CN104023441A - 一种数字控制led路灯驱动电源 - Google Patents

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刘霞
孙静
张伟
古玉峰
白刚
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Xian Unversity of Arts and Science
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Abstract

本发明涉及一种数字控制LED路灯驱动电源，其包括输入干扰抑制模块、开关电源模块、LED恒流控制模块，所述输入干扰抑制模块对由电源线传导过来的电学冲击进行抑制，随后通过PFC电路将整流后的脉动电压转换成400V的稳定直流高压，经过DC-DC变换将初级的高压直流电转变成次级上的高频低压交流电，再通过整流滤波后得到直流电提供给LED恒流控制模块。本发明高功率因数LED驱动电源，其输出电压高而输出电流相对较小，这样可以减少开关元件的损耗，不需要同步整流仍然可以实现高效率，而且在不增加元件电压应力的基础上，减小元件的电流应力要求，节省成本。

Description

一种数字控制LED路灯驱动电源
技术领域
本发明涉及驱动电源领域，尤其涉及一种数字控制LED路灯驱动电源。
背景技术
目前，在世界各国重视节能减排的背景下，LED因其具有环保、节能、使用寿命长、亮度高、安全性、稳定等多方面被逐渐应用于通用照明领域，而道路照明则是其中一个极具潜力的应用方向。大功率LED照明设备已经获得了各国市场的广泛认同，并逐渐呈现出对传统照明替代的趋势。
大功率LED路灯驱动电源是LED照明设备的驱动电源，属于开关电源的一种。在开关电源的交流输入端，由二极管和大容量的电解电容组成的整流滤波电路被普遍使用。由于电路的非线性，这类电源的输入电流与电压并不是同相位的正弦波，包含了大量的谐波，导致功率因数较低。因此有必要对这类电源的输入电流波形进行整形，提高其功率因数。
但在单级PFC电路中，由于单个开关管必须同时实现PFC功能和输出电压调节功能，因此其效率和性能都逊色于两级PFC电路，一般多用在几十瓦的中小功率场合。两级有源PFC变换器是比较成熟的功率因数校正方式，功率因数可达到0.99以上，具有独立的PFC级和DC-DC主功率级。其输出电压比较精确，带载能力较强，效率高。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字控制LED路灯驱动电源，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种数字控制LED路灯驱动电源，其包括输入干扰抑制模块、开关电源模块、LED恒流控制模块，所述输入干扰抑制模块对由电源线传导过来的电学冲击进行抑制，随后通过PFC电路将整流后的脉动电压转换成400V的稳定直流高压，经过DC-DC变换将初级的高压直流电转变成次级上的高频低压交流电，再通过整流滤波后得到直流电提供给LED恒流控制模块。
进一步，所述输入干扰抑制模块包括雷击浪涌保护电路和EMI滤波器；所述雷击浪涌保护电路包括相互并联的防浪涌电路和防雷电路，其中，所述防浪涌电路包括一压敏电阻RV1，防雷电路包括压敏电阻RV2、RV3、气放管RG1。压敏电阻RV2和RV3串联，气放管RG1和压敏电阻RV3并联，气放管RG1接地。
进一步，所述EMI滤波电路包括共模电感L1、L2和电容C1～C4，其中，电容C1和电阻R1、R2组成的串联电路并联，电容C2和电容C3、C4组成的串联电路相并联，并且RA1为电容C1提供放电回路。
进一步，所述开关电源模块包括两级PFC变换器，用以实现功率因数校正及获得合适的直流电压，其由两个相互独立的变换器分别实现输入电流整形和输出电压调节。
进一步，所述PFC变换器，前级为PFC级，采用Boost变换器作为主电路拓扑结构，输出端与储能电容CB连接；通过PFC控制器控制开关管的开通与关断，将输入电流校正成与输入电压同相位的正弦信号，使功率因数接近于1，其输出电压为储能电容CB的电压VB，VB的变化范围一般为380～400V；
DC/DC级采用反激式变换器结构，对VB进行隔离和降压，实现对输出电压的快速调节。
进一步，所述LED恒流控制模块包括采样电阻、误差放大器、PWM控制器，所述反激式变换器与电阻R5、R6、R7连接，通过对电压、电流进行采样，经误差放大器处理后输入PWM控制器，得到开关的脉冲信号、控制开关管的开通与关断，实现恒流控制。
进一步，在所述雷击浪涌保护电路中还设置保险丝F1，保险丝F1提供输入短路保护功能。
与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明高功率因数LED驱动电源，其输出电压高而输出电流相对较小，这样可以减少开关元件的损耗，不需要同步整流仍然可以实现高效率，而且在不增加元件电压应力的基础上，减小元件的电流应力要求，节省成本。并且该电源具有效率高、对电网无污染等特点。
附图说明
图1为本发明数字控制LED路灯驱动电源的功能框图；
图2为本发明输入干扰抑制模块的电路图；
图3为本发明两级PFC变换器原理框图；
图4为本发明LED恒流控制模块的电路图；
图5为本发明数字控制的PFC模型电路图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明数字控制LED路灯驱动电源包括输入干扰抑制模块、开关电源模块、LED恒流控制模块。
对于由电源线传导过来的电学冲击进行抑制，随后通过PFC电路将整流后的脉动电压转换成400V的稳定直流高压，经过DC-DC变换将初级的高压直流电转变成次级上的高频低压交流电，再通过整流滤波后得到直流电提供给LED恒流控制模块。
所述输入干扰抑制模块包括雷击浪涌保护电路和EMI滤波器；所述雷击浪涌保护电路包括相互并联的防浪涌电路和防雷电路，其中，所述防浪涌电路包括一压敏电阻RV1，防雷电路包括压敏电阻RV2、RV3、气放管RG1。压敏电阻RV2和RV3串联，气放管RG1和压敏电阻RV3并联，气放管RG1接地。
在该雷击浪涌保护电路中还设置保险丝F1，保险丝F1提供输入短路保护功能。
所述EMI滤波电路包括共模电感L1、L2和电容C1～C4，其中，电容C1和电阻R1、R2组成的串联电路并联，电容C2和电容C3、C4组成的串联电路相并联，并且RA1为电容C1提供放电回路。
所述开关电源模块包括两级PFC变换器，用以实现功率因数校正及获得合适的直流电压。请参阅图3所示，其为本发明两级PFC变换器原理框图，其由两个相互独立的变换器分别实现输入电流整形和输出电压调节。其中，前级为PFC级，采用Boost变换器作为主电路拓扑结构，输出端与储能电容CB连接；通过PFC控制器控制开关管的开通与关断，将输入电流校正成与输入电压同相位的正弦信号，使功率因数接近于1，其输出电压为储能电容CB的电压VB，VB的变化范围一般为380～400V。DC/DC级采用反激式变换器结构，对VB进行隔离和降压，实现对输出电压的快速调节。
所述LED恒流控制模块包括采样电阻、误差放大器、PWM控制器，所述反激式变换器与电阻R5、R6、R7连接，通过对电压、电流进行采样，经误差放大器处理后输入PWM控制器，得到开关的脉冲信号、控制开关管的开通与关断，实现恒流控制。
目前大功率LED驱动电源大多采用模拟电路来实现控制，虽然可以达到很好的控制效果，但是它仍然存在一些不足，如：电路结构复杂、调试维护困难，且升级换代比较麻烦；控制电路的灵活性不够，不易变更控制策略，不易实现复杂控制算法。
而数字控制与LED驱动电源的结合成为了可能。采用数字控制技术，可以很好地解决了模拟控制存在的不足，改善电路的控制性能。
请参阅图5所示，其为本发明数字控制的PFC模型电路图，其中，功率主电路采用Boost变换器，用来实现功率变换；虚线框内的部分为控制电路，用来进行功率电路的控制，由数字控制芯片来完成。控制部分的工作过程为：首先数字控制芯片采样功率主电路的电压Vin、Vo和电流状态信息iL，进行模/数转换，然后将采样到的输出电压Vo与参考电压Vref进行比较，得到电压偏差信号，接着将电压偏差信号送PI调节器处理，生成参考电流的幅值信号Kpl,然后将幅值信号与从正弦表读取的对应数值相乘即可得到下一时刻的参考电流信号iref(n+1)(因为输入电压过零时，正弦表同步复位，所以参考电流信号与整流后的输入电压同相位)，再将参考电流、采样到的电感电流和输入电压代入便可计算出当前开关周期实现功率因数校正所需要的开关占空比d(n)，经PWM模块将占空比信号转化为开关的脉冲信号、放大后，即可驱动开关，控制开关管的开通与关断，实现功率因数校正。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种数字控制LED路灯驱动电源，其特征在于，其包括输入干扰抑制模块、开关电源模块、LED恒流控制模块，所述输入干扰抑制模块对由电源线传导过来的电学冲击进行抑制，随后通过PFC电路将整流后的脉动电压转换成400V的稳定直流高压，经过DC-DC变换将初级的高压直流电转变成次级上的高频低压交流电，再通过整流滤波后得到直流电提供给LED恒流控制模块。
2.根据权利要求1所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，所述输入干扰抑制模块包括雷击浪涌保护电路和EMI滤波器；所述雷击浪涌保护电路包括相互并联的防浪涌电路和防雷电路，其中，所述防浪涌电路包括一压敏电阻RV1，防雷电路包括压敏电阻RV2、RV3、气放管RG1压敏电阻RV2和RV3串联，气放管RG1和压敏电阻RV3并联，气放管RG1接地。
3.根据权利要求2所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，所述EMI滤波电路包括共模电感L1、L2和电容C1～C4，其中，电容C1和电阻R1、R2组成的串联电路并联，电容C2和电容C3、C4组成的串联电路相并联，并且RA1为电容C1提供放电回路。
4.根据权利要求1或2所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，所述开关电源模块包括两级PFC变换器，用以实现功率因数校正及获得合适的直流电压，其由两个相互独立的变换器分别实现输入电流整形和输出电压调节。
5.根据权利要求4所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，所述PFC变换器，前级为PFC级，采用Boost变换器作为主电路拓扑结构，输出端与储能电容CB连接；通过PFC控制器控制开关管的开通与关断，将输入电流校正成与输入电压同相位的正弦信号，使功率因数接近于1，其输出电压为储能电容CB的电压VB，VB的变化范围一般为380～400V；
DC/DC级采用反激式变换器结构，对VB进行隔离和降压，实现对输出电压的快速调节。
6.根据权利要求1或2所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，所述LED恒流控制模块包括采样电阻、误差放大器、PWM控制器，所述反激式变换器与电阻R5、R6、R7连接，通过对电压、电流进行采样，经误差放大器处理后输入PWM控制器，得到开关的脉冲信号、控制开关管的开通与关断，实现恒流控制。
7.根据权利要求3所述的数字控制LED路灯驱动电路，其特征在于，在所述雷击浪涌保护电路中还设置保险丝F1，保险丝F1提供输入短路保护功能。
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