CN104219855A - 基于apfc的无频闪led恒流驱动控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，它包括APFC恒压控制电路单元、恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元；所述恒流控制电路单元由输出电流取样电阻Rs、基准电压源、误差放大器EA和功率MOS管Q组成；所述输出电压自适应控制电路单元由隔离二极管D2、滤波器LPF和输出信号分压电阻R6组成；所述偏置电路单元给误差放大器EA、基准电压源提供偏置。本发明可使用较小的输出滤波电容，而不会出现100/120Hz低频闪烁现象。本专利提高了对电网瞬态干扰的应变能力，其成本低，工作性能稳定可靠，具有广泛的应用前景和推广价值。

Description

基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路
技术领域
本发明涉及一种LED照明驱动电路，具体是一种基于APFC的LED恒流驱动控制电路。
背景技术
LED光源具有环保、节能、使用寿命长、驱动电压低等优点，被公认为21世纪最有前途的照明光源。
在市电供电的中、大功率LED照明灯具中，总是希望灯具功率因数PF尽可能接近1，以减小供电电流的谐波失真度，体现LED灯具的节能特性，并避免污染市电网络。
尽管多数LED灯具功率在80W以下，似乎可使用元件少、成本低廉的APFC单管反激变换器作为灯具内LED芯片的驱动电源，然而APFC单管反激变换器输出电压                                                固有100/120Hz交流纹波电压使LED灯具存在频率为100/120Hz的频闪现象，尽管不为人眼所觉察，但消费者还是顾虑重重，限制了LED灯具的应用场合，除非采用很大容量的输出滤波电容，降低100/120Hz交流纹波电压幅度，才有可能将频闪削弱到通用数码相机也无法感知的程度。
使用如图1所示的现有的LED驱动控制电路，来驱动功率为30W的LED灯具时，对15颗LED芯片串联方式来说，为避免频闪，根据LED芯片伏安特性，要求100/120Hz交流纹波电压峰-峰值<15×5mV，则输出滤波电容容量约为30000μF。但LED灯具空间狭小，根本无法放置如此大容量的电容；此外，输出滤波电容太大还会影响APFC变换器的响应速度。结果在大功率(25W或以上)LED灯具驱动电源中被迫采用基于Boost的APFC+反激或(+LLC)、APFC反激+DC-DC恒流两级变换器拓扑结构，以便获得没有频闪的功率因数PF高的LED灯具——这势必会增加驱动电源的成本、体积，也降低了驱动电源的可靠性和效率。
国家知识产权局于2011年9月28日公开了公开号为CN102202449A，专利名称为LED驱动控制电路及方法的专利文献，本专利文献包括电压比较模块，产生一比较信号PWM提供给输出电流阈值控制模块和LED驱动模块；输出电流阈值控制模块，根据比较信号PWM的占空比产生电流阈值控制信号IREF/VREF给LED驱动模块；LED驱动模块根据输入的所述电流阈值控制信号IREF/VREF和比较信号PWM产生LED驱动控制信号；所述电流阈值控制信号IREF/VREF与比较信号PWM的占空比的乘积为一常数，进而使得在不同占空比的比较信号PWM下，LED驱动控制电路输出的平均电流相同。本发明解决了市电变化时LED灯电流变化过大的影响，方便设定输出电流，解决电流变化带来的LED灯闪烁的问题。
上述专利申请文献与本专利的技术方案不同。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有基于APFC的LED驱动电路的不足，提供了一种无100/120Hz频闪的输出电压受LED负载电压控制的基于APFC的LED恒流驱动控制电路。该控制电路不会出现100/120Hz低频闪烁现象，并提高了对电网瞬态干扰的应变能力。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
    基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，它包括APFC恒压控制电路单元、恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元；所述恒流控制电路单元由输出电流取样电阻Rs、基准电压源、误差放大器EA和功率MOS管Q组成，输出电流取样电阻Rs的一端分别接功率MOS管Q的源极S和误差放大器EA的反相输入端，另一端接次级回路公共电位参考点，误差放大器EA的输出端接功率MOS管Q的栅极G；所述输出电压自适应控制电路单元由隔离二极管D2、滤波器LPF和输出信号分压电阻R6组成,隔离二极管D2的正极接功率MOS管Q的漏极D，功率MOS管Q的漏极D还与接LED串联芯片组的负极连接，LED串联芯片组的正极与所述的APFC恒压控制电路单元的电压输出端连接，隔离二极管D2的负极接低通滤波器LPF的输入端，低通滤波器LPF的输出信号经过电阻R6接所述的APFC恒压控制电路单元的电压取样点；所述偏置电路单元给误差放大器EA、基准电压源 提供偏置。
所述的恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元可以是相互独立的部件，也可以是部分或整体集成在一起的部件。
所述的APFC恒压控制电路单元采用APFC单管反激式恒压源电路。
所述的APFC恒压控制电路单元采用升压型APFC电路。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的无频闪APFC恒流输出控制方式在参数匹配条件下，可使用较小的输出滤波电容，而不会出现100/120Hz低频闪烁现象。
2、对灯具整体效率影响不大，总损耗低于两级拓扑结构的LED驱动电源。
3、有效抑制了因APFC输出响应速度慢造成的电网瞬态干扰引起LED串联芯片组电流突变，提高了对电网瞬态干扰的应变能力。
4、控制电路元件少，成本低，能自动适应不同值的LED芯片，极大地提高了LED灯具的生产效率。
5、实践表明本发明提供的无频闪控制方式工作稳定、可靠。在中、大功率LED照明灯具中具有广泛的应用前景和推广价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为现有技术的电原理图；
图2为本发明实施例1的电原理图；
图3为本发明实施例2的电原理图。
图中：1、APFC恒压控制电路单元； 2、恒流控制电路单元； 3、输出电压自适应控制电路单元；4、偏置电路单元；5、LED串联芯片组；6、整流滤波电路单元。
具体实施方式
 
实施例1:
基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路中的所述的APFC恒压控制电路单元采用APFC单管反激式恒压源电路。
如图2所示，基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，它包括APFC恒压控制电路单元1、恒流控制电路单元2、输出电压自适应控制电路单元3和偏置电路单元4。
所述恒流控制电路单元2由输出电流取样电阻Rs、基准电压源、误差放大器EA和功率MOS管Q组成，输出电流取样电阻Rs的一端分别接功率MOS管Q的源极S和误差放大器EA的反相输入端，另一端接次级回路公共电位参考点，误差放大器EA的输出端接功率MOS管Q的栅极G。
所述输出电压自适应控制电路单元3由隔离二极管D2、滤波器LPF和输出信号分压电阻R6组成,隔离二极管D2的正极接功率MOS管Q的漏极D，功率MOS管Q的漏极D还与接LED串联芯片组5的负极连接，LED串联芯片组的正极与所述的APFC恒压控制电路单元的电压输出端连接，隔离二极管D2的负极接低通滤波器LPF的输入端，低通滤波器LPF的输出信号经过电阻R6接所述的APFC恒压控制电路单元的电压取样点。
所述偏置电路单元4给误差放大器EA、基准电压源 提供偏置。所述的恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元可以是相互独立的部件，也可以是部分或整体集成在一起的部件。
本实施例中，LED灯具输出功率为36W，内部连接方式为15串5并，空载输出电压为52V，负载电流为750mA。串并联LED芯片组正极次级接整流滤波电路的正端，负极接功率MOS管Q的漏极；输出滤波电容C1容量为2×470μF，输出纹波电压峰-峰值约为2.6V，若参考电压源为0.45V，电流取样电阻Rs取0.33Ω，功率MOS管Q选用导通内阻为85mΩ、耐压为60V的功率MOS管，通过调节输出信号分压电阻R6使功率MOS管Q的D-S极平均直流电压等于，即1.3V，这样就基本消除了100/120Hz频闪。
实施例2:
如图3所示，基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，它包括APFC恒压控制电路单元、恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元；本实施例中，所述的APFC恒压控制电路单元采用升压型APFC电路。有源功率因数校正(APFC) 电路主要是在整流器与输出电容器之间串联有源功率控制器,使AC/ DC 变换器的输入电流和输入电压为同频同相的正弦波,从而功率因数接近1 ,且输出电压稳定。
其它内容与实施例1中的技术内容相同，故不再展开描述。
 
本发明工作原理：
在空载或负载电流小于额定值()时，误差放大器EA输出高电压，功率MOS管Q导通，D-S极之间压降很小，变换器输出电压由APFC恒压控制电路单元确定。当负载电流达到额定值()时，恒流控制电路动作，若输出电压↑→误差放大器EA反相输入端电压↑→误差放大器EA的输出电压↓→功率MOS管Q的 D-S极电压↑→LED串联芯片组的两端电压↓→输出电流↓；反之，输出电压↓→误差放大器EA反相输入端电压↓→误差放大器EA输出电压↑→功率MOS管Q的D-S极电压↓→LED串联芯片组的两端电压↑→输出电流↑。可见，恒流控制电路将APFC变换器输出固有的100/120Hz交流纹波电压降落到功率MOS管Q的D-S极，使LED串联芯片组的电流稳定，削弱、甚至完全消除100/120Hz的频闪。
为避免因LED芯片偏小，造成满载时功率MOS管Q的压降过大,导致功率MOS管Q过热、降低电源效率；或因LED芯片偏大，导致功率MOS管Q的压降偏低, 使负载电流小于额定值，不能完全消除100/120Hz频闪。为此，设置了功率MOS管Q的漏极D平均电位自动跟踪电路:功率MOS管Q的漏极电压信号经隔离二极管D2送滤波器LPF去除100/120Hz交流纹波电压后接APFC恒压控制电路单元输出电压取样点，这样当功率MOS管Q的漏极平均电压↑→APFC恒压控制电路单元输出电压取样点电位↑→输出电压↓→功率MOS管Q的漏极平均电压↓；反之亦然，最终迫使功率MOS管Q的漏极平均电位稳定在设定值附近，大小与整流滤波电路单元6滤波电容容量有关，通过调节电阻R6阻值可改变MOS管Q漏极D的平均电位，当平均电压等于输出直流电压中100/120Hz交流纹波电压峰-峰值一半时，频闪刚好完全消失。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，其特征在于：它包括APFC恒压控制电路单元、恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元；
所述恒流控制电路单元由输出电流取样电阻Rs、基准电压源                                                、误差放大器EA和功率MOS管Q组成，输出电流取样电阻Rs的一端分别接功率MOS管Q的源极S和误差放大器EA的反相输入端，另一端接次级回路公共电位参考点，误差放大器EA的输出端接功率MOS管Q的栅极G；
所述输出电压自适应控制电路单元由隔离二极管D2、滤波器器LPF和输出信号分压电阻R6组成,隔离二极管D2的正极接功率MOS管Q的漏极D，功率MOS管Q的漏极D还与接LED串联芯片组的负极连接，LED串联芯片组的正极与所述的APFC恒压控制电路单元的电压输出端连接，隔离二极管D2的负极接低通滤波器LPF的输入端，低通滤波器LPF的输出信号经过电阻R6接所述的APFC恒压控制电路单元的电压取样点；
所述偏置电路单元给误差放大器EA、基准电压源 提供偏置。
2.根据权利要求1所述的基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，其特征在于：所述的恒流控制电路单元、输出电压自适应控制电路单元和偏置电路单元可以是相互独立的部件，也可以是部分或整体集成在一起的部件。
3.根据权利要求1所述的基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，其特征在于：所述的APFC恒压控制电路单元采用APFC单管反激式恒压源电路。
4.根据权利要求1所述的基于APFC的无频闪LED恒流驱动控制电路，其特征在于：所述的APFC恒压控制电路单元采用升压型APFC电路。
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