CN101562929A - 一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源 - Google Patents

一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，包括整流电路、反激变换电路；所述的反激变换电路主要由变压器、功率开关管、脉宽调制控制电路连接组成，其特征在于，还包括电流采样器，用于对变压器副边输出回路中的电流进行采样；采样整形电路，用于将采样电流整形后反馈到脉宽调制控制电路；电流采样器连接于变压器副边输出回路中，电流采样器的输出再经采样整形电路整形后连接到脉宽调制控制电路；通过在变压器副边输出回路采样电流信号反馈输入到脉宽调制控制电路，脉宽调制控制电路将采样的信号于基准电压进行比较而产生脉宽调制信号，并驱动连接变压器原边的功率开关管，实现反激电路驱动发光二极管的电压输出。

Description

一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源
技术领域
本发明涉及一种驱动电源，尤其涉及一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源。
背景技术
近年来，发光二极管(LED)作为一种新型光源已经受到人们越来越多的关注与重视。相对于传统照明光源，LED光源具有高效能、高可靠性、无污染、高仿真自然光等多种明显优势。而如何制造出一种高效率、低成本、高功率因数、长寿命的LED驱动电源，是保证LED的发光品质和整体性能的关键所在。
传统的LED驱动方式有电阻限流、线性调节、电荷泵和开关变换器等多种模式。其中前三种只适用于精度要求低，光色要求不高的非照明系统；而开关变换器作为效率最高的能量变换方式，已被大家公认为目前最适合用作大功率白光LED的驱动电源。
以通用的传统两级式LED驱动电源为例，在市电源输入的条件下，两级式的驱动电源多采用前级Boost升压变换器，工作在CCM模式(连续导电模式)或者DCM模式(断续导电模式)下的Boost变换器，采用相应的控制策略，可以实现功率因数校正；后级DC-DC变换器，为LED芯片提供恒压或者恒流输入。如果应用场合需要实现电气隔离，后级变换器业内多选用反激、正激、半桥或全桥等电路拓扑。这样虽然也可以实现功率因数校正，并满足民用照明的安全隔离要求，也较好的保证LED的发光品质，但是仍存在着器件多、体积大、成本高、寿命短等较为严重的缺陷，难以在实际公共或者民用场合中推广。
发明内容
本发明目的在于提供一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，该驱动电源节省空间、成本低、寿命长。
本发明的目的可以通过以下方案实现：一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，包括整流电路、反激变换电路；所述的反激变换电路主要由变压器、功率开关管、脉宽调制控制电路连接组成，其特征在于，还包括电流采样器，用于对变压器副边输出回路中的电流进行采样；采样整形电路，用于将采样电流整形后反馈到脉宽调制控制电路；电流采样器连接于变压器副边输出回路中，电流采样器的输出再经采样整形电路整形后连接到脉宽调制控制电路；通过在变压器副边输出回路采样电流信号反馈输入到脉宽调制控制电路，脉宽调制控制电路将采样的信号于基准电压进行比较而产生脉宽调制信号，并驱动连接变压器原边的功率开关管，实现反激电路驱动发光二极管的电压输出。
在大功率情况下，所述的隔离式驱动电源还可以设置一个用于滤除高频噪声提高系统稳定性的第一电容，所述的第一电容并联在整流电桥正负输出端两端。
为了提高驱动电源的寿命，所述的第一电容采用寿命较长、体积很小的薄膜电容或陶瓷电容。
所述的采样器的采样点设置在变压器副边的同名端或异名端或变压器副边输出回路的电压输出端。所述的采样器采用电流互感器。
所述的采样整形电流采用两级式RC阻容滤波电路。其主要功是能将电流互感器副边的信号由三角波变化成为平滑稳定的信号，并给电流互感器提供磁复位功能。
本发明相对现有技术优点在于：1、应用副边电流采样的互感器来实现恒流控制的反馈，省掉了反馈用的线性光耦，减少了元器件，提高了电路的可靠性，延长了LED驱动电路的寿命，同时可以降低成本。2、用工作在断续模式的反激变换器，实现功率因素校正的功能，从而应用最低的成本实现了高功率因素的特性，而且避免了使用寿命偏短、体积较大的电解电容，延长了LED驱动电源的使用寿命。3、应用反激变换器，可同时实现绝缘隔离功能。4、电路控制简单，简化了元器件，节约成本，更利于产业化。
附图说明
图1是本发明电路结构示意图；
图2是本发明在工作状态时初级绕组电压和电流波形示意图；
图3是本发明在工作状态时次级绕组电流示意图；
图4是本发明实施例一的采样整形电路结构示意图；
图5是本发明实施例二的采样整形电路结构示意图；
图6是本发明实施例三的采样整形电路结构示意图；
图7是本发明实施例四的采样整形电路结构示意图；
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明的驱动电源主要包括了整流电桥、输入第一电容C1、输出电容C2、变压器TX1、脉宽调制控制电路以及采用整流电路等。整流电桥由二极管D1～D4组成，二极管D1阳极和二极管D2阳极为交流电输入端，二极管D1阴极是直流正压输出端，二极管D4阳极是直流负压输出端。变压器TX1初级绕组的同名端连接整流电桥直流正压输出端，异名端连接功率开关管Q1漏极，功率开关管Q1源极连接整流电桥直流负压输出端，电容C1两端分别连接整流电桥的直流输出正负两端。
变压器TX1的次级绕组同名端经过电容C2后接二极管D5阴极，二极管D5阳极接次级绕组异名端，电容C2两端作为电压输出端。采样整流电路通过采样绕组从电压输出端正极采样电路信号后通过脉宽调制控制电路，脉宽调制控制电路根据电路信号输出相应的PWM控制信号到功率开关管Q1栅极。
本发明的PWM芯片采用SG3525型芯片，但是其他行业内通用的能用于反激变换电路的PWM芯片均适用于本发明电路。工作原理是，通过在次级绕组回路采样电流信号，通过整形后输入到PWM控制电路，PWM控制电路将采样的信号于基准电压进行比较而产生脉宽调制信号，并驱动连接变压器原边的功率开关管，实现反激电路的PWM控制。其中采样绕组采用电流互感器，采样点也可以在变压器的次级绕组同名端采样，也可以在变压器次级绕组异名端采样。
由于工作在DCM模式下(断续导电模式)的反激变换电路，在高频PWM开关作用下可等效为一个受占空比D控制的无损电阻(Loss free resistor)，每个开关周期的输入电流平均值近似满足正弦规律(如图2所示，三角波表示电流信号，正弦波表示电压信号)，所以驱动电源电路无须再使用PFC控制器(PowerFactor Correction，功率因数校正器)，就可以使输入端功率因数近似等于1。因此输入电容C1可以取到很小的容值，其容值为100pf～2.2uf。用以滤除高频噪声提高系统稳定性，具体取值随输出功率而变化，甚至在小功率场合可以省略。从而避免了使用寿命较短、体积较大的电解电容，而选取寿命较长、体积很小的薄膜电容(或陶瓷电容等)替代电解电容。延长了驱动电源的寿命，更好地满足了LED照明光源的实用寿命需求。
其中采样及整流电路的作用是将电流互感器采样到副边的信号由三角波(如图3所示，三角波表示电流信号，正弦波表示包络线)变化成为平滑稳定的信号，并给电流互感器提供磁复位功能。采样及整流电流采用两级式RC阻容滤波电路，典型的组成电路如图4所示，电压输入端依次串连二极管D6、电阻R2、电阻R3和电容C2到电压基准端；电阻R1一端接二极管D6阴极，另外一端接电压基准端；电容C3一端接电阻R2、R3的连接处，另外一端接电压基准端。
采样及整流电路还有以下几种实现方式：
实施例二
如图5所示，相对实施例一不同点在于，采样及整流电路的二极管D6换成齐纳二极管Z1，所述的齐纳二极管Z1阳极接电压输入端，阴极接电阻R1、R2的连接点。
实施例三
如图6所示，相对实施例一不同点在于，采样及整流电路在电压输入端两端并联一个电阻R4。
实施例四
如图7所示，相对实施例一不同点在于，采样及整流电路在电压输入端两端设置一个二极管D7和齐纳二极管Z2。所述的二极管D7阴极连接电压输入端，二极管D7的阳极连接齐纳二极管Z2的阳极，齐纳二极管Z2的阴极连接电压基准端。
采样及整流电路主要功能在于将副边电流三角波信号滤成平滑的平均信号。显然采用一级或者更多级电路都能达到此目的，只是在电阻电容取值上有所不同，同样可实现滤波功能。
除上述附图说明的几种实施电路外，凡属本行业技术人员通过以上描述与附图举例所能自然联想到的本发明等同应用方案，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，包括整流电路、反激变换电路；所述的反激变换电路主要由变压器、功率开关管、脉宽调制控制电路连接组成，其特征在于，还包括电流采样器，用于对变压器副边输出回路中的电流进行采样；采样整形电路，用于将采样电流整形后反馈到脉宽调制控制电路；电流采样器连接于变压器副边输出回路中，电流采样器的输出再经采样整形电路整形后连接到脉宽调制控制电路；通过在变压器副边输出回路采样电流信号反馈输入到脉宽调制控制电路，脉宽调制控制电路将采样的信号于基准电压进行比较而产生脉宽调制信号，并驱动连接变压器原边的功率开关管，实现反激电路驱动发光二极管的电压输出。
2、根据权利要求1所述的一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，其特征在于，还设有一个用于滤除高频噪声的第一电容，所述的第一电容并联在整流电路的正负输出两端。
3、根据权利要求2所述的一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，其特征在于，所述的第一电容采用薄膜电容或陶瓷电容。
4、根据权利要求1所述的一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，其特征在于，所述的采样器的采样点设置在变压器副边的同名端或异名端或变压器副边输出回路的电压输出端。
5、根据权利要求1所述的一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，其特征在于，所述的采样器采用电流互感器。
6、根据权利要求1所述的一种高功率发光二极管的隔离式驱动电源，其特征在于，所述的采样整形电路采用可将波形平均化成稳定直流信号的两级式RC阻容滤波电路。
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