CN102421218A

CN102421218A - 一种大功率led高效驱动电源

Info

Publication number: CN102421218A
Application number: CN2011101026306A
Authority: CN
Inventors: 刘清祥
Original assignee: ZHONGSHAN CHENGCHUANG ELECTRICAL APPLIANCES Co Ltd
Current assignee: ZHONGSHAN CHENGCHUANG ELECTRICAL APPLIANCES Co Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: CN102421218B

Abstract

一种大功率LED高效驱动电源，包括电源输入端、EMC电路、整流电路、恒流恒压控制电路以及输出电路，电源输入端、EMC电路、整流电路和输出电路依次并联连接，输出电路的输出端为LED矩阵负载恒流供电，其特征在于：所述恒流恒压控制电路包括相互耦合连接的稳压控制单元和功率因数校正电路，稳压控制单元的输入端并联于输出电路的输出端，功率因数校正电路的输出端接输出电路的反馈控制输入端。本发明创造性地取消常规有源功率校正电路(APFC)，优化电路结构，元器件减少了约33％，降低电路成本30％，且降低了电路的故障率，可靠性高，使用寿命长，且实现电路的功率因数大于0.93。

Description

一种大功率LED高效驱动电源

技术领域：

本发明涉及一种大功率LED高效驱动电源。

背景技术：

城市道路建设需配置大量路灯，LED灯由于其能耗低、寿命长及高效率等特性，在路灯中得到广泛应用。LED灯与一般电灯不同，其正常工作需要驱动电路的支持，一个良好的恒流驱动电路可有效地节约电能并延长LED灯的使用寿命。

现有恒流驱动电路一般包括电源输入端、EMC电路、整流电路、PFC电路、恒流恒压控制电路及输出电路，输出电路为LED负载提供恒流供电。所述PFC主要采用有源功率因数自动校正电路(APFC)，该有源功率因数自动校正电路(APFC)并联在整流电路与输出电路之间，如图1所示，其主要包括高压大电解滤波电容C9、功率因数控制IC、铁氧体高频磁芯高变压器、大功率高压MOS管、大电流高压快恢复管D1等器件。功率因数控制IC的输入端通过磁芯变压器的初级线圈与整流电路输出端耦合，根据取样信号对大功率MOS管进行输出控制；大功率MOS管漏极与磁芯变压器次级线圈串接，漏极输出经过快恢复管D1输出，D1输出端并联接有大电解电容C9；通过各器件的有效组合，整体实现功率因数校正的功能。但本驱动电路存在如下缺陷：1、电路设计复杂，元器件较多，整机造价高。2、元器件较多使得自身能耗较大，不利于提高整机工作效率。3、有源功率校正电路(APFC)中的所述器件都是体积较大、价格较贵、故障率较高的功率器件，不利于提高产品的可靠性及线路板的合理布局。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种结构简单合理、整机造价低廉、故障率低、性能稳定可靠的大功率LED高效驱动电源。

一种大功率LED高效驱动电源，包括电源输入端、EMC电路、整流电路、恒流恒压控制电路以及输出电路，电源输入端、EMC电路、整流电路和输出电路依次并联连接，输出电路的输出端为LED矩阵负载提供恒流供电，其特征在于：所述恒流恒压控制电路包括相互耦合连接的稳压控制单元和功率因数校正电路，稳压控制单元的输入端并联于输出电路的输出端，功率因数校正电路的输出端接输出电路的反馈控制输入端。

与常规LED驱动电源相比，本发明具有如下优点：本发明通过恒流恒压控制电路中的稳压控制单元对输出电路的输出端取样并生成相应的反馈信号，然后经功率因数校正电路送入输出电路的反馈控制输入端，使输出电路实现恒电流与恒电压输出，且恒流恒压控制电路中的功率因数校正电路采用前馈补偿式校正方式，可有效消除电路信号中的谐波分量与相位差值，提高功率因数，实现电路的功率因数大于0.93，创造性地取消常规有源功率校正电路(APFC)，优化电路结构，元器件减少了约33％，降低电路成本30％，且降低了产品的故障率，提高了产品可靠性，产品的使用寿命更长。

所述稳压控制单元包括大电解电容C32、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电阻R37、电阻R38、稳压集成器件TL431及反馈引脚VK，稳压集成器件TL431的阴极依次与电阻R33和电阻R34串接，电阻R34与输出电路的正极端连接，稳压集成器件TL431的阳极与输出电路的负极端连接，电阻R36与电阻R38串联后并联在输出电路的输出端，且电阻R36与电阻R38之间设有引出端接稳压集成器件TL431的参考极；C32与R37串联后接在稳压集成器件TL431的阴极与参考极之间；所述反馈引脚VK设于稳压集成器件TL431的参考极端；电阻R33两端设有引出端形成稳压控制单元的输出端，该输出端与一光耦合器件U3的输入端连接。以TL431集成电路为核心，实现输出恒电流与恒电压的控制，并利用大电解电容C32，时间常数在几百毫秒，滤除100Hz直流脉冲对电压输出的干扰，有效保证在50Hz的整个周期内控制大功率MOS管Q1的脉冲宽度占空比一致，使输入电压(交流输入经整流后的100Hz脉冲信号)与Q1上的电流形成比例关系，这是达到功率因数补偿的重要环节。

所述功率因数校正电路包括大电阻R43和电容C37，大电阻R43一端引接输出电路的输入端，另一端与电容C37相接，电容C37并联接于光电耦合器件U3的输出端。校正电路采用前馈补偿式校正方式，在输出电路的驱动IC输入端与光耦合输出端之间引入整流100Hz脉冲信号，对光耦合输出信号进行补偿，有效消除电路信号中的谐波分量与相位差值，有效地提高功率因数达0.93以上。

所述输出电路包括驱动IC、大功率MOS管Q1、铁氧体高频磁芯变压器和低压大电流快恢复整流管D24，铁氧体高频磁芯变压器的第一级电感线圈与整流电路的输出端连接，次级电感线圈2脚串接低压大电流快恢复整流管D24，在次级电感线圈输出端还并联有由电容C25和电阻R30组成的RC单元、大电解电容C30；驱动IC的输入端形成所述反馈控制输入端，该反馈控制输入端与功率因数校正电路的电容C37并联，驱动IC输出端接大功率MOS管Q1的栅极，大功MOS管Q1输出端接铁氧体高频磁芯变压器第一级电感线圈的5脚。功率输出电路采用反激式电路形式，MOS管Q1的导通与关闭，是由驱动IC输出的固定占空比的控制信号控制的，当MOS管Q1导通时，变压器初级线圈进行储能，初级、次级线圈之间没有能量的传递；当MOS管Q1关闭时，变压器初级线圈向次级线圈传递储能，感生一个恒定的电压作为输出，同时向次级线圈的大电解电容C30充电；当下一周期到来，控制信号为高电平时Q1再次导通，变压器初、次级线圈之间没有能量传递，此时大电解电容C30作为输出电路的供电端。所以当输出电压值出现波动(如出现正向增量)，通过恒压控制电路的反馈作用，驱动IC改变输出的控制信号占空比(占空比变小)，从而改变Q1的导通时间(导通时间变短)，改变初级线圈的储能(降低电流的最大值)，使得次级线圈的感生电压相应变化(电压值变小)，实现恒电流与恒电压的有效调节。所述变压器次级端并联的C25及R30的作用是用来吸收电路在工作过程中产生高频信号，防止对周围环境的辐射干扰。C25与R30串联后并联于变压器的次级端，它的RC时间选取在能有效滤除吸收对周围环境有害的无线电垃圾，选取频率300KHz以上。

所述输出电路的输出端还并联有浪涌保护电路，其主要器件为所述大电解电容C30以及浪涌吸收元件R35和C31，大电解电容C30在作为储能元件同时也作为主要的浪涌吸收元件，其可保持电流的连续性，减少100Hz脉动成分及浪涌成分对LED的不良影响。

所述恒流恒压控制电路还包括工作状态检测及反馈电路，该工作状态检测及反馈电路包括电流检测放大电路，电流检测放大电路的输入端通过高精度小阻值电阻R31或电阻R32获取输出电路输出端的电压信号，并将获取的电压信号经放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。通过电流检测放大电路的反馈端对反馈引脚VK端的电压控制，可实现对电路电流的恒定输出的调控，当增大VK端电压，稳压集成器件TL431的输出电流将降低，从而使得驱动IC改变输出的控制信号占空比(占小空多)，改变Q1的导通时间(导通时间变短)，改变初级线圈的储能(降低Q1的输出电流)，使得次级线圈的感生电流相应变化(电流值变小)，实现恒电流与恒电压控制。

所述工作状态检测及反馈电路还包括带温度探头RT的温度检测放大电路，温度探头RT设于LED灯壳上并将检测到的温度信号发送至温度检测放大电路，温度检测放大电路对温度信号进行放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。通过温度检测放大电路的反馈端对反馈引脚VK端的电压控制，同样可实现对电路电流的恒定输出进行调控，当温度过高时，温度检测放大电路反馈至VK端的电压增大，稳压集成器件TL431的输出电压将降低，从而使得驱动IC输出的控制信号占空比变小，使MOS管Q1的导通时间变短，使得次级线圈的感生电流相应变小，从而强制降低输出电路的输出电流，保证LED在工作中不因温度过高而引起严重的光衰现象，可有效保证LED的使用寿命。

所述工作状态检测及反馈电路还包括一体化CPU控制系统以及与CPU控制系统的输出端连接的指示灯，所述电流检测放大电路和温度检测放大电路分别与CUP控制单元电连接，并将电流信号或温度信号发送到CPU控制系统，CPU控制系统经处理分析后发送至指示灯以显示相应信息；且所述CPU控制系统可根据内设程序向电流检测放大电路发送控制信号，电流检测放大电路再将CPU发送的控制信号经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。内置的CPU控制系统对电流检测放大电路和温度检测放大电路发送的相应信号进行处理分析后，发送至指示灯，由指示灯显示“恒流输出”、“恒压输出”、“节能功率输出”、“过温保护”等对应的状态，方便维护检修指示；同时，可根据客户需要，通过CPU控制系统向电流检测放大电路发送相应控制信号，再经电流检测放大电路的反馈端发送至所述反馈引脚VK端，自动调节节能时段及节能功率比例，减少能源浪费，提高节能效果。

所述EMC电路，采用CLCπ型隔离电路作为抗干扰、防传导辐射的措施，有效消除电路高频干扰的影响；所述整流电路，采用桥式整流模块RS808，8A/800V，将AC220V电源整流成脉冲直流；所述整流电路与输出电路之间并联有由小体积电感L3和小容量电容C6组成的滤波电路，可滤除中高频段的差模干扰信号，与EMC电路互补，提高抗干扰能力及有效抑制对电网的电磁干扰。

附图说明：

图1为现有恒流驱动电路中设于整流电路与输出电路之间的有源功率校正电路(APFC)的结构图。

图2为本发明电路结构图。

图3为本发明方框原理图。

具体实施方式：

如图2、图3所示，一种大功率LED高效驱动电源，包括电源输入端1、EMC电路2、整流电路3、由小体积电感L3和小容量电容C6组成的滤波电路4、恒流恒压控制电路以及输出电路6，电源输入端1、EMC电路2、整流电路3、滤波电路4和输出电路6依次并联连接，输出电路6的输出端为LED矩阵负载恒流供电。所述EMC电路2，采用CLCπ型隔离电路作为抗干扰、防传导辐射的措施，有效消除对电网的高频干扰影响；所述整流电路3，采用桥式整流模块RS808，8A/800V，将AC220V电源整流成脉冲直流；所述恒流恒压控制电路包括相互耦合连接的稳压控制单元5和功率因数校正电路7，稳压控制单元5的输入端并联于输出电路的输出端，功率因数校正电路7的输出端接输出电路6的反馈控制输入端，所述稳压控制单元5包括大电解电容C32、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电阻R37、电阻R38、稳压集成器件TL431及反馈引脚VK，稳压集成器件TL431的阴极依次与电阻R33和电阻R34串接，电阻R34与输出电路的正极端连接，稳压集成器件TL431的阳极与输出电路的负极端连接，电阻R36与电阻R38串联后并联在输出电路的输出端，且电阻R36与电阻R38之间设有引出端接稳压集成器件TL431的参考极；C32与R37串联后接在稳压集成器件TL431的阴极与参考极之间；所述反馈引脚VK设于稳压集成器件TL431的参考极端；电阻R33两端设有引出端形成稳压控制单元的输出端，该输出端与一光耦合器件U3的输入端连接；所述功率因数校正电路7包括大电阻R43和电容C37，大电阻R43一端引接输出电路的输入端，另一端与电容C37相接，电容C37并联接于光电耦合器件U3的输出端；所述输出电路6包括驱动IC、大功率MOS管Q1、铁氧体高频磁芯变压器和低压大电流快恢复整流管D24，铁氧体高频磁芯变压器的第一级电感线圈与整流电路的输出端连接，次级电感线圈2脚串接低压大电流快恢复整流管D24，在次级电感线圈输出端与低压大电流快恢复整流管D24之间还并联有由电容C25和电阻R30组成的RC单元，次级电感线圈输出端于大电流快恢复整流管D24后还并联有大电解电容C30；驱动IC的输入端形成所述反馈控制输入端，该反馈控制输入端与功率因数校正电路的电容C37并联，驱动IC输出端接大功率MOS管Q1的栅极，大功MOS管Q1输出端接铁氧体高频磁芯变压器第一级电感线圈的5脚。所述输出电路6的输出端还并联有浪涌保护电路，其主要器件包括上述所述的大电解电容C30以及浪涌吸收元件电容C31、电阻R35。

所述恒流恒压控制电路还包括工作状态检测及反馈电路9，该工作状态检测及反馈电路包括电流检测放大电路、带温度探头RT的温度检测放大电路以及一体化CPU控制系统和与CPU控制系统的输出端连接的指示灯，其中，电流检测放大电路的输入端通过高精度小阻值电阻R31或电阻R32获取输出电路输出端的电压信号，并将获取的电压信号经放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端；温度检测放大电路的温度探片RT设于LED灯壳上并将检测到的温度信号发送至温度检测放大电路，温度检测放大电路对温度信号进行放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端；所述电流检测放大电路和温度检测放大电路还分别与CUP控制单元电连接，并将电流信号或温度信号发送到CPU控制系统，CPU控制系统经处理分析后发送至指示灯以显示相应信息，且所述CPU控制系统可根据内设程序向电流检测放大电路发送控制信号，电流检测放大电路再将CPU发送的控制信号经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明专利范围所做的同等变化与修饰，皆落入本发明专利涵盖的范围。

Claims

1.一种大功率LED高效驱动电源，包括电源输入端、EMC电路、整流电路、恒流恒压控制电路以及输出电路，电源输入端、EMC电路、整流电路和输出电路依次并联连接，输出电路的输出端为LED矩阵负载提供恒流供电，其特征在于：所述恒流恒压控制电路包括相互耦合连接的稳压控制单元和功率因数校正电路，稳压控制单元的输入端并联于输出电路的输出端，功率因数校正电路的输出端接输出电路的反馈控制输入端。

2.根据权利要求1所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述稳压控制单元包括大电解电容C32、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电阻R37、电阻R38、稳压集成器件TL431及反馈引脚VK，稳压集成器件TL431的阴极依次与电阻R33和电阻R34串接，电阻R34与输出电路的正极端连接，稳压集成器件TL431的阳极与输出电路的负极端连接，电阻R36与电阻R38串联后并联在输出电路的输出端，且电阻R36与电阻R38之间设有引出端接稳压集成器件TL431的参考极；大电解电容C32与R37串联后接在稳压集成器件TL431的阴极与参考极之间；所述反馈引脚VK设于稳压集成器件TL431的参考极端；电阻R33两端设有引出端形成稳压控制单元的输出端，该输出端与一光耦合器件U3的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述功率因数校正电路包括大电阻R43和电容C37，大电阻R43一端引接输出电路的输入端，另一端与电容C37相接，电容C37并联接于光电耦合器件U3的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述输出电路包括驱动IC、大功率MOS管Q1、铁氧体高频磁芯变压器和低压大电流快恢复整流管D24，铁氧体高频磁芯变压器的第一级电感线圈与整流电路的输出端连接，次级电感线圈的输出端并联有一大电解电容C30，且次级电感线圈2脚串接低压大电流快恢复整流管D24；驱动IC的输入端形成所述反馈控制输入端，该反馈控制输入端与功率因数校正电路的电容C37并联，驱动IC输出端接大功率MOS管Q1的栅极，大功MOS管Q1输出端接铁氧体高频磁芯变压器第一级电感线圈的5脚。

5.根据权利要求4所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述输出电路的输出端还并联有浪涌保护电路，其主要器件为浪涌吸收元件以及所述大电解电容C30。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述恒流恒压控制电路还包括工作状态检测及反馈电路，该工作状态检测及反馈电路包括电流检测放大电路，电流检测放大电路的输入端通过高精度小阻值电阻R31或电阻R32获取输出电路输出端的电压信号，并将获取的电压信号经放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。

7.根据权利要求6所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述工作状态检测及反馈电路还包括带温度探头RT的温度检测放大电路，温度探头RT设于LED灯壳上并将检测到的温度信号发送至温度检测放大电路，温度检测放大电路对温度信号进行放大处理分析后生相应的控制信号再经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。

8.根据权利要求7所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述工作状态检测及反馈电路还包括CPU控制系统以及与CPU控制系统的输出端连接的指示灯，所述电流检测放大电路和温度检测放大电路分别与CUP控制单元相连接，并将电流信号或温度信号发送到CPU控制系统，CPU控制系统经处理分析后发送至指示灯以显示相应信息；且所述CPU可根据内设程序向电流检测放大电路发送控制信号，电流检测放大电路再将CPU发送的控制信号经其反馈端发送至所述反馈引脚VK端。

9.根据权利要求5所述的一种大功率LED高效驱动电源，其特征在于：所述整流电路与输出电路之间并联有由小体积电感L3和小容量电容C6组成的滤波电路。