CN103442490A

CN103442490A - 小型化低电磁干扰的led恒流驱动电路

Info

Publication number: CN103442490A
Application number: CN2013103919352A
Authority: CN
Inventors: 王永庆; 李伟
Original assignee: Nanjing Handson Science & Technology Corp
Current assignee: Nanjing Handson Science & Technology Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明提供一种小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，AC输入，经整流滤波电路后与芯片U1及变压器T1连接，芯片U1内部设有MOS管，变压器T1的初级绕组并联RCD吸收回路，变压器的次级绕组连接的次级回路连接LED负载，其中，芯片U1内部MOS管的漏极输出端通过贴片叠层功率电感L2与变压器T1的初级绕组的输出端相连。本发明通过在GU10LED射灯驱动电路中增加贴片叠层功率电感，很好的解决了小体积空间内小型化的驱动电源EMI问题。

Description

小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及LED照明恒流驱动电源，尤其涉及GU10LED射灯需要隔离式恒流驱动电源，属于开关电源和LED恒流驱动电源技术领域。

背景技术

传统射灯多采用卤素灯，发光效率较低、比较耗电、被照射环境温度上升、使用寿命短。LED作为新的环保光源出现后被用在越来越多的传统灯具上，但与传统光源不同地是LED不能接市电直接驱动，需要通过AC-DC恒流驱动电源来驱动，在射灯内部空间非常有限的情况下，设计出性能可靠又能满足安规和EMC的恒流驱动电源，同时既能适合大批量生产而价格又能被市场所接收，绝不是一件轻易的事情。随着LED的大规模应用，世界各国纷纷开始制定相关标准，以确保LED灯在满足照明功能的同时，确保对人的安全以及符合电磁兼容标准（EMC）。然而市场上绝大多数的GU10 LED射灯很难满足这样的要求。

图1是现有技术中比较典型的一种GU10LED射灯上的驱动电路原理图，其采用BP3122设计4W GU10 LED射灯恒流驱动电路，BP3122是一款高精度原边反馈的LED恒流驱动芯片。芯片工作在电感电流断续模式，适用于85Vac~265Vac全范围输入电压、功率5W以下的反激式隔离LED恒流电源。BP3122芯片内部集成650V功率开关，采用原边反馈模式，无需次级反馈电路，也无需补偿电路，只需要极少的外围元件即可实现恒流。采用专有的驱动和电流检测方式，芯片的工作电流极低，无需变压器辅助绕组检测和供电，进一步减少外围元器件，极大的节约了系统成本和体积。非常适合于作为GU10灯的驱动方案。

在图1中，整流桥BR1的1个输入端1脚串联一个保险丝F1后与市电的火线相连，整流桥BR1的另一个输入端2脚与市电的零线相连，整流桥BR1的正输出端3脚串联一个电感L1后与电解电容C2的正极相连，同时整流桥BR1的正输出端3脚接电解电容C1的正极，电解电容C2和电解电容C1的负极与整流桥的负输出端4脚相连，电阻R1与电感L1并联，C1、L1、R1、C2共同组成一个л型滤波电路。经过整流滤波后，电解电容C2的正极串联电阻R2、R3后接芯片U1的VCC端3脚给芯片供电，为了保证芯片供电的稳定，在芯片U1的3脚与整流桥BR1的负输出端4脚之间接贴片电容C3，芯片的参考地2脚与整流桥BR1的负输出端4脚直接相连，电阻R6、电阻R7两个采样电阻并联后接在芯片的电流采样端1脚与整流桥BR1的负输出端4脚之间，芯片U1的内部MOS管的漏极输出端5、6脚并联后与变压器T1的初级的输出端相连，芯片的4脚、7脚、8脚是空脚，必须悬空，变压器T1的输入端与整流滤波后的正输出端C2的正极相连，为了减小变压器T1的漏感以及芯片U1内部MOS频繁开关造成的初级回路中的尖峰干扰，同时也是保护芯片U1的内部MOS管安全工作，在变压器初级绕组的输入和输出端之间并接一个由贴片电阻R4、贴片电容C4、二极管D1和贴片电阻R5组成的一个尖峰电压吸收回路，其中贴片电阻R4、贴片电容C4并联后一端与变压器T1的初级绕组的输入端相连，另一端串接二极管D1后再串接电阻R5后与变压器初级绕组T1的输出端相连。变压器的次级绕组的正输出端与肖特基二极管D2的正极相连，D2的负极与贴片电容C5的一端相连，C5的另一端与变压器T1次级绕组的负输出端相连，贴片电阻R8作为假负载并接在贴片电容C5的两端，作为贴片电容C5的泄放回路，由于芯片内部MOS的频繁开关会导致变压器T1初级回路存在尖峰干扰电压，会通过变压器内部的耦合传导次级回路，同时次级回路D2频繁的开通和截止也会产生尖峰干扰，为降低EMI的噪声干扰，在二极管D2的两端并接一个由R9、C7串联的吸收回路。

上述电路中，市电火线接驱动电源的输入端，再连接保险丝F1后与整流桥BR1的1脚相连，市电零线与整流桥BR1的2脚相连，保险丝F1起到过流熔断保护作用。整流桥BR1输出端（3、4脚）接由电容C1、电感L1、电阻R1及电容C2组成的л型滤波电路；R4、C4、D1、R5构成RCD吸收回路，MOS管关断和导通瞬间，因变压器漏感的存在必然会在MOS管漏极上产生很高的电压尖峰，有了RCD吸收回路，起到缓冲作用，吸收尖峰电压；次级整流回路中，二极管D2导通和截止瞬间电流变化也非常剧烈，会产生高频衰减振荡，在D2两端并联R9、C7吸收回路，也起到吸收电压尖峰的作用，这样一来，D2可以选用一些肖特基的二极管，还可以提高电源的转换效率。然而，用以上电源装配的GU10 LED射灯在做EMI测试时，辐射的裕量难以达到规定要求，难以避免出口到欧洲等市场的GU10 LED射灯由于不满足CE认证而存在被索赔或召回的潜在风险。其测试的结果图参见图3及图4，图中，横轴代表频率，单位MHz，纵轴代表辐射量，单位为dBuV/m，上边的那条横线为极限值Limit，下边那条横线为留有设定裕量后的规定值Margin，在图3中，峰值1处的值落在了规定值之上，在图4中，峰值1、2处的值均超过了极限值，都难以满足EMI要求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的难以解决LED射灯驱动电路的EMI问题，本发明提出一种引入叠层功率电感解决GU10 LED射灯EMI难题的改进的驱动电路。

本发明采用如下方案：

一种小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，AC输入，经整流滤波电路后与芯片U1及变压器T1连接，芯片U1内部设有MOS管，变压器T1的初级绕组并联RCD吸收回路，变压器的次级绕组连接的次级回路连接LED负载，其中，芯片U1内部MOS管的漏极输出端通过贴片叠层功率电感L2与变压器T1的初级绕组的输出端相连。

进一步地，整流滤波电路包括整流桥及л型滤波电路，市电火线接驱动电源的输入端，再连接保险丝F1后与整流桥BR1的1脚相连，市电零线与整流桥BR1的2脚相连，保险丝F1起到过流熔断保护作用，整流桥BR1输出端3、4脚接由电容C1、电感L1、电阻R1及电容C2组成的л型滤波电路。

进一步地，RCD吸收回路为在所述变压器初级绕组的输入和输出端之间并接一个由贴片电阻R4、贴片电容C4、二极管D1和贴片电阻R5组成的一个尖峰电压吸收回路，其中贴片电阻R4、贴片电容C4并联后一端与变压器T1的初级绕组的输入端相连，另一端串接二极管D1后再串接电阻R5后与变压器初级绕组T1的输出端相连。

进一步地，次级回路为变压器的次级绕组的正输出端与肖特基二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与贴片电容C5的一端相连，C5的另一端与变压器T1次级绕组的负输出端相连，贴片电阻R8作为假负载并接在贴片电容C5的两端，作为贴片电容C5的泄放回路，由于芯片内部MOS的频繁开关会导致变压器T1初级回路存在尖峰干扰电压，会通过变压器内部的耦合传导次级回路，同时次级回路D2频繁的开通和截止也会产生尖峰干扰，为降低EMI的噪声干扰，在二极管D2的两端并接一个由电阻R9、电容（C7串联的吸收回路。

一种小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，AC输入，经整流及л型滤波电路后与芯片U1及变压器T1连接，芯片U1内部设有MOS管，变压器T1的初级绕组并联RCD吸收回路，变压器的次级绕组连接的次级回路连接LED负载，其中，所述滤波电路为由电容C1、电感L1、电阻R1及电容C2组成的л型滤波电路，在所述电容C1和电容C2的负极相连的地回路之间增加一个贴片叠层功率电感L2，所述贴片叠层功率电感L2串接于电容C1和电容C2的负极相连的地回路中。

本发明通过在GU10LED射灯驱动电路中增加贴片叠层功率电感，很好的解决了小体积空间内小型化的驱动电源EMI问题。

附图说明

图1是现有技术中应用于GU10LED射灯的驱动电源的电路原理图；

图2是本发明的改进的驱动电源电路原理图；

图3及图4是现有技术中GU10LED射灯驱动电源进行EMI测试的测试图；

图5及图6是本发明的采用如图2中的改进电路得到的EMI测试图；

图7是本发明的又一个改进的电路原理图；

图8及图9是对图7中所示电路图的驱动电源进行EMI测试得到的测试图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

由于GU10射灯体积小，其置放驱动电源的绝缘套管空间有限，在电源芯片选择上通常会考虑内置MOS的芯片，以便节省空间和成本。MOS在开通和关闭过程中会出现很大的di/dt和dv/dt。di/dt产生磁场的变化，dv/dt产生电场的变化，为了降低di/dt和dv/dt的变化，图2是在图1的基础上增加了一个贴片叠层功率电感L2，其设置在芯片U1的MOS的漏极和变压器之间，贴片叠层功率电感，也叫铁氧体大电流电感。它的特点是尺寸小、厚度薄，采用先进的生产工艺，增大了线圈的横截面积，降低了功率电感的DCR，使功率电感的温升特性进一步提升，采用高性能铁氧体材料，具有很高的饱和电流特性。本实施例中选用了顺络公司的MPH系列的叠层功率电感MPH201210S4R7T，它有效的解决了MOS管在导通和关闭过程中产生的高频尖峰干扰，顺利通过了EMI测试，见图5及图6。和没有加叠层功率电感之前相比，降幅达10个db以上。

图7是本发明对现有技术中的另一种GU10LED射灯典型驱动电路进行的改进，采用NXP的TEA1723设计的5W GU10 LED射灯恒流驱动电路原理图。TEA1723是NXP于2012年新推出的全新高性能低功率电源控制器，采用智能功率控制模式，内置700V的开关MOS，全球范围内适用，不会有噪音产生，输出线电压补偿，频率抖动减少EMI，退磁保护保证工作于DCM模式，多重保护，采用极少的外部组件，最高可做到11W，非常适合于大功率的GU10射灯。在做5W驱动电源设计时，考虑到输出电流比较大为430mA，MOS管导通期间的电流峰峰值会比较大，小尺寸封装的叠层功率电感的饱和电流可能满足不了，同时还考虑到输出功率的增加会导致MOS管温度的上升，叠层功率电感过于靠近MOS管，将会受到高温的影响，导致电感值下降，综合考虑，把叠层功率电感L2放在整流桥后的地回路中，具体是在由电容C1、电感L1、电阻R1及电容C2组成的л型滤波电路中，在电容C1和电容C2的负极相连的地回路之间增加一个贴片叠层功率电感L2，所述贴片叠层功率电感L2串接于电容C1和电容C2的负极相连的地回路中，吸收地回路中的高频尖峰干扰，效果也非常显著，整灯的辐射测试结果见图8和图9，峰值均远在规定值的下面。本图7中示出的电路除本实施例中的改进点外，其它部分的电路为一种常规GU10LED射灯驱动电路，包括整流滤波、驱动芯片、变压器及次级回路、吸收回路等，不祥述。

Claims

1.一种小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，AC输入，经整流滤波电路后与芯片（U1）及变压器（T1）连接，芯片（U1）内部设有MOS管，变压器（T1）的初级绕组并联RCD吸收回路，变压器的次级绕组连接的次级回路连接LED负载，其特征在于：所述芯片（U1）内部MOS管的漏极输出端通过贴片叠层功率电感（L2）与变压器（T1）的初级绕组的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述整流滤波电路包括整流桥及л型滤波电路，市电火线接驱动电源的输入端，再连接保险丝（F1）后与整流桥（BR1）的1脚相连，市电零线与整流桥（BR1）的2脚相连，保险丝（F1）起到过流熔断保护作用，整流桥（BR1）输出端3、4脚接由电容（C1）、电感（L1）、电阻（R1）及电容（C2）组成的л型滤波电路。

3.根据权利要求1所述的小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述RCD吸收回路为在所述变压器初级绕组的输入和输出端之间并接一个由贴片电阻（R4）、贴片电容（C4）、二极管（D1）和贴片电阻（R5）组成的一个尖峰电压吸收回路，其中贴片电阻（R4）、贴片电容（C4）并联后一端与变压器（T1）的初级绕组的输入端相连，另一端串接二极管（D1）后再串接电阻（R5）后与变压器初级绕组（T1）的输出端相连。

4.根据权利要求1所述的小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述次级回路为变压器的次级绕组的正输出端与肖特基二极管（D2）的正极相连，二极管（D2）的负极与贴片电容（C5）的一端相连，（C5）的另一端与变压器（T1）次级绕组的负输出端相连，贴片电阻（R8）作为假负载并接在贴片电容（C5）的两端，作为贴片电容（C5）的泄放回路，由于芯片内部MOS的频繁开关会导致变压器(T1初级回路存在尖峰干扰电压，会通过变压器内部的耦合传导次级回路，同时次级回路D2频繁的开通和截止也会产生尖峰干扰，为降低EMI的噪声干扰，在二极管（D2）的两端并接一个由电阻（R9）、电容（C7）串联的吸收回路。

5.一种小型化低电磁干扰的LED恒流驱动电路，AC输入，经整流滤波电路后与芯片（U1）及变压器（T1）连接，芯片（U1）内部设有MOS管，变压器（T1）的初级绕组并联RCD吸收回路，变压器的次级绕组连接的次级回路连接LED负载，其特征在于：所述滤波电路为由电容（C1）、电感（L1）、电阻（R1）及电容（C2）组成的л型滤波电路，在所述电容（C1）和电容（C2）的负极相连的地回路之间增加一个贴片叠层功率电感（L2），所述贴片叠层功率电感（L2）串接于电容（C1）和电容（C2）的负极相连的地回路中。