CN102595739A

CN102595739A - Led驱动电源电路

Info

Publication number: CN102595739A
Application number: CN2012100604816A
Authority: CN
Inventors: 周进
Original assignee: New Vision Photoelectric (zhengzhou) Co Ltd
Current assignee: New Vision Photoelectric (zhengzhou) Co Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: CN102595739B

Abstract

本发明涉及一种LED驱动电源电路；LED驱动电源电路含有功率因数校正模块、整流反馈模块和辅助电源模块，外部输入的交流电进入到功率因数校正模块的交流电输入端，功率因数校正模块输出第一直流电，该第一直流电进入整流反馈模块和辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块输出的辅助工作电源进入功率因数校正模块和整流反馈模块的辅助电源输入端，整流反馈模块输出驱动LED的直流电；本发明提供了一种效率高、电压稳定、电流恒定的LED驱动电源电路。

Description

LED驱动电源电路

（一）、技术领域：本发明涉及一种电源电路，特别涉及一种LED驱动电源电路。

（二）、背景技术：鉴于能源的不可再生性，以及全球气候的温室效应愈发恶化，人们逐渐认识到节约能源的重要性，低能耗、高效率的产品逐渐得到人们的青睐。对于生活中的照明灯具，从最原始的明火照明发展到现代的荧光灯照明，以及时下发展迅猛的LED照明，光效一步步得到提高，环境污染一步步降低。由于LED的特殊性，LED灯具最好采用恒流电源作为驱动电源，这样可以方便控制亮度、保护LED、延长LED灯具的寿命、减少电子垃圾的产生、美化环境。目前，市场上的电源大多是恒压式开关电源，效率也不够高，多在80%-90%之间，静态功耗大至十几瓦，专门针对LED灯具的恒流式开关电源并不多见，效率大于90%的电源更少。

（三）、发明内容：本发明要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种效率高、电压稳定、电流恒定的LED驱动电源电路。

本发明的技术方案：一种LED驱动电源电路，含有功率因数校正模块、整流反馈模块和辅助电源模块，外部输入的交流电进入到功率因数校正模块的交流电输入端，功率因数校正模块输出第一直流电，该第一直流电进入整流反馈模块和辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块输出的辅助工作电源进入功率因数校正模块和整流反馈模块的辅助电源输入端，整流反馈模块输出驱动LED的直流电。

功率因数校正模块中含有整流电路、升压电感、MOS开关管、储能电容、单向限流二极管和功率因数控制器，外部输入的交流电进入整流电路的输入端，整流电路的输出正端经过升压电感的原级线圈后与单向限流二极管的正极连接，单向限流二极管的负极输出第一直流电，整流电路的输出负端接地，储能电容并接在单向限流二极管的负极和地之间，单向限流二极管的正极与MOS开关管的漏极连接，MOS开关管的源极通过限流电阻接地，MOS开关管的栅极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与功率因数控制器的out端连接，功率因数控制器的zcd端依次通过电阻R10、升压电感的次级线圈后接地，MOS开关管为N沟道场效应管，功率因数控制器的型号为L6562D。

功率因数控制器的inv端通过电阻R3和电阻R4的并联接地，功率因数控制器的inv端还通过电阻R6和电阻R7的串联与单向限流二极管的负极连接。

整流电路中含有突波电流抑制器、压敏电阻、熔断器、共模电容CY1、共模电容CY2、差模电容CX1、差模电容CX2、共模电感L1和整流器DB1，外部输入的交流电经过突波电流抑制器和熔断器后，再经过共模电感L1，然后进入整流器DB1的输入端，差模电容CX1并接在共模电感L1的前端，差模电容CX2并接在共模电感L1的后端，压敏电阻并接在差模电容CX1的两端，共模电容CY1和共模电容CY2串联后并接在差模电容CX2的两端，整流器DB1的输出正端即为整流电路的输出正端，整流器DB1的输出负端接地；限流电阻为两个并联的金属膜电阻，该两个金属膜电阻的阻值均为0.33欧姆，储能电容为红宝石电解电容，储能电容的容值为120uF/450V，MOS开关管的型号为STP12NM50FP，升压电感的型号为PQ3225。

辅助电源模块含有变压器驱动器、变压器T3、输出整流二极管、二极管D7、反馈电阻R15、反馈电阻R16、反馈电阻R28、可调稳压器和光电耦合器U5，第一直流电通过变压器T3的第一原级线圈进入变压器驱动器的D端，变压器T3的次级线圈的一端与输出整流二极管的正极连接，变压器T3的次级线圈的另一端接第二地端，输出整流二极管的负极通过电感L5连接到第一辅助工作电源输出端，第一辅助工作电源输出端通过反馈电阻R16与可调稳压器的调节端连接，可调稳压器的调节端还通过反馈电阻R15接第二地端，输出整流二极管的负极还通过反馈电阻R28与光电耦合器U5的发射管正极连接，光电耦合器U5的发射管负极通过可调稳压器接第二地端，变压器驱动器的EN端通过光电耦合器U5的接收管接地，变压器T3的第二原级线圈的一端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极连接到第二辅助工作电源输出端；变压器驱动器的型号为TNY278P，可调稳压器的型号为UTCTL431A。

变压器T3的型号为EFD15，光电耦合器U5的型号为PC817，输出整流二极管的型号为SS110。

第二辅助工作电源输出端通过电感L2与功率因数控制器的VCC端连接。

整流反馈模块含有谐振半桥转换器、变压器T2、整流器D4、光电耦合器U4和恒流限压控制器，第一直流电进入谐振半桥转换器的VDL端，第二辅助工作电源输出端与谐振半桥转换器的LVCC端连接，谐振半桥转换器的VCTR端与变压器T2的原级线圈的一端连接，变压器T2的原级线圈的另一端依次通过电感L3、电容C18接地，变压器T2的次级线圈的两端与整流器D4的输入端连接，整流器D4的输出正端与驱动LED的直流电输出端的正极连接，整流器D4的输出负端依次通过电流检测电阻、电感L4与驱动LED的直流电输出端的负极连接，整流器D4的输出负端同时接第二地端，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24串联在一起形成一个电阻串，电阻串的一端接在驱动LED的直流电输出端的正极，电阻串的另一端接在电感L4和电流检测电阻的连接点上，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24的连接点与恒流限压控制器的VCTL端连接，恒流限压控制器的OUT端通过电阻R29与光电耦合器U4的发射管的负极连接，第一辅助工作电源输出端与光电耦合器U4的发射管的正极连接，光电耦合器U4的发射管的正极和负极之间并接有电阻R21，第一辅助工作电源输出端还与恒流限压控制器的VCC端连接，谐振半桥转换器的FB端通过光电耦合器U4的接收管接地；谐振半桥转换器的型号为FSFR2100，恒流限压控制器的型号为AP4305，光电耦合器U4的型号为PC817。

电流检测电阻由电阻R25和电阻R26并联而成；整流器D4的输出正端和输出负端之间并接有电容C19，驱动LED的直流电输出端的正极和负极之间并接有电容C20；谐振半桥转换器的LVCC端通过电阻R8与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与谐振半桥转换器的HVCC端连接。

电阻R25和电阻R26的阻值均为0.68±1％欧姆；限压取样电阻R23的阻值为300K欧姆，限压取样电阻R24的阻值为1.2K欧姆；电容C19和电容C20均为红宝石电解电容，电容C19和电容C20的容值均为150uF/400V；电感L3的电感值为100uH，电容C18的容值为223nF；变压器T2的电感值为450 uH -500uH，变压器T2的漏感小于15uH。

本发明的有益效果：1、在开关电源的损耗中，开关管的损耗最大，降低开关管的损耗是提高开关电源效率的重要因素；开关管导通时其压降与流过的电流及二者相位夹角的余弦值三者乘积值越大，开关管的损耗就越大，若适当调大二者之间的相位差，就能提高电源的效率。本发明根据开关电源的工作原理，通过合理设计电路结构和调整电路参数，使电源的效率大大提高，在输入220伏市电，输出150瓦功率时，电源效率在92%-93%之间，比普通开关电源的效率提高了5%-10%，静态功耗小于1.6瓦，与普通开关电源对比，显著降低了能耗，同时，功率因数也比普通电源高，在交流85伏至交流265伏的全电压范围内，功率因数均大于0.99，大大降低了电源对电网产生的谐波污染。

2、本发明的整流反馈模块采用恒流限压模式，限压是为了保护LED，防止因过压而损坏，恒流是方便LED的调光。

（四）、附图说明：

图1为LED驱动电源电路的电路原理框图示意图；

图2为功率因数校正模块的电路原理示意图；

图3为整流反馈模块的电路原理示意图；

图4为辅助电源模块的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：参见图1～图4，图中，LED驱动电源电路含有功率因数校正模块、整流反馈模块和辅助电源模块，外部输入的交流电进入到功率因数校正模块的交流电输入端，功率因数校正模块输出第一直流电400V，该第一直流电400V进入整流反馈模块和辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块输出的辅助工作电源进入功率因数校正模块和整流反馈模块的辅助电源输入端，整流反馈模块输出驱动LED的直流电。

功率因数校正模块中含有整流电路1、升压电感T1、MOS开关管Q1、储能电容C5、单向限流二极管D1和功率因数控制器U1，外部输入的交流电（220伏）进入整流电路1的输入端，整流电路1的输出正端经过升压电感T1的原级线圈后与单向限流二极管D1的正极连接，单向限流二极管D1的负极输出第一直流电400V，整流电路1的输出负端接地，储能电容C5并接在单向限流二极管D1的负极和地之间，单向限流二极管D1的正极与MOS开关管Q1的漏极连接，MOS开关管Q1的源极通过限流电阻接地，MOS开关管Q1的栅极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与功率因数控制器U1的out端连接，功率因数控制器U1的zcd端依次通过电阻R10、升压电感T1的次级线圈后接地，MOS开关管Q1为N沟道场效应管，功率因数控制器U1的型号为L6562D。

功率因数控制器U1的inv端通过电阻R3和电阻R4的并联接地，功率因数控制器U1的inv端还通过电阻R6和电阻R7的串联与单向限流二极管D1的负极连接。

整流电路1中含有突波电流抑制器NTC1、压敏电阻TVR1、熔断器F1、共模电容CY1、共模电容CY2、差模电容CX1、差模电容CX2、共模电感L1和整流器DB1，外部输入的交流电（220伏）经过突波电流抑制器NTC1和熔断器F1后，再经过共模电感L1，然后进入整流器DB1的输入端，差模电容CX1并接在共模电感L1的前端，差模电容CX2并接在共模电感L1的后端，压敏电阻TVR1并接在差模电容CX1的两端，共模电容CY1和共模电容CY2串联后并接在差模电容CX2的两端，整流器DB1的输出正端即为整流电路1的输出正端，整流器DB1的输出负端接地；限流电阻为两个并联的金属膜电阻R17、R18，该两个金属膜电阻R17、R18的阻值均为0.33欧姆，储能电容C5为红宝石电解电容，储能电容C5的容值为120uF/450V，MOS开关管Q1为低导通阻抗的MOS管，额定工作电流12A,耐压500V,其型号为STP12NM50FP，升压电感T1的型号为PQ3225。

辅助电源模块含有变压器驱动器U3、变压器T3、输出整流二极管D8、二极管D7、反馈电阻R15、反馈电阻R16、反馈电阻R28、可调稳压器U8和光电耦合器U5，辅助电源模块采用反激式结构，第一直流电400V通过变压器T3的第一原级线圈进入变压器驱动器U3的D端，变压器T3的次级线圈的一端与输出整流二极管D8的正极连接，变压器T3的次级线圈的另一端接第二地端GND2，输出整流二极管D8的负极通过电感L5连接到第一辅助工作电源输出端5V0，输出为5V，第一辅助工作电源输出端5V0通过反馈电阻R16与可调稳压器U8的调节端连接，可调稳压器U8的调节端还通过反馈电阻R15接第二地端GND2，输出整流二极管D8的负极还通过反馈电阻R28与光电耦合器U5的发射管正极连接，光电耦合器U5的发射管负极通过可调稳压器U8接第二地端GND2，变压器驱动器U3的EN端通过光电耦合器U5的接收管接地，变压器T3的第二原级线圈的一端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极连接到第二辅助工作电源输出端PFC VCC，输出为14V；变压器驱动器U3的型号为TNY278P，可调稳压器U8的型号为UTCTL431A。

变压器T3的型号为EFD15，光电耦合器U5的型号为PC817，输出整流二极管D8的型号为SS110。

第二辅助工作电源输出端PFC VCC通过电感L2与功率因数控制器U1的VCC端连接。

整流反馈模块含有谐振半桥转换器U2、变压器T2、整流器D4、光电耦合器U4和恒流限压控制器U6，第一直流电400V进入谐振半桥转换器U2的VDL端，第二辅助工作电源输出端PFC VCC与谐振半桥转换器U2的LVCC端连接，谐振半桥转换器U2的VCTR端与变压器T2的原级线圈的一端连接，变压器T2的原级线圈的另一端依次通过电感L3、电容C18接地，变压器T2的次级线圈的两端与整流器D4的输入端连接，整流器D4的输出正端与驱动LED的直流电输出端的正极连接，整流器D4的输出负端依次通过电流检测电阻、电感L4与驱动LED的直流电输出端的负极连接，整流器D4的输出负端同时接第二地端GND2，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24串联在一起形成一个电阻串，电阻串的一端接在驱动LED的直流电输出端的正极，电阻串的另一端接在电感L4和电流检测电阻的连接点上，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24的连接点与恒流限压控制器U6的VCTL端连接，恒流限压控制器U6的OUT端通过电阻R29与光电耦合器U4的发射管的负极连接，第一辅助工作电源输出端5V0与光电耦合器U4的发射管的正极连接，光电耦合器U4的发射管的正极和负极之间并接有电阻R21，第一辅助工作电源输出端5V0还与恒流限压控制器U6的VCC端连接，谐振半桥转换器U2的FB端通过光电耦合器U4的接收管接地；谐振半桥转换器U2的型号为FSFR2100，恒流限压控制器U6的型号为AP4305，光电耦合器U4的型号为PC817。

整流反馈模块的负载可由一串81颗3w LED白光灯珠构成，满载电压在250v至270v之间，为防止LED负载过压，将输出空载电压限在300v左右，留30v左右的余量。

电流检测电阻由电阻R25和电阻R26并联而成；整流器D4的输出正端和输出负端之间并接有电容C19，驱动LED的直流电输出端的正极和负极之间并接有电容C20；谐振半桥转换器U2的LVCC端通过电阻R8与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与谐振半桥转换器U2的HVCC端连接。

实际应用时，需对该LED驱动电源电路进行调试，调试过程如下：首先，需要使用的器具有：500W可调交流电源一台，电桥一台，数字万用表两只，数字示波器一台，恒温烙铁一台，镊子一把，焊锡丝若干，导线若干，光源板三个（3w LED灯珠共81颗），散热器3块。

调试流程如下：第一步，调试辅助电源模块，变压器T3的34绕组与57绕组的匝比为2.3:1，57绕组取7匝，反馈电阻R15与反馈电阻R16取10K欧姆，反馈电阻R28取100欧姆。辅助电源模块最终输出5V与14V。

第二步，调试功率因数校正模块，升压电感T1采用PQ3225骨架及配套磁芯做磁材，升压绕组用多股线来作，以减小趋肤效应，两绕组匝比为10:1，电阻R6与电阻R7取750K欧姆，电阻R3取20K欧姆，电阻R4取18K欧姆，调整输出为400V。

第三步，调试整流反馈模块，调整限压取样电阻R23、限压取样电阻R24参数，使输出空载电压限在300V，调整电阻R25、电阻R26参数，使输出电流控制在600mA，电感L3用多股漆包线绕制，电感L3选铁硅铝磁材，电容C18要求用CBB81耐压1.2kv以上，电感L4材质选铁硅铝磁环，取3-6.8uH。

Claims

1.一种LED驱动电源电路，含有功率因数校正模块、整流反馈模块和辅助电源模块，其特征是：外部输入的交流电进入到功率因数校正模块的交流电输入端，功率因数校正模块输出第一直流电，该第一直流电进入整流反馈模块和辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块输出的辅助工作电源进入功率因数校正模块和整流反馈模块的辅助电源输入端，整流反馈模块输出驱动LED的直流电。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述功率因数校正模块中含有整流电路、升压电感、MOS开关管、储能电容、单向限流二极管和功率因数控制器，外部输入的交流电进入整流电路的输入端，整流电路的输出正端经过升压电感的原级线圈后与单向限流二极管的正极连接，单向限流二极管的负极输出第一直流电，整流电路的输出负端接地，储能电容并接在单向限流二极管的负极和地之间，单向限流二极管的正极与MOS开关管的漏极连接，MOS开关管的源极通过限流电阻接地，MOS开关管的栅极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与功率因数控制器的out端连接，功率因数控制器的zcd端依次通过电阻R10、升压电感的次级线圈后接地，MOS开关管为N沟道场效应管，功率因数控制器的型号为L6562D。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述整流电路中含有突波电流抑制器、压敏电阻、熔断器、共模电容CY1、共模电容CY2、差模电容CX1、差模电容CX2、共模电感L1和整流器DB1，外部输入的交流电经过突波电流抑制器和熔断器后，再经过共模电感L1，然后进入整流器DB1的输入端，差模电容CX1并接在共模电感L1的前端，差模电容CX2并接在共模电感L1的后端，压敏电阻并接在差模电容CX1的两端，共模电容CY1和共模电容CY2串联后并接在差模电容CX2的两端，整流器DB1的输出正端即为整流电路的输出正端，整流器DB1的输出负端接地；所述限流电阻为两个并联的金属膜电阻，该两个金属膜电阻的阻值均为0.33欧姆，所述储能电容为红宝石电解电容，储能电容的容值为120uF/450V，MOS开关管的型号为STP12NM50FP，升压电感的型号为PQ3225。

4.根据权利要求2所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述辅助电源模块含有变压器驱动器、变压器T3、输出整流二极管、二极管D7、反馈电阻R15、反馈电阻R16、反馈电阻R28、可调稳压器和光电耦合器U5，所述第一直流电通过变压器T3的第一原级线圈进入变压器驱动器的D端，变压器T3的次级线圈的一端与输出整流二极管的正极连接，变压器T3的次级线圈的另一端接第二地端，输出整流二极管的负极通过电感L5连接到第一辅助工作电源输出端，第一辅助工作电源输出端通过反馈电阻R16与可调稳压器的调节端连接，可调稳压器的调节端还通过反馈电阻R15接第二地端，输出整流二极管的负极还通过反馈电阻R28与光电耦合器U5的发射管正极连接，光电耦合器U5的发射管负极通过可调稳压器接第二地端，变压器驱动器的EN端通过光电耦合器U5的接收管接地，变压器T3的第二原级线圈的一端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极连接到第二辅助工作电源输出端；变压器驱动器的型号为TNY278P，可调稳压器的型号为UTCTL431A。

5.根据权利要求4所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述变压器T3的型号为EFD15，光电耦合器U5的型号为PC817，输出整流二极管的型号为SS110。

6.根据权利要求4所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述第二辅助工作电源输出端通过电感L2与功率因数控制器的VCC端连接。

7.根据权利要求4所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述整流反馈模块含有谐振半桥转换器、变压器T2、整流器D4、光电耦合器U4和恒流限压控制器，所述第一直流电进入谐振半桥转换器的VDL端，第二辅助工作电源输出端与谐振半桥转换器的LVCC端连接，谐振半桥转换器的VCTR端与变压器T2的原级线圈的一端连接，变压器T2的原级线圈的另一端依次通过电感L3、电容C18接地，变压器T2的次级线圈的两端与整流器D4的输入端连接，整流器D4的输出正端与驱动LED的直流电输出端的正极连接，整流器D4的输出负端依次通过电流检测电阻、电感L4与驱动LED的直流电输出端的负极连接，整流器D4的输出负端同时接第二地端，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24串联在一起形成一个电阻串，电阻串的一端接在驱动LED的直流电输出端的正极，电阻串的另一端接在电感L4和电流检测电阻的连接点上，限压取样电阻R23和限压取样电阻R24的连接点与恒流限压控制器的VCTL端连接，恒流限压控制器的OUT端通过电阻R29与光电耦合器U4的发射管的负极连接，所述第一辅助工作电源输出端与光电耦合器U4的发射管的正极连接，光电耦合器U4的发射管的正极和负极之间并接有电阻R21，第一辅助工作电源输出端还与恒流限压控制器的VCC端连接，谐振半桥转换器的FB端通过光电耦合器U4的接收管接地；谐振半桥转换器的型号为FSFR2100，恒流限压控制器的型号为AP4305，光电耦合器U4的型号为PC817。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述电流检测电阻由电阻R25和电阻R26并联而成；所述整流器D4的输出正端和输出负端之间并接有电容C19，驱动LED的直流电输出端的正极和负极之间并接有电容C20；谐振半桥转换器的LVCC端通过电阻R8与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与谐振半桥转换器的HVCC端连接。

9.根据权利要求8所述的LED驱动电源电路，其特征是：所述电阻R25和电阻R26的阻值均为0.68±1％欧姆；限压取样电阻R23的阻值为300K欧姆，限压取样电阻R24的阻值为1.2K欧姆；所述电容C19和电容C20均为红宝石电解电容，电容C19和电容C20的容值均为150uF/400V；电感L3的电感值为100uH，电容C18的容值为223nF；变压器T2的电感值为450 uH -500uH，变压器T2的漏感小于15uH。