CN103025009A - 一种led驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动控制电路，该LED驱动控制电路主要包括PFC控制电路、LLC控制电路和控制芯片；所述的PFC控制电路包括IC供电电路和启动电路、PFC MOSFET驱动电路、电压检测电路和补偿电路；所述的控制芯片是指芯片PLC810PG；所述的LLC控制电路采用的是半桥谐振拓扑结构。本发明用于提高LED驱动控制电路的工作效率，使其工作效率达到90.5％，功率因数大于0.98，减小开关损耗。

Description

一种LED驱动控制电路

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，可用于LED驱动控制电路，用于提高LED驱动电源工作效率，增大功率因数，减小开关损耗。

背景技术

2011年11月4日国家正式发布了白炽灯淘汰路线图。这就给下一代LED照明光源带来了极大的发展空间和市场前景。目前，LED均采用直流驱动，所以不能使用交流市电直接驱动，需要在两者之间加电源转换适配器，即LED驱动电源。它的功能就是把交流市电转换成可供LED使用的直流电。

在采用DC-DC电源的LED照明应用中，LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等。在电阻型驱动方式中，调整与LED串联的电流检测电阻即可控制LED的正向电流，这种驱动方式易于设计、成本低，且没有电磁兼容(EMC)问题，劣势是依赖于电压、需要筛选LED，且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有EMC问题，还支持电流稳流及过流保护，且提供外部电流设定点，不足在于功率耗散问题，及输入电压要始终高于正向电压，且能效不高。而本发明由于PFC控制器内部还包含乘法器，矫正后的功率因数可达92％-99％，电源整机效率可达到90％。开关稳压器通过PWM控制模块不断控制开关(FET)的开和关，进而控制电流的流动。开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能控制亮度，不足则是成本相对较高，复杂度也更高，且存在电磁干扰(EMI)问题。本发明由于PFC频率和相位与LLC保持严格同步，不仅减小了PFC输出电容中的纹波电流，还降低了电磁干扰。

而在采用AC-DC电源的LED应用中，要提供更高的AC-DC转换能效，就涉及到成本、尺寸、性能规范及能效等因素之间的折衷问题。例如，若使用更高质量的元件、更低导通阻抗，就可降低损耗及改善能效；降低开关频率一般会改善能效，但却会增加系统尺寸。诸如谐振这样新的拓扑结构提供更高能效，却也增加设计及元件的复杂度。而本发明采用了PLC810PG设计了LED驱动控制电路，由于芯片PLC810PG将功率因数校正器(PFC)和半桥LLC控制器集成在一个芯片中，可大大简化外围电路设计，又能够通过外围电阻来设定LLC的最高工作频率，并可通过精确配置两个开关管的死区时间来减小MOSFET的损耗，而且PLC810PG构成的PFC电路工作在连续导通模式(CCM)。半桥型LLC控制器采用零电压开关(ZVS)技术，使MOSFET能在零电压时导通，不仅减小了冲击电流，还降低了开关损耗，提高了电源效率。

本发明主要是用于LED驱动电源，是采用了芯片PLC810PG设计的LED驱动控制电路，迄今为止，尚未见到将该项技术用于LED照明驱动的报道。

发明内容

本发明提供了一种LED驱动控制电路，用于提高LED驱动电源工作效率，使其工作效率达到90.5％，功率因数大于0.98，减小开关损耗。该驱动控制电路能够正常实现150W恒流输出，EMC达标，所述LED驱动控制电路最主要的是PFC控制电路、LLC控制电路和PLC810PG芯片。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种LED驱动控制电路，包括PFC控制电路、LLC控制电路和控制芯片，所述的PFC控制电路包括IC供电电路和启动电路、PFC MOSFET驱动电路、电压检测电路和补偿电路；所述的控制芯片是指芯片PLC810PG；所述的LLC控制电路采用的是半桥谐振拓扑结构。

所述的PLC810PG芯片中PFC与LLC工作频率相同，设定开关频率为90kHz，用于减小磁芯尺寸，增加PFC的效率，减小PFC输出电容的纹波电流和降低电磁干扰。

所述的IC供电电路是由一个升压电感加上一个偏置绕组，并由二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电阻R1组成的倍压电路构成；所述的供电电路经串联电阻与控制芯片第7引脚相连接。

所述的启动电路是由三极管Q1、三级管Q2、三极管Q3、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D5、电容C3、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6构成，电流经过整流桥经功率电阻R4通过三极管Q2对电容C3充电，为所述的IC供电电路提供启动偏置；所述的功率电阻R4选取2W，用于防止启动时因过热烧毁。

所述的PFC MOSFET驱动电路中的MOSFET串联一个图腾柱并与控制芯片的第6引脚相连接；所述的PFC MOSFET驱动电路采用了成本更低的超快恢复二极管取代碳化硅或者其它专用二极管，用于减小反向恢复损耗来提供更高的效率；所述的PFC MOSFET驱动电还采用了二极管D1处于连接在PFC输出电容上，用于防止PFC刚开始工作时浪涌电流导致升压电感饱和并对Q2和D2造成应力过高。

所述的半桥LLC谐振电路采用零电压开关技术，使MOSFET在零电压时导通，用于减小冲击电流，降低开关损耗，提高电源效率；所述的半桥LLC谐振电路上MOSFET与所述控制芯片第12引脚相连接，下MOSFET与所述控制芯片第10引脚相连接。

所述的LED驱动控制电路还包括EMI滤波电路、整流滤波、辅助电源和LLC反馈电路；所述的EMI滤波电路连接整流桥；所述整流滤波采用的桥式整流，一路连接PFC输入，另一路连接PFC输出。所述的LLC反馈电路与所述控制芯片的第20引脚相连接。

综上所述，通过本发明所述的电路、配置及方法实现了高效率高功率因数的LED驱动控制电路，减小了LED驱动控制电路的复杂程度，降低了开关损耗。

附图说明

图1是本发明LED驱动控制电路结构框图；

图2是本发明IC供电电路和启动电路的电路图；

图3是本发明PFC MOSFET驱动电路和检流电路的电路图；

图4是本发明电压检测电路和补偿网络的电路图；

图5是本发明半桥式LLC谐振变换器的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1给出了本发明LED驱动控制电路的结构方框图，如图1所示，该LED驱动电路主要包括输入电路、PFC控制电路、控制芯片、LLC控制电路和输出电路，控制芯片PLC810PG。

图2给出的是本发明IC供电电路和启动电路，如图2所示，通过给升压电感增加一个偏置绕组构成IC供电电路，并由二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R1构成倍压电路对其整流滤波，形成相对独立的偏置电压。元器件三极管Q1、Q2、Q3，稳压管D3、D4、D6，二极管D5，电容C3，电阻R2、R3、R5、R6构成偏压稳压器和启动功能。Bridge+是整流桥的正极输出端，电阻R4通过三极管Q2对电容C3充电和为IC提供启动偏置。由于启动瞬间在电阻R4上的功耗较大，发热量也是其它电阻器的数倍，需要使用功率电阻，而在选择电阻器的功率时又必须降额使用。在这里选取2W的功率电阻，防止在启动时因过热而烧毁。三极管Q2的电压被稳压管D4钳位于15V，三极管Q1会在主偏置电源达到稳定时导通，从而使三极管Q2截止，将启动电路断开。三极管Q3、电阻R6、稳压管D6则形成一个简单的射极跟随器，使输出电压经电容C3滤波之后，可以持续稳定的给IC供电。

图3给出的是本发明PFC MOSFET驱动电路和检流电路，如图3所示，电容C2、C3，电感L、场效晶体管Q3和二极管D4组成了一个连续导通模式的Boost功率因数校正电路。三极管Q1、Q2，电阻R3、R4以及磁环F1用于缓冲来自控制器PLC810PG的PWM驱动信号，以稳定驱动场效晶体管Q3的导通与截止。电阻R4能够对场效晶体管Q3的关断速度进行调整，以便优化二极管D4和场效晶体管Q3之间的损耗。电容C1构成驱动电路的旁路，以滤除驱动信号受干扰后叠加的高频信号，防止误动作，PFC级的检流电阻是电阻R1和R2。这两个并联电阻的电压被钳位在两个二极管D2和D3的串联压降上，为IC提供电流检测输入保护，防止故障发生时损坏IC。在电路刚通电时，二极管D1处于导通状态且连接在PFC输出电容(C3)上。这样设计主要是为了防止PFC刚开始工作时的浪涌电流导致升压电感L饱和并对三极管Q2和二极管D2造成应力过高。电容C2放置在PFC MOSFET和二极管附近，用来减小场效晶体管Q3、二极管D4和电容C3周围的EMI。

图4给出的是本发明电压检测电路和补偿网络，如图4所示，PFC升压后的输出电压通过电阻R3、R4、R5、R6、R7和R8反馈到升压电压检测引脚(PLC810PG的FBP)。电容C5用于过滤噪声，电容C1、C2和电阻R1用于提供PFC的频率补偿。大信号出现时开关管Q1导通，旁路电容C26，这使得在大的负载阶跃出现时，PFC控制回路能够快速响应。图中的检流电路由电阻R2和电容C3对PFC电流检测信号进行滤波，然后接入IC的ISP引脚。GATEP引脚的PFC驱动信号通过电阻R9传送到MOSFET的驱动电路使主开关工作。

PLC810PG的PFC电路频率、相位由LLC电路来决定。PLC810PG采用了先进冲突避免技术，将PFC的边缘跨骑在LLC的边缘上，能够防止PFC和LLC段的边缘同时发生跳变，降低了PFC和LLC电路之间的干扰。

PFC控制器有两个输入引脚：电流检测引脚(ISP引脚)和电压反馈输入引脚(FBP引脚)。VCOMP引脚用于放置反馈补偿元件，MOSFET栅极信号输出引脚专用于与外部MOSFET驱动器配合工作。ISP引脚用来检测电感电流，通过采样电流检测电阻上产生的负电压即可，该电阻连接在PFC MOSFET的源极，该引脚还执行逐脉冲电流限制来避免PFC MOSFET短路。PFC的输出电压由FBP引脚通过一个电阻分压网络检测，FBP引脚与跨导运算放大器(OTA)的输入端相连，该OTA的输出则连接到了VCOMP引脚，而反馈环路可将FBP引脚的电压(以及与它相关的PFC输出电压)保持在一个稳定值，具体输出电压值的大小由电阻分压比来确定。当PFC输出电压超过预设值时，跨导放大器将输出电流，使VCOMP引脚的电压升高，当PFC输出电压低于预设值时，跨导放大器将吸入电流，使VCOMP引脚的电压降低，该级的增益大小等于OTA的增益(GM)与VCOMP引脚上所连接的电阻的乘积。

从FBP引脚所接入的电压将与内部基准电压(2.2V)进行对比，PFC输出分压经分压后的值需要与内部基准电压一致，即：

$\frac{R}{2.2V}=\frac{R8+R}{385}$

经换算可得，

$R=\frac{385V\×R8-2.2V\×R8}{2.2V}$

通常R8取10kΩ，可得R＝1740kΩ，因此可以用3个360kΩ和2个320kΩ电阻近似串联而成。

图5给出的是本发明半桥式串联LLC谐振变换器，如图5所示，LLC控制电路采用的是半桥式串联LLC谐振变换电路，半桥由两只MOSFET(Q1、Q2)构成，由LLC控制器直接驱动。MOSFET管Q1和Q2总是以50％的占空比反复交替通断，它们的开关频率取决于反馈环路C为谐振电容；Lr为串联谐振电感；Lm为励磁电感；二极管D1和D2为输出整流二级管；电容Co则是输出滤波电容。

Claims (7)

1.一种LED驱动控制电路，其特征是，包括PFC控制电路、LLC控制电路和控制芯片，所述的PFC控制电路包括IC供电电路和启动电路、PFC MOSFET驱动电路、电压检测电路和补偿电路；所述的控制芯片是指芯片PLC810PG；所述的LLC控制电路采用的是半桥谐振拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的PLC810PG芯片中PFC与LLC工作频率相同，设定开关频率为90kHz，用于减小磁芯尺寸和增加PFC的效率。

3.根据权利要求2所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的IC供电电路是由一个升压电感加上一个偏置绕组，并由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电阻(R1)组成的倍压电路构成；所述的供电电路经串联电阻与控制芯片第7引脚相连接。

4.根据权利要求2所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的启动电路是由第一三极管(Q1)、第二三级管(Q2)、第三三极管(Q3)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第三电容(C3)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)构成，电流经过整流桥经功率电阻R4通过三极管(Q2)对第三电容(C3)充电，为所述的IC供电电路提供启动偏置；所述的功率电阻R4选取2W，用于防止启动时因过热烧毁。

5.根据权利要求2所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的PFCMOSFET驱动电路中的MOSFET串联一个图腾柱并与控制芯片的第6引脚相连接；所述的PFC MOSFET驱动电路采用了成本更低的超快恢复二极管取代碳化硅或者其它专用二极管，用于减小反向恢复损耗来提供更高的效率；所述的PFCMOSFET驱动电还采用了二极管(D1)处于连接在PFC输出电容上，用于防止PFC刚开始工作时浪涌电流导致升压电感饱和并对三极管(Q2)和二极管(D2)造成应力过高。

6.根据权利要求2所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的半桥LLC谐振电路采用零电压开关技术，使MOSFET在零电压时导通，用于减小冲击电流，降低开关损耗，提高电源效率；所述的半桥LLC谐振电路上MOSFET与所述控制芯片第12引脚相连接，下MOSFET与所述控制芯片第10引脚相连接。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的LED驱动控制电路，其特征是，所述的LED驱动控制电路还包括EMI滤波电路、整流滤波、辅助电源和LLC反馈电路；所述的EMI滤波电路连接整流桥；所述整流滤波采用的桥式整流，一路连接PFC输入，另一路连接PFC输出；所述的LLC反馈电路与所述控制芯片的第20引脚相连接。

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