CN103298186B

CN103298186B - 一种led高效恒流驱动电源

Info

Publication number: CN103298186B
Application number: CN201210048850.XA
Authority: CN
Inventors: 李绍飞; 杨吉生
Original assignee: CHENGDU NENGYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU EVERHIGH TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN103298186A

Abstract

本发明提供一种LED高效恒流驱动电源，包括控制电路、信号反馈电路、输出采样及基准电路以及环路补偿电路，所述的控制电路包括初级PFC功率因数校正集成电路，所述的输出采样及基准电路包括运算放大器，所述的环路补偿电路包括初级环路补偿电路和次级环路补偿电路，初级环路补偿电路由跨接在初级PFC功率因数校正集成电路的反馈输入引脚和运放输出引脚之间的电阻R7组成；所述的次级环路补偿电路由跨接在运算放大器的输出引脚和恒流电压基准引脚之间的电容C4组成。本发明具有所用元件器少，大大简化环路补偿电路，降低了电源调试难度，降低了电源装置的成本，增加电源的可靠性突出优点。

Description

一种LED高效恒流驱动电源

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电源，尤其是涉及一种LED高效恒流驱动电源。

背景技术

半导体照明（LED照明），是国家鼓励和未来发展趋势的照明方式，以节能和高寿命为显著优势，而LED照明的驱动电源，是LED照明灯具的心脏。LED驱动电源的性能直接影响LED照明灯具的性能。

目前输入输出隔离的LED恒流驱动电源，主要是用单级APFC的技术方案，即，通过一个PFC控制芯片，同时实现功率因数校正和输出恒流的双重作用。如图1所示，为一市场上常见的LED恒流驱动电源电路原理图，这种驱动电源包括安全防护电路、EMI滤波电路、整流电路、控制电路、功率传输电路、输出整流滤波电路、输出采样及基准电路、信号反馈电路及环路补偿电路。50Hz的220VAC的交流市电经过滤波整流后，成为了具有100Hz纹波的直流电，然后通过功率传输电路将电能从初级传递到次级，输出整流滤波电路将功率传输电路传递来的电能，由高频交流电整流滤波为直流电。输出采样及基准电路实现次级电流的采样，通过电阻R28把直流电流信号转化为直流电压信号，再通过运算放大器U2把该直流电压信号与基准电压作比较，实现自动恒流的功能。信号反馈电路把次级的控制信号通过光耦U3传递到初级。PFC集成电路U1实现开关电源的PFC(PFC，及功率因数校正)、自动控制和MOSFET Q1的驱动功能。在电能的使用过程中，为了有效降低电源对电网的谐波污染，电源需要主动功率因数校正（即，PFC)电路，这样功率因数（即PF值）就可以接近1，一般达0.95以上（没有PFC电路的电源功率因数一般只有0.5左右），就可以有效降低开关电源对电网的谐波污染。图1所示电路的环路补偿细节见图2和图3，,该方案中环路补偿由R7，R8，C3，R30，C4，C14这六个元件实现。其中，R8，C3一起实现一个零点FZ1补偿，R7实现一个极点FP1补偿。R30，C14实现一个零点FZ2补偿，R30，C4实现一个极点FP2补偿。即，这六个元件一起实现了双零点（FZ1，FZ2)双极点(FP1，FP2)补偿。这种补偿方案所用元器件较多，导致很多缺点：1、环路补偿电路复杂；2、增加了调试难度；3、增加了元件成本；4、降低了驱动电源的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种具有所用元件器少，大大简化环路补偿电路，降低了电源调试难度，降低了电源装置的成本，增加电源的可靠性的LED高效恒流驱动电源。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种LED高效恒流驱动电源，包括控制电路、信号反馈电路、输出采样及基准电路以及环路补偿电路，所述的控制电路包括初级PFC功率因数校正集成电路，所述的输出采样及基准电路包括运算放大器，其特征在于，所述的环路补偿电路包括初级环路补偿电路和次级环路补偿电路，初级环路补偿电路由跨接在初级PFC功率因数校正集成电路的反馈输入引脚和运放输出引脚之间的电阻R7组成。

所述的电阻R7的阻值为500Ω~5KΩ。

所述的次级环路补偿电路由跨接在运算放大器的输出引脚和恒流电压基准引脚之间的电容C4组成。

所述的电容C4的电容值为0.5μF~3μF。

所述的电容C4的电容值优选为1μF。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、所用元件器少，大大简化环路补偿电路，但本发明的电源功率因数却丝毫不亚于现有的恒流电源，功率因数同样可以达到大于0.95的水平，电源恒流精度同样可以达到±3%的水平，开关电源性能稳定；

2、元件器的减少，大大降低了电源调试难度，传统的方案需要对多个元件器进行调试，而采用本发明的技术方案，只需先确定电容C4的值（电容值一般采用1μF），然后调试R7（该电阻值在500Ω~5kΩ之间），即可让电源的功率因数指标和恒流指标良好，且稳定工作；

3、元器件的减少直接使得整个电源装置的成本大大降低；

4、元器件减少的另一个优点就是可以降低电源内部元器件出现故障的概率，从而增加电源的可靠性；

5、本技术方案适用于所有单级APFC LED恒流驱动方案，实用范围宽，比如既可以用于开发5W的小功率LED驱动电源，也可以用于50W的LED的驱动电源，很有实用价值。

附图说明

图1为市场上常见的LED恒流驱动电源的结构示意图；

图2为图1中的LED恒流驱动电源的初级补偿电路结构示意图；

图3为图1中的LED恒流驱动电源的次级补偿电路结构示意图；

图4为本发明的初级补偿电路结构示意图；

图5为本发明的次级补偿电路结构示意图；

图6为将本发明使用在图1所示的LED恒流驱动电源上的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例 一种LED高效恒流驱动电源

目前输入输出隔离的LED恒流驱动电源，为了降低驱动电源对电网的谐波污染，都会采用功率校正电路。为了驱动电源能长期稳定可靠的工作，初级和次级都必须加上环路补偿电路，传统的单级APFC恒流驱动电源的环路补偿电路如图2和图3所示，该方案中环路补偿由R7，R8，C3，R30，C4，C14这六个元件实现。其中，R8，C3一起实现一个零点FZ1补偿，R7实现一个极点FP1补偿。R30，C14实现一个零点FZ2补偿，R30，C4实现一个极点FP2补偿。即，这六个元件一起实现了双零点（FZ1，FZ2)双极点(FP1，FP2)补偿。这种补偿方案所用元器件较多，因此会造成很多缺点。

为了降低驱动电源的成本，减少电源所用元器件，提高驱动电源的可靠性，在经过思考及多次试验的后发现：当50Hz的220VAC的交流市电经过恒流驱动电源的整流桥整流后，成为了具有100Hz纹波的直流电。为了降低驱动电源对电网的谐波污染，需要主动功率因数校正（即，PFC)电路来让功率因数（即PF值）接近1。这样，电源初级MOSFET高频开关产生的交流电流幅值，必须和整流后有100Hz纹波的直流电电压值成正比，即，当整流后的电压值大时，初级电流值就必须大，这样功率因数才能接近1，才能有效降低谐波电流值，有效降低开关电源谐波对电网的谐波污染。开关电源初级PFC集成电路要有效采样和跟踪这100Hz的直流电，电源环路带宽就必须很窄，因此初级PFC补偿元件可以在U1的 INV脚和E-O脚之间只用一个阻值比较小的R7实现，该电阻阻值一般在500Ω~5kΩ之间。而次级，为了保证高恒流精度，运算放大器U2必须快速有效的采样和跟踪次级的高频脉动电流，该高频脉动电源的频率和初级MOSFET的开关频率一致，该频率由输出功率和变压器T1初级感量一起决定，一般在50kHz~200kHz。因为频率较高，所以运放在OUTA脚和INA-脚之间的补偿元件C4只要容值比较大，就可以让U2实现快速有效的采样和跟踪次级的高频脉动电流的需求，而不再需要R30，C14作辅助之用。C4电容容值一般典型值为1μF。这样改进后，电源功率因数同样可以达到大于0.95的水平，电源恒流精度同样可以达到±3%的水平，开关电源性能稳定。即，改进后，电源各指标，丝毫不亚于改进前的典型方案。该改进方案，已经通过小批量生产验证。

基于以上理论发现，本发明是在现有的环路补偿电路上做的改进，一种LED高效恒流驱动电源，包括安全防护电路、EMI滤波电路、整流电路、控制电路、功率传输电路、输出整流滤波电路、信号反馈电路、输出采样及基准电路以及环路补偿电路。安全防护电路连接到市电，当电源发生故障时，可避免电源温度过高而引起燃烧的事故； EMI滤波电路和整流电路依次与安全防护电路电路，实现交流电的滤波整流；功率传输电路连接在整流电路与输出整流滤波电路之间，电能经功率传输电路的初级和次级后传递到输出整流滤波电路；控制电路与功率传输电路连接，实现开关电源的PFC(PFC，即功率因数校正)、自动控制和MOSFET Q1的驱动功能，控制电路包括初级PFC功率因数校正集成电路；输出整流滤波电路，把变压器传递到次级的交流电压整流滤波为直流电压；输出采样及基准电路，实现次级电流的采样，并把直流电流信号转化为直流电压信号，再通过运算放大器把该直流电压信号与恒流基准电压作比较，实现恒流的功能；信号反馈电路连接在输出采样及基准电路和控制电路之间，把次级的控制信号传递到初级。环路补偿电路包括初级环路补偿电路和次级环路补偿电路，初级环路补偿电路由跨接在初级PFC功率因数校正集成电路的反馈输入引脚和运放输出引脚之间的电阻R7组成。电阻R7的阻值可根据实际需要在500Ω~5KΩ之间选择。次级环路补偿电路由跨接在运算放大器的输出引脚和恒流电压基准引脚之间的电容C4组成。电容C4的电容值可根据实际需要在0.5μF~3μF之间选择，通常电容C4的电容值选择典型值1μF。

如图6所示，为将本发明应用在一现有的LED恒流驱动电源上的结构示意图。该电源包括：

安全防护电路：由F1和RV1组成，当输入电压过高时，压敏电阻RV1导通，高压通过RV1释放，保护电源及电源所接负载。电源发生故障时，输入大电流，F1会及时熔断，可避免电源温度过高而引起燃烧的事故；

EMI滤波电路：R1，R2，CX1，LF1，CX2组成。实现电磁兼容的传导干扰抑制功能；

整流电路：BR1和C1组成。实现交流整流滤波，把50Hz交流电压整流为直流电压；

控制电路：由集成电路U1，R6，R4，R5，R17，C2，R11，R12，R13，D2，R29，C6，C8，R23，R14，R22，R24，R18，C13组成，实现开关电源的PFC（功率因数校正），及自动控制和MOSFET驱动功能；

功率传输电路：由D1，C11，C12组成，把变压器传递到次级的电能，把高频交流电，整流滤波为直流电；

输出整流滤波电路：由D1，C11，C12组成，把变压器传递到次级的电能，把高频交流电，整流滤波为直流电；

信号反馈电路：D5，U3，R10，R20，R21组成，把次级的控制信号通过光耦U3传递到初级；

输出采样及基准电路：由R31，C9，C7，U2，R32，C15，R28，D6，R19，C5，R15，R16，R9，U4，R26，R25，R27组成，实现次级电流的采样，通过电阻R28把直流电流信号转化为直流电压信号，再通过运放U2把该直流电压信号与基准电压作比较，实现恒流的功能；

环路补偿电路：由C4和 R7组成，C4的值为1μF，R7的值为1KΩ，通过控制电源环路的零极点，以保证电源环路有足够的相位余量和适当的带宽，以保证开关电源稳定工作。

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，应当指出的是，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

1.一种LED高效恒流驱动电源，包括控制电路、信号反馈电路、输出采样及基准电路以及环路补偿电路，所述的控制电路包括初级PFC功率因数校正集成电路，所述的输出采样及基准电路包括运算放大器，其特征在于，所述的环路补偿电路包括初级环路补偿电路和次级环路补偿电路，初级环路补偿电路由跨接在初级PFC功率因数校正集成电路的反馈输入引脚和运放输出引脚之间的电阻(R7)组成；所述的电阻(R7)的阻值为500Ω～5KΩ；所述的次级环路补偿电路由跨接在运算放大器的输出引脚和恒流电压基准引脚之间的电容(C4)组成；所述的电容(C4)的电容值为0.5μF～3μF。

2.根据权利要求1所述的一种LED高效恒流驱动电源，其特征在于，所述的电容(C4)的电容值优选为1μF。