CN103813595B - 一种恒压恒流交替式供电的高效电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒压恒流交替式供电的高效电源，包括依次连接的电源，EMI滤波器，整流滤波模块，功率因素校正模块，电源管理IC模块，LLC变压器模块，其中LLC变压器模块输出有两种绕组，分别作为高压恒流输出模块和低压恒压输出模块的绕组。有效利用LED背光灯PWM的高效控制方式，仅用1个变压器在环路控制下输出恒压和恒流源并交替工作，既能满足LED背光灯的恒流需求，又满足机芯的恒压源需求，无需再做个恒流板和副电源，简化了电路，提高了电源效率，实现待机低功耗，降低了系统成本。

Description

一种恒压恒流交替式供电的高效电源

技术领域

本发明涉及一种电源，具体涉及的是一种恒压恒流交替式供电的高效电源。

背景技术

随着技术的发展，节能惠民政策的普及，电器能效指数标准的提高越来越受企业关注。目前大尺寸的LED电视机在工作时，屏功耗占整机功耗的70％以上，而目前的电视机电源架构都是交流电输入电视机后，由PFC功率因素校正后经AC-DC电源变换，再经过DC-DC电源变换升压后给背光灯条供电，使得背光灯条的能源效率达到80％。但是上述的电视机电源架构中，交流电经过PFC后，要经过AC-DC恒压电源变换和DC-DC升压恒流变换这两级变换才能给背光灯条供电，电源经两级变换后使背光供电部分的能源效率较低，多做一次转换也使成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种恒压恒流交替式供电的高效电源,无需DC-DC升压二次转换，就既能满足LED背光灯的恒流需求，又满足机芯的恒压源需求，提高了电源效率，降低了系统成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种恒压恒流交替式供电的高效电源，包括电源和PWM输入信号，所述电源通过EMI滤波器依次连接整流滤波模块和PFC功率因素校正模块，所述PFC功率因素校正模块连接LLC变压器，所述LLC变压器包括高压恒流输出模块绕组和低压恒压输出模块绕组，所述高压恒流输出模块绕组输出经均流器均流后输入至第二次级整流滤波，所述第二次级整流滤波连接恒流输出模块后至LED灯串正端，所述LED灯串负端连接恒流开关，所述恒流开关通过环路反馈模块连接电源管理IC模块；所述低压恒压输出模块绕组输出经第一次级整流滤波后至所述环路反馈模块和恒压输出模块，所述恒压输出模块接收限压控制模块的信号，所述电源管理IC模块连接所述PFC功率因素校正模块和所述LLC变压器，所述PWM输入信号通过反馈环路切换模块后至所述恒流开关和所述环路反馈模块的恒压反馈电路。

所述电源管理IC模块采用NXP的TEA1716型号,所述环路反馈模块采用AP4310芯片。

所述环路反馈模块包括恒压反馈电路和恒流反馈电路，所述恒流开关连接所述环路反馈模块中的所述恒流反馈电路，所述第一次级整流滤波和所述反馈环路切换模块连接所述环路反馈模块的所述恒压反馈电路，这两个电路交替式工作，使环路反馈模块仅需输出一个信号去控制电源管理IC模块，改变LLC变压器的工作频率进而使输出电压和电流恒定。

本发明的恒流工作方式为LLC变压器模块的高压绕组输出经均流器均流后输入给次级整流滤波，输出的电流在系统环路控制下使恒流输出再接LED灯串正端。LED灯串负端接恒流开关，恒流开关输出接环路反馈模块的恒流反馈电路，环路反馈模块输出接电源管理IC模块去控制电源工作频率，进而使输出电流恒定，为LED灯串提供恒定的工作电流。

本发明的恒压工作方式为LLC变压器模块的低压绕组输出经次级整流滤波后输出接环路反馈模块的恒压反馈电路，环路反馈模块输出接电源管理IC模块去控制电源工作频率，进而使输出电压恒定，为机芯提供恒定的工作电压。

PWM输入信号输入给反馈环路切换模块，当PWM输入信号为高电平时，反馈环路切换模块一端输出高电平，输送至恒流开关并打开恒流通道使恒流源环路开始工作；另一端输出低电平，输送至环路反馈模块的恒压反馈电路，并使恒压反馈电路停止工作，在这时间段里该系统电源为LED灯串提供恒定的工作电流，此外，次级整流滤波后的电压被限压控制模块控制在恒定的电压使得恒压输出。当PWM输入信号为低电平时，反馈环路切换模块一端输出低电平，输送至恒流开关并关闭恒流通道使恒流源环路停止工作；另一端输出高电平，输送至环路反馈模块的恒压反馈电路，并使恒压反馈电路开始工作，在这时间段里该系统电源为机芯提供恒定的工作电压，而恒流源停止工作，LED灯串熄灭。之后同理，按照恒压和恒流交替式供电的工作方式重复下去，既能满足了LED背光灯的恒流需求，又满足了机芯的恒压源需求，无需再单独做块背光恒流板，优化了系统，降低了成本。

电源管理IC模块能同时驱动PFC功率因素校正模块工作和LLC变压器模块谐振工作；在负载待机进入轻载情况下，开关频率以跳周期方式工作，实现轻载高效，满足低待机需求，无需待机辅助电源，简化了电路，降低了成本。

本发明的有益效果是:

1)以往变压器仅恒压输出，然后要经升压恒流后给LED供电；而本发明的变压器在环路控制下能输出恒压和恒流源，在PWM信号作用下恒压和恒流源交替式供电，变压器高压绕组输出做恒流源可直接给背光供电，低压绕组输出恒压源给机芯供电，提高了电源效率，降低成本。

2)以往对LED背光灯单独做恒流板，PWM信号仅控制其恒流源，未充分应用PWM背光控制信号的高效性。

3)当在恒流情况下工作时，LLC变压器高压输出接个均流器，使LED灯串组1和LED灯串组2的工作电流相同。若只需1串LED组，则可将两组恒流输出并接为一组，就可为LED灯串提供恒定的工作电流。这可使得变压器高压绕组输出2路恒流源，可接1至2串的LED灯条，方便匹配多种机型背光。

4)电源管理IC采用NXP的TEA1716芯片，输出能同时控制PFC和LLC模块，当待机信号输入时，可控制电源开关频率转入跳周期的工作方式，提高待机轻载效率，无需待机变压器，节省成本。

5)环路反馈模块采用AP4310的芯片，将恒压控制和恒流控制复合在同个IC中，使恒流源有内部基准电压，无需再外接基准电源，提高恒流精度，简化了电路。

本发明有效利用LED背光灯PWM的高效控制方式，设计使用仅1个变压器在环路控制下能输出恒压和恒流源，在PWM信号作用下恒压和恒流源交替式供电，既能满足LED背光灯的恒流需求，又满足机芯的恒压源需求，无需再做个恒流板和副电源，实现了待机低功耗，提高了电源效率，降低了系统成本。

附图说明

图1为本发明的模块图；

图2为本发明的反馈环路切换模块的电路图；

图3为本发明的恒压恒流电路图。

图中标号说明：1、电源，2、EMI滤波器，3、整流滤波模块，4、电源管理IC模块，5、PFC功率因素校正模块，6、LLC变压器，7、均流器，8、第一次级整流滤波，9、第二次级整流滤波，10、恒流输出模块，11、限压控制模块，12、恒压输出模块，13、恒流开关，14、反馈环路切换模块，15、PWM输入信号，16、环路反馈模块，17、恒流反馈电路，18、恒压反馈电路，19、LED灯串。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种恒压恒流交替式供电的高效电源，包括电源1和PWM输入信号15，所述电源1通过EMI滤波器2依次连接整流滤波模块3和PFC功率因素校正模块5，所述PFC功率因素校正模块5连接LLC变压器6，所述LLC变压器6包括高压恒流输出模块绕组和低压恒压输出模块绕组，所述高压恒流输出模块绕组输出经均流器7均流后输入至第二次级整流滤波9，所述第二次级整流滤波9连接恒流输出模块10后至LED灯串19正端，所述LED灯串19负端连接恒流开关13，所述恒流开关13通过环路反馈模块16连接电源管理IC模块4；所述低压恒压输出模块绕组输出经第一次级整流滤波8后至所述环路反馈模块16和恒压输出模块12，所述恒压输出模块12接收限压控制模块11的信号，所述电源管理IC模块4连接所述PFC功率因素校正模块5和所述LLC变压器6，所述PWM输入信号15通过反馈环路切换模块14后至所述恒流开关13和所述环路反馈模块16的恒压反馈电路18。

进一步的，所述电源管理IC模块4采用NXP的TEA1716型号,所述环路反馈模块16采用AP4310芯片。

进一步的，所述环路反馈模块16包括恒压反馈电路18和恒流反馈电路17，所述恒流开关13连接所述环路反馈模块16中的所述恒流反馈电路17，所述第一次级整流滤波8和所述反馈环路切换模块14连接所述环路反馈模块16的所述恒压反馈电路18。

恒流联接方式为LLC变压器T1的高压绕组15脚输出经无极性电容C73均流后输入给次级整流桥D19、D20、D21、D22整流后，经电容C71滤波，再接LED灯串正端。LED灯串负端接恒流开关MOS管M6，M6的3脚输出接电流取样电阻RP70一端，RP70另一端接地；在电流取样电阻RP70一端取样后输入给环路反馈模块16的恒流反馈电路17的U3B的反相端6脚，U3的3脚输出稳定的参考电压Vref，经R61和R62构成的分压取样电路取样后接U3B的同相端5脚，作为反相端6脚的参考电压；R64和C4构成电流误差放大器，并接在6脚和7脚；U3B的7脚输出接二极管D18的负极，正极接光耦U2的2脚，次级整流滤波后输出经电阻R55接光耦U21脚为光耦供电，光耦U2的3脚接地，4脚接电源管理IC21脚，控制电源工作频率，进而控制输出电流。

恒压反馈环路的联接方式为LLC变压器T1的低压绕组输出经次级整流后一端通过电阻R55给光耦供电；接U3的8脚作为该IC的供电；通过电阻R53给U3A的3脚上拉高电平，U3A的3脚得一稳定的参考电压Vref。另一端通过开关管经R115、R116、R80、IC3构成的限压控制电路，使得输出稳定的电压。次级整流滤波后的电压经RP57和RP59构成分压取样电路，将取样得的电压反馈给U3A的2脚，C1和R1构成电压误差放大器并联在U3A的1脚和2脚。U3A将取样得的电压经误差放大，比较后由1脚输出，接D17的阴极，D17的阳极接光耦的2脚。如上所述恒压反馈环路的控制原理为当次级整流滤波输出电压偏高时，恒压反馈电路U3A的2脚检测到电压偏高，经误差放大和比较后，由1脚输出经D17，光耦反馈给电源管理ICU1的21脚，控制LLC的开关频率，进而使输出电压恒定，为机芯提供恒定的工作电压。

限压控制模块连接方式为R115和R116构成分压取样电路，将取样得的电压输入给调整芯片IC3，IC3的阴极输出接开关管，R117和C74作为误差放大器并接在IC3的阴极2脚和IC3的控制端1脚。R80作为IC3的供电输入限流电阻。当在恒流环路开启工作下，输出12V电压偏大时，该经取样，反馈，调整后使输出电压变小，进而使输出电压限制在12V内，避免过压损坏主板。

本实施例的工作方式：

恒流过程为当恒流开关MOS管M6开启，变压器T1的高压绕组15脚输出为正时，并为电容C73充电，电流通过二极管D20经C71电容滤波后输入到LED1……LED1n组，经MOS管M6和电阻RP70到地，经D21回流到变压器13脚；变压器T1的高压绕组15脚输出为负，13脚输出为正时，电流通过二极管D22经C71电容滤波后输入到LED2……LED2n组，经MOS管M6和电阻RP70到地，经D19给电容C73充电，回流到变压器15脚。电容器C73作为均流器能使流过LED1……LED1n组和LED2……LED2n组的电流相等，其工作原理为当LED1……LED1n组比LED2……LED2n组电流大时，即高压绕组15脚输出的正电压偏大，使C73的2脚电压大于1脚电压；这会使高压绕组15脚输出为负电压，13脚输出正电压偏大，经过D22、C72，LED2……LED2n组，MOS管M6，电阻RP70到地，回流到D19，C73到高压绕组15脚，这将使C73的1脚电压大于2脚电压，进而使LED1……LED1n组和LED2……LED2n组的电流相等，实现两路均流。若LED灯串只需1组，则可将C71和C72的正极并接在一起为一组LED灯串供应恒定电流。

电流取样电阻RP70取样得的电压输入给U3B的6脚,使6脚电压大于5脚的参考电压，D18导通，恒流反馈环路开启工作。当LED灯串总电流偏大时，取样得的电压偏大，输入U3B的6脚，经恒流反馈电路的调整，即使U3B的5脚输出较低电压，使环路通过光耦控制电源管理IC，调整电源开关频率，进而调整输出电流变小；当LED灯串总电流偏小时，取样得的电压偏小，输入U3B的6脚，经恒流反馈电路的调整，即使U3B的5脚输出较高电压，使环路通过光耦控制电源管理IC，调整电源开关频率，进而调整输出电流变大，使LED灯串总电流工作在恒流状态下。

PWM输入信号输入给反馈环路切换模块，当PWM输入信号为高电平时，反馈环路切换一端PWM1输出高电平，输送至恒流开关M6，经RP70取样反馈至恒流反馈电路U3B的6脚，则U3B的6脚电压大于U3B的5脚参考电压，D18导通，使得打开恒流通道使恒流源环路开始工作；另一端输PWM2出低电平，输送至环路反馈模块的恒压反馈电路U3A的2脚，则U3A的2脚电压小于U3A的3脚参考电压，D17截止，使恒压反馈电路停止工作，在这时间段里变压器T1的高压绕组为LED灯串提供恒定的工作电流，此外，低压绕组经次级整流滤波后的电压被限压控制电路控制在恒定的电压使得恒压输出。当PWM输入信号为低电平时，反馈环路切换一端PWM1输出低电平，输送至恒流开关M6并关闭恒流通道使恒流源环路停止工作，即RP70取样的电压为零，输入至U3B的6脚，其电压低于U3B的5脚参考电压，D18截止，恒流反馈环路停止工作；另一端PWM2输出高电平，输送至环路反馈模块的恒压反馈电路U3A的2脚，则U3A的2脚电压大于U3A的3脚参考电压，D17导通，使恒压反馈电路开始工作，在这时间段里该系统电源为机芯提供恒定的工作电压，而恒流源停止工作，LED灯串熄灭。

反馈环路切换电路的R94作为Q10的基极下拉电阻，R100作为Q10的集电极上拉偏置电阻；R96为Q11的基极输入电阻，R97作为Q11的基极下拉电阻，R102作为Q11的集电极上拉偏置电阻。该模块电路工作原理为当PWM输入信号为高电平时，经输入电阻R90将Q10导通，则PWM2被拉为低电平，另Q11因基极变成低电平就会被截止，则输出PWM1就变为高电平。当PWM输入信号为低电平时，经输入电阻R90将Q10截止，则PWM2被拉为高电平，另Q11因基极变成高电平就会被导通，则输出PWM1就会变成低电平。依此原理重复下去，该电路控制恒压和恒流交替式工作。使该电源既能满足LED背光灯的恒流需求，又满足机芯的恒压源需求，无需再单独做块背光恒流板，优化了系统，降低了成本。

Claims (3)

1.一种恒压恒流交替式供电的高效电源，包括电源(1)和PWM输入信号(15)，其特征在于：所述电源(1)通过EMI滤波器(2)依次连接整流滤波模块(3)和PFC功率因素校正模块(5)，所述PFC功率因素校正模块(5)连接LLC变压器(6)，所述LLC变压器(6)包括高压恒流输出模块绕组和低压恒压输出模块绕组，所述高压恒流输出模块绕组输出经均流器(7)均流后输入至第二次级整流滤波(9)，所述第二次级整流滤波(9)连接恒流输出模块(10)后至LED灯串(19)正端，所述LED灯串(19)负端连接恒流开关(13)，所述恒流开关(13)通过环路反馈模块(16)连接电源管理IC模块(4)；所述低压恒压输出模块绕组输出经第一次级整流滤波(8)后至所述环路反馈模块(16)和恒压输出模块(12)，所述恒压输出模块(12)接收限压控制模块(11)的信号，所述电源管理IC模块(4)连接所述PFC功率因素校正模块(5)和所述LLC变压器(6)，所述PWM输入信号(15)通过反馈环路切换模块(14)后至所述恒流开关(13)和所述环路反馈模块(16)的恒压反馈电路(18)。

2.根据权利要求1所述的一种恒压恒流交替式供电的高效电源，其特征在于：所述电源管理IC模块(4)采用NXP的TEA1716型号,所述环路反馈模块(16)采用AP4310芯片。

3.根据权利要求1所述的一种恒压恒流交替式供电的高效电源，其特征在于：所述环路反馈模块(16)包括恒压反馈电路(18)和恒流反馈电路(17)，所述恒流开关(13)连接所述环路反馈模块(16)中的所述恒流反馈电路(17)，所述第一次级整流滤波(8)和所述反馈环路切换模块(14)连接所述环路反馈模块(16)的所述恒压反馈电路(18)。