CN102754531B - 一种led驱动电源电路、驱动电源和照明装置 - Google Patents

一种led驱动电源电路、驱动电源和照明装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种LED驱动电源电路、LED驱动电源和照明装置,所述LED驱动电源电路,包括过压保护单元、交流输入滤波单元、全波整流单元以及单功率转换级,所述单功率转换级包括辅助电源电路、开关电路以及开关控制单元;所述辅助电源电路,用于为所述开关电路提供辅助电源;所述开关电路,用于通过开关的通断控制输出的电源;所述开关控制单元,用于根据对所述开关电路采集的信息,对所述开关电路进行动态控制。该方案通过单功率转换级中开关控制单元对开关电路的动态控制,提高了LED驱动电源电路工作时的综合效率。

Description

—种LED驱动电源电路、驱动电源和照明装置
技术领域
[0001] 本发明属于电源领域,尤其涉及一种LED驱动电源电路、LED驱动电源和照明装置。
背景技术
[0002] 随着LED技术的快速发展,LED照明正变得越来越普及,以LED球泡取代常规带灯丝的灯泡的趋势,越来越明显。相应地,对于适合LED球泡的驱动电源的需求也越来越大。
[0003] 在现有技术中,存在不同种类和功用的驱动电源。但这些驱动电源大都存在效率低、能耗大的缺点。例如图1示出的非隔离AC-DC升压型LED驱动电源。其中,交流电源经保护熔丝Fl,交流输入滤波单元12到全波整流单元13,全波整流单元13输出的电源由滤波电容Cl进行滤波。滤波电容Cl后接非连续模式升压型单功率转换级。该非连续模式升压型单功率转换级在固定开关频率,PWM模式下工作。该驱动电源功率因素较低。另外,它的控制电源由高压MOS管降压取得,效率偏低。
[0004] 再如图2示出的反激式隔离型AC-DC LED驱动电源,交流电源经保护熔丝F1,交流输入滤波单元12到全波整流单元13,全波整流单元13输出的电源由滤波电容Cl进行滤波。滤波电容Cl后,接是非连续模式反激型单功率转换级。该驱动电源工作在固定开关频率,工作模式为PWM。控制电源通过变压器的辅助绕组经二极管整流后获得,该电路同样具有电源转换效率较低,能耗较高的缺陷。
发明内容
[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种LED驱动电源电路,旨在解决现有LED驱动电源电路中供电能耗大,电源转换效率低等问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的,一种LED驱动电源电路,包括过压保护单元、交流输入滤波单元、全波整流单元以及单功率转换级,所述单功率转换级包括辅助电源电路、开关电路以及开关控制单元;
[0007] 所述辅助电源电路,与所述全波整流单元连接,用于为开关电路提供辅助电源;
[0008] 所述开关电路,与所述辅助电源电路、所述开关控制单元以及电源输出端分别连接,用于通过开关控制输出的电源;
[0009] 所述开关控制单元,与所述开关电路连接,用于根据所述对所述开关电路采集的信息,对所述开关电路进行动态控制。
[0010] 本发明实施例的另一目的是提供一种包含了上述LED驱动电源电路的LED驱动电源。
[0011] 本发明实施例的另一目的是提供一种包含了上述LED驱动电源电路的LED照明装置。
[0012] 本发明实施例通过检测采样电路,控制开关通断的时间,从而来获得预设的输出电流;通过检测主开关的输入端的峰谷值,控制主开关的通断,从而降低主开关的损耗;通过检测主开关的输入端的峰谷值以及储能电容的第一端的电压,控制主开关的通断实现储能电容的自充电,从而提高电源效率。
附图说明
[0013] 图1是现有的非隔离AC-DC升压型LED驱动电源的电路结构图;
[0014] 图2是现有的反激式隔离型AC-DC LED驱动电源的电路结构图;
[0015] 图3是本发明第一实施例提供的LED驱动电源电路的工作原理图;
[0016] 图4是本发明第一实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构图;
[0017] 图5是本发明第二实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构图;
[0018] 图6是本发明第三实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构图。
具体实施方式
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0020] 本发明实施例通过检测采样电路,控制开关通断的时间,从而来获得预设的输出电流;通过检测主开关的输入端的峰谷值,控制主开关的通断,从而降低开关的损耗;通过检测主开关的输入端的峰谷值以及储能电容的第一端的电压,控制主开关的通断,从而提高电源效率。
[0021] 本发明实施例是这样实现的,一种LED驱动电源电路,包括过压保护单元、交流输入滤波单元、全波整流单元以及单功率转换级,所述单功率转换级包括辅助电源电路、开关电路以及开关控制单元;
[0022] 所述辅助电源电路,与所述全波整流单元连接,用于为开关电路提供辅助电源;
[0023] 所述开关电路,与所述辅助电源电路、所述开关控制单元以及电源输出端分别连接,用于通过开关控制输出的电源;
[0024] 所述开关控制单元,与所述开关电路连接,用于根据所述对所述开关电路采集的信息,对所述开关电路进行动态控制。
[0025] 实施例一:
[0026] 图3示出了本发明实施例提供的一种LED驱动电源电路的工作原理,为了便于说明只示出了与本发明实施例相关的部分。
[0027] 其中,过压保护单元11,用于对电路进行过压保护。
[0028] 交流输入滤波单元12,与过压保护单元11连接,用于对输入的交流电源进行滤波。
[0029] 全波整流单元13,与交流输入滤波单元12连接,用于将滤波后的电源进行整流。
[0030] 单功率转换级14包括辅助电源电路141、开关电路142、开关控制单元143。
[0031] 在进入正常工作状态以后,交流电源经过压保护单元11后,经过交流输入滤波单元12的滤波以及全波整流单元13的整流,进入单功率转换级14中的辅助电源电路141,并对辅助电源电路141进行充电。辅助电源电路141为开关电路142提供辅助电源,当对辅助电源电路141充电的电压到达设定值后,开关控制单元143控制开关电路142进行充电,当开关电路142充电到达设定值后,即可驱动整个单功率转换级14开始工作,本发明实施例提供的单功率转换级14同时具有功率因素调整以及输出电流调整的功能,可以有效提高LED驱动电源电路工作时的综合效率。
[0032] 本发明实施例通过优化设计后的驱动控制电路,使其同时具有功率因素调整以及输出电流调整功能,提高了 LED驱动电源电路工作时的综合效率。
[0033] 实施例二:
[0034] 图4示出了本发明实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构,为了便于说明只不出了与本发明实施例相关的部分。
[0035] 其中,过压保护单元11的两端接与交流输入端的火线和零线,交流输入滤波单元12、全波整流单元13以及钳位二极管Zl依次串接于交流电压输入端,且钳位二极管Zl的阳极接地,电容Cl 一端与钳位二极管Zl的阴极连接,另一端接地。
[0036] 单功率转换级14与全波整流单元连接,包括辅助电源电路141、开关电路142、开关控制单元143。
[0037] 具体而言,辅助电源电路141包括二极管D1、限流电阻R1、平滑电容C2、钳位二极管Z2。
[0038] 其中,二极管Dl的阴极依次通过限流电阻Rl以及平滑电容C2后接地,阳极与全波整流单元连接。
[0039] 钳位二极管Z2的阴极与平滑电阻C2的第一端连接,阳极与平滑电阻C2的第二端连接。
[0040] 开关电路142包括主开关S1、功率电感L2、整流二极管D4、驱动开关S2、驱动开关
S3、电流采样电阻R2以及储能电容C4。
[0041] 其中,功率电感L2的第一端与辅助电源电路以及开关控制单元分别连接,第二端与整流二极管D4的阳极连接。
[0042] 整流二极管D4的阴极与电源输出端连接。
[0043] 主开关SI的输入端与整流二极管D4的阳极以及开关控制单元分别连接,输出端与驱动开关S2的输入端连接,控制端与辅助电源电路以及开关控制单元分别连接。
[0044] 驱动开关S2的输出端与储能电容C4的第一端以及开关控制单元分别连接,控制端与开关控制单元连接。
[0045] 储能电容C4的第二端接地。
[0046] 驱动开关S3的输入端与主开关SI的输出端连接,输出端与电流采样电阻R2的第一端以及开关控制单元分别连接,控制端与开关控制单元连接。
[0047] 电流采样电阻R2的第二端接地。
[0048] 开关控制单元143包括主控单元1431、高压启动单元1432、电源自举单元1433、电流采样单元1434以及峰谷检测单元1435。
[0049] 其中,主控单元1431的第一端与功率电感L2的第一端连接,第二端与高压启动单元1432的第二端的共同端连接于主开关SI的栅极,第三端与高压启动单元1432的第一端连接,第四端与驱动开关S2的第三端连接,第五端与电源自举单元的第一端连接,第六端与电流采样单元的第一端连接,第七端与开关S3的第三端连接,第八端与峰谷检测单元的第一端连接。
[0050] 高压启动单元1432的第三端与电源自举单元1433的第二端的共同端与储能电容C4的第一端连接。
[0051] 电流采样单元1434的第二端与驱动开关S3的第二端连接。
[0052] 峰谷检测单元1435的第二端与主开关SI的漏极连接。
[0053] 主开关SI可以为MOS管或者三极管。
[0054] 当输入端有交流电源输入时,交流电源电源经保护熔丝F1,压保护单元11,交流输入滤波单元12,全波整流桥13,到整流滤波电容Cl。从C端通过二极管D1,限流电阻Rl向平滑电容C2充电,当E点的充电电压达到设定值后,高压启动单元1432向储能电容C4充电,使储能电容C4的上端电压逐渐升高,当储能电容C4的电压升高到设定值后,电路主控单元1431、电流采样单元1434、峰谷值检测单元1435开始工作,从而使单功率转换级开始工作。
[0055] 单功率转换级中的主开关SI的导通由主控单元1431控制,并以固定导通时间和临界导电模式进行工作。主开关SI的导通时间增加,该LED驱动电源电路的输出电流增力口,主开关SI的导通时间减少,该LED驱动电源电路的输出电流减少。通过电流采样单元1434检测电流采样电阻R2上的电流,对这个电流信号进行处理,从而获得LED驱动电源电路输出的电流平均值信息,将该信息输入到主控单元1431,与主控单元1431中的预设值比较来决定增加或者减少主开关SI的导通时间,最终使输出电流与设定值相同。通过这种控制方法,在负载或者输入电压有波动时,主控单元1431可以动态地调整主开关SI的导通时间,从而获得期望的输出电流。
[0056] 在主开关SI导通期间,电感L2电流上升,导通固定时间以后,主控单元1431会关断S1.当主开关SI关断时,由于主开关SI和输出整流二级管D4的寄生电容影响,主开关SI的上端D点电压从O逐渐上升(“O”电压关断),当D点电位上升到超过滤波电容C3下端的K点电位时,整流二极管D4导通,L2电感的电流经过整流二极管D4输出到LED负载,L2电感电流从峰值开始下降。当L2电感电流下降到O时,由于整流二极管D4和主开关SI的寄生电容与功率电感L2的谐振作用,主开关SI的上端D点电位开始下降,经过一段时间,主开关SI上端D点电压会出现峰谷值.峰谷值检测单元1435通过检测D端电压,当电压出现峰谷值时,将检测到的结果送到主控单元1431,主控单元1431就根据P端电压检测结果,来决定通过驱动开关S2还是驱动开关S3来驱动主开关SI在这一时刻导通(“O”电压导通),通过这个方法,即当主开关SI的输入端的电压出现峰谷值的时候,主开关SI导通,导通损耗大幅降低。当导通固定时间以后,主控单元关断驱动开关S2或者驱动开关S3,驱动开关S2或者驱动开关S3关断以后,主开关SI并不是立即关闭,D点的电压并不是立即变高,由于主开关SI和输出整流二级管D4的寄生电容影响,D点的电压逐渐升高,F点的电压也跟随D点的电压升闻,当F点的电压为E点的电压与开关管阈值电压的差时,主开关
SI开始关断,此时D点的电压接近E点的电压,而E点的电压被钳位在一固定值,远低于输入的交流电压以及输出的直流电压,因此,主开关SI在关断过程中的损耗很低。除了开关损耗低以外,由于开关转换电路以固定的导通时间以及临界导电模式的形式进行工作,使这种功率转换器具有很高的功率因数。
[0057] 储能电容C4的P端电位处于正常范围时,主控电路1431选择开关驱动S3控制主开关SI的导通和关断,从而实现单功率转换级的功能。开关控制单元143的工作电源来自于储能电容C4,正常工作时,P端由于控制电路本身工作电流的消耗,会逐渐降低。当P端电压低于预设值时,主控电路1431选择驱动开关S2来控制主开关SI导通和关断,当D端电压出现峰谷值时,主控电路1431控制驱动开关S2来驱动主开关SI导通,电流经整流输出端C至工作电感L2主开关SI,以及驱动开关S2对储能电容C4充电,当P端电压达到预设上限值后,驱动开关S2关断,驱动开关S3导通,转入正常开关状态。通过这种方式,可以很好地提高电源效率。
[0058] 在本发明实施例中,主开关SI可以是MOS管,也可以是三极管,当主开关SI为MOS管时,主开关SI的输入端为漏极,输出端为源极,控制端为栅极;当主开关SI为三极管时,主开关SI的输入端为集电极,输出端为发射极,控制端为基极。驱动开关S2以及驱动开关S3可以是MOS管,也可以是三极管,当驱动开关S2以及驱动开关S3为MOS管时,驱动开关
S2或者所述驱动开关S3的输入端为漏极,输出端为源极,控制端为栅极;当驱动开关S2以及驱动开关S3为三极管时,驱动开关S2或者驱动开关S3的输入端为集电极,输出端为发射极,控制端为基极。
[0059] 在本发明实施例中,本发明提供的LED驱动电源电路根据实时的电流和电压信息,动态地控制主开关以及通过驱动控制电路自身充放电的动态控制,能够驱动控制电流的输出、降低开关损耗以及提高电源效率等效果。
[0060] 实施例三:
[0061] 图5示出了本发明第二实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构,为了便于说明只示出了与本发明实施例相关的部分。
[0062] 主开关SI为MOS管Ql,驱动开关S2为MOS管Q2,驱动开关S3为MOS管Q3,且采用源极驱动。
[0063] 其中,MOS管Q2的漏极与主开关Ql的源极连接,源极与储能电容C4的第一端连接,栅极与开关控制单元143连接。
[0064] MOS管Q3的漏极与MOS管Q2的漏极和连接,源极与电流采样电阻R2的第一端连接,栅极与开关控制单元143连接。
[0065] 在实际工作中,在D点电位接近为“O”时,MOS管Q3导通,F点的电位下降,使MOS管Ql导通。随着MOS管Ql的导通,功率电感L2的电流上升,当达到设定的导通时间时,MOS管Q3关断。随着MOS管Q3的关断,D点的电位并不是立刻变高,由于MOS管Ql和输出整流二级管D4的寄生电容影响,D点的电位逐渐升高,当F点电位升高到接近E点电位时,MOS管Ql完全关断。此时D点的电位仍然很低,大约是十几伏。因此,MOS管Ql的关断过程的损耗很低。在这一过程中,功率电感L2的电流对D点的寄生电容充电。
[0066] 当D点电位上升到超过直流负载的K点电位时,二极管D4导通,,功率电感L2的电流经过D4输出到LED负载,L2电感电流下降。当L2电感电流下降到O时,由于整流二极管D4和MOS管Ql的寄生电容与功率电感L2的谐振作用,MOS管Ql的上端D点电位开始下降,经过一段时间,MOS管Ql上端D点电压会出现峰谷值。当D点电位接近为“O”时,MOS管Q3导通,因此可以降低MOS管Ql的导通过程的损耗。
[0067] 在工作过程中,LED驱动电源采用逐周期限流的工作模式,可以对过电流提供保护。
[0068] 实施例四:
[0069] 图6示出了本发明第三实施例提供的LED驱动电源电路的电路结构,为了便于说明只示出了与本发明实施例相关的部分。
[0070] 主开关SI为三极管Tl,驱动开关S2为三极管T2,驱动开关S3为三极管T3,且采用射极驱动。
[0071] 其中,三极管T2的集电极与三极管Tl的发射极连接,发射极与储能电容C4的第一端连接,基极与开关控制单元143连接。
[0072] 三极管T3的集电极与三极管T2的集电极连接,发射极与电流采样电阻R2的第一端连接,基极与开关控制单元连接。
[0073] 在本发明提供的实施例中,当主开关SI为MOS管时,驱动开关S2和驱动开关S3也可以为三极管;当主开关SI为三极管时,驱动开关S2和驱动开关S3也可以为MOS管。
[0074] 实施例五:
[0075] 本发明实施例中提供的LED驱动电源电路可以广泛应用于各种LED驱动电源中,这些LED驱动电源可以应用于照明装置等领域。
[0076] 本发明通过对单功率转换级中的驱动控制电路的优化设计,提高了 LED驱动电源电路工作时的综合效率。其具体的有益效果如下:
[0077] 1、主控单元根据采样电流值与设定值的比较,动态地控制主开关的通断时间,以获得期望的输出电流;
[0078] 2、主控单元根据电压检测结果,动态地控制驱动开关来驱动主开关,从而能够降低开关损耗;
[0079] 3、单功率转换级采取固定的导通时间以及临界导电模式工作,可以提高LED驱动电源电路的功率因数;
[0080] 4、通过单级功率转换级自身充放电的动态控制,可以提高电源效率;
[0081] 5、该驱动电源电路采用逐周期限流的功能,可以对过电流提供快速保护;
[0082] 6、主开关的输入端的电压出现峰谷值的时候,主开关导通,开关导通功耗低;
[0083] 7、主开关关断的时候,主开关的输入端的电压被钳位在固定阈值附近,远低于输入的交流电压以及输出的直流电压,所以,主开关在关断过程中的损耗很低,使整个电路开关损耗大幅降低;
[0084] 8、该LED驱动电源电路结构简单,易于实现。
[0085] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LED驱动电源电路,包括过压保护单元、交流输入滤波单元、全波整流单元以及单功率转换级,其特征在于,所述单功率转换级包括辅助电源电路、开关电路以及开关控制单元; 所述辅助电源电路,与所述全波整流单元的输出端连接,用于为所述开关电路提供辅助电源; 所述开关电路,与所述辅助电源电路、所述开关控制单元以及电源输出端分别连接,用于通过开关的通断控制输出的电源; 所述开关控制单元,与所述开关电路连接,用于对所述开关电路进行动态控制,以提高电路的综合效率;其中: 所述开关电路包括主开关S1、功率电感L2、整流二极管D4、驱动开关S2、驱动开关S3、电流采样电阻R2以及储能电容C4 ; 其中,所述功率电感L2的第一端与所述辅助电源电路以及所述开关控制单元分别连接,第二端与所述整流二极管D4的阳极连接; 所述整流二极管D4的阴极与电源输出端连接; 所述主开关SI的输入端与所述整流二极管D4的阳极以及所述开关控制单元分别连接,输出端与所述驱动开关S2的输入端连接,控制端与所述辅助电源电路以及所述开关控制单元分别连接; 所述驱动开关S2的输出端与所述储能电容C4的第一端以及所述开关控制单元分别连接,控制端与所述开关控制单元连接; 所述储能电容C4的第二端接地; 所述驱动开关S3的输入端与所述主开关SI的输出端连接,输出端与所述电流采样电阻R2的第一端以及所述开关控制单元分别连接,控制端与所述开关控制单元连接; 所述电流采样电阻R2的第二端接地。
2.如权利要求1所述的LED驱动电源电路,其特征在于,正常工作时,所述开关控制单元根据所述储能电容C4的输入端的电压,通过对所述开关电路的控制,对所述储能电容C4充电,且所述储能电容C4向所述开关控制单元供电。
3.如权利要求1所述的LED驱动电源电路,其特征在于,所述主开关SI的输入端的电压出现峰谷值的时候,所述主开关Si导通; 正常工作时,所述主开关SI的控制端的电压被钳位在固定值,所述主开关SI的输出端的电压为所述固定值与开关管阈值电压的差时,所述主开关Si开始关断。
4.如权利要求3所述的LED驱动电源电路,其特征在于,所述主开关SI为MOS管或者三极管; 当所述主开关SI为MOS管Ql时,所述主开关SI的输入端为MOS管Ql的漏极,所述主开关SI的输出端为MOS管Ql的源极,所述主开关SI的控制端为MOS管Ql的栅极; 当所述主开关SI为三极管Tl时,所述主开关SI的输入端为三极管Tl的集电极,所述主开关SI的输出端为三极管Tl的发射极,所述主开关SI的控制端为三极管Tl的基极。
5.如权利要求3所述的LED驱动电源电路,其特征在于,所述驱动开关S2为MOS管或者三极管; 当所述驱动开关S2为MOS管Q2时,所述驱动开关S2的输入端为MOS管Q2的漏极,所述驱动开关S2的输出端为MOS管Q2的源极,所述驱动开关S2的控制端为MOS管Q2的栅极; 当所述驱动开关S2为三极管T2时,所述驱动开关S2的输入端为三极管T2的集电极,所述驱动开关S2的输出端为三极管T2的发射极,所述驱动开关S2的控制端为三极管T2的基极。
6.如权利要求3所述的LED驱动电源电路,其特征在于,所述驱动开关S3为MOS管或者三极管; 当所述驱动开关S3为MOS管Q3时,所述驱动开关S3的输入端为MOS管Q3的漏极,所述驱动开关S3的输出端为MOS管Q3的源极,所述驱动开关S3的控制端为MOS管Q3的栅极; 当所述驱动开关S3为三极管T3时,所述驱动开关S3的输入端为三极管T3的集电极,所述驱动开关S3的输出端为三极管T3的发射极,所述驱动开关S3的控制端为三极管T3的基极。
7.如权利要求3所述的LED驱动电源电路,其特征在于,所述开关控制单元包括主控单元、高压启动单元、电源自举单元、电流采样单元以及峰谷检测单元; 其中,所述主控单元的第一端与所述功率电感L2的第一端连接,第二端与所述高压启动单元的第二端的共同端连接于所述主开关SI的控制端,第三端与所述高压启动单元的第一端连接,第四端与所述驱动开关S2的控制端连接,第五端与所述电源自举单元的第一端连接,第六端与所述电流采样单元的第一端连接,第七端与所述开关S3的控制端连接,第八端与所述峰谷检测单元的第一端连接; 所述高压启动单元的第三端与所述电源自举单元的第二端的共同端与所述储能电容C4的第一端连接; 所述电流采样单元的第二端与所述驱动开关S3的输出端连接; 所述峰谷检测单元的第二端与所述主开关SI的输入端连接。
8.一种包含了权利要求1至7任一项所述的LED驱动电源电路的LED驱动电源。
9.一种包含了权利要求1至7任一项所述的LED驱动电源电路的LED照明装置。
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