CN102026448A

CN102026448A - 一种led电源电路

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Publication number: CN102026448A
Application number: CN2010105271603A
Authority: CN
Inventors: 王子能
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明涉及一种LED电源电路，包括输入浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、启动电压电路、驱动IC辅助供电电路、IC控制电路、反激式功率变换电路、输出恒压恒流反馈控制环路及输出电路；该输入浪涌保护电路输入端接收输入电源，其输出端依次通过EMI滤波电路连接至整流滤波电路输入端，整流滤波电路输出端连接至反激式功率变换电路输入端，驱动IC辅助供电电路输出端连接至IC控制电路的电源端，IC控制电路的输出端通过反激式功率变换电路连接至输出电路，该输出恒压恒流反馈控制环路的输入端连接至输出电路，输出端连接至IC控制电路，该整流滤波电路输出端还通过启动电压电路与IC控制电路的电源端连接。

Description

一种LED电源电路

技术领域

本发明属于LED电源电路，尤其涉及一种高宽电压（AC220-380V）输入电源,轨道车厢LED电源电路。

背景技术

随着LED照明这种绿色环保产品的应用广泛推展，国内针对于轨道车厢内传统照明系统的改造和替代成led照明，目前还没有相适应的led电源支持。且市场上应用较多的led电源功率因数、转换效率不高，很难做到85%以上的电源效率，因此造成电网的损耗极高。

轨道车厢内的供电环境及电子设备使用中的电磁环境又及其复杂。本产品是专门针对轨道车厢内使用的led照明而设计的高压输入驱动电源，能很好克服以上不足的地方。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种结构简单、体积小、重量轻、低噪音、高效率及高压输入的LED电源电路。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种LED电源电路，其中，包括输入浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、启动电压电路、驱动IC辅助供电电路、IC控制电路、反激式功率变换电路、输出恒压恒流反馈控制环路及输出电路；

该输入浪涌保护电路输入端接收输入电源，其输出端依次通过EMI滤波电路连接至整流滤波电路输入端，整流滤波电路输出端连接至反激式功率变换电路输入端，驱动IC辅助供电电路输出端连接至IC控制电路的电源端，IC控制电路的输出端通过反激式功率变换电路连接至输出电路，该输出恒压恒流反馈控制环路的输入端连接至输出电路，输出端连接至IC控制电路，该整流滤波电路输出端还通过启动电压电路与IC控制电路的电源端连接；

该启动电压电路用于启动IC控制电路，该驱动IC辅助供电电路用于给IC控制电路提供工作电压，IC控制电路通过其预设参数值向反激式功率变换电路输出一定占空比脉冲信号，反激式功率变换电路将直流高电压转换为高频低电压并输出至输出电路，该输出恒压恒流反馈控制环路采集输出电路的工作电压和电流并反馈信号至IC控制电路，IC控制电路根据该反馈信号调节输出脉冲的占空比。

上述方案中，该输入浪涌保护电路用于保护整个LED电源电路，防止输入电压或电流超出负载而将整个电源电路烧毁。

该EMI滤波电路的作用：市电进入电源电路后，经过EMI滤波电路，其滤除外界电网对电源的电磁干扰，同时还有减少电源本身对外界的电磁干扰。

该整流滤波电路的作用：将交流电转换为直流电。

该启动电压电路的作用是：接通电源瞬间，提供给IC控制电路电源端一个高于门限电压的启动电压。

进一步地，该输入浪涌保护电路包括熔断器及热敏电阻，该熔断器与热敏电阻的一端均接收输入电源，另一端均连接至EMI滤波电路，且输出端之间还分别连接有压敏电阻，第一、第二电容，第一、第二泄放电阻。

其中，熔断器能有效进行电路短路保护或严重过载保护；该热敏电阻用于电源通电瞬间的浪涌电流抑制作用；该压敏电阻用做浪涌电压吸收及抑制电路输入出现的异常过电压；泄放电阻可将第一、第二电容上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性。断电后还能使电源的进线端不带电,保证使用的安全性；该EMI滤波电路包括第一共模电感、第二共模电感、第一差模电感、第二差模电感、第三电容及第四电容；

该第一共模电感两个输入端接收来自输入浪涌保护电路的电流，该第一共模电感的两个输出端之间连接有第三、第四电容，还与第二共模电感的两个输入端相连接，第二共模电感的两个输出端分别通过该第一、第二差模电感连接接至整流滤波电路。

该方案利用电感和电容的特性，使频率为工频的交流电可以顺利通过滤波器，而高于工频以上的高频干扰杂波将被滤波器滤除。

该启动电压电路由多个电阻串联或并联后和滤波电容连接而成。

当电路刚启动时，通过启动电阻给滤波电容充电，启动电阻值决定了最低输入电压时电容的充电电流，电流过大会导致电容过温影响其寿命；电流过小会使启动时间过长，导致电路输出状态不稳定，在led照明中就会出现led灯在启动时出现闪烁的情况。

该反激式功率变换电路由高频变压器和功率开关管组成，该高频变压器包括第一初级线圈、第一次级线圈、第二次级线圈及第三次级线圈；

该第一初级线圈的一端与整流滤波电路连接，另一端连接功率开关管的漏极，功率开关管的栅极与IC控制电路输出端连接，功率开关管源极通过电阻接地，该第一次级线圈的一端与驱动IC辅助供电电路连接，另一端接地，该第二次级线圈连接输出电路，第三次级线圈连接输出恒压恒流反馈控制环路。

本方案中，采用高频变压器可减小空间，提高工作效率；高频变压器要选择适当的线圈匝数比及线径，若选择大匝数比功率开关管的功率耗散I??Rds成正比，电流的细微减小会引起功率处耗散的较大减小，产生较低的二次电压但次级反射回初级端的电压较高，本方案应用于高输入电压范围(AC220-380V)，固在设计上采用小匝数比7:1,避免过高的反射电压和漏感脉冲电压造成对功率开关管的反向电压冲击。变压器的磁芯也选择高频特性优良的TDK PC44以上的材质，设计裕量大以保证变压器的磁芯避免饱和。

功率开关管的选择是根据最大漏-源电压Uds和最大峰值电流Ipk的大小来确定，Uds是由整流后输入电压及反射输出电压和漏感电压构成的，而本案输入及输出电压都比较大。为了满足本案的高压工作条件，减小开关及导通的损耗以最大化的提高电源的转换效率，所以本案中选择了一款Vds为1200V的低栅极电荷、小电容和低Rds的MOSFET。

该驱动IC辅助供电电路包括第一次级线圈、限流电阻、整流二极管及稳压二极管；

该第一次级线圈通过限流电阻连接至整流二极管的阴极，整流二极管的阳极连接至IC控制电路，该稳压二极管的阳极连接至IC控制电路，其阴极接地。

因本案输出为LED提供恒流电源，因此输出端电压是有一个较大变化的范围，为25V-60V;变压器按最大输出电压设计，当负载为轻载时辅助供电电压将严重不足，导致电路不能正常工作出现反复启动的状况，需通过电路的反复调试确定第一次级线圈的匝数及限流电阻等其它电路元件的具体参数。

该IC控制电路包括第一光耦合器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第一滤波电容、功率电阻、隧道二极管及控制器；

该第一光耦合器输入端连接驱动IC辅助供电电路，其输出端通过第七电阻接地，还通过第六电阻连接至控制器的输入端，输入端还通过并联的第九电阻与第一滤波电容接至控制器的比较端，控制器输出端通过并联的隧道二极管与功率电阻连接至功率开关管的栅极；控制器的零电流检测输入端通过第五电阻连接至驱动IC辅助供电电路。

该输出恒压恒流反馈控制环路包括第二光耦合器、第一运算放大器、第二运算放大器、第三整流二极管、第四整流二极管、多个滤波电路及三端可调分流基准源；

该第二光耦合器输入端连接至反激式功率变换电路，输出端通过第四整流二极管连接至第一运算放大器输出端，第一运算放大器输出端还通过第一滤波电路连接至输出电路，第一运算放大器的同相输入端通过一三端可调分流基准源接地，其反相输入端通过第二滤波电路接地，该第二光耦合器输出端还通过第三整流二极管连接至第二运算放大器输出端，第二运算放大器的同相输入端通过一电阻接地，第二运算放大器的反相输入端通过第三滤波电路接地。

该输出电路包括高频整流二极管、第五滤波电容、第六滤波电容及稳压二极管；

该高频整流二极管的阴极连接至反激式功率变换电路的一输出端，其阳极引出输出电路的输出端，该稳压二极管的阳极连接至反激式功率变换电路的另一输出端，其阴极引出输出电路的另一输出端，该高频整流二极管的阳极与该稳压二极管的阳极之间还串接有第五滤波电容，该稳压二极管还并联有一电阻。

本案中高频整流二极管及第五、六滤波电容的选择很重要，因输出电压较高25V-60V，输出电流较小为400mA，所以选择肖特基二极管是不合适的。肖特基一般耐压小价格高，此案中选择超快速恢复二极管ER806F，电流8A反向耐压600V。反激式电路的特点之一就是输出纹波含量丰富， LED是电流型器件，高纹波电流会导致LED产生大量的热功耗而降低LED的使用寿命，所以在本案中输出电容选用了大容量及高电压的电解电容，根据容值大小、电压和均方根电流额定值确定具体的参数。

附图说明

图1 为本发明LED电源电路的原理框图。

图2 为本发明LED电源电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。

如图1及图2所示，本发明公开了一种LED电源电路，其包括输入浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、启动电压电路、驱动IC辅助供电电路、IC控制电路、反激式功率变换电路、输出恒压恒流反馈控制环路及输出电路；

该输入浪涌保护电路包括熔断器F1及热敏电阻RC，该熔断器F1与热敏电阻RC的一端均接收输入电源，另一端均连接至EMI滤波电路，且输出端之间还分别连接有压敏电阻RV1，第一、第二电容CM1、CM2，第一、第二泄放电阻RM1、RM2。

该EMI滤波电路包括第一共模电感L1、第二共模电感L2、第一差模电感L3、第二差模电感L4、第三电容CM3及第四电容CM4；

该第一共模电感L1两个输入端接收来自输入浪涌保护电路的电流，该第一共模电感L1的两个输出端之间连接有第三、第四电容CM3、CM4，还与第二共模电感L2的两个输入端相连接，第二共模电感L2的两个输出端分别通过该第一、第二差模电感L3、L4连接接至整流滤波电路。

该整流滤波电路为四个二极管组成的整流桥电路DR1,该整流桥电路DR1还通过两电容CIN1、CIN2接地。该整流桥电路DR1还通过电阻R1、R2、R3、R8接地。

该启动电压电路由多个电阻串联或并联后和滤波电容C3连接而成。本实施例中，由六个电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15组成，其中电阻R10、R13的一端连接整流滤波电路，另一端互相连接，且电阻R10、R13的另一端还分别连接电阻R11、R14的一端，电阻R11、R14的另一端互相连接，且电阻R11、R14的另一端还分别连接电阻R12、R15的一端，电阻R12、R15的另一端互相连接，并连接至IC控制电路。

该反激式功率变换电路由高频变压器和功率开关管M10组成，该高频变压器包括第一初级线圈、第一次级线圈、第二次级线圈及第三次级线圈；

该第一初级线圈的一端与整流滤波电路连接，另一端连接功率开关管M10的漏极，功率开关管M10的栅极与IC控制电路输出端连接，功率开关管M10源极通过电阻接地，该第一次级线圈的一端与驱动IC辅助供电电路连接，另一端接地，该第二次级线圈连接输出电路，第三次级线圈连接输出恒压恒流反馈控制环路。该反激式功率变换电路还进一步包括电容CV1，该高频变压器通过电容CV1及一电感连接至输出恒压恒流反馈控制环路。

该驱动IC辅助供电电路包括限流电阻R4、整流二极管D1及稳压二极管ZD1；

该第一次级线圈通过限流电阻R4连接至整流二极管D1的阴极，整流二极管D1的阳极连接至IC控制电路，该稳压二极管ZD1的阳极连接至IC控制电路，其阴极接地。

该IC控制电路包括第一光耦合器IC2B、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9、第一滤波电容C1、功率电阻TR、隧道二极管TD及控制器IC1；

该第一光耦合器IC2B输入端连接驱动IC辅助供电电路，其输出端通过第七电阻R7接地，还通过第六电阻R6连接至控制器IC1的输入端，输入端还通过并联的第九电阻R9与第一滤波电容C1接至控制器IC1的比较端，控制器IC1输出端通过并联的隧道二极管TD与功率电阻TR连接至功率开关管M10的栅极，该功率开关管M10的漏极连接至反激式功率变换电路，源极通过电阻接地。该功率开关管M10的漏极还通过二极管DF1、并联连接的电阻RF1与电容CF1后与整流滤波电路连接。

该驱动IC辅助供电电路还包括电阻R5，电阻R5连接至控制器IC1的零电流检测端口。该控制器IC1的乘法级输入端还通过电容C2接地。该控制器IC1的控制环路输入端分别通过两电阻RS1、RS2接地。

该输出恒压恒流反馈控制环路包括第二光耦合器IC2A、第一运算放大器IC3A、第二运算放大器IC3B、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、多个滤波电路及三端可调分流基准源Q1；

该第二光耦合器IC2A输入端连接至反激式功率变换电路，输出端通过第四整流二极管D4连接至第一运算放大器IC3A输出端，第一运算放大器IC3A输出端还通过第一滤波电路连接至输出电路，第一运算放大器IC3A的同相输入端通过一三端可调分流基准源Q1接地，其反相输入端通过第二滤波电路接地，该第二光耦合器IC2A输出端还通过第三整流二极管D3连接至第二运算放大器IC3B输出端，第二运算放大器IC3B的同相输入端分别通过电阻R27、R28接地，第二运算放大器IC3B的反相输入端通过第三滤波电路接地。其中，该第一滤波电路包括电阻R22及两个电容C10、C12，该电阻R22与电容C12串联后与电容C10并联。该第二滤波电路包括并联连接的电阻R3及电容C11。该第三滤波电路包括并联连接的电阻R29及电容C13。

该输出恒压恒流反馈控制环路还分别通过稳压管ZD2及滤波电容C4接地，还通过限流二极管D2与反激式功率变换电路连接。

该输出电路包括高频整流二极管M20、第五滤波电容C5及稳压二极管DZ；

该高频整流二极管M20的阴极连接至反激式功率变换电路的一输出端，其阳极引出输出电路的输出端，该稳压二极管DZ的阳极连接至激式变压器的另一输出端，其阴极引出输出电路的另一输出端，该高频整流二极管M20的阳极与该稳压二极管DZ的阳极之间还串接有第五滤波电容C5，该稳压二极管DZ还并联有一电阻RZ。

Claims

1.一种LED电源电路，其特征在于，包括输入浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、启动电压电路、驱动IC辅助供电电路、IC控制电路、反激式功率变换电路、输出恒压恒流反馈控制环路及输出电路；

2.根据权利要求1所述的LED电源电路，其特征在于，该输入浪涌保护电路包括熔断器（F1）及热敏电阻（RC），该熔断器（F1）与热敏电阻（RC）的一端均接收输入电源，另一端均连接至EMI滤波电路，且输出端之间还分别连接有压敏电阻（RV1），第一、第二电容（CM1、CM2），第一、第二泄放电阻（RM1、RM2）。

3.根据权利要求1所述的LED电源电路，其特征在于，该EMI滤波电路包括第一共模电感（L1）、第二共模电感（L2）、第一差模电感（L3）、第二差模电感（L4）、第三电容（CM3）及第四电容（CM4）；

该第一共模电感（L1）两个输入端接收来自输入浪涌保护电路的电流，该第一共模电感（L1）的两个输出端之间连接有第三、第四电容（CM3、CM4），还与第二共模电感（L2）的两个输入端相连接，第二共模电感（L2）的两个输出端分别通过该第一、第二差模电感（L3、L4）连接接至整流滤波电路。

4.根据权利要求1所述的LED电源电路，其特征在于，该启动电压电路由多个电阻串联或并联后和滤波电容（C3）连接而成。

5.根据权利要求1所述的LED电源电路，其特征在于，该反激式功率变换电路高频变压器和功率开关管（M10）组成，该高频变压器包括第一初级线圈、第一次级线圈、第二次级线圈及第三次级线圈；

该第一初级线圈的一端与整流滤波电路连接，另一端连接功率开关管（M10）的漏极，功率开关管（M10）的栅极与IC控制电路输出端连接，功率开关管（M10）源极通过电阻接地，该第一次级线圈的一端与驱动IC辅助供电电路连接，另一端接地，该第二次级线圈连接输出电路，第三次级线圈连接输出恒压恒流反馈控制环路。

6.根据权利要求5所述的LED电源电路，其特征在于，该驱动IC辅助供电电路包括限流电阻（R4）、整流二极管（D1）及稳压二极管（ZD1）；

该第一次级线圈通过限流电阻（R4）连接至整流二极管（D1）的阴极，整流二极管（D1）的阳极连接至IC控制电路，该稳压二极管（ZD1）的阳极连接至IC控制电路，其阴极接地。

7.根据权利要求6所述的LED电源电路，其特征在于，该IC控制电路包括第一光耦合器（IC2B）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第九电阻（R9）、第一滤波电容（C1）、功率电阻（TR）、隧道二极管（TD）及控制器（IC1）；

该第一光耦合器（IC2B）输入端连接驱动IC辅助供电电路，其输出端通过第七电阻（R7）接地，还通过第六电阻（R6）连接至控制器（IC1）的输入端，输入端还通过并联的第九电阻（R9）与第一滤波电容（C1）接至控制器（IC1）的比较端，控制器（IC1）输出端通过并联的隧道二极管（TD）与功率电阻（TR）连接至功率开关管（M10）的栅极；控制器（IC1）的零电流检测输入端通过第五电阻（R5）连接至驱动IC辅助供电电路。

8.根据权利要求1所述的LED电源电路，其特征在于，该输出恒压恒流反馈控制环路包括第二光耦合器（IC2A）、第一运算放大器（IC3A）、第二运算放大器（IC3B）、第三整流二极管（D3）、第四整流二极管（D4）、多个滤波电路及三端可调分流基准源（Q1）；

该第二光耦合器（IC2A）输入端连接至反激式功率变换电路，输出端通过第四整流二极管（D4）连接至第一运算放大器（IC3A）输出端，第一运算放大器（IC3A）输出端还通过第一滤波电路连接至输出电路，第一运算放大器（IC3A）的同相输入端通过一三端可调分流基准源（Q1）接地，其反相输入端通过第二滤波电路接地，该第二光耦合器（IC2A）输出端还通过第三整流二极管（D3）连接至第二运算放大器（IC3B）输出端，第二运算放大器（IC3B）的同相输入端通过一电阻接地，第二运算放大器（IC3B）的反相输入端通过第三滤波电路接地。

9.根据权利要求5所述的LED电源电路，其特征在于，该输出电路包括高频整流二极管（M20）、第五滤波电容（C5）及稳压二极管（DZ）；

该高频整流二极管（M20）的阴极连接至反激式功率变换电路的一输出端，其阳极引出输出电路的输出端，该稳压二极管（DZ）的阳极连接至反激式功率变换电路的另一输出端，其阴极引出输出电路的另一输出端，该高频整流二极管（M20）的阳极与该稳压二极管（DZ）的阳极之间还串接有第五滤波电容（C5），该稳压二极管（DZ）还并联有一电阻（RZ）。