CN101883461A - 带功率因数校正的led自适应恒流控制器 - Google Patents

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Abstract

一种带功率因数校正的LED恒流源驱动器，市电交流输入依次通过电源转化模块(10)，功率因数校正模块(20)，电流控制模块(30)，最后实现恒流输出驱动LED阵列。本发明利用平衡半桥补偿电路进行功率因数校正，有效的改善了驱动器的功率因数，提高了电源效率。电流控制模块通过检测输出电流大小，提供反馈信号，从而根据反馈信号调整PWM控制信号的占空比，控制CMOS功率管的开关时间，通过二极管的续流作用，使镇流电感充放电，由此给LED负载提供恒定的电流。由于使用了功率因数校正和PWM控制技术，使得本发明具有比普通电路更好的效能转换与自动调节性。

Description

带功率因数校正的LED自适应恒流控制器
技术领域
本发明属于市电输入LED照明驱动器，具体涉及一种带功率因数校正的LED自适应恒流控制器。
背景技术
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源。首先LED耗电非常低，光电转化效率高，在相同亮度的条件下，LED比普通灯源消耗更少的电能，而且LED的热辐射也大大的低于普通光源。在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。基于LED的各种优点，LED目前已经成为照明领域的焦点，具有广大的市场潜力。
传统的LED驱动器是恒压驱动。由于LED的电学特性，施加在LED上的电压小的变化将会引起流经LED上的电流的大的变化，这样容易烧毁LED，所以对LED的电流必须加以限制。经常采用的方式是电阻串联限流。这种电阻串联限流方式不能保证流经LED的电流恒定，工作时很可能出现LED忽明忽暗的不稳定情况。如果电网忽然输出大电压，超过了串联电阻的限流的安全范围，LED会被烧毁。而且恒压驱动器所接的LED负载串联个数必须确定，驱动器不能自动根据负载LED串联个数对输出电压进行调整。传统的恒流源不带功率因数校正(PFC)模块，因此采用桥式整流、电容滤波电路后，会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。
基于以上所述恒压驱动LED和不带功率因数校正(PFC)模块恒流源的缺点，需要一种带功率因数校正(PFC)模块的LED自适应恒流控制器来克服这种技术缺陷。
发明内容
本发明就是为了避免以上的不足，提供了一中电路结构简单，能使流经LED的电流恒定，带功率因数校正(PFC)模块，能自动适应负载LED所需电压，同时成本低廉，稳定性好，效率高的LED恒流驱动器。
本发明带功率因数校正的LED自适应恒流控制器的目的，可以通过以下方案来实现。
带功率因数校正的LED自适应恒流控制器包括以下部分：
整流滤波模块，功率因数校正模块，电流控制模块。市电交流输入电信号首先经过整流滤波模块，通过全桥整流将交流电转化为直流电，再加上一个滤波电容，滤掉电信号的交流成分。接下来通过功率因数校正模块，利用平衡半桥补偿功率因数校正电路，调整电压与电流的相位，从而改善驱动器的功率因数，提高驱动器的效率，降低电路对电网的污染与干扰。电流控制模块通过采样输出电流，对CMOS功率管进行PWM开关控制，并利用镇流电感和二极管的续流作用使输出电流恒定。
根据本发明的一方面，整流滤波模块包括：整流桥，将市电输入的交流电转化为直流；滤波电容，将经过整流后的交流成分滤除。
根据本发明的一方面，功率因数校正模块包括：三个二极管，两个电解电容和一个电阻构成平衡半桥补偿功率因数校正电路，其结构为：第一电解电容的阳极与第一二极管的阴极连接，第一电解电容的阴极与第三二极管的阴极连接；第三二极管的阳极与地连接；第二二极管的阳极与第一电解电容的阴极连接，第二二极管的阴极与电阻的一端连接；电阻的另一端与第一二极管的阳极连接；第二电解电容的阳极与电阻的另一端连接，第二电解电容的阴极与地连接。
根据本发明的一方面，电流控制模块包括：降压稳压模块、带隙基准电压源、振荡器、RS触发器、与门、比较器、电流采样模块、镇流电感、续流二极管、CMOS功率管、滤波电解电容；降压稳压模块的输入端与直流输入相连接，输出端连接带隙基准电压源的输入端和与门的第一输入端；带隙基准电压源输出端接比较器的同向输入端；比较器的反向输入端与CMOS功率管的源极连接，输出端与RS触发器的R端连接；RS触发器的S端与振荡器的输出端连接，RS触发器的输出端Q跟与门的第二输入端连接；与门输出端与CMOS功率管的栅极连接；CMOS功率管的漏极与续流二极管的阳极连接，CMOS功率管的源极与电流采样模块的第一端连接；电流采样模块的第二端与地相连接；镇流电感的第一端与续流二极管的阳极连接，第二端与滤波电解电容的阴极连接；续流二极管的阴极与直流输入模块连接；滤波电解电容的阳极与续流二极管的阳极连接。最后LED阵列阳极与滤波电解电容的阳极连接，LED阵列阴极与滤波电解电容的阴极连接。
本发明的有益效果为：利用平衡半桥功率因数校正电路和电流反馈PWM控制技术，设计出带功率因数校正的LED自适应恒流控制器。由于使用了电流反馈PWM控制恒流技术，该控制器可以根据负载串联LED个数不同，在输出电压为16V到100V内，自动适应负载LED所需电压。因此本发明相对普通驱动器而言，提高了LED工作的稳定性，延长了LED寿命，提高了电路的功率因数，达到了高效节能，绿色环保的效果。
附图说明
图1示出了平衡半桥补偿功率因数校正电路图；
图2示出了带功率因数校正的LED自适应恒流控制器的电流控制模块结构示意图；
图3示出了带功率因数校正的LED自适应恒流控制器的具体实施电路结构图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步详述。
如图3，带功率因数校正的LED自适应恒流控制器包括：电源转化模块10、功率因数校正模块20、电流控制模块30。
电源转化模块10由整流桥D31和滤波电容C31构成，市电交流输入通过整流桥D31转化为直流，再经过滤波电容C31，将经过整流后的交流成分滤除。
功率因数校正模块20中，使用的是平衡半桥补偿电路。如图1所示，其结构为：电解电容C32的阳极与二极管D32的阴极连接，电解电容C32的阴极与二极管D34的阴极连接；二极管D34的阳极与地连接；二极管D33的阳极与电解电容C32的阴极连接，二极管D33的阴极与电阻R31的一端连接；电阻R31的另一端与二极管D32的阳极连接；电解电容C33的阳极与二极管D32的阳极连接，电解电容C33的阴极与地连接。电解电容C32和二极管D34组成半桥的一臂，电解电容C33和二极管D32组成半桥的另一臂，二极管D33和电阻R31组成充电连接通路，利用填谷原理进行补偿。电解电容C33和C32相串联，电容上的电压最高充到输入电压的一半，一旦线电压降到输入电压一半以下，二极管D34和D32就会被正向偏置，这样使电容C33和C32开始并联放电，从而调整了输入电流的导通角，达到了功率因数校正的效果。电阻R31有助于平滑输入电流尖峰，还可以通过限制流入电容C33和C32的电流来改善功率因数。
电流控制模块30如图2所示，包括降压稳压模块U31、带隙基准电压源U32、振荡器T32、RS触发器U33、与门A31、比较器U35、电流采样模块U34、镇流电感L31、续流二极管D36、CMOS功率管Q31、滤波电解电容C35；降压稳压模块U31的输入端与直流输入U30相连接，输出端连接带隙基准电压源U32的输入端和与门A31的第一输入端；带隙基准电压源U32输出端接比较器U35的同向输入端；比较器U35的反向输入端与CMOS功率管Q31的源极连接，比较器U35的输出端与RS触发器U33的R端连接；RS触发器U33的S端与振荡器T32的输出端连接，RS触发器U33的输出端Q跟与门A31的第二输入端连接；与门A31输出端与CMOS功率管Q31的栅极连接；CMOS功率管Q31的漏极与续流二极管D36的阳极连接，CMOS功率管Q31的源极与电流采样模块U34的一端连接；电流采样模块U34的另一端与地相连接；镇流电感L31的一端与续流二极管D36的阳极连接，另一端与滤波电解电容C35的阴极连接；续流二极管D36的阴极与直流输入U30连接；滤波电解电容C35的阳极与续流二极管D36的阴极连接，LED阵列LED31阳极与滤波电解电容C35的阳极连接，LED阵列LED31阴极与滤波电解电容C35的阴极连接。
从图3可以看出，上述降压稳压模块U31包括一个倍容式纹波滤波器，由两个电阻R33和R32、电容C34、稳压二极管D35和晶体管T31组成，具有电容倍增式低通滤波器和串联稳压调整器双重作用，为电流控制模块提供稳定低压辅助电源。在晶体管T31基极与地之间接一个电容C34，由于基极电流只有射极电流的1/(1+β)，相当于在发射极接了一个(1+β)C34的大电容。在基极到地再连接一个稳压二极管D35，就是组成一个串联稳压器，该电路能有效地消除高频开关纹波，再通过一个线性低压稳压器U36，使辅助电源VDD更加稳定。
带隙基准电压源U32产生基准电压，与电流采样模块U34采样回来的反馈电压信号通过比较器U35进行比较，比较器U35输出端接入RS触发器U33的R端，振荡器T32产生时钟信号，接入RS触发器U34的S端，通过RS触发器U33产生PWM信号，PWM信号由RS触发器U33的Q脚输出，接入与门A31的输入端，与门A31作为CMOS功率管Q31的开关驱动器，输出端接入CMOS功率管Q31的栅极，控制CMOS功率管Q31的开关。当CMOS功率管导通时，电流流过镇流电感L31，此时，负载由经过整流和功率因数校正后的市电输入供电，同时给镇流电感L31充电，镇流电感L31起蓄能作用，此时续流二极管D36处于截止状态；当CMOS功率管关断时，续流二极管D36导通，镇流电感L31释放能量，通过续流二极管D36的续流作用，向负载供电。滤波电解电容C35对输出电流进行滤波，使输出电流的波形更加平缓。电流控制器30主要是根据电流采样模块反馈回来的信号，调整PWM信号的脉宽，控制CMOS功率管导通和关断时间比，通过续流二极管D36的续流作用，使镇流电感L31储存能量和释放能量，达到恒流输出的目的。
以上为本发明的具体实施示例，输出电流范围达到几十毫安到1安，输出电压可以根据负载LED串联个数自动在16V到100V之间调整，同时电路结构简单，转化效率高，生产成本低廉，可以应用于各种LED照明，LED信号灯，液晶屏背光等领域。

Claims (4)

1.带功率因数校正的LED自适应恒流控制器，其特征在于：包括电源转化模块，功率因数校正模块，电流控制模块，市电交流输入依次通过电源转化模块，功率因数校正模块，电流控制模块，最后输出恒定的电流驱动LED阵列。
2.如权利要求1所述带功率因数校正的LED自适应恒流控制器，其特征在于：所述功率因数校正模块包括一个平衡半桥补偿功率因数校正电路，其结构为：第一电解电容(C32)的阳极与第一二极管(D32)的阴极连接，第一电解电容(C32)的阴极与第三二极管(D34)的阴极连接；第三二极管(C34)的阳极与地连接；第二二极管(D33)的阳极与第一电解电容(C32)的阴极连接，第二二极管(D33)的阴极与电阻(R31)的一端连接；电阻(R31)的另一端与第一二极管(D32)的阳极连接；第二电解电容(C33)的阳极与第一二极管(D32)的阳极连接，第二电解电容(C33)的阴极与地连接。
3.如权利要求1所述带功率因数校正的LED自适应恒流控制器，其特征在于：所述电源转化模块包括：整流桥(D31)，将市电输入的交流电转化为直流；滤波电容(C31)，将经过整流后的交流成分滤除。
4.如权利要求1所述带功率因数校正的LED自适应恒流控制器，其特征在于：所述电流控制模块通过控制CMOS功率管开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的电流恒定，电流控制模块包括降压稳压模块(U31)、带隙基准电压源(U32)、振荡器(T32)、RS触发器(U33)、与门(A31)、比较器(U35)、电流采样模块(U34)、镇流电感(L31)、续流二极管(D36)、CMOS功率管(Q31)、滤波电解电容(C35)；降压稳压模块(U31)的输入端与直流输入(U30)相连接，输出端连接带隙基准电压源(U32)的输入端和与门(A31)的第一输入端；带隙基准电压源(U32)输出端接比较器(U35)的同向输入端；比较器(U35)的反向输入端与CMOS功率管(Q31)的源极连接，比较器(U35)的输出端与RS触发器(U33)的R端连接；RS触发器(U33)的S端与振荡器(T32)的输出端连接，RS触发器(U33)的输出端Q跟与门(A31)的第二输入端连接；与门(A31)输出端与CMOS功率管(Q31)的栅极连接；CMOS功率管(Q31)的漏极与续流二极管(D36)的阳极连接，CMOS功率管(Q31)的源极与电流采样模块(U34)的一端连接；电流采样模块(U34)的另一端与地相连接；镇流电感(L31)的一端与续流二极管(D36)的阳极连接，另一端与滤波电解电容(C35)的阴极连接；续流二极管(D36)的阴极与直流输入(U30)连接；滤波电解电容(C35)的阳极与续流二极管(D36)的阴极连接，LED阵列(LED31)阳极与滤波电解电容(C35)的阳极连接，LED阵列(LED31)阴极与滤波电解电容(C35)的阴极连接。
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