CN102035415A

CN102035415A - 一种led照明驱动用隔离式ac/dc转换电源的恒流实现方法及专用装置

Info

Publication number: CN102035415A
Application number: CN 201010604627
Authority: CN
Inventors: 黄胜明; 张怀东
Original assignee: WUXI GENGXIN INTEGRATION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Changzhou Botuo Electronic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: CN102035415B

Abstract

本发明涉及LED照明转换电源技术领域，具体为一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法及专用装置。其可以保证电源的恒流输出特性。其方案如下：控制器控制功率开关器件的导通和关断，将电能从变压器的初级传送到次级；当开关器件关断后，变压器存储的能量会通过二极管被释放到次级输出端，一旦开关器件关断，次级输出电流立即上升至其峰值，设置初级峰值电流正比于输出电压的平方根值，就可实现电源输出电流恒定。恒流实现方法的专用装置，其包括全桥整流电路(1)、核心控制器(2)、带辅助线圈的变压器(3)、所述带辅助线圈的变压器包括输出电路(4)和反馈电路(5)。

Description

一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法及专用装置

技术领域

本发明涉及一种LED照明转换电源技术领域，具体为一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法及专用装置。

背景技术

由于LED照明特别是AC/DC离线式照明节能优势，其近年来得到快速发展。为了降低整个照明系统的成本，AC/DC转换隔离驱动电源常采用单独的初级端控制方法实现的反激(FLYBACK)电源拓扑机构，电源的恒流输出特性对提高整个照明系统的可靠性尤为重要，这就使得对电源的恒流输出特性的设计成为关键。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法，其可以保证电源的恒流输出特性，为此，本发明还提供了隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法及专用装置。

其方案如下：

一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法，其特征在于：控制器控制功率开关器件的导通和关断，将电能从变压器的初级传送到次级；当开关器件关断后，变压器存储的能量会通过二极管被释放到次级输出端，一旦开关器件关断，次级输出电流立即上升至其峰值，设置初级峰值电流正比于输出电压的平方根值，就可实现电源输出电流恒定。

一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法的专用装置，其包括全桥整流电路、核心控制器、带辅助线圈的变压器、所述带辅助线圈的变压器包括输出电路和反馈电路，其特征在于：所述核心控制器包括误差放大器(Error amplifier)、脉宽调制比较器(PWM comparator)、平方根产生电路(Square root circuit)、启动比较器(Start comparator)、过流保护比较器(Current limit comparator)、过热和过压保护电路 (OTP/OVP)、开关器件驱动逻辑控制电路(Drivercontrol logic)和驱动器(Driver)、INV模块是单级反向器、NOR是或非门、S1,S2代表开关，Vref, Vref1, Vref2是电路内部不同的参考电压源，Vfb连接到反馈电路中 Rf1和Rf2的交叉点，Vcs连接至Mn和Rcs的交叉点，Vg连接到核心控制器中Mn的栅极；误差放大器的两个输入端是Vref和Vfb，其输出端连接到脉宽调制比较器的一个输入端；脉宽调制器的另一个输入端是电路内部产生的锯齿波，其输出端连接到驱动器逻辑控制电路的输入；平方根产生电路的输入是Vfb，其输出端Vsq通过开关S1连接到过流保护比较器的输入端Vlim；启动比较器的一个输入端是Vref1，另一个是Vfb，其输出信号控制开关S1；启动比较器输出经过一级反相器的输出信号控制开关S2；控制驱动逻辑控制电路、过流保护比较器和过热/过压比较器的输出端连接到或非门的输入端；或非门的输出端连接到驱动器的输入端，驱动器输出端连接到核心控制器中开关器件Mn的栅极。

本发明采用上述方法和装置，在不需要额外的输出端短路保护电路的条件下，使电源一直处于恒压工作状态，可靠性好。

附图说明

图1是本发明实施方式的电路原理图；

图2是开关器件关断后，次级输出电流的波形图；

图3是本发明控制器的原理方框图。

具体实施方式

一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法，控制器控制功率开关器件的导通和关断，将电能从变压器的初级传送到次级；当开关器件关断后，变压器存储的能量会通过二极管被释放到次级输出端，一旦开关器件关断，次级输出电流立即上升至其峰值，设置初级峰值电流正比于输出电压的平方根值，就可实现电源输出电流恒定。

实现上述方法的专用装置，其包括全桥整流电路1、核心控制器2、带辅助线圈的变压器3、所述带辅助线圈的变压器包括输出电路4和反馈电路5，所述核心控制器2包括误差放大器(Error amplifier)、脉宽调制比较器(PWM comparator)、平方根产生电路(Square root circuit)、启动比较器(Start comparator)、过流保护比较器(Current limit comparator)、过热和过压保护电路(OTP/OVP)、开关器件驱动逻辑控制电路(Drivercontrol logic)和驱动器(Driver)、INV模块是单级反向器、NOR是或非门、S1,S2代表开关，Vref, Vref1, Vref2是电路内部不同的参考电压源，Vfb连接到反馈电路5中 Rf1和Rf2的交叉点，Vcs连接至Mn和Rcs的交叉点，Vg连接到核心控制器2中Mn的栅极；误差放大器的两个输入端是Vref和Vfb，其输出端连接到脉宽调制比较器的一个输入端；脉宽调制器的另一个输入端是电路内部产生的锯齿波，其输出端连接到驱动器逻辑控制电路的输入；平方根产生电路的输入是Vfb，其输出端Vsq通过开关S1连接到过流保护比较器的输入端Vlim。启动比较器的一个输入端是Vref1，另一个是Vfb，其输出信号控制开关S1；启动比较器输出经过一级反相器的输出信号控制开关S2；因此，电路刚开始启动时，S2导通，S1关断，Vlim=Vref2；随着输出电压Vout升高，当Vfb大于Vref1时，S2关断，S1导通，Vlim=Vsq；控制驱动逻辑控制电路、过流保护比较器和过热/过压比较器的输出端连接到或非门的输入端；或非门的输出端连接到驱动器的输入端，驱动器输出端连接到核心控制器2中开关器件Mn的栅极。

下面结合附图描述本发明的工作过程：如图1所示，开关电源的核心部分是其控制器。控制器控制功率开关器件Mn的导通和关断，将电能从变压器的初级传送到次级。当开关器件Mn导通时，变压器初级端的电流Ip流过电流检测电阻Rcs，产生电压降Vcs。Ip从0线性上升，上升速率为Vin/Lm。这里，Vin是全桥整流后的输入电压，Lm是变压器初级端电感。在开关器件Mn的一个周期的导通时间内，测电阻Rcs上的压降为:

Vcs=Ip*Rcs (1)

当开关器件Mn关端后，变压器存储的能量会通过二极管Dout被释放到次级输出端，次级输出电流Is的波形如图2所示。一旦Mn关断，次级输出电流立即上升至其峰值:

Ipks=Ipk(Np/Ns) (2)

这里，Ipk为初级电流峰值，Np和Ns分别是变压器初级和次级匝数。然后次级输出电流线性下降，下降到0的时间为:

Ton=Ipks(Ns/Np)²Lm/(Vout+Vd) (3)

其中，Vd为二极管Dout正向压降。因此，若输出电压越高，输出电流就下降越快，下降时间越短，如图2上边一种情形。比较图2的两种情形，当输出电压变化时，要使得平均输出电流恒定，那么，

Ipks1*Ton1=Ipks2*Ton2 (4)

Ipks1和Ipks2分别是输出电流Iout1和Iout2的峰值。将式(2)和(3)代入(4):

Ipk1(Np/Ns)* Ipk1(Np/Ns)*(Ns/Np)²Lm/(Vout1+Vd)=

Ipk2(Np/Ns)* Ipk2(Np/Ns)*(Ns/Np)²Lm/(Vout2+Vd) (5)

即: (Ipk1)²/(Vout1+Vd)= (Ipk2)²/(Vout2+Vd) (6)

由于输出二极管是肖特基二极管，Vd远小于Vout，因此，

Ipk1/Ipk2=(Vout1/Vout2)^1/2(7)

上式说明只要初级峰值电流正比于输出电压的平方根值，就可实现电源输出电流恒定。从(1)式可以看出初级端电流正比于电流检测电阻上的压降Vcs，也就是说，最大初级端峰值电流正比于电流检测电阻上的最大压降峰值Vcsp。而 Vcsp是由电源控制器内部最大输出电流限制参考电压Vlim决定的。因此，在设计电源控制器时，只要Vlim和输出电压Vout的平方根值成比例，便可实现电源的恒流输出特性。

控制器的设计如图3所示。控制器内部最大峰值电流(过流保护)比较器的两个输入端为Vcs和内部参考电压Vlim(最大输出电流限制参考电压)。当电源输出电压低于正常工作电压时，电源处于最大输出电流工作状态。此时Vlim=Vcsp(检测电阻上的最大峰值电压)。如图1所示，输出电压可以通过变压器辅助线圈以及电阻Rf1和Rf2反馈到控制器，反馈电压为:

Vfb=Rf2/(Rf1+Rf2)*(Vout+Vd)*Na/Ns (8)

这里，Na是变压器辅助线圈的匝数。若不考虑Vd，那么，Vfb正比于输出电压。所以，当控制器内部最大峰值电流比较器的输入参考电压Vlim正比于反馈电压 Vfb的平方根值，便能实现电源恒流输出功能。如图3所示，输出电压的反馈电压Vfb经过平方根电路产生器，产生的输出电压Vsq至控制开关S1。开关S1和S2的一端连接在一起，并连接到Vlim。开关S2的另外一端连接到一个较低的电压参考源Vref2。Vref2的作用是用于电源的启动。因为，刚开始时Vfb=0(此时S1要断开)，为了电源能够启动，Vlim不能为0，即开始时Vlim=Vref2。S1和S2都由启动比较器控制，当输出电压上升至一定值时，S2断开，S1接通，Vlim等于平方根产生器的输出电压(正比于电源输出电压的平方根值)，电源处于恒流工作状态。直到输出电压达到正常工作值，差分放大器使电源处于恒压输出工作状态。该控制方法的另外一个优点是不再需用额外的输出端短路保护电路，因为，当输出端短路时，输出Vout降至接近于0，此时，控制器内部的最大输出电流限制参考电压Vlim=Vref2，输出电流很小。

Claims

1.一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法，其特征在于：控制器控制功率开关器件的导通和关断，将电能从变压器的初级传送到次级；当开关器件关断后，变压器存储的能量会通过二极管被释放到次级输出端，一旦开关器件关断，次级输出电流立即上升至其峰值，设置初级峰值电流正比于输出电压的平方根值，实现电源输出电流恒定。

2.一种LED照明驱动用隔离式AC/DC转换电源的恒流实现方法的专用装置，其包括全桥整流电路(1)、核心控制器(2)、带辅助线圈的变压器(3)、所述带辅助线圈的变压器包括输出电路(4)和反馈电路(5)，其特征在于：所述核心控制器(2)包括误差放大器、脉宽调制比较器、平方根产生电路、启动比较器、过流保护比较器、过热和过压保护电路、开关器件驱动逻辑控制电路和驱动器、INV模块是单级反向器、NOR是或非门、S1,S2代表开关，Vref, Vref1, Vref2是电路内部不同的参考电压源，Vfb连接到反馈电路(5)中 Rf1和Rf2的交叉点，Vcs连接至Mn和Rcs的交叉点，Vg连接到核心控制器(2)中Mn的栅极；误差放大器的两个输入端是Vref和Vfb，其输出端连接到脉宽调制比较器的一个输入端；脉宽调制器的另一个输入端是电路内部产生的锯齿波，其输出端连接到驱动器逻辑控制电路的输入；平方根产生电路的输入是Vfb，其输出端Vsq通过开关S1连接到过流保护比较器的输入端Vlim；启动比较器的一个输入端是Vref1，另一个是Vfb，其输出信号控制开关S1；启动比较器输出经过一级反相器的输出信号控制开关S2；控制驱动逻辑控制电路、过流保护比较器和过热/过压比较器的输出端连接到或非门的输入端；或非门的输出端连接到驱动器的输入端，驱动器输出端连接到核心控制器(2)中开关器件Mn的栅极。