CN101227780A - 一种led灯组驱动电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯组驱动电源装置，包括电源滤波回路、电源转换电路、功率因素校正回路以及LED定电流驱动回路；电源滤波回路可将系统工作时的噪讯信号旁路至互相抵消的节点上及大地接点的参考电位上，该电源转换电路把交流电转变成直流电，藉由功率因素校正回路使用L6561芯片达成瞬时模式技术的设计，以得到LED灯串接时所需的电压，而利用电流控制以达到使输入之电流为Sin波形，以及电流与电压同相位的状态，再利用电流控制IC，透过外部的设定电阻，无需微处理器处理便可精准地直接控制PWM输出脉宽，达到串接LED灯之驱动同时具定电流的规格要求。相对于现有电源装置，成本更低、节能效果更高、使用寿命更长。

Description

一种LED灯组驱动电源装置
技术领域
本发明属于驱动电源技术领域，具体为一种LED灯组驱动电源装置。
背景技术
科技的快速发展，驱使人类有了更好的生活质量，在应用LED灯效能及使用层面研发的日渐提升中，已经应用到灯照明上的运用，而LED灯组比起传统灯组不但效率更高、更节省能源，而且因为传统水银灯寿命约为1万小时，而LED灯则可达10万小时以上，所以LED灯的使用寿命也因此而更长。
目前，LED灯组因其使用的电源装置为一般计算机用的交换式电源供应器，其设计原理均为定电压定电流装置。
因为LED灯泡的特性使得它会随着使用时间累积而做出物理特性的变化。例如：其工作电流会随着使用时数增加而渐渐升高，最后因交换式电源供应器输出电流不足而导致LED灯泡呈现闪烁现象，常见一些路口使用LED灯的交通号志就有此现象发生。
又或，目前市面上的LED灯组因受限于电源供应器装置为低电压高电流输出，所以LED灯泡之排列多采用并联方式接法，并联所产生通过的电流不一致而使LED灯泡常有亮度不一的情形产生，同时也导致排列的LED灯泡寿命无法均等。
再者，计算机使用的交换式电源供应器，不但使用的零件数量多、体积庞大，且效率最高仅能达到85％；更往往因计算机硬件内之工作环境温度过高而经常毁损，若是将其应用于灯上，则使用者必须付出可观的维护成本是可预见的。
因此，如何解决此种习知配置有一般计算机用的交换式电源供应器所产生的高成本、低效能与短寿命等不易实用的困扰，即是待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低成本、高节能、长寿命的LED灯组驱动电源装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LED灯组驱动电源装置，它至少包括：一电源滤波回路，用于将输入电流所产生的噪讯信号，透过共模及被动式低通网络旁路至互相抵消的节点上及大地接点的参考电位上；一电源转换电路，用于把交流电转变成直流电；一功率因素校正回路，用于在输入电压低于负载电压时，将电压提升到一个合适的范围，以供电源驱动装置使用，该功率因素校正回路所使用的芯片ST L6561具备瞬时模式技术设计，以得到LED灯串接时所需的电压，而利用电流控制以达到使输入电流为Sin波形、以及电流与电压同相位的目的；一LED定电流驱动回路，包括电流控制IC，该电流控制IC与一外部的设定电阻相搭配，可以不通过任何微处理器处理，就达到LED驱动定电流的规格要求，即使LED的串接电压有变化，电流控制IC还是可以透过感知电阻，把定电流的功能与高效率的芯片特色给发挥出来。
其中，所述LED定电流驱动回路由一电流控制IC、IC电流侦测(CS)、金氧半场效晶体管(MOSFET)、电阻以及电感构成。
本发明的有益效果是：电源滤波回路可将系统工作时的噪讯信号旁路至互相抵消的节点上及大地接点的参考电位上，该电源转换电路把交流电转变成直流电，藉由功率因素校正回路使用L6561芯片达成所谓的瞬时模式技术的设计，以得到LED灯串接时所需的电压，而利用电流控制以达到使输入的电流为Sin波形，以及电流与电压同相位的状态，再利用电流控制IC，透过外部的设定电阻，可以不通过任何的微处理器处理，精准地直接控制PWM输出脉宽，以达到串接LED灯之驱动同时具定电流的规格要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明功率因素校正回路的电路原理图；
图4是本发明电感T1电流与金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1于时间区间的波形比较示意图；
图5是本发明芯片L6561的电路原理图；
图6是本发明电流控制IC 9910C的电路原理图。
主要组件符号说明：
电源滤波回路EMI/EMC  交流电JI  电源转换电路AC/DC Rectifier
桥式整流电路U4KB80R  功率因素校正回路PFC  电流控制IC 9910
芯片ST L6561                  芯片ST L6561IC置能脚(CS)pin 4
芯片ST L6561 第一接脚pin 1    芯片ST L6561第二接脚pin 2
芯片ST L6561 第三接脚pin 3    芯片ST L6561第五接脚pin 5
芯片ST L6561 第六接脚pin 6    芯片ST L6561第七接脚pin 7
芯片ST L6561 第八接脚pin 8    金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1
电感T1    泄极D1    电阻R6    电阻R7、R8    电阻R9、R10
LED定电流驱动回路LED DRIVE    金氧半场效晶体管(MOSFET)Q2
电阻Rcs    电感L
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1和图2，一种LED灯组驱动电源装置，它包括依次连接的如下部分：
一电源滤波回路EMI/EMC，用于将交流电JI提供的电流所产生的噪讯信号，透过共模及被动式低通网络旁路至互相抵消的节点上及大地接点的参考电位上，该电源滤波回路EMI/EMC适用国际通行的电压范围，不论到世界上的哪一处，都不需要做任何的变更；
一电源转换电路AC/DC Rectifier，用于把交流电JI提供的交变电流转变成直流电，包括桥式整流电路U4KB80R，采用本电路系统的LED灯组驱动电源装置可以直接承受450V的直流高压，不需要通过变压器来降压，因而节省成本，同时具有直接推动高压负载的功能；
一功率因素校正回路PFC，用于在输入电压低于负载的电压时将电压提升到合适的范围，将输入电压转换到需求的输出电压值，以便于提供LED灯组驱动电源装置稳定的功率，利用电流来加以控制；
一LED定电流驱动回路LED DRIVE，包括编号为9910的电流控制IC、IC电流侦测(CS)、金氧半场效晶体管(MOSFET)Q2、电阻Rcs与电感L，该回路可以不通过任何的微处理器处理，就达到LED驱动定电流的规格要求，既使LED的串接电压有变化，电流控制IC还是可以透过感知电阻，把定电流的功能与高效率的芯片特色给发挥出来，其调光模式可设定为模拟调光控制与数字调光控制。所述LED定电流驱动回路由一电流控制IC、IC电流侦测(CS)、金氧半场效晶体管(MOSFET)、电阻以及电感构成。
为了适用30W以上的灯组所需功率因素，所述功率因素校正回路PFC内使用了芯片ST L6561，具有以下特点：1、具磁滞的欠电压锁住功能，2、低启动电流(典型值：50uA；保证90uA以下)，因而可减低功率损失，3、内部参考电压于25℃时只有1％以内的误差率，4、除具有不作动(Disable)功能外，需要时可将系统关闭，以降低损耗，5、两级的过电压保护，6、具有内部启动及零电流侦测功能，7、内具乘法器，对于宽范围的输入电压，有较佳的THD值，8、在电流侦测输入端，具备内部RC滤波器，9、高容量的图腾级输出，可以直接驱动金氧半场效晶体管(MOSFET)。所述芯片ST L6561具备瞬时模式技术(Transition Mode Technique)设计，以得到LED灯串接时所需的电压，而利用电流控制以达到使输入电流为Sin波形、以及达到电流与电压同相位的目的。
参照图3，当交流主电源经过桥式整流U4KB80R后送入升压型转换器，而使用该切换技术的升压型转换器，可将输入电压转换成所需的输出电压值。
当误差放大器将升压转换器输出的取样电压与内部参考电压做比较，并产生正比于两者差的讯号；若误差放大器的频宽足够小的话(低于20Hz)，则此误差讯号于半周内可视为一直流值，此误差讯号将被送入乘法器，并与整流后的输入取样电压做乘绩，乘积结果为一整流过后的Sin波形，其峰值大小与主电压峰值及误差讯号量有关；乘法器的输出送入电流比较器的“+”端，为PWM的Sin波形的参考讯号，当芯片ST L6561的IC电流侦测(CS)pin4的电压(为电感电流与电阻的乘积)与电流比较器“+”端的电压相等时，金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1的导通动作就被截止。
若依此推论，则电感T1电流的封包将是整流过后的Sin波形，在每一个半周的操作过程，证明系统有固定的导通时间是可能的；从金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1截止到电感TI电流为零时，电感对负载做放电释能动作，当电感T1电流为零，电感T1上无储能，而泄极(Drain)D1处于浮接状态，此时电感T1与泄极D1的总电容产生共振，泄极D1的电压快速掉落到实时线电压之下，而该讯号又再次触发金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1导通，另一转换周期也跟着开始。
跨越金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1上的这个小电压，在导通时可以减小切换损失及储存于泄极D1等效电容的能量(损失于金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1内部)的损失。
另外如图4所示，电感T1电流与金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1于时间区间的结果，由几何关系可得出，从主线路撷取的输入平均电流，恰好是电感峰值电流波形的一半，系统操作接近介于连续与不连续的临界模式。
参照图5，桥式整流电路U4KB80R输出的电压经电阻R7、R8分压后，可于芯片ST L6561的第一接脚pin1得出正比于输出电压的回授电压，此电压与IC内部2.5V的参考电位做比较后，再经芯片STL6561的第一接脚pin1与芯片ST L6561的第二接脚pin2两端的补偿网络输出，以作为内部的乘法器的一个输入源，同时60Hz电源电压经电阻R9、R10分压，于芯片ST L6561的第三接脚pin3得到一弦波电压Vs(t)，同时作为乘法器的另一个输入源，这两个电压经乘法器乘积后，可得一比例的弦波参考电压Vr(t)，此弦波参考电压Vr(t)于是做为功率开关截止时机之的据；当芯片ST L6561的第七接脚pin7闸极驱动信号使金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1导通时，电感T1电流依di/dt斜率上升，流经感知电阻R6，取电阻R6之跨压V4经芯片ST L6561的IC电流侦测(CS)pin4与参考电压Vr(t)做比较，当V4＞Vr(t)时，芯片ST L6561的第七接脚pin7驱使金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1截止。
而另一组辅助线圈的目的除了提供芯片ST L6561稳定电源外，还控制开关的导通，当金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1截止时，主线圈极性反转，辅助线圈此时变为正电位，提供芯片ST L6561的第八接脚pin8(Vcc)电源，与芯片ST L6561的第五接脚pin5的参考电位。
当主线圈的能量释放完毕时，辅助线圈的电位亦下降，所以芯片ST L6561的第五接脚pin5的参考电位随之下降，由于芯片ST L6561的第五接脚的内部电路为负缘触发，在下降至1.8V以下时则触发内部而使金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1导通，因此可看出经由主动式PFC所得的平均电流波形为一完整之弦波，且其相位与AC电源同相，经由主动式功率因子校正所得的PF值可达0.98以上。
参照图6，9910为一颗电流控制IC，所以只要透过外部的设定电阻Rcs，可以不通过任何的微处理器处理，精准地直接控制PWM输出脉宽，不但可将LED灯以串接方式连讯，每颗LED灯泡的亮度一致、使用寿命更长，更可达到串接LED灯的驱动同时具定电流的规格要求，既使LED的串接电压有变化，9910电流控制IC还是可以透过这个感知电阻Rcs，把定电流的功能与高效率的芯片特色给发挥出来。
另外，本发明藉由功率因素校正回路使用的L6561芯片达成所谓的瞬时模式技术(Transition Mode Technique)设计，而达到使输入电流为Sin波形、及电流与电压同相位，再利用该LED定电流驱动回路之编号9910电流控制IC，透过外部的设定电阻，可以不通过任何的微处理器处理，精准地直接控制PWM输出脉宽，而电流控制IC9910的特点如下：1、直接支持高电压输入，及宽阔的输入电压范围(DC 8V~450V)，2、高系统效率表现，一般为90％以上，而传统式Switching Power为80％，3、具定电流回授控制回路，4、具外加数位式调光功能、外加模拟式调光功能，且可规划式PWM振荡频率。
相较于现有的LED灯组驱动电源装置，本发明不但可节省能源，LED灯效率更达92％以上，且每颗LED灯泡的亮度一致、使用寿命更长，真正达到资源短缺时代所需的效率高、低成本、高节能、实用性强，以及寿命更长的革命性产品之需求。
上述只是本发明优选的实施方式，但应不构成对本发明的限制，只要是采用与本发明等同的技术方案，也应当在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED灯组驱动电源装置，其特征在于，它至少包括：
一电源滤波回路，用于将输入电流所产生的噪讯信号，透过共模及被动式低通网络旁路至互相抵消的节点上及大地接点的参考电位上；
一电源转换电路，用于把交流电转变成直流电；
一功率因素校正回路，用于在输入电压低于负载电压时，将电压提升到一个合适的范围，以供电源驱动装置使用，该功率因素校正回路所使用的芯片ST L6561具备瞬时模式技术设计，以得到LED灯串接时所需的电压，而利用电流控制以达到使输入电流为Sin波形、以及电流与电压同相位的目的；
一LED定电流驱动回路，包括电流控制IC，该电流控制IC与一外部的设定电阻相搭配，可以不通过任何微处理器处理，就达到LED驱动定电流的规格要求，即使LED的串接电压有变化，电流控制IC还是可以透过感知电阻，把定电流的功能与高效率的芯片特色给发挥出来。
2.根据权利要求1所述的LED灯组驱动电源装置，其特征在于，所述LED定电流驱动回路由一电流控制IC、IC电流侦测(CS)、金氧半场效晶体管(MOSFET)、电阻以及电感构成。
3.根据权利要求1或2所述的LED灯组驱动电源装置，其特征在于，所述功率因素校正回路包括主控芯片ST L656、升压转换器、误差放大器、乘法器以及与乘法器相连的电流比较器，所述误差放大器可将升压转换器输出的取样电压与内部参考电压做比较，并产生正比于两者差的讯号，然后送入乘法器，与整流后的输入取样电压做乘积。
4.根据权利要求1所述的LED灯组驱动电源装置，其特征在于，所述电源滤波回路的电压范围与世界通行的电压范围相符。
5.根据权利要求1所述的LED灯组驱动电源装置，其特征在于，所述LED定电流驱动回路的调光模式可设定为模拟调光控制或者数字调光控制。
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