CN103037576B - 一种led恒流驱动电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED恒流驱动电源电路，含有EMI滤波模块、整流模块、功率因数校正和DC/DC转换模块、驱动控制模块等。外部输入的交流市电经过前端EMI滤波模块滤波后，经整流模块变为第一直流电，该第一直流电再经功率因数校正和DC/DC转换模块的功率因数校正和降压后变为第二直流电，该第二直流电电压降到安全电压以内，实现了高低压的电气隔离。驱动控制模块实现电流的恒定和电压的限制，给LED提供恒流和安全的电压。

Description

一种LED恒流驱动电源电路

技术领域

本发明涉及一种电源电路，特别涉及LED恒流驱动电源电路。

背景技术

最早出现的功率因数校正技术是由大电感和大容量的电容构成的无源网络来实现电源的PFC。无源功率校正的主要优点有高效率、高可靠性、低EMI、低价格；缺点是滤波电容和电感的值较大，使得电源体积较大而笨重，较难实现较高的功率因数，实际中谐波电流的抑制也不理想。

有源功率因数校正(APFC)技术采用有源器件实现PFC，如开关管和控制电路。APFC转换器由于工作在高频开关状态，实现了小体积、重量轻、高效率和高PF等优点。

APFC包括有源两级PFC和有源单级PFC。单级PFC反激式电源是目前的研究的热点，具有成本低、结构简单、体积小、易于实现多路输出等优点，但是效率不高、温升较高、EMI较强、工频纹波较大，无法满足现在高效率LED驱动器对功率因数校正最低要求，使这些电源无法达到对LED灯具的高效率和长寿命的保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一种可靠、高功率因数的单级PFC反激式LED恒流驱动电源电路。

本发明研制出的驱动电源电路，改进变压器设计，改进箝位电路，设计并实现了电源的同步整流，使得EMC设计的传导干扰达到国际标准，并实现良好的热设计、可靠性设计；提高了电源的效率。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种LED恒流驱动电源电路，包括EMI滤波电路、整流电路、PFC和DC/DC转换电路、驱动控制电路；EMI滤波电路的输入端，与外部输入的交流市电电连接，EMI滤波电路的输出端，与整流电路的输入端连接；整流电路的输出端，与PFC和DC/DC转换电路的输入端连接、与驱动控制电路的输入端连接；PFC和DC/DC转换电路的输出端和驱动控制电路的输出端连接LED负载；

所述的PFC和DC/DC转换电路包括主控芯片L6561、电阻R0～R23、电容C0～C7、二极管D0～D4、基准电压源TL431、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、P沟道MOS场效应晶体管T1、第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、光电耦合器U3；

主控芯片L6561的第1引脚与第三电阻R3的一端、第五电阻R5的一端、第三电容C3的一端连接，主控芯片L6561的第2引脚与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，主控芯片L6561的第3引脚与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接，主控芯片L6561的第4引脚与第九电阻R9的一端、P沟道MOS场效应晶体管T1的源极连接，主控芯片L6561的第5引脚与第十电阻R10的一端连接，主控芯片L6561的第6引脚与第九电阻R9的另一端、第六电阻R6的一端、第二电阻R2的另一端、第二电容C2的另一端连接并接地，主控芯片L6561的第7引脚与第八电阻R8的一端连接；

第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的另一端、光电耦合器U3的发射极连接，光电耦合器U3的集电极与第七电阻R7的一端、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端连接，第三二极管D3的正极与第十电阻R10的另一端、第三绕组N3的一端连接，第四电容C4的另一端与第三绕组N3的另一端连接，第三电容C3的另一端与第四电阻R4的另一端连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端、第七电阻R7的另一端、第零电容C0的一端、第零电阻R0的一端、第一二极管D1的正极以及整流桥的输出端连接，第一二极管D1的负极与第二十三电阻R23的一端、第零电阻R0的另一端、第零电容C0的另一端连接，第二十三电阻R23的另一端与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与P沟道MOS场效应晶体管T1的漏极、第一绕组N1的一端连接，第八电阻R8的另一端与P沟道MOS场效应晶体管T1的栅极连接，

第二绕组N2的一端与第零二极管D0的正极连接，第零二极管D0的负极与第七电容C7的一端、第十一电阻R11的一端、第十七电阻R17的一端连接并作为第2输出端，第二绕组N2的另一端与第五电容C5的一端、第七电容C7的另一端、第二十一电阻R21的一端、基准电压源TL431的阳极连接，基准电压源TL431的参考极与基准电压源TL431的阴极、第十四电阻R14的一端、第二十电阻R20的一端、第十一电阻R11的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十二电阻R12的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与第十九电阻R19的一端连接并作为第1输出端，第十九电阻R19的另一端与第一运算放大器U1的同相输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端、第十五电阻R15的一端连接，第十三电阻R13的另一端与第十八电阻R18的一端、光电耦合器U3的阴极连接并接地，第二十电阻R20的另一端与第十六电阻R16的一端、第二运算放大器U2的反向输入端连接，第十六电阻R16的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第四二极管D4的第2引脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第四二极管D4的第1引脚、第十五电阻R15的另一端连接，第四二极管D4的第3引脚与第六电容C6的一端、第二十二电阻R22的一端连接，第六电容C6的另一端与第二十二电阻R22的另一端、光电耦合器U3的阳极连接，第十八电阻R18的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端、第十七电阻R17的另一端连接；

第一电容C1的另一端接地，第五电容C5的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，第十三电阻R13的另一端接地；

所述的第四二极管D4为双芯片共阴极二极管、型号为BAV70，所述的第十四电阻R14是可调电阻，所述的第一二极管D1和第二二极管D2的型号为P6KE180A，所述的第零电阻R0是75K、2W的氧化膜电阻，所述的第零电容C0是由三个472的高压瓷片电容并联，所述的第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的型号为LM358。该驱动电源电路采用主控芯片L6561，电阻R1和R2组成输入分压采样电阻，与L6561的端口3相连；电容C2是电压采样滤波电容；电阻R9是初级电流检测电阻，由变压器的辅助绕组实现提供电流过零检测信号及给L6561提供能量，与L6561的引脚4相连，该端口为L6561内部比较器的反向输入端；电阻R10为过零检测限流电阻；电阻R7在电源刚通电时给L6561提供启动电压的限流电阻；电阻R8为MOS管的限流驱动电阻，输出电压经过运放LM358和光耦构成的反馈环和通过电阻R5、电阻R6反馈到误差放大器的输入端引脚1。

该驱动电路中采用恒流限压反馈环路，电阻R3、电阻R4和电容C3组成了反馈环误差放大器的补偿网络；基准电压源TL431提供2.5V基准电压源，电阻R11是TL431的限流保护电阻。由可调电阻R14、电阻R12和电阻R13组成分压电阻，分出一个设定的电压提供给运放的反向端，以便与电流采样电阻R21差分比较。电阻R15是运放反馈电阻，运放的同向端由一个平衡电阻R19接到电流采样电阻R21的高压端，组成电源的恒流反馈环。电阻R20是限压环路的平衡电阻；电阻R17和电阻R18组成输出电压采样电路，分出2.5V的电压提供给运放的同向端；电阻R16是运放的反馈电阻；这样组成电源的限压反馈环。两个运放通过由两个二极管组成的“或门电路”和限压电阻R22、滤除高频电容C6接向光耦。

电阻R0、电容C0、二极管D1和二极管D2组成吸收漏感的箝位电路。当MOS管T1导通时，能量存储在变压器初级绕组N1的电感Lp和漏感L1k中，当T1关闭时，Lp中的能量转移到次级绕组N2输出，但漏感L1k中的能量不能传递到次级，需要箝位电路吸收漏感的能量。二极管D1和D2采用P6KE180A，并添加电阻R23，可以进一步降低温升、提高抑制高频振铃和抑制系统的EMI能力，电阻R23一般小于100欧姆。在电路中用R0和C0设定箝位电压，D1设定箝位电压的上限，仅在电源启动和负载变动时起作用。电阻R0用1个75K、2W氧化膜电阻；电容C0采用三个472的高压瓷片电容并联。

本发明采用临界导通模式的高功率因数校正，既实现了功率因数的校正，又完成降压和高低压的电气隔离；实现了电源的恒流限压反馈环路设计，使其满足LED驱动的特殊要求，对电源进行了热设计，实现了良好散热，提高了电源的可靠性；改进了漏感箝位电路，降低了系统的电磁干扰，提高了箝位电路可靠性。明显地提高了电源的效率，可达93％。

附图说明：

图1是本发明电源电路整体结构框图。

图2是本发明电源电路功率因素校正和DC/DC转换电路图。

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。

如图1，外部输入的交流市电经过前端EMI滤波模块滤波后，经整流模块变为第一直流电，该第一直流电再经功率因数校正和DC/DC转换模块的功率因数校正和降压后变为第二直流电，该第二直流电电压降到安全电压以内，实现了高低压的电气隔离。驱动控制模块实现电流的恒定和电压的限制，给LED提供恒流和安全的电压。

如图2所示，是本发明电源电路功率因素校正和DC/DC转换电路图，包括主控芯片L6561、电阻R0～R23、电容C0～C7、二极管D0～D4、基准电压源TL431、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、P沟道MOS场效应晶体管T1、第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、光电耦合器U3；

主控芯片L6561的第1引脚与第三电阻R3的一端、第五电阻R5的一端、第三电容C3的一端连接，主控芯片L6561的第2引脚与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，主控芯片L6561的第3引脚与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接，主控芯片L6561的第4引脚与第九电阻R9的一端、P沟道MOS场效应晶体管T1的源极连接，主控芯片L6561的第5引脚与第十电阻R10的一端连接，主控芯片L6561的第6引脚与第九电阻R9的另一端、第六电阻R6的一端、第二电阻R2的另一端、第二电容C2的另一端连接并接地，主控芯片L6561的第7引脚与第八电阻R8的一端连接；

第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的另一端、光电耦合器U3的发射极连接，光电耦合器U3的集电极与第七电阻R7的一端、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端连接，第三二极管D3的正极与第十电阻R10的另一端、第三绕组N3的一端连接，第四电容C4的另一端与第三绕组N3的另一端连接，第三电容C3的另一端与第四电阻R4的另一端连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端、第七电阻R7的另一端、第零电容C0的一端、第零电阻R0的一端、第一二极管D1的正极以及整流桥的输出端连接，第一二极管D1的负极与第二十三电阻R23的一端、第零电阻R0的另一端、第零电容C0的另一端连接，第二十三电阻R23的另一端与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与P沟道MOS场效应晶体管T1的漏极、第一绕组N1的一端连接，第八电阻R8的另一端与P沟道MOS场效应晶体管T1的栅极连接，

第二绕组N2的一端与第零二极管D0的正极连接，第零二极管D0的负极与第七电容C7的一端、第十一电阻R11的一端、第十七电阻R17的一端连接并作为第2输出端，第二绕组N2的另一端与第五电容C5的一端、第七电容C7的另一端、第二十一电阻R21的一端、基准电压源TL431的阳极连接，基准电压源TL431的参考极与基准电压源TL431的阴极、第十四电阻R14的一端、第二十电阻R20的一端、第十一电阻R11的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十二电阻R12的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与第十九电阻R19的一端连接并作为第1输出端，第十九电阻R19的另一端与第一运算放大器U1的同相输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端、第十五电阻R15的一端连接，第十三电阻R13的另一端与第十八电阻R18的一端、光电耦合器U3的阴极连接并接地，第二十电阻R20的另一端与第十六电阻R16的一端、第二运算放大器U2的反向输入端连接，第十六电阻R16的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第四二极管D4的第2引脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第四二极管D4的第1引脚、第十五电阻R15的另一端连接，第四二极管D4的第3引脚与第六电容C6的一端、第二十二电阻R22的一端连接，第六电容C6的另一端与第二十二电阻R22的另一端、光电耦合器U3的阳极连接，第十八电阻R18的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端、第十七电阻R17的另一端连接；

第一电容C1的另一端接地，第五电容C5的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，第十三电阻R13的另一端接地；

所述的第四二极管D4为双芯片共阴极二极管、型号为BAV70，所述的第十四电阻R14是可调电阻，所述的第一二极管D1和第二二极管D2的型号为P6KE180A，所述的第零电阻R0是75K、2W的氧化膜电阻，所述的第零电容C0是由三个472的高压瓷片电容并联，所述的第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的型号为LM358。

所述主控芯片L6561的端口3与电阻R1和R2相连，引脚4与初级电流检测电阻R9相连，引脚5与过零检测限流电阻R10相连；引脚8与限流电阻R7相连，引脚7与限流驱动电阻R8相连。输出电压经过运放LM358和光耦构成的反馈环和通过电阻R5、电阻R6反馈到L6561的输入端引脚1。

电阻R3、电阻R4和电容C3组成了反馈环误差放大器的补偿网络；基准电压源TL431提供2.5V基准电压源，电阻R11是TL431的限流保护电阻。由可调电阻R14、电阻R12和电阻R13组成分压电阻，分出一个设定的电压100mV提供给运放的反向端，以便与电流采样电阻R21差分比较。电阻R15是运放反馈电阻，运放的同向端由一个平衡电阻R19接到电流采样电阻R21的高压端，组成电源的恒流反馈环。电阻R20是限压环路的平衡电阻；电阻R17和电阻R18组成输出电压采样电路，分出2.5V的电压提供给运放的同向端；电阻R16是运放的反馈电阻；这样组成电源的限压反馈环。两个运放通过由两个二极管组成的“或门电路”和限压电阻R22、滤除高频电容C6接向光耦。光耦器件选择了开关电源常用的PC817。

电阻R0、电容C0、二极管D1和二极管D2组成吸收漏感的箝位电路。所述电路实现50WLED驱动时，箝位电路的箝位电压为160V，电阻是两个43K、2W的串联，C是3.3nF，阻塞二极管D采用SF18，TVS管采用P6KE180A。

所述电路实现50WLED驱动时，变压器的磁芯使用ETD29，初级绕组是是2UEWΦ0.42两股漆包线并绕，匝数是71；次级绕组是2UEWΦ0.42的漆包线5股并绕，匝数是17匝；辅助绕组是2UEWΦ0.42单股导线10匝；在1mm的气隙时初级电感是650uH。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种LED恒流驱动电源电路，其特征在于，包括EMI滤波电路、整流电路、PFC和DC/DC转换电路、驱动控制电路；EMI滤波电路的输入端，与外部输入的交流市电电连接，EMI滤波电路的输出端，与整流电路的输入端连接；整流电路的输出端，与PFC和DC/DC转换电路的输入端连接、与驱动控制电路的输入端连接；PFC和DC/DC转换电路的输出端和驱动控制电路的输出端连接LED负载；

所述的PFC和DC/DC转换电路包括主控芯片L6561、电阻R0～R23、电容C0～C7、二极管D0～D4、基准电压源TL431、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、P沟道MOS场效应晶体管T1、第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、光电耦合器U3；

主控芯片L6561的第1引脚与第三电阻R3的一端、第五电阻R5的一端、第三电容C3的一端连接，主控芯片L6561的第2引脚与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，主控芯片L6561的第3引脚与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接，主控芯片L6561的第4引脚与第九电阻R9的一端、P沟道MOS场效应晶体管T1的源极连接，主控芯片L6561的第5引脚与第十电阻R10的一端连接，主控芯片L6561的第6引脚与第九电阻R9的另一端、第六电阻R6的一端、第二电阻R2的另一端、第二电容C2的另一端连接并接地，主控芯片L6561的第7引脚与第八电阻R8的一端连接；

第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的另一端、光电耦合器U3的发射极连接，光电耦合器U3的集电极与第七电阻R7的一端、第三二极管D3的负极、第四电容C4的一端连接，第三二极管D3的正极与第十电阻R10的另一端、第三绕组N3的一端连接，第四电容C4的另一端与第三绕组N3的另一端连接，第三电容C3的另一端与第四电阻R4的另一端连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端、第七电阻R7的另一端、第零电容C0的一端、第零电阻R0的一端、第一二极管D1的正极以及整流桥的输出端连接，第一二极管D1的负极与第二十三电阻R23的一端、第零电阻R0的另一端、第零电容C0的另一端连接，第二十三电阻R23的另一端与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与P沟道MOS场效应晶体管T1的漏极、第一绕组N1的一端连接，第八电阻R8的另一端与P沟道MOS场效应晶体管T1的栅极连接，

第二绕组N2的一端与第零二极管D0的正极连接，第零二极管D0的负极与第七电容C7的一端、第十一电阻R11的一端、第十七电阻R17的一端连接并作为第2输出端，第二绕组N2的另一端与第五电容C5的一端、第七电容C7的另一端、第二十一电阻R21的一端、基准电压源TL431的阳极连接，基准电压源TL431的参考极与基准电压源TL431的阴极、第十四电阻R14的一端、第二十电阻R20的一端、第十一电阻R11的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十二电阻R12的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与第十九电阻R19的一端连接并作为第1输出端，第十九电阻R19的另一端与第一运算放大器U1的同相输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端、第十五电阻R15的一端连接，第十三电阻R13的另一端与第十八电阻R18的一端、光电耦合器U3的阴极连接并接地，第二十电阻R20的另一端与第十六电阻R16的一端、第二运算放大器U2的反向输入端连接，第十六电阻R16的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第四二极管D4的第2引脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第四二极管D4的第1引脚、第十五电阻R15的另一端连接，第四二极管D4的第3引脚与第六电容C6的一端、第二十二电阻R22的一端连接，第六电容C6的另一端与第二十二电阻R22的另一端、光电耦合器U3的阳极连接，第十八电阻R18的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端、第十七电阻R17的另一端连接；

第一电容C1的另一端接地，第五电容C5的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，第十三电阻R13的另一端接地；

所述的第四二极管D4为双芯片共阴极二极管、型号为BAV70，所述的第十四电阻R14是可调电阻，所述的第一二极管D1和第二二极管D2的型号为P6KE180A，所述的第零电阻R0是75K、2W的氧化膜电阻，所述的第零电容C0是由三个472的高压瓷片电容并联，所述的第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的型号为LM358。