CN102752929A - 一种支持可控硅调光的高功率因数led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路。本发明实现的替换型小功率LED驱动器为电气隔离型电路，电路采用反激变换拓扑结构，使用隔离式变压器进行能量的存储和传输，使用外接的三端可控硅调光器进行调光。为实现调光功能，考虑使用集成了MOSFET的开关电源管理芯片NXPSSL2101T、使用三端可控硅调光开关产生输入信号、使用电阻分压方式产生亮度控制信号等。为实现高功率因数，考虑使用了填谷式PFC校正电路，包括3个电容和2个二极管。在小功率限制下，为实现较高效率，采用反激式拓扑结构。本发明提高了电路集成度、功率因数及电路转换效率。

Description

一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，特别是一种基于隔离式反激变换拓扑结构的、具有功率因数校正电路的可调光LED驱动电路，属于LED照明技术领域。

背景技术

LED具有发光效率高、使用寿命长、稳定性好等优点，被广泛应用于照明领域。

LED的可控硅调光技术，是将传统的可控硅调光器和新兴的LED驱动技术结合在一起，发展而来的，主要用于替换型LED灯具市场。TRIAC调光器本来用于白炽灯、荧光灯的调光。在推广LED照明的过程中，要求不能改变现有照明系统的基础设施。因此，如果LED灯具能利用现有TRIAC调光器进行调光，就可以大大降低其进入市场的门槛。

如图1所示，现有的LED可控硅调光技术的主要原理是，通过给LED驱动器前端串联一个TRIAC可控硅调光器，对交流市电进行斩波，减少输入进LED驱动器的电能，同时，LED驱动器检测输入电压有效值或者相位的变化，调节LED驱动器的输出电流，从而调节LED的亮度。其优点在于，电压调节速度快，调光精度高，体积小，成本低。缺点在于，调光器工作在斩波方式，会造成大量谐波，造成电磁干扰，导致电源效率和功率因数的降低；可控硅调光容易出现闪烁问题，且闪烁问题不易解决。虽然各大LED驱动芯片厂商针对谐波、功率因数以及闪烁问题提出了不少解决方案，但是市场上可控硅调光器的种类多样，参数各有区别，LED驱动器无法与之一一兼容，造成实际应用上的困难。

发明内容

针对目前可控硅调光LED驱动器产品存在的不足，本发明的目的在于解决目前小功率LED驱动器功率因数不高和电路效率低的问题，提供一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，在支持主流的三端可控硅调光器的同时，提高LED驱动器在额定工作状态时的功率因数，并适当提高工作效率。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

本发明实现的替换型小功率LED驱动器为电气隔离型电路，电路采用反激变换拓扑结构，使用隔离式变压器进行能量的存储和传输，使用外接的三端可控硅调光器进行调光。为实现调光功能，考虑使用集成了MOSFET的开关电源管理芯片NXPSSL2101T、使用三端可控硅调光开关产生输入信号、使用电阻分压方式产生亮度控制信号等。为实现高功率因数，考虑使用了填谷式PFC校正电路，包括3个电容和2个二极管。在小功率限制下，为实现较高效率，采用反激式拓扑结构。

根据上述发明构思，本发明采用的技术方案是：

一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，包括EMI滤波电路、输入整流电路、功率因数校正电路、电阻分压采样电路、强-弱分压泄流电路、外接RC振荡电路、输入电流采样电路、变压器初级钳位电路、隔离式高频开关变压器、开关电源管理芯片、VCC产生电路、输出整流滤波电路、输出电压采样电路、参考电压产生电路、比较电路和光电耦合电路，其特征在于：

所述的EMI滤波电路输入端串联一个可控硅调光器，接入交流市电，输出端与输入整流电路的输入端联接；所述的功率因数校正电路与输入整流电路的输出端并联；所述的电阻分压采样电路联接输入整流电路的整流输出高压端和开关电源管理芯片的功率地端，输出端联接开关电源管理芯片；所述的强-弱分压泄流电路联接输入整流电路的整流输出高压端和开关电源管理芯片；所述的外接RC振荡电路联接所述的开关电源管理芯片；所述的输入电流采样电路联接所述的开关电源管理芯片的功率地端和输入整流电路的整流参考地端，输出端联接所述的开关电源管理芯片；所述的变压器初级钳位电路与所述的隔离式高频开关变压器的初级绕组a并联；所述的隔离式高频开关变压器，其初级绕组a通过开关电源管理芯片和输入电流采样电路，与输入整流电路的输出端联接；所述的的隔离式高频开关变压器，其辅助绕组b通过所述的VCC产生电路，与开关电源管理芯片联接；所述的输出整流滤波电路的输入端与隔离式高频开关变压器的次级绕组c联接，输出端与LED负载联接；所述的输出电压采样电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端联接，其输出端与所述的比较电路的输入端联接，比较电路的输入端联接至所述参考电压产生电路；所述的比较电路通过所述的光电耦合电路，与开关电源管理芯片联接；

所述的EMI滤波电路用于滤除共模干扰和谐波；所述的输入整流电路将工频交流电整流成脉动的直流高压后，经过所述的功率因数校正电路滤波、储能，供给所述的隔离式高频开关变压器；所述的电阻分压采样电路与开关电源管理芯片联接，产生亮度控制信号送给开关电源管理芯片，控制MOSFET的开关频率和导通关断时间，从而控制输出电流，调节LED灯负载的亮度；所述的强-弱分压泄流电路，一端与输入整流后的直流脉动电压联接，另一端与开关电源管理芯片联接，强分压泄流电路用于调光器的过零重启和可控硅锁存，在低输入电流情况下，弱分压泄流电路作为电流回路用于产生维持电流；所述的外接RC振荡电路与开关电源管理芯片联接，用于设置开关频率，并设定频率的上限和下限；所述的输入电流采样电路与开关电源管理芯片联接，一路用于设定维持电流阈值，控制弱分压泄流电路的导通或关断，另一路用于设定原边峰值电流，在开关管的开关频率和占空比一定的情况下，限制输出功率；所述的开关电源管理芯片内集成有高压大功率MOSFET，在MOSFET导通期间，隔离式高频开关变压器将电能存储在初级绕组中；在MOSFET关断期间，存储在隔离式开关变压器初级绕组中的电能传送至变压器次级绕组和辅助绕组；所述的开关变压器的辅助绕组，通过一个VCC产生电路，给开关电源管理芯片提供VCC电压；所述的变压器初级钳位电路可吸收功率MOSFET关断时变压器初级绕组两端产生的尖峰电压并限制次级绕组反射回来的电压，以保护功率MOSFET；所述的输出整流滤波电路将隔离式开关变压器次级绕组电压平滑成无纹波直流输出；所述的输出电压采样电路检测输出电压；所述的参考电压产生电路产生所需的基准参考电压；所述比较电路将电压采样值与参考值进行比较，产生反馈控制信号；所述的光电耦合电路将反馈控制信号传输至开关电源管理芯片并实现输入与输出之间的电气隔离，开关电源管理芯片根据反馈控制信号调节其内部功率MOSFET的导通、关断，以控制隔离式变压器的能量传递，最终使输出电压不会过高；

所述EMI滤波电路由一个电容C1和一个共模电感L1组成，所述共模电感L1有两个输入端和两个输出端，电容C1的两端与共模电感L1的输入端并联，共模电感L1的输入端通过串联一个可控硅调光器与交流市电联接，共模电感L1的输出端与所述的输入整流电路的输入端联接；所述的输入整流电路由四个二极管D1、D2、D3、D4组成，D1的阴极与D2的阴极联接，D1的阳极与D3的阴极联接，D3阳极与D4的阳极联接，D4的阴极与D2的阳极联接，D1、D2的阴极作为整流输出高压端，D3、D4的阳极作为整流参考地端。

所述功率因数校正电路由三个二极管D5、D6、D7和两个电解电容C2、C3组成，D5的阴极接输入整流电路的整流输出高压端，D5的阳极接D6的阴极，D6的阳极接D7的阴极，D7的阳极接所述输入整流电路的整流参考地端；电解电容C2的正极接所述输入整流电路整流输出高压端，负极接D7的阴极；电解电容C3的正极接D5的阳极，负极接所述输入整流电路的整流参考地端。

所述开关电压管理芯片为NXP公司生产的SSL2101T，该芯片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚，与所述的电阻分压电路的输出端联接；RC和RC2引脚，与所述的外接RC振荡电路联接；WBLEED和SBLEED引脚，与所述的强弱分压泄流电路联接；DRAIN引脚，与所述的隔离式高频开关变压器的初级绕组a的异名端联接；VCC引脚，与所述的VCC产生电路联接；ISENSE、SOURCE引脚，与所述的输入电流采样电路的输出端联接；AUX引脚，与所述隔离式高频开关变压器的辅助绕组b的异名端联接；GND引脚，作为功率地端。

所述电阻分压采样电路由四个电阻R1、R2、R6、R7和一个电解电容C4组成，R1一端与输出整流电路的整流输出高压端联接，R1的另一端与R2的一端联接，R2的另一端与所述开关电源管理芯片的功率地端联接，C4的正极联接至R1与R2的公共端，C4的负极与所述功率地端联接，R1和R2的公共端通过R6、R7分别与开关电源管理芯片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚联接；所述的强-弱分压泄流电路由两个电阻R3、R4组成，电阻R3和R4一端与输出整流电路的整流输出高压端联接，R3的另一端与开关电源管理芯片的WBLEED引脚联接，R4的另一端与开关电源管理芯片的SBLEED引脚联接；所述的外部RC振荡电路由两个电阻R5、R8和一个瓷片电容C5组成，R5与C5并联以后的一个公共端与开关电源管理芯片的RC引脚联接，R5与C5的另一个公共端与所述功率地端联接，R8两端分别与开关电源管理芯片的RC、RC2引脚联接；所述的输入电流采样电路由四个电阻R11、R12、R13、R14组成，R11的一端与开关电源管理芯片的SOURCE引脚联接，R11的另一端与功率地端联接，R14一端与开关电源管理芯片的功率地端联接，R14的另一端与输入整流电路的整流参考地端联接，R12和R13串联以后的公共端与开关电源管理芯片的ISENSE引脚联接，R12的另一端与输入整流电路的整流参考地端联接，R13的另一端与开关电源管理芯片的功率地端联接。

所述变压器初级钳位电路由二极管D9和稳压二极管VR1组成，D9的阴极与VR1的阴极联接，D9的阳极与隔离式高频开关变压器初级绕组a的异名端联接，VR1的阳极与隔离式高频开关变压器初级绕组a的同名端联接；所述的VCC产生电路由二极管D11、稳压二极管VR2、电阻R10和电解电容C6组成，D11的阴极通过电阻R10与开关电源管理芯片的VCC引脚联接，D11的阳极与隔离式高频开关变压器辅助绕组b的异名端联接，C6的正极、VR2的阴极与VCC引脚联接，C6的负极、VR2的阳极与所述功率地端联接。

所述输出整流滤波电路由二极管D12、电解电容C7和瓷片电容C8组成，D12的阳极与所述的隔离式高频开关变压器的次级绕组c的异名端联接，D12的阴极与LED负载的正极联接，所述次级绕组c的同名端与LED负载的负极联接，C7的正极与LED负载的正极联接，C7的负极与LED负载的负极联接，C8与C7并联；所述的隔离式高频开关变压器由初级绕组a、辅助绕组b、次级绕组c组成，初级绕组a的同名端与二极管D8的阴极联接，D8的阳极与所述输入整流电路的整流输出高压端联接，初级绕组a的异名端与所述开关电源管理芯片的DRAIN引脚联接，辅助绕组b的同名端与功率地端联接，辅助绕组b的异名端与二极管D11的阳极联接，次级绕组c的同名端与LED负载的负极联接，次级绕组c的异名端与二极管D12的阳极联接；所述参考电压产生电路和比较电路集成在三端稳压器TL431内部，外围电路由两个电阻R15、R16和一个电容C9组成，TL431共有三个引脚阳极A，参考端R，阴极K，TL431的阴极与电阻R16的一端联接，R16的另一端与R15的一端联接，R15的另一端与LED负载的正极联接，TL431的阳极与LED负载的负极联接，TL431的阳极与电容C10的一端联接，C10的另一端与功率地端联接，C9的一端与TL431的阴极联接，C9的另一端与TL431的参考端联接。

所述输出电压采样电路由电阻R17和R18组成，R17的一端与LED负载的正极联接，R17的另一端与R18的一端联接，R18的另一端与LED负载的负极联接，R17和R18的公共端作为采样电压输出端与所述的三端稳压器TL431的参考端联接。

所述的光电耦合电路是一个光电耦合器U1，所述的光电耦合器U1包括一个发光二极管、一个光电晶体管，所述的发光二极管阳极联接至电阻R15和R16的公共端，发光二极管阴极与三端稳压器TL431阴极联接，所述的光电晶体管的集电极与开关电源管理芯片的PWMLIMIT引脚联接，光电晶体管的发射极与功率地端联接。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

1、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，采用内部集成高压功率MOSFET的开关电源管理芯片为控制核心，该电路结构简单、体积小、成本低；

2、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，采用隔离式开关变压器和光耦进行电气隔离，LED的驱动输出与高压市电无直接电气连接，这样干扰小、可靠性提高，另外也增强了电路工作时的安全性；

3、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，采用反激式拓扑结构，在中小功率情况下具有较高的转换效率；

4、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，采用由三个二极管和两个电容组成的无源功率因数校正电路，结构简单、效果明显；

5、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，变压器初级绕组两端使用二极管和稳压二极管串联构成的变压器尖峰电压吸收电路，可吸收功率MOSFET关断瞬间变压器初级绕组两端产生的尖峰电压，较好的保护功率MOSFET，提高了电路的可靠性；

6、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，可通过外部RC振荡电路来设定开关频率的上限和下限，灵活设定调光范围；

7、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，输出电压采样电路、比较电路及参考电压产生电路仅使用三端稳压器和少量的电阻，整个电路功耗较小，电路转换效率高，可起到过压保护作用；

8、本发明支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，输入电流采样电路和强-弱分压泄流电路，可在检测到低电压输入和低电流输入时，起到提供维持电流的作用，防止可控硅调光器误关断以及由此引起的LED灯闪烁问题；

综上所述，本发明所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路采用隔离式反激变换拓扑结构，转换效率较高，满载时功率因数大于0.9，调光过程无闪烁。同时本发明电路由于采用了开关电源管理芯片，可以节省大量外围电路，从而具有成本低、集成度高、体积小、可靠性好等优点，适合批量生产。

附图说明

图1 一种现有的LED可控硅调光驱动原理图；

图2 本发明的电路框图；

图3 本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面，通过本发明的具体实施例并结合附图详细描述本发明的电路结构。

实施例一：

如附图2所示，本发明的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路包括EMI滤波电路1，输入整流电路2、功率因数校正电路3、电阻分压采样电路4、强-弱分压泄流电路5、外接RC振荡电路6、输入电流采样电路7、变压器初级钳位电路8、隔离式高频开关变压器9、开关电源管理芯片10、VCC产生电路11、输出整流滤波电路12、输出电压采样电路13、参考电压产生电路14、比较电路15和光电耦合电路16，其特征在于：

所述的EMI滤波电路1输入端串联一个可控硅调光器，接入交流市电，输出端与输入整流电路2的输入端联接；所述的功率因数校正电路3与输入整流电路2的输出端并联；所述的电阻分压采样电路4联接输入整流电路2的整流输出高压端和开关电源管理芯片10的功率地端，输出端联接开关电源管理芯片10；所述的强-弱分压泄流电路5联接输入整流电路2的整流输出高压端和开关电源管理芯片10；所述的外接RC振荡电路6联接所述的开关电源管理芯片10；所述的输入电流采样电路7联接所述的开关电源管理芯片10的功率地端和输入整流电路2的整流参考地端，输出端联接所述的开关电源管理芯片10；所述的变压器初级钳位电路8与所述的隔离式高频开关变压器9的初级绕组a并联；所述的隔离式高频开关变压器9，其初级绕组a通过开关电源管理芯片10和输入电流采样电路7，与输入整流电路2的输出端联接；所述的的隔离式高频开关变压器9，其辅助绕组b通过所述的VCC产生电路11，与开关电源管理芯片10联接；所述的输出整流滤波电路12的输入端与隔离式高频开关变压器9的次级绕组c联接，输出端与LED负载联接；所述的输出电压采样电路13的输入端与输出整流滤波电路12的输出端联接，其输出端与所述的比较电路15的输入端联接，比较电路15的输入端联接至所述参考电压产生电路14；所述的比较电路15通过所述的光电耦合电路16，与开关电源管理芯片10联接；

首先，所述的可控硅调光器将交流市电转换成一个缺相的交流电压，通过所述的EMI滤波电路1、输入整流电路2，将交流市电转换为缺相的直流脉动电压；然后，通过所述的电阻分压采样电路4将直流脉动电压的有效值转换成一个调光控制信号，送给所述的开关电源管理芯片10；最后，由所述的开关电源管理芯片10控制内部MOSFET导通或关断，对所述的隔离式高频开关变压器9的初级绕组a进行充电、放电，将能量传递到次级绕组c，经过所述的输出整流滤波电路12进行整流滤波，产生一个平滑的直流电压信号，用于驱动LED负载。

所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，前端串联可控硅调光器，接入交流市电。EMI滤波电路1用于滤除传导干扰。输入整流电路2将工频交流电整流成脉动的直流高压后，经功率因数校正电路3的滤波、储能，供给隔离式高频开关变压器9。电阻分压采样电路4与开关电源管理芯片10联接，产生亮度控制信号，控制MOSFET的开关频率和导通关断时间，从而控制输出电流，调节LED灯负载的亮度。强-弱分压泄流电路5，一端与输入整流后的直流脉动电压联接，一端与开关电源管理芯片10联接，强分压泄流电路用于调光器的过零重启和可控硅锁存，在低输入电流情况下，弱分压泄流电路作为电流回路用于产生维持电流。外接RC振荡电路6与开关电源管理芯片10联接，用于设置开关频率，并设定频率的上限和下限。输入电流采样电路7与开关电源管理芯片10联接，一路用于设定维持电流阈值，控制弱分压泄流电路的导通或关断；另一路用于设定原边峰值电流，在开关管的开关频率和占空比一定的情况下，限制输出功率。开关电源管理芯片10内部集成有高压大功率MOSFET，在MOSFET导通期间，隔离式高频开关变压器9将电能存储在初级绕组a中；在MOSFET关断期间，存储在隔离式开关变压器9初级绕组a中的电能传送至变压器次级绕组c和辅助绕组b。隔离式高频开关变压器9的辅助绕组b，通过一个VCC产生电路11，给开关电源管理芯片10提供VCC电压。所述的变压器初级钳位电路8可吸收功率MOSFET关断时变压器初级绕组a两端产生的尖峰电压并限制次级绕组b反射回来的电压，以保护功率MOSFET；所述的输出整流滤波电路12将隔离式开关变压器次级绕组b的电压平滑成无纹波直流输出。输出电压采样电路12对输出电压进行采样；参考电压产生电路14产生所需的基准参考电压；比较电路15将电压采样值与参考值进行比较，产生反馈控制信号；光电耦合电路16将反馈控制信号传输至开关电源管理芯片10并实现输入与输出之间的电气隔离，开关电源管理芯片10根据反馈控制信号调节其内部功率MOSFET的导通和关断时间，以控制隔离式变压器9的能量传递，最终使输出电压不会高于设定值。

实施例二：如附图3所示，本实施例与实施例一基本相同，特殊之处如下：

所述的开关电源管理芯片10，使用NXP公司生产的SSL2101T芯片，其引脚分别为WBLEED、SBLEED、VCC、GND、BRIGHTNESS、RC、RC2、PWMLIMIT、ISENSE、AUX、SOURCE、DRAIN，为叙述方便，分别简写为WB、SB、VCC、GND、RC、RC2、PWMLMT、IS、AUX、SRC、DRAIN。

所述的EMI滤波电路1包括电容C1和共模电感L1，共模电感L1的（1）、（2）两端并联电容C1以后，接入LED驱动电路的输入端（L）、（N）端；共模电感的（3）、（4）两端分别接输入整流电路2的输入端（5）（6）。

所述的输入整流电路2包括由二极管D1、D2、D3、D4构成桥式整流器，二极管D3的阴极与二极管D1的阳极联接，二极管D4的阴极与二极管D2的阳极联接；二极管D1、D2的阴极联接，作为市电整流后的整流输出高压端（7）；二极管D3、D4的阳极联接，作为整流参考地端（8）。

所述的功率因数校正电路3包括二极管D5、D6、D7和电解电容C2、C3，二极管D5、D6、D7串联，D5的阴极接输入整流电路2的整流输出高压端（9），D5的阳极接D6的阴极，D6的阳极接D7的阴极，D7的阳极接输入整流电路2的整流参考地端（10）；电解电容C2的正极接所述输入整流电路（2）整流输出高压端（9），负极接D7的阴极；电解电容C3的正极接D5的阳极，负极接所述输入整流电路（2）的整流参考地端（10）。

所述的电阻分压采样电路4，包括电阻R1、R2、R6、R7和电容C4，R1与R2串联以后接入（11）（13），在中间引出端（12）分压产生控制信号，通过电阻R6、R7，分别接入开关电源管理芯片10的亮度控制引脚BRT和占空比控制引脚PWMLMT。其中，（11）接（7）；（13）接开关电源管理芯片的GND引脚，作为功率地端。

所述的强-弱分压泄流电路5，包括两个电阻R3、R4，电阻R3、R4一端并联接（15），另两端分别接开关电源管理芯片10的WB、SB引脚。其中，（15）接（7）。

所述的外接RC振荡电路6，包括电阻R5、R8和瓷片电容C5， C5与R8串联以后，C5另一端与R5一端并联接入功率地端（16），R8另一端与R5另一端分别接入开关电源管理芯片10的RC2、RC引脚。R8与C5串联以后，中间引出端（17）也接RC引脚。

所述的输入电流采样电路7，包括电阻R11、R12、R13、R14。R11用于设定原边峰值电流阈值，一端连接开关电源管理芯片10的SRC引脚（即内置MOSFET的源极），另一端连接功率地端（37）。R12接（38）（39），R13接（38）（37），两者串联，中间引出端（38）接开关电源管理芯片10的IS引脚。R14串联接入功率地端（37）和参考地端（39），将输入电流转化为电压信号，经R12、R13分压以后，送给开关电压管理芯片10的IS引脚。

所述的变压器初级钳位电路8，包括二极管D9、稳压管VR1，两者阴极接在一起，稳压管VR1的阳极与隔离式高频开关变压器9初级绕组a的同名端（18）联接，二极管D9的阳极与初级绕组a的异名端（19）和开关电源管理芯片10的漏极引脚DRAIN联接。

所述隔离式高频开关变压器9，包括初级绕组a、辅助绕组b及次级绕组c，初级绕组a的同名端（18）与整流二极管D8的阴极联接，D8的阳极与整流桥高压输出端（7）联接，初级绕组a的异名端（19）与开关电源管理芯片10的DRAIN引脚联接；辅助绕组b的同名端（20）接功率地端，辅助绕组b的异名端（21）接二极管D11的阳极和电阻R9，R9接开关电源管理芯片10的AUX引脚，起到退磁检测作用；次级绕组c的两端联接输出整流滤波电路12。

所述VCC产生电路11，包括二极管D11、电阻R10、电容C6、稳压管VR2。D11的阳极接辅助绕组b的（21），D11的阴极接电阻R10的一端，R10的另一端接开关电源管理芯片的VCC引脚（36）。电容C6的正极、稳压管VR2的阴极均联接VCC引脚，电容C6的负极、稳压管VR2的阳极接功率地端。

所述的输出整流滤波电路12，包括二极管D12和电容C7、C8。D12的阳极接隔离式高频开关变压器9的次级绕组c的异名端（22），D12的阴极接电容C7和C8的正极（24）、LED灯的正极（26），LED灯的正极（26）作为输出电压的高压端。电容C7 C8的负极（25）、LED灯的负极（27）与隔离式高频开关变压器9的次级绕组c的同名端（23）联接，LED灯的负极（27）作为输出电压的参考地端。

所述的输出电压采样电路13，包括电阻R17、R18，两者串联接入LED灯的正极（26）和LED灯的负极（27）之间，中间引出端接TL431的参考端（28）。

所述的参考电压产生电路14和比较电路15，包括TL431、电阻R15、R16。电阻R15、R16串联以后，R15另一端接入LED灯的正极（26），R16另一端连接TL431的阴极（30），TL431的阳极（31）接输出电压的参考地端。

所述的光电耦合电路16，是一个光耦U1，型号为PC817A。所述的光耦U1的阳极（32）接电阻R15、R16串联分压的中间引出端（29），光耦U1的阴极（33）接TL431的阴极，光耦U1的集电极（34）接开关电压管理芯片10的PWMLMT引脚，光耦的发射极（35）接功率地端GND。

本发明电路的具体工作过程

本发明电路按照附图3接入交流市电，然后将可控硅调光器调制最大位置，通电即可正常工作。旋转可控硅调光器的旋钮，即可调节LED灯的亮度。

可控硅调光器将交流市电斩波，形成一个缺相的交流电压信号，然后送给输入整流电路；输入整流电路将缺相的交流电压信号转换成缺相的直流电压信号，经电阻R1和R2按100: 1分压，所得低压、缺相的直流电压信号再经电容C4滤波，形成一个平滑的直流电压信号，作为调光控制信号，分别通过R6、R7输入给开关电源管理芯片的BRT引脚和PWMLMT引脚，控制内置MOSFET开关管的开关频率和占空比。

EMI滤波电路中，L1用于滤除共模干扰，C1用于滤除串模干扰；功率因数校正电路中，两个电容串联充电，并联放电，可增大输入整流电路中二极管的导通角，从而提高功率因数，同时还起到了储能的作用。

强-弱分压泄流电路与输入电流采样电路一起，在低电压（或低电流）情况下，控制强（或弱）分压泄流电路的导通，产生一个维持电流，保证可控硅调光器正常工作。

开关电源管理芯片内置的MOSFET导通时，隔离式高频开关变压器的初级绕组a导通充电，此时辅助绕组b和次级绕组c不导通；当MOSFET关断时，隔离式高频开关变压器的初级绕组a通过辅助绕组b和次级绕组c放电。辅助绕组b放电经过VCC产生电路，给开关电源管理芯片提供工作电压；级绕组c放电经输出整流滤波电路转换为一个平滑的直流电压，用于驱动LED灯。

外接RC振荡电路中，R5、R8、C5设定开关频率上限和下限，MOSFET的开关频率和占空比随调光信号的大小而变化。由于原边峰值电流由R11设定，原边电感固定，效率一定时，根据公式                                                

，输出功率随开关频率变化。因此，输出功率随调光信号的大小而变化。

输出电压采样电路、参考电压产生电路、比较电路与光电耦合电路，起着输出过压保护的作用。输出电压由R17、R18采样分压，将分压信号与TL431的内部基准电压2.50V比较；当输出电压高于设定值时，分压信号大于2.50V，TL431的阴极、阳极导通，光耦U1中的发光二极管导通，光耦U1中的集电极和发射极导通，将PWMLMT的电压拉低，从而减小占空比，降低输出电压，达到输出过压保护的目的。

本发明所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路采用隔离式反激变换拓扑结构，具有电路结构简单、体积小、集成度高、功率因数高和转换效率高等优点，可用作LED可控硅调光驱动器的备选方案，并适合批量生产。

Claims (9)

1.一种支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，包括EMI滤波电路（1）、输入整流电路（2）、功率因数校正电路（3）、电阻分压采样电路（4）、强-弱分压泄流电路（5）、外接RC振荡电路（6）、输入电流采样电路（7）、变压器初级钳位电路（8）、隔离式高频开关变压器（9）、开关电源管理芯片（10）、VCC产生电路（11）、输出整流滤波电路（12）、输出电压采样电路（13）、参考电压产生电路（14）、比较电路（15）和光电耦合电路（16），其特征在于：

所述的EMI滤波电路（1）输入端串联一个可控硅调光器，接入交流市电，输出端与输入整流电路（2）的输入端联接；所述的功率因数校正电路（3）与输入整流电路（2）的输出端并联；所述的电阻分压采样电路（4）联接输入整流电路（2）的整流输出高压端和开关电源管理芯片（10）的功率地端，输出端联接开关电源管理芯片（10）；所述的强-弱分压泄流电路（5）联接输入整流电路（2）的整流输出高压端和开关电源管理芯片（10）；所述的外接RC振荡电路（6）联接所述的开关电源管理芯片（10）；所述的输入电流采样电路（7）联接所述的开关电源管理芯片（10）的功率地端和输入整流电路（2）的整流参考地端，输出端联接所述的开关电源管理芯片（10）；所述的变压器初级钳位电路（8）与所述的隔离式高频开关变压器（9）的初级绕组a并联；所述的隔离式高频开关变压器（9），其初级绕组a通过开关电源管理芯片（10）和输入电流采样电路（7），与输入整流电路（2）的输出端联接；所述的的隔离式高频开关变压器（9），其辅助绕组b通过所述的VCC产生电路（11），与开关电源管理芯片（10）联接；所述的输出整流滤波电路（12）的输入端与隔离式高频开关变压器（9）的次级绕组c联接，输出端与LED负载联接；所述的输出电压采样电路（13）的输入端与输出整流滤波电路（12）的输出端联接，其输出端与所述的比较电路（15）的输入端联接，比较电路（15）的输入端联接至所述参考电压产生电路（14）；所述的比较电路（15）通过所述的光电耦合电路（16），与开关电源管理芯片（10）联接；

首先，所述的可控硅调光器将交流市电转换成一个缺相的交流电压，通过所述的EMI滤波电路（1）、输入整流电路（2），将交流市电转换为缺相的直流脉动电压；然后，通过所述的电阻分压采样电路（4）将直流脉动电压的有效值转换成一个调光控制信号，送给所述的开关电源管理芯片（10）；最后，由所述的开关电源管理芯片（10）控制内部MOSFET导通或关断，对所述的隔离式高频开关变压器（9）的初级绕组a进行充电、放电，将能量传递到次级绕组c，经过所述的输出整流滤波电路（12）进行整流滤波，产生一个平滑的直流电压信号，用于驱动LED负载。

2.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述EMI滤波电路（1）由一个电容C1和一个共模电感L1组成，所述共模电感L1有两个输入端和两个输出端，电容C1的两端与共模电感L1的输入端并联，共模电感L1的输入端通过串联一个可控硅调光器与交流市电联接，共模电感L1的输出端与所述的输入整流电路（2）的输入端联接；所述的输入整流电路（2）由四个二极管（D1、D2、D3、D4）组成，D1的阴极与D2的阴极联接，D1的阳极与D3的阴极联接，D3阳极与D4的阳极联接，D4的阴极与D2的阳极联接，D1、D2的阴极作为整流输出高压端，D3、D4的阳极作为整流参考地端。

3.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述功率因数校正电路（3）由三个二极管（D5、D6、D7）和两个电解电容（C2、C3）组成，D5的阴极接输入整流电路（2）的整流输出高压端，D5的阳极接D6的阴极，D6的阳极接D7的阴极，D7的阳极接所述输入整流电路（2）的整流参考地端；电解电容C2的正极接所述输入整流电路（2）整流输出高压端，负极接D7的阴极；电解电容C3的正极接D5的阳极，负极接所述输入整流电路（2）的整流参考地端。

4.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述开关电压管理芯片（10）为NXP公司生产的SSL2101T，该芯片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚，与所述的电阻分压电路（4）的输出端联接；RC和RC2引脚，与所述的外接RC振荡电路（6）联接；WBLEED和SBLEED引脚，与所述的强弱分压泄流电路（5）联接；DRAIN引脚，与所述的隔离式高频开关变压器（8）的初级绕组a的异名端联接；VCC引脚，与所述的VCC产生电路（11）联接；ISENSE、SOURCE引脚，与所述的输入电流采样电路（7）的输出端联接；AUX引脚，与所述隔离式高频开关变压器（9）的辅助绕组b的异名端联接；GND引脚，作为功率地端。

5.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述电阻分压采样电路（4）由四个电阻（R1、R2、R6、R7）和一个电解电容C4组成，R1一端与输出整流电路（2）的整流输出高压端联接，R1的另一端与R2的一端联接，R2的另一端与所述开关电源管理芯片（10）的功率地端联接，C4的正极联接至R1与R2的公共端，C4的负极与所述功率地端联接，R1和R2的公共端通过R6、R7分别与开关电源管理芯片（10）的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚联接；所述的强-弱分压泄流电路（5）由两个电阻（R3、R4）组成，电阻R3和R4一端与输出整流电路（2）的整流输出高压端联接，R3的另一端与开关电源管理芯片（10）的WBLEED引脚联接，R4的另一端与开关电源管理芯片（10）的SBLEED引脚联接；所述的外部RC振荡电路（6）由两个电阻（R5、R8）和一个瓷片电容C5组成，R5与C5并联以后的一个公共端与开关电源管理芯片（10）的RC引脚联接，R5与C5的另一个公共端与所述功率地端联接，R8两端分别与开关电源管理芯片（10）的RC、RC2引脚联接；所述的输入电流采样电路（7）由四个电阻（R11、R12、R13、R14）组成，R11的一端与开关电源管理芯片（10）的SOURCE引脚联接，R11的另一端与功率地端联接，R14一端与开关电源管理芯片（10）的功率地端联接，R14的另一端与输入整流电路（2）的整流参考地端联接，R12和R13串联以后的公共端与开关电源管理芯片（10）的ISENSE引脚联接，R12的另一端与输入整流电路（2）的整流参考地端联接，R13的另一端与开关电源管理芯片（10）的功率地端联接。

6.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述变压器初级钳位电路（8）由二极管D9和稳压二极管VR1组成，D9的阴极与VR1的阴极联接，D9的阳极与隔离式高频开关变压器（9）初级绕组a的异名端联接，VR1的阳极与隔离式高频开关变压器（9）初级绕组a的同名端联接；所述的VCC产生电路（11）由二极管D11、稳压二极管VR2、电阻R10和电解电容C6组成，D11的阴极通过电阻R10与开关电源管理芯片（10）的VCC引脚联接，D11的阳极与隔离式高频开关变压器（9）辅助绕组b的异名端联接，C6的正极、VR2的阴极与VCC引脚联接，C6的负极、VR2的阳极与所述功率地端联接。

7.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述输出整流滤波电路（12）由二极管D12、电解电容C7和瓷片电容C8组成，D12的阳极与所述的隔离式高频开关变压器（9）的次级绕组c的异名端联接，D12的阴极与LED负载的正极联接，所述次级绕组c的同名端与LED负载的负极联接，C7的正极与LED负载的正极联接，C7的负极与LED负载的负极联接，C8与C7并联；所述的隔离式高频开关变压器（9）有三个绕组（初级绕组a，辅助绕组b，次级绕组c）组成，初级绕组a的同名端与二极管D8的阴极联接，D8的阳极与所述输入整流电路（2）的整流输出高压端联接，初级绕组a的异名端与所述开关电源管理芯片（10）的DRAIN引脚联接，辅助绕组b的同名端与功率地端联接，辅助绕组b的异名端与二极管D11的阳极联接，次级绕组c的同名端与LED负载的负极联接，次级绕组c的异名端与二极管D12的阳极联接；所述参考电压产生电路（14）和比较电路（15）集成在三端稳压器（TL431）内部，外围电路由两个电阻（R15、R16）和一个电容C9组成，TL431共有三个引脚（阳极A，参考端R，阴极K），TL431的阴极与电阻R16的一端联接，R16的另一端与R15的一端联接，R15的另一端与LED负载的正极联接，TL431的阳极与LED负载的负极联接，TL431的阳极与电容C10的一端联接，C10的另一端与功率地端联接，C9的一端与TL431的阴极联接，C9的另一端与TL431的参考端联接。

8.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述输出电压采样电路（13）由电阻R17和R18组成，R17的一端与LED负载的正极联接，R17的另一端与R18的一端联接，R18的另一端与LED负载的负极联接，R17和R18的公共端作为采样电压输出端与所述的三端稳压器（TL431）的参考端联接。

9.根据权利要求1所述的支持可控硅调光的高功率因数LED驱动电路，其特征在于：所述的光电耦合电路（16）是一个光电耦合器U1，所述的光电耦合器U1包括一个发光二极管、一个光电晶体管，所述的发光二极管阳极联接至电阻R15和R16的公共端，发光二极管阴极与三端稳压器（TL431）阴极联接，所述的光电晶体管的集电极与开关电源管理芯片（10）的PWMLIMIT引脚联接，光电晶体管的发射极与功率地端联接。

Images