CN102014559B - 发光二极管光源驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管光源驱动电源，包括电磁输入抑制电路、输入整流滤波电路、功率因素校正与直流转换电路、IC辅助供电电路、输出整流滤波单元、恒压与恒流输出反馈控制电路，电磁输入抑制电路由电解电容器CX1；电感器L1；电解电容器CX2；电感器L2组成，滤除电网杂波后的输出电信号连接到输入整流滤波电路进行整流通过高频滤波器电容C1滤波；整流滤波后的直流电连接到隔离变压器；再连接到功率因素校正与直流转换电路中的功率开关管V1，同时连接到IC辅助供电电路，经隔离变压器的耦合到副线组进行整流滤波后，再连到功率因素校正与直流转换电路中的电网功率因数校正芯片IC1为其供电；本发明适应负载能力好；并具有转化效率高；实现输出电压随负载变化进行调节，且电流恒定的LED驱动电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用在大功率半导体的发光二极管光源驱动电源。
背景技术
随着大功率半导体发光二极管（LED）光源的大量使用，其节能、环保、高光效、超长寿命的新型照明光源，在全球环境污染加重和不可再生能源的日趋枯竭的情况下，已引起世界各国的普遍关注，尤其是欧、美、亚洲发达国家的高度重视，与此同时高效、节能、环保的LED光源也被大量运用到现实生活各个领域中，各家照明企业都争项开发此类光源和驱动电源，因半导体发光二极管的特殊驱动工作方式，在其电源驱动上有着苛刻的要求，其电源好坏直接影响到LED的节能效果和使用寿命。
驱动电源的好坏直接决定着对LED使用效果，由于LED市场近几年的突飞猛进，和国际上还未针对此类电源的专项强制检测标准出台，导致此类电源质量上良莠不齐，劣质电源的使用导致LED的光衰严重、寿命缩短，致使LED失去真正的使用价值，形成“节能不节钱”的局面。目前LED驱动电源产品盛多，大都以IC控制为主，国内外多家IC公司相继推出各类驱动电源的IC线路，大多以经济实用争抢市场为主，其设计的电源有恒压型、恒流型、恒压恒流混合型，低功率因数PF：0.4-0.6左右，高谐波含量THD：大于100，这类电源工作时对电网干扰较大，输出电流不干净，电流纹波较高，电压，电流恒定效果较差，使LED工作达不到理想状态，有些较好的企业为了克服这些通过载入功率因数校正线路，输出采用IC检测控制输出电压电流的恒定从而达到理想的工作条件，但这种电源设计出来成本较高不易大批量运用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种适应负载能力好，实现高功率因数（PF）和低谐波失真（THD）、做到LED的真正节能、环保、超长寿命效果的一种发光二极管光源驱动电源。
为了达到上述目的，本发明提供的一种发光二极管光源驱动电源，包括电磁输入抑制电路、输入整流滤波电路、功率因数校正与直流转换电路、IC辅助供电电路、输出整流滤波单元、恒压与恒流输出反馈控制电路，其特征是：电磁输入抑制电路由电解电容器CX1；电感器L1；电解电容器CX2；电感器L2组成，滤除电网杂波后的输出电信号连接到输入整流滤波电路的2-1端和2-3端后进行整流并通过高频滤波器电容C1滤波；整流滤波后的直流电连接到隔离变压器的初级7-6端和7-5端；再连接到功率因数校正与直流转换电路中的功率开关管V1，实现功率因数效正和直流转换，同时连接到IC辅助供电电路，经隔离变压器的耦合到副线组7-3端和7-4端进行整流滤波，再连到功率因数校正与直流转换电路中的电网功率因数校正芯片IC1的VDD脚为其供电；通过功率开关管V1的截止与导通，和线路中的隔离变压器绕组线圈进行磁能和电能的转换，由隔离变压器的7-2端和7-1端连接到输出整流滤波单元，进行整流滤波后通过恒压与恒流输出反馈控制电路给负载工作；恒压与恒流输出反馈控制电路连接到输出整流滤波单元的输出端进行分压取样，通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，并反馈到电网功率因数校正芯片IC1的1脚和2脚进行误差放大检测，控制输出电流电压恒定输出。
所述的电网功率因数校正芯片IC1是FAN7527电网功率因数校正芯片；所述的隔离变压器是EF20型隔离变压器。
在电源的输出与输入端采用完全隔离方式，也就是利用高频变压器的初级、次级线圈绕组进行磁能与电能的转化，将在初级产生的磁能经过耦合到次级进行整流滤波输出，经取样检测通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，反馈到前级电网功率因数校正芯片IC1中的误差放大器进行检测控制。
在恒压与恒流输出反馈控制电路中，输出利用V2、V3、V4三个三端分流基准源和光电耦合器IC2通过精密电阻分压检测输出状态的变化反馈到电网功率因数校正芯片IC1控制端对输出进行检测，调整输出达到所需负载工作状态。当有输出短路、过电压、过电流时使电路处于关闭工作的保护状态，不损坏负载和电路本身。并能实现负载接入不同的检测而提供合适的电压和电流的恒定。
在此，V2、V3、V4采用TL431，光电耦合器IC2采用PC817。
本发明采用FAN7527电网功率因数校正芯片、输出与输入端采用变压器初、次级线圈绕组完全隔离方式，利用输出反馈控制电路对输出负载电流与电压的变化进行检测并反馈到FAN7527的误差放大器进行比较检测控制，以完成电压控制环路的稳定性；所述的FAN7527控制电路是由FAN7527组成单级功率因数PFC校正和直流转换线路组成，该电路设计采用了反激式电源工作方式，因反激拓扑具有很高的峰值电流，其后级设计成高频变压器，因FAN7527能实现电网功率因数校正，使功率因数达到0.95以上，在其内部乘法器单元中，嵌入了谐波失真THD优化专用线路，该电路能处理AC输入电压过零附近积聚的能量，从而使输入整流VD1-4之后的高频滤波器高频滤波器电容C1得以充分放电，以减小交越失真，大大降低了电流总谐波。通过功率开关管V1的截止与导通，和线路中的隔离变压器绕组线圈进行磁能和电能的转换，输送整流滤波后给负载工作，利用LED本身的伏安特性，使用三端稳压器V2、V3、V4的精确检测，精密电阻分压来检测负载的变化；输出电压可检测LED串联个数实现2.5V-24V的变化，通过光电耦合器IC2反馈到FAN7527的INV脚进行误差检测，进一步控制功率开关管V1的工作状态，实现输出电压、电流的恒定。对输出有短路、过电压、过电流等异常情况有良好的保护作用，停止线路工作。
本发明提供的发光二极管光源驱动电源，采用美国飞兆半导体公司的一款FAN7527这款典型的电网功率因数校正芯片，具有较高的性价比，可实现输入宽电压工作状态，FAN7527电网功率因数校正芯片原本是作为升压电路来校正功率因数，本发明拓展了他的使用方法，不但实现功率因数的校正目的，且充分利用固有的特性组成高效精准的输出，达到恒压、恒流的效果，这种高效驱动电源，因IC本身集成了功率因数预转换，和DC-DC直流转换结合在一起，从而节约了外围组件，和磁性器件的数量。
本发明的优点还在于：由于采用功率因子校正IC和精确的输出检测电路控制，从而实现高功率因数，低电流总谐波，高转换效率，负载变化的检测，精准的恒流效果，使其负载工作于最佳状态。
本发明提供的发光二极管光源驱动电源，适应负载能力好，是节省电能提高效率的一种开关电源，具有高功率因数（PF）和低谐波失真（THD）；并具有转化效率高；实现输出电压随负载变化进行调节，且电流恒定的LED驱动电源。使LED达到最佳工作状态，实现LED的真正节能、环保、超长寿命的效果。
附图说明
图1是本发明实施电路原理框图；
图2是本发明实例电路原理图。
其中：电磁输入抑制电路1、输入整流滤波电路2、功率因数校正与直流转换电路3、IC辅助供电电路4、输出整流滤波单元5、恒压与恒流输出反馈控制电路6、恒压与恒流输出控制电路6-1、光耦反馈电路6-2、隔离变压器7。
具体实施方式
下面结合实施附图对本发明进一步说明。
实施例：
如图1、图2所示：本实施例提供的一种发光二极管光源驱动电源，包括电磁输入抑制电路1、输入整流滤波电路2、功率因数校正与直流转换电路3、IC辅助供电电路4、输出整流滤波单元5、恒压与恒流输出反馈控制电路6，电磁输入抑制电路1由电解电容器CX1；电感器L1；电解电容器CX2；电感器L2组成，滤除电网杂波后的输出电信号连接到输入整流滤波电路2的2-1端和2-3端后进行整流并通过高频滤波器电容C1滤波；整流滤波后的直流电连接到隔离变压器7的初级7-6端和7-5端；再连接到功率因数校正与直流转换电路3中的功率开关管V1，实现功率因数效正和直流转换，同时连接到IC辅助供电电路4，经隔离变压器7的耦合到副线组7-3端和7-4端进行整流滤波，再连到功率因数校正与直流转换电路3中的电网功率因数校正芯片IC1的VDD脚为其供电；通过功率开关管V1的截止与导通，和线路中的隔离变压器绕组线圈进行磁能和电能的转换，由隔离变压器7的7-2端和7-1端连接到输出整流滤波单元5，进行整流滤波后通过恒压与恒流输出反馈控制电路6给负载工作；恒压与恒流输出反馈控制电路6连接到输出整流滤波单元5的输出端进行分压取样，通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，并反馈到电网功率因数校正芯片IC1的1脚和2脚进行误差放大检测，控制输出电流电压恒定输出。在此，恒压与恒流输出反馈控制电路6包括恒压与恒流输出控制电路6-1和光耦反馈电路6-2、
所述的电网功率因数校正芯片IC1是FAN7527电网功率因数校正芯片；所述的隔离变压器7是EF20型隔离变压器。
在电源的输出与输入端采用完全隔离方式，也就是利用高频变压器7的初级、次级线圈绕组进行磁能与电能的转化，将在初级产生的磁能经过耦合到次级进行整流滤波输出，经取样检测通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，反馈到前级电网功率因数校正芯片IC1中的误差放大器进行检测控制。
在恒压与恒流输出反馈控制电路6中，输出利用V2、V3、V4三个三端分流基准源和光电耦合器IC2通过精密电阻分压检测输出状态的变化反馈到电网功率因数校正芯片IC1控制端对输出进行检测，调整输出达到所需负载工作状态。当有输出短路、过电压、过电流时使电路处于保护状态，不损坏负载和电路。并能实现负载接入不同的检测而提供合适的电压和电流的恒定。在此，V2、V3、V4采用TL431，光电耦合器IC2采用PC817。
本实施例采用FAN7527电网功率因数校正芯片、输出与输入端采用变压器初、次级线圈绕组完全隔离方式，利用输出反馈控制电路对输出负载电流与电压的变化进行检测反馈到FAN7527的误差放大器进行比较检测控制，以完成电压控制环路的稳定性；所述的FAN7527控制电路是由FAN7527组成单级功率因数PFC校正和直流转换线路组成，该电路设计采用了反激式电源工作方式，因反激拓扑具有很高的峰值电流，其后级设计成高频变压器，因FAN7527能实现电网功率因数校正，使功率因数达到0.95以上，在其内部乘法器单元中，嵌入了谐波失真THD优化专用线路，该电路能处理AC输入电压过零附近积聚的能量，从而使输入整流VD1-4之后的高频滤波器电容C1得以充分放电，以减小交越失真，大大降低了电流总谐波。通过功率开关管V1的截止与导通，和线路中的隔离变压器绕组线圈进行磁能和电能的转换，输送整流滤波后供给负载工作，利用LED本身的伏安特性，使用三端稳压器V2、V3、V4的精确检测，精密电阻分压来检测负载的变化；输出电压可检测LED串联个数实现2.5V-24V的变化，通过光电耦合器IC2反馈到FAN7527的INV脚进行误差检测，进一步控制功率开关管V1的工作状态，实现输出电压、电流的恒定。对输出有短路、过电压、过电流等异常情况有良好的保护线路，停止线路工作。
如图2所示：工作时，通过对电网输入的电源，进行整流滤波后为电网功率因数校正芯片IC1提供电源，使电网功率因数校正芯片IC1进入工作状态，对电网进行PFC功率因数校正，从而提高功率因数，降低电流总谐波失真，同时电网功率因数校正芯片I C1通过驱动使连接的功率开关管V1工作，功率开关管V1可采用MOSFET管，通过线路中的高频变压器7的绕组线圈进行磁能和电能的转换，输出整流滤波后给负载工作，后级三端分流基准源和光耦IC2反馈到电网功率因数校正芯片IC1误差放大器，对电压和电流进行检测，利用发光二极管LED伏安特性使输出电压恒定在标准值上，并让电流按设计要求恒定，可根据负载串联数量来提供需要恒定电压，后级通过整流滤波和串联电感L3对电流滤波，有效降低电流纹波。输出电压范围可实现2.5-24V,输出电流可根据负载设置恒流,其恒流精度达到±2%，PF>0.95，电源工作转换效率达到85%以上，可满足单个或多个LED负载串联使用，较高的恒流精度保证了发光二极管的正常工作和达到发光亮度的一致性。
Claims (3)
1.一种发光二极管光源驱动电源，包括电磁干扰输入抑制电路（1）、输入整流滤波电路（2）、功率因数校正与直流转换电路（3）、IC辅助供电电路（4）、输出整流滤波单元（5）、恒压与恒流输出反馈控制电路（6），其特征是：电磁干扰输入抑制电路（1）由电容CX1；电感器L1；电容CX2；电感器L2组成，滤除电网杂波后的输出电信号连接到输入整流滤波电路（2）的2-1端和2-3端后进行整流并通过高频滤波器电容C1滤波；整流滤波后的直流电连接到隔离变压器（7）的初级7-6端和7-5端，所述的隔离变压器（7）是EF20型隔离变压器；再连接到功率因数校正与直流转换电路（3）中的功率开关管V1，实现功率因数校正和直流转换，同时连接到IC辅助供电电路（4），经隔离变压器（7）的耦合到副线组7-3端和7-4端进行整流滤波，再连到功率因数校正与直流转换电路（3）中的电网功率因数校正芯片IC1的VDD脚为其供电，所述电网功率因数校正芯片IC1是FAN7527电网功率因数校正芯片；通过功率开关管V1的截止与导通，和线路中的隔离变压器绕组线圈进行磁能和电能的转换，由隔离变压器（7）的7-2端和7-1端连接到输出整流滤波单元（5），进行整流滤波后通过恒压与恒流输出反馈控制电路（6）给负载工作；恒压与恒流输出反馈控制电路（6）连接到输出整流滤波单元（5）的输出端进行分压取样，通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，并反馈到电网功率因数校正芯片IC1的1脚和2脚进行误差放大检测，控制输出电流电压恒定输出。
2.根据权利要求1所述的发光二极管光源驱动电源，其特征是利用高频变压器（7）的初级、次级线圈绕组进行磁能与电能的转化，将在初级产生的磁能经过耦合到次级进行整流滤波输出，经取样检测通过光电耦合器IC2对输出端工作状况进行检测，反馈到前级电网功率因数校正芯片IC1中的误差放大器进行检测控制。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管光源驱动电源，其特征是在恒压与恒流输出反馈控制电路（6）中，输出利用V2、V3、V4三个三端分流基准源和光电耦合器IC2通过精密电阻分压检测输出状态的变化反馈到电网功率因数校正芯片IC1控制端对输出进行检测，调整输出达到所需负载工作状态。
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