CN102752926B - 一种可抗交流电压冲击的led恒流驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，属于半导体照明的技术领域。本发明在LC滤波支路中添加了功率开关管、检测电阻，增加了开关控制电路，开关控制电路包括零相位检测电路、门极控制电路，开关控制电路在市电过零时检测检测电阻两端电压得到功率开关管的门极控制信号，通过功率开关管的导通与关断控制LED上流经的电流，有效抑制了交流电对LED的冲击；在整流桥之前添加的分压电容降低了零相位检测电路的输入电压，降低零相位检测电路的制造成本，降低整个LED恒流驱动电源的制造成本，同时无能耗的分压电容保证了LED的输出效率。

Description

一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源

技术领域

本发明公开了一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，属于半导体照明的技术领域。

背景技术

高性能的LED驱动电路的解决方案一般都包含PFC和DC/DC模块，电路结构复杂，且生产成本高。但是低成本的解决方案虽然不包含PFC，DCDC，但又有如下缺陷：LED驱动电源在上电时，如果正好碰到交流市电的电压峰值，那么瞬间LED上的电流将会很大，降低了LED的使用寿命。调光器带来的电压“斩波”特性也会使得LED上的电流突变，也会缩短LED的使用寿命。市电不稳定的条件下，输出电流的有效值也会跟随变化，因此会产生LED电灯忽明忽暗的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，包括由串联整流桥、输出滤波支路组成的驱动模块，分压电容，检测电阻，开关，开关控制电路；

其中：所述分压电容的输入极板接交流电、输出极板接整流桥的输入端；所述输出滤波支路的输出端、开关、检测电阻依次串联连接；所述开关控制电路的的第一输入端与分压电容的输出极板连接，第二输入端接参考电压，输出端与开关门极连接，所述参考电压为检测电阻两端；

开关控制电路包括：零相位检测电路、比较器、门极控制电路，所述零相位检测电路的输入端接分压电容的输出极板，输出端与门极控制电路的第一输入端连接；所述比较器的输入端接参考电压，输出端与门极控制电路的第二输入端连接，所述门极控制电路的输出端与功率开关管的门极连接。

所述一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源中，零相位检测电路由过零检测比较器和外围电路组成，门级控制电路为由触发器、逻辑运算器件组成的电路。

所述一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源中，所述输出滤波支路为LC串联电路。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）增加的开关控制电路在市电过零时检测检测电阻两端电压得到功率开关管的门极控制信号，通过功率开关管的导通与关断控制LED上流经的电流，有效抑制了交流电对LED的冲击；

（2）在整流桥之前添加的分压电容降低了零相位检测电路的输入电压，降低零相位检测电路的制造成本，降低整个LED恒流驱动电源的制造成本，同时无能耗的分压电容保证了LED的输出效率；

（3）采用的LC串联滤波支路中，输出滤波电感使得LED上电流连续，本发明所述恒流驱动电源接在调光器之后。

附图说明

图1为传统的LED恒流驱动电源电路图。

图2为改进的LED恒流驱动电源电路图。

图3为本发明的实施电路图。

图4为开关控制电路中比较器的示意图。

图5为开关控制电路中门极控制电路的示意图。

图6为可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源工作过程示意图。

图7为本发明的实验仿真图形。

图中标号说明：C₀为分压电容，L为输出滤波电感，C₁为输出滤波电容，SW为开关，R为检测电阻，Vr为参考电压。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，传统的LED恒流驱动电源中，输出滤波支路只包含输出滤波电容，LED上电会直接受到交流市电的冲击，它不能接在调光器的后面，原因也是它会受调光器带来的“电压斩波”影响，缩短LED的使用寿命。这个结构的LED不能实现恒流，因为如果市电不稳，LED上的电压就不恒定，那么LED上的电流就不恒定，会有“忽明忽暗”的现象。

对传统的LED恒流驱动电源改进如图2所示，在整流桥的输出端串联功率因数校正环节、直流转换器后，再接输出储能电容，该电路虽然实现了恒流驱动LED，但是设计复杂，成本高。

本发明所述的可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源如图3所示：包括驱动模块、开关控制电路、功率开关管SW、检测电阻R。驱动模块包括分压电容C₀，整流桥、输出滤波支路。输出滤波支路为LC串联电路（L为输出滤波电感，C₁为输出滤波电容）。开关控制电路包括：零相位检测电路、比较器、门极控制电路，零相位检测电路、比较器、门级控制电路集成在一个芯片之上。功率开关管SW为MOS管或者IBGT管，功率开关管SW为MOS管时，可以与开关控制电路一起集成。

调光器的输入端接市电，输出端接抗电磁干扰滤波器EMI的输入端，抗电磁干扰滤波器EMI的输出端接零相位检测电路的输入端，零相位检测电路的输出端与门极控制电路的第一输入端连接；比较器的输入端接参考电压Vr（参考电压Vr即为检测电阻R两端的电压），输出端与门极控制电路的第二输入端连接，门极控制电路的输出端与功率开关管的门极连接。零相位检测电路由过零检测比较器电路和外围电路组成，比较器可采用如图4所示的电路实现（X、Y为两个输入端，OUT为输出端）。门级控制电路如图5所示：包括连个与逻辑元件、一个非逻辑元件以及一个触发器，第一与逻辑元件的一个输入端（即A端）与过零检测比较器的输出端连接，输出端与触发器的clk端连接；触发器的D端接电源，Q端与第二与逻辑元件的一个输入端连接；非逻辑元件的输入端（即B端）与比较器的OUT端连接，输出端与第二与逻辑元件的另一个输入端连接；第一与逻辑元件的另一个输入端、触发器的Reset端分别与第二与逻辑元件的输出端（即C端）连接。门级控制电路的B端口的初始值为零。

市电经过抗电磁干扰滤波器EMI的滤波后，再经过分压电容C₀的分压，接着进入整流桥，LC串联电路与功率开关管SW、检测电阻R组成的串联电路接在整流桥的输出端，LED并联在输出滤波电容的两极。

本发明所涉及的可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源的工作原理如图6所示：

（1）过零检测比较器在检测到市电过零时，输出高电平给门极控制电路。此时检测电阻R两端电压值为0，经过门级控制电路运算得到高电平，功率开关管SW导通；

（2）测量检测电阻R两端电压Vr，检测电阻R两端电压Vr作为比较器的输入端与设定的最大、最小电压值做比较：

a.当检测电阻两端电压Vr小于设定的最小值时，比较器输出低电平，经过门级控制电路运算得到高电平，功率开关管SW继续处于导通状态；

b.当检测电阻R两端电压Vr持续增大，但是电压值仍小于设定的最大电压值时，比较器输出低电平，经过门级控制电路运算得到高电平，功率开关管SW继续处于导通状态；

c.当检测电阻R两端电压Vr大于设定的最大值，比较器输出高电平，经过门级控制电路运算得到低电平，功率开关管SW关断,进入下一采样周期，重复整个开关控制步骤。

设定的最大、最小电压值与LED上的最大、最小功率相关，在功率开关管SW导通时，LED上流经的最大、最小电流在检测电阻R上产生的压降即为设定的最大、最小电压值。

如图7所示，用spectre仿真软件对LED上电流做仿真，可见LED在上电时不会出现大的冲击电流。在随后的300毫秒时间内，电流逐渐上升并稳定。在稳定的这段时间内，电流最大100mA，最小50mA，均值为75mA。300毫秒后，LED上的电流均值将维持在75mA。

综上所述，本发明在输出滤波支路添加了功率开关管，功率开关管仅在市电过零时且检测电阻两端电压小于设定的最大电压值时导通，而当检测电阻两端电压大于设定的最大电压值时关断，限制了流经LED的电流，有效抑制了交流电对LED的冲击；输出滤波电感L保证LED上电流的连续性，从而使得本发明的恒流驱动电源可以接在调光器的后面；分压电容使零相位检测电路的输入电压变低，从而降低零相位检测电路的制造成本，也在一定程度上降低了整个LED恒流驱动电源的制造成本，同时分压电容不是耗能元件，不会影响LED最终的输出效率。本发明的实际运用电路不仅仅局限于具体实施方式中公开的实施电路，凡是符合本发明构思的实施电路图均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，包括由串联整流桥、输出滤波支路组成的驱动模块，其特征在于：所述可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源还包括：分压电容、检测电阻、开关、开关控制电路；

其中：所述分压电容的输入极板接交流电、输出极板接整流桥的输入端；所述输出滤波支路的输出端、开关、检测电阻依次串联连接；所述开关控制电路的的第一输入端与分压电容的输出极板连接，第二输入端接参考电压，输出端与开关门极连接，所述参考电压为检测电阻两端电压；

所述开关控制电路包括：零相位检测电路、比较器、门极控制电路，所述零相位检测电路的输入端接分压电容的输出极板，输出端与门极控制电路的第一输入端连接；所述比较器的输入端接参考电压，输出端与门极控制电路的第二输入端连接，所述门极控制电路的输出端与功率开关管的门极连接。

2.根据权利要求1所述的一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，其特征在于所述零相位检测电路由过零检测比较器和外围电路组成，门级控制电路为由触发器、逻辑运算器件组成的电路。

3.根据权利要求1所述的一种可抗交流电压冲击的LED恒流驱动电源，其特征在于所述输出滤波支路为LC串联电路。