸入電容Cin，正反激變 壓器T，原邊主功率開關(guān)管&，反激輸出二極管Di，正激輸出二極管D2，正激續(xù)流二極管D3，正 激輸出電感U，功率解耦電容Cb，功率開關(guān)管Q2，輸出電感1^2，續(xù)流二極管D4，以及輸出電容 C〇；所述整流橋B的輸入端接電網(wǎng)電壓的輸出端，所述整流橋B的輸出端并聯(lián)輸入電容Cin， 輸入電容Cin的一端接正反激變壓器T原邊繞組的一端，另一端同時接原邊主功率開關(guān)管& 的源極和輸入側(cè)的功率地;正反激變壓器T原邊繞組的另一端接原邊主功率開關(guān)管Qi的漏 極;正反激變壓器T的過零檢測繞組的一端輸出過零檢測信號，另一端接輸入側(cè)的功率地； 正反激變壓器T的反激繞組的一端接反激輸出二極管口:的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地； 反激輸出二極管口:的陰極接輸出電容C。的一端;正反激變壓器T的正激繞組的一端接正激輸 出二極管出的陽極，另一端接輸出側(cè)的功率地;正激輸出二極管出的陰極同時接正激續(xù)流二 極管D3的陰極和正激輸出電感1^的一端;正激續(xù)流二極管D3的陽極接輸出側(cè)的功率地;正激 輸出電感U的另一端同時接功率解耦電容Cb的一端和功率開關(guān)管Q2的漏極;功率解耦電容 Cb的另一端接輸出側(cè)的功率地;功率開關(guān)管Q2的源極同時接輸出電感1^2和續(xù)流二極管D4的 陰極;續(xù)流二極管D4的陽極接輸出側(cè)的功率地;輸出電感1^2的另一端接輸出電容C。的一端； 輸出電容C。的另一端接輸出側(cè)的功率地；所述原邊主功率開關(guān)管&和所述功率開關(guān)管Q2的柵極接功率因數(shù)校正裝置;正反激變 壓器T的過零檢測繞組輸出的過零檢測信號輸入功率因數(shù)校正裝置；所述輸入電容Cin、功率解耦電容Cb以及輸出電容C。為非電解電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電解電容的LED驅(qū)動電路，其特征在于:還包括設(shè)置在輸出 電容C。輸出端的輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)，輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)輸出的電流信號輸入功率因數(shù)校正 裝置。3.—種用于權(quán)利要求1或2所述的無電解電容的LED驅(qū)動電路的高功率因數(shù)校正裝置， 其特征在于:包括過零檢測模塊，第一鋸齒波發(fā)生模塊，第一比較器，第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模 塊，第一驅(qū)動模塊，電流環(huán)模塊，直流偏置去除模塊，減法器，第一紋波調(diào)理模塊，第二紋波 調(diào)理模塊，第二鋸齒波發(fā)生模塊，第二比較器，定時器模塊，第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊和第二 驅(qū)動t吳塊；過零檢測模塊的輸入端接正反激變壓器的過零檢測繞組的輸出端，過零檢測模塊的輸 出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸入端;電流環(huán)模塊的輸入端接輸出電流反饋網(wǎng)絡(luò)的 輸出端，和直流偏置去除模塊的輸入端，電流環(huán)模塊的輸出端接減法器的一個輸入端;直流 偏置去除模塊的輸出端分別接第一紋波調(diào)理模塊和第二紋波調(diào)理模塊;第一紋波調(diào)理模塊 的輸出端接減法器的另一個輸入端;減法器的輸出端接第一比較器的一個輸入端;第一鋸 齒波發(fā)生器的輸入端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第一鋸齒波發(fā)生器的輸出端 接第一比較器的另一個輸入端;第一比較器的輸出端接第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸 入端;第一驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第一驅(qū)動模塊的輸入端;第一驅(qū)動模塊的 輸出端接原邊主功率開關(guān)管的柵極;第二紋波調(diào)理模塊的輸出端接第二比較器的一個輸入 端;第二鋸齒波發(fā)生模塊的輸入端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的一個輸出端，第二鋸齒波發(fā) 生模塊的輸出端接第二比較器的另一個輸入端;第二比較器的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生 模塊的一個輸入端;定時器模塊的輸出端接第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸入端;第二驅(qū)動脈沖產(chǎn)生模塊的另一個輸出端接第二驅(qū)動模塊的輸入端;第二驅(qū)動模塊的輸出端接功 率開關(guān)管的柵極。
【文檔編號】H05B33/08GK205611003SQ201620444498
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】董漢菁
【申請人】浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院