CN102821522A - 用于led路灯的llc谐振式恒流驱动电源 - Google Patents

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黄欣
廖鹏飞
杨云
廖乾兰
耿煜
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Abstract

本发明涉及LED（发光二极管）路灯驱动电源。本发明针对LED路灯照明电源系统技术复杂、设计步骤繁琐、所需元件多、体积大、成本高的缺点，公开了一种用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源。本发明将功率因数校正技术与LLC谐振软开关技术以及后级多路恒流驱动电路相结合，采用最适合的电路拓扑，更简化的控制策略，更集成化的电路，提高了LED驱动电源的性能。本发明集功率因数校正和LLC谐振控制于一体，充分发挥了LLC谐振式电路拓扑结构隔离功能、动态电压调整功能，具有集成度高、效率高、稳定性好、成本低、体积小的特点，特别适合LED路灯等大功率应用的场合。

Description

用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术，特别涉及LED（发光二极管）路灯驱动电源。
背景技术
LED照明技术具有节能、环保、寿命长和易控制等优点，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。在LED照明产业如此光明的前景下，针对照明领域的不同应用，各种LED灯的驱动电源也在迅速发展，现有LED驱动电源大都采用开关电源技术。随着现代电力电子技术的发展、高频开关器件的诞生，开关电源向着集成化、模块化和高频化的方向发展。但传统的LED恒流驱动电源都是采用前级PFC（功率因数矫正）电路，中间级DC-DC（直流-直流）恒压驱动电路和后级多路分立DC-DC恒流驱动电路分别控制，需要多个控制芯片和多套控制电路，特别是对于大功率LED照明应用的场合，如路灯照明等，技术复杂、设计步骤繁琐、所需元件多、体积大、成本高。
LLC（电感、电容谐振电路）谐振变换器是一种通过控制开关频率来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是可以实现原边开关管的零电压开通（ZVS）和副边整流二极管的零电流关断（ZCS），可以实现高效率的DC-DC变换。现有检索资料利用LLC谐振变换器做恒压输出电源，也有检索资料具有动态余量控制功能的LED线性恒流驱动电源。但目前集成度高，且具有PFC控制功能的LLC谐振式LED路灯恒流驱动电源尚未见报道。
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，提高LED路灯驱动电源的集成度，减小体积，降低成本。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，包括整流滤波单元、LLC谐振控制单元、PFC控制单元、直流输出单元、LED恒流驱动单元；
所述整流滤波单元与交流电源连接，用于对输入交流电进行整流和滤波；
所述LLC谐振控制单元与直流输出单元连接，对直流输出单元进行恒压控制；
所述PFC控制单元与直流输出单元连接，用于控制电源的功率因数；
所述直流输出单元与整流滤波单元连接，在LLC谐振控制单元和PFC控制单元控制下输出恒定电压；
所述LED恒流驱动单元与直流输出单元连接，用于驱动LED模块，所述LED恒流驱动单元由集成电路构成，具有1路以上的输出接口，用于连接不同的LED模块；
所述LLC谐振控制单元包括LLC谐振控制器，所述PFC控制单元包括PFC控制器，所述LLC谐振控制器和PFC控制器集成在同一控制芯片中。
本发明将功率因数校正技术与LLC谐振软开关技术以及后级多路恒流驱动电路相结合，采用最适合的电路拓扑，更简化的控制策略，更集成化的电路，提高了LED驱动电源的性能，特别适合LED路灯等大功率应用的场合。
具体的，所述整流滤波单元包括桥式整流器和滤波电容，所述桥式整流器输入端接交流电源，所述滤波电容并联在桥式整流器输出端。
桥式整流器和滤波电容组成的整流滤波单元，具有结构简单、技术成熟、成本低的特点。
具体的，所述LED恒流驱动单元具有4路输出接口，用于连接4组LED模块。
采用这种单片集成电路就可以连接4组LED模块，基本上能够满足LED路灯的驱动功率要求，具有结构紧凑，集成度高、便于装配的特点。
优选的，所述LED模块由LED串联构成。
由多个LED串联构成的模块，非常适合恒流驱动方式，是本发明优选的LED模块结构形式。
具体的，所述LED恒流驱动单元型号为LM3464。
LM3464集成电路是美国国家半导体公司的一款高电压电流驱动控制器，具有4路独立的稳流器通道。该控制器搭配N沟道场效应晶体管及检测电阻，可以为4路LED模块提供大小一致的驱动电流。LM3464芯片适用于极宽的输入电压范围，可以利用高达80V的输入电压驱动多颗串联的LED，对于需要大量采用LED的照明系统非常适用。
具体的，所述控制芯片型号为TEA1713。
荷兰恩智浦公司推出的TEA1713谐振变换器，是一款将功率因数校正（PFC）、容性模式保护和自适应式死区时间控制等多种功能集成于一体的LLC谐振变换器。采用该芯片构成的半桥谐振变换器在高功率应用场合，其能效高达90%以上。该芯片具有强大的保护功能，包括谐振变换器的容性模式保护、高频保护和自适应式死区时间控制等，非常适合本发明的应用环境。
进一步的，还包括检测反馈单元，用于检测输出电压并将检测信号反馈到控制芯片中，所述检测反馈单元检测端与直流输出单元连接，其输出端与控制芯片连接。
检测反馈单元通过检测输出电压，向控制芯片提供输出电压状态信息，使输出电压保持稳定。
具体点，所述检测反馈单元包括光电耦合器，用于检测端和输出端的信号传递和隔离。
采用光电耦合器作为检测反馈单元在主要结构，可以保证控制芯片不受输出电压的影响，起到良好的隔离作用。
本发明的有益效果是，集功率因数校正和LLC谐振控制于一体，充分发挥了LLC谐振式电路拓扑结构隔离功能、动态电压调整功能，且具有集成度高、效率高、稳定性好、成本低、体积小的特点。
附图说明
图1为本发明电路框图；
图2为实施例的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源电路框图如图1所示，包括整流滤波单元、LLC谐振控制单元、PFC控制单元、直流输出单元、LED恒流驱动单元。整流滤波单元与交流电源连接，对输入交流电进行整流和滤波。该单元通常由整流器和滤波电容构成，根据电网电压不同，其输出通常为150或300V左右的高压直流电。由于整流器输出的直流电需要经过稳压处理，滤波电容一般不需要太高的容量，可以采用体积较小的陶瓷电容器等，整流器一般采用半导体桥式整流器。整流滤波单元的输出连接到直流输出单元进行DC-DC变换，得到需要的直流电压输出。直流输出单元通常包括功率开关管、脉冲变压器等，在LLC谐振控制单元和PFC控制单元控制下输出恒定电压。LLC谐振控制单元与直流输出单元连接，对直流输出单元进行恒压控制。LLC谐振控制单元输出的驱动脉冲，通过控制功率开关管的导通时间实现稳压控制。PFC控制单元与直流输出单元连接，通过采集整流滤波单元的输出电压信号，对电源的功率因数进行校正，提高电源系统的功率因数。本发明中，LLC谐振控制单元的LLC谐振控制器及PFC控制单元的PFC控制器被集成封装在同一控制芯片中，不但可以提高电源的集成度，而且可以简化电路结构和设计。该芯片配合简单的外围电路，就可以完成电源系统的功率因数校正和LLC谐振稳压控制。图1中，LED恒流驱动单元与直流输出单元连接，用于驱动LED模块。本发明的LED恒流驱动单元采用集成电路构成，具有1路以上的输出接口，以便连接不同的LED模块，适应大功率LED路灯照明的需要。
实施例
本例用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，电路结构如图2所示。本例中，整流滤波单元包括桥式整流器和滤波电容，桥式整流器输入端接交流电源，滤波电容并联在桥式整流器输出端。这是开关电源整流单元的典型结构，其输出的高压直流电作为直流输出单元功率开关管的工作电压。本例控制芯片采用荷兰恩智浦公司的TEA1713控制芯片，该芯片具有功率因数校正（PFC）和LLC谐振控制功能，用一片集成电路就可以完成电源系统的功率因数校正和谐振稳压控制。图2中，电阻R1、电阻R2、电感T1、三极管Q1、电阻R7、二极管D1、电容C6、电阻R8、电阻R9以及脉冲变压器T2、谐振电容C11，可以看成是控制芯片TEA1713的外围电路，与控制芯片TEA1713共同完成电源系统的功率因数校正和谐振稳压控制。功率开关管Q2、功率开关管Q3，脉冲变压器T2等构成本例的直流输出单元，电容C12为直流输出单元的滤波电容。功率开关管Q2、Q3的栅极与控制芯片TEA1713输出的脉冲信号连接，通过控制其导通时间实现输出电压的稳压控制。
图2所示电路结构中还包括检测反馈单元，用于检测输出电压并将检测信号反馈到控制芯片中，该检测反馈单元检测端与直流输出单元输出的直流电压连接，输出端与控制芯片连接。直流输出单元输出直流电压的波动，被检测反馈单元采集，用于控制芯片对功率开关管的导通时间进行控制。检测反馈单元由光电耦合器、采样电路等构成。光电耦合器既可以传递检测信号也可以隔离检测端和输出端电气连接，保护控制芯片。
本例LED恒流驱动单元采用美国国家半导体公司型号为LM3464的恒流驱动芯片。该恒流驱动芯片具有4路输出接口，可以连接4组LED模块。图2中每组LED模块都由n只LED串联构成，分别表示为LEDa1……LEDan、LEDb1……LEDbn、LEDc1……LEDcn、LEDd1……LEDdn，可以实现大功率照明，n的具体数字根据总功率及每只LED功率大小确定。本例检测反馈单元通过电阻R14与LM3464连接，为恒流控制提供信号。图2中，LM3464连接的4组LED模块，每一组都通过N沟道场效应三极管控制电路与LM3464控制端连接，实现各组LED模块的恒流驱动控制。

Claims (8)

1.用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，包括整流滤波单元、LLC谐振控制单元、PFC控制单元、直流输出单元、LED恒流驱动单元；
所述整流滤波单元与交流电源连接，用于对输入交流电进行整流和滤波；
所述LLC谐振控制单元与直流输出单元连接，对直流输出单元进行恒压控制；
所述PFC控制单元与直流输出单元连接，用于控制电源的功率因数；
所述直流输出单元与整流滤波单元连接，在LLC谐振控制单元和PFC控制单元控制下输出恒定电压；
所述LED恒流驱动单元与直流输出单元连接，用于驱动LED模块，所述LED恒流驱动单元由集成电路构成，具有1路以上的输出接口，用于连接不同的LED模块；
所述LLC谐振控制单元包括LLC谐振控制器，所述PFC控制单元包括PFC控制器，所述LLC谐振控制器和PFC控制器集成在同一控制芯片中。
2.根据权利要求1所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述整流滤波单元包括桥式整流器和滤波电容，所述桥式整流器输入端接交流电源，所述滤波电容并联在桥式整流器输出端。
3.根据权利要求1所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述LED恒流驱动单元具有4路输出接口，用于连接4组LED模块。
4.根据权利要求3所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述LED模块由LED串联构成。
5.根据权利要求3所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述LED恒流驱动单元型号为LM3464。
6.根据权利要求1所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述控制芯片型号为TEA1713。
7.根据权利要求1所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，还包括检测反馈单元，用于检测输出电压并将检测信号反馈到控制芯片中，所述检测反馈单元检测端与直流输出单元连接，其输出端与控制芯片连接。
8.根据权利要求7所述的用于LED路灯的LLC谐振式恒流驱动电源，其特征在于，所述检测反馈单元包括光电耦合器，用于检测端和输出端的信号传递和隔离。
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