CN104378888B - 一种简易高pfc架构可控硅调光led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，包括依次连接的输入整流滤波电路、变压器、输出整流滤波电路，还包括驱动控制IC、启动电路、可控硅检测电路、网络补偿电路、线性稳压电路和功率开关管，所述输入整流滤波电路连接所述启动电路，所述启动电路连接所述驱动控制IC，所述驱动控制IC控制功率开关管，所述功率开关管连接变压器初级线圈，所述变压器辅助线圈连接线性稳压电路，所述线性稳压电路连接驱动控制IC，可控硅检测电路连接输入整流滤波电路和网络补偿电路，所述网络补偿电路连接驱动控制IC，本发明电路简单，成本低廉，调光线性度好，不会产生闪烁现象，具有很高的转换效率和经济效益。

Description

一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源

技术领域

本发明涉及一种可控硅调光LED驱动电源，具体涉及一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源。

背景技术

面对全球能源紧张的问题，如何用高科技提高能源的利用率显得尤为重要，据统计，照明约占世界总能耗的20％左右，所以降低照明能耗是社会一直关注的重点。LED照明具有很好的演色性、光效高、工作电压低、使用寿命长、安全节能等一系列优点，LED照明势必将完全取代白炽灯照明。

LED调光更具有优良的节能特性，适用于人们对照明效果的要求和环保的需求，利用LED调光照明可以打造舒适的照明环境和特殊的照明效果。但是LED光源不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压，它必须配有专用的转换设备，提供能够满足驱动LED的额定电压和电流，才能使LED正常工作，这就是所谓的LED专用驱动电源。目前的可控硅调光LED驱动电源电路要实现高功率因数、调光无闪烁、调光线性度好、调光分辨率高、对调光器的兼容性强，满足人们对照明空间视觉效果的要求，就必须要加入一大堆线路，例如复杂的有源泄放电路、有源阻尼电路、动态泄放电路、光耦反馈电路、恒流电路、填谷电路、调光相控角检测电路等电路，所以现在需要设计一种能够满足上述要求，并且电路简单的LED驱动电源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率因数、调光无闪烁、调光线性度好、调光分辨率高、对调光器的兼容性强的简单的可控硅调光LED驱动电源。

为实现上述目的，本发明提供一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，包括依次连接的输入整流滤波电路、变压器和输出整流滤波电路，还包括驱动控制IC、启动电路、可控硅检测电路、网络补偿电路、线性稳压电路和功率开关管；所述输入整流滤波电路连接所述启动电路，所述启动电路连接所述驱动控制IC，所述驱动控制IC控制功率开关管，所述功率开关管连接变压器初级线圈；所述变压器辅助线圈连接线性稳压电路，所述线性稳压电路连接驱动控制IC；所述可控硅检测电路连接输入整流滤波电路和网络补偿电路，所述网络补偿电路连接所述驱动控制IC；所述可控硅检测电路和网络补偿电路用于调整驱动控制IC，使驱动控制IC保持稳定工作，并且使所述LED驱动电源能够用于可控硅调光；所述线性稳压电路确保当可控硅调光随着输入电压和输出电压电流变化时，所述驱动控制IC维持正常的工作状态；所述驱动控制IC用于检测所述变压器初级线圈的电流，以及用于检测所述变压器辅助线圈的过零点电流放电时间；所述驱动控制IC内部设有实时检测输出平均电流的运算电路。

本发明采用数字电源控制技术，在输入电压及负载下的开关On time设计为非固定的，使其操作在临界导通模式，所以其开关频率不是固定的，通过上述方案，无论输入电压和输出电流发生任何变化，驱动控制IC都可以通过调整On time，保证输出平均电流不变。在正弦半波内，只要导通时间是常数，峰值电流将和输入电压成线性关系，所以IP的平均值也将是正弦波，使得产品具有高功率因数(PF﹥0.9)、高效率(效率﹥85％)、低谐波(谐波含量低于20％)，使得LED调光时，LED驱动电源无论在不接调光器或者接调光器时功率因数PF值都高达0.9，特别是接调光器调光时，当调光器调到最低电流(LED灯具最小亮度)时功率因数依旧高达0.9，并且谐波含量很低，上述中的网络补偿电路提供一个偏置电压来维持环路的稳定性并使得本发明的驱动电源得到更高的功率因数。

进一步地，所述变压器为隔离变压器或者非隔离变压器，使用隔离变压器时输出部分是安全隔离的，可以直接用手接触LED，不会产生触电，提高了电路的安全使用性能；使用非隔离变压器时具有成本低、效率高的优势。

进一步地，所述可控硅检测电路包括串联连接的电阻R1、R2、R3，所述网络补偿电路包括电阻R18、二极管D3、电容C2、C3，二极管D3的负极连接在电阻R2、R3之间，正极连接所述驱动控制IC的COMP管脚，所述电阻R18连接在所述驱动控制IC的COMP管脚和线性稳压电路之间，所述电容C2一端接在二极管D3负极，另一端接地，所述电容C3一端接在二极管D3正极，另一端接地，所述二极管D3可以隔离可控硅检测电路中的电位，所述网络补偿电路使所述驱动控制IC的COMP管脚维持不低于0.7V的恒定电压来恒定导通时间并稳定控制环路。

当可控硅调光时二极管D3的负极的电位会随着调光器的电压的高低发生一定的变化，特别是在输入低电压调光器调到低端时，二极管D3的负极的电位会变得很低，这时电阻R18可以给驱动控制IC的COMP管脚提供一个偏置电压来维持环路的稳定性和得到更高的功率因数。

进一步地，所述输入整流滤波电路包括依次连接的EMI滤波电路、输入整流电路、无源泄放电路，所述无源泄放电路包括电阻RA和电容CB2，所述电阻RA和电容CB2串联连接。所述无源泄放电路确保初始输入电流量足以满足可控硅的最低维持电流要求，特别是在可控硅导通角不够大的情况下对AC输入进行正确的过零点检测，这对于维持正确的调光工作起到很大的作用，相对于有源泄放电路，无源泄放电路简单，可靠性高并能节省成本。

进一步地，所述启动电路包括串联连接的电阻R27、R28，电阻R27、R28的两端分别连接所述无源泄放电路和驱动控制IC的VCC管脚，电阻R27和R28组成的启动电路为一般启动电路，本发明还提供了一种高压快速启动电路，所述高压快速启动电路包括二极管D6、D7和电阻R6、R7，二极管D6、D7的正极分别接在EMI滤波电路的两端，二极管D6、D7的负极相接后连接串联的电阻R6、R7，电阻R7的另一端连接驱动控制IC的VCC管脚，所述高压快速启动电路可以实现快速启动驱动控制IC，使得驱动控制IC的启动时间小于0.3S。

进一步地，所述线性稳压电路包括三极管Q2、稳压二极管ZD1、电阻R13，所述三极管Q2的基极连接所述稳压二极管ZD1的负极，所述电阻R13两端分别连接所述三极管Q2的基极和集电极，所述三极管Q2的发射极连接所述驱动控制IC的VCC管脚，所述稳压二极管ZD1的正极接地，当所述输入电压和输出电压电流变化时，所述线性稳压电路能够维持驱动控制IC一直处于正常工作的状态。

进一步地，所述变压器初级线圈连接所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的源极连接采样电阻RS1后接地，所述驱动控制IC的CS管脚连接所述采样电阻RS1，所述驱动控制IC的CS管脚检测变压器初级线圈的电流；

所述驱动控制IC的ZCD管脚连接所述变压器辅助线圈，所述变压器辅助线圈另一端接地，所述驱动控制IC的ZCD管脚检测变压器辅助线圈电流放电时间。

进一步地，本发明还包括拓展电路，所述拓展电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25，所述驱动控制IC的CS管脚连接所述电阻R21，所述电阻R20连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和电阻R21之间，所述电阻R22连接于所述驱动控制IC的CS管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R23连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R24连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和功率开关管的栅极之间，所述电阻R25连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和功率开关管的栅极之间，上述六个电阻可以进行短路和开路的组合，例如电阻R21、电阻R23和电阻R24短路，其他三个电阻开路，这一组合可以针对某一类驱动控制IC，改变电阻的短路和开路，又可以适用于其他类型的驱动控制IC,由此可见本发明的拓展电路可以提高电路的兼容性，扩大本发明的应用范围，使用不受过多的约束。

与现有技术相比，本发明基于单级PFC架构、模数转换技术和数字电源控制技术，结构简单合理，具有高PFC、低THD、精准恒流等特性，且电路工作于准谐振模式，省去目前市场上流行的有源泄放电路、有源阻尼电路、动态泄放电路、光耦反馈电路、恒流电路、填谷电路、调光相控角检测电路等电路；本发明调光的线性度好，不会产生闪烁现象，具有很高的转换效率，而且还能够兼容市面上流行的多数可控硅调光器，能大大提高LED灯具的使用寿命，降低LED灯具的整体成本，有非常高的经济价值和社会效益。

附图说明

图1为本发明隔离式LED驱动电源的电路原理图；

图2为本发明非隔离式LED驱动电源的电路原理图；

图3为本发明LED驱动电源采用一般启动电路的电路原理图；

图4为本发明拓展式LED驱动电源的电路原理图；

图5为本发明的电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细的介绍。

本发明提供一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，包括依次连接的输入整流滤波电路、变压器和输出整流滤波电路，还包括启动电路、可控硅检测电路、网络补偿电路、具有原边反馈PSR简易结构的LED驱动控制IC、线性稳压电路和功率开关管，所述输入整流滤波电路滤除交流输入电中的干扰信号，将交流电转换为直流电。

所述输入整流滤波电路通过启动电路连接所述驱动控制IC的VCC管脚，所述驱动控制IC的DRV管脚连接所述功率开关管的栅极，所述功率开关管的漏极连接所述变压器初级线圈，所述变压器辅助线圈通过电阻R12和二极管D2连接所述线性稳压电路，所述变压器辅助线圈通过电阻R11连接所述驱动控制IC的ZCD管脚，所述线性稳压电路输出端连接所述驱动控制IC的VCC管脚，所述可控硅检测电路连接所述输入整流滤波电路和所述网络补偿电路，所述网络补偿电路连接所述驱动控制IC，所述可控硅检测电路和网络补偿电路用于调整驱动控制IC，使驱动控制IC保持稳定工作，并且使所述LED驱动电源用于可控硅调光，网络补偿电路提供一个偏置电压来维持环路的稳定性并使得驱动电源得到更高的功率因数，所述线性稳压电路确保当可控硅调光随着输入电压和输出电压电流变化时，所述驱动控制IC维持正常的工作状态，所述驱动控制IC用于检测所述变压器初级线圈的电流，以及用于检测所述变压器辅助线圈的过零点电流放电时间，所述驱动控制IC内部设有实时检测输出平均电流的运算电路。

上述中的变压器有以下两种方式：

第一种方式：所述变压器为非隔离变换器，初级线圈相当于电感，此方式的LED驱动电源的工作效率高，成本低；

第二种方式：所述变压器为隔离变压器，此时输出部分是安全隔离的，LED可以直接用手接触，不会产生触电，当采用隔离变压器时，隔离变压器连接有尖峰吸收回路，所述尖峰吸收回路包括并联连接的电阻R9、电阻R10、电容C1，并联后一端连接二极管D1的负极，另一端连接所述无源泄放电路，二极管D1的正极连接所述功率开关管的漏极，尖峰吸收回路主要是吸收开关管Q1关断时变压器漏感造成的电压尖峰。

所述变压器初级线圈连接所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的源极连接采样电阻RS1后接地，所述驱动控制IC的CS管脚经过电阻R16连接采样电阻RS1，驱动控制IC的CS管脚通过电容C5接地，C5与R16可消除CS管脚的尖峰电压，所述驱动控制IC的CS管脚检测变压器初级线圈的电流；所述驱动控制IC的ZCD管脚通过电阻R11连接辅助线圈，所述驱动控制IC的ZCD管脚检测辅助线圈过零点电流放电时间，所述驱动控制IC内部设有实时检测输出平均电流的运算电路，确保输出电流的恒定。本发明采用数字电源控制技术，在输入电压及负载下的开关On time设计为非固定的，使其操作在临界导通模式，所以其开关频率不是固定的，通过上述方案，无论输入电压和输出电流发生任何变化，驱动控制IC都可以通过调整On time，保证输出平均电流不变。根据发明人的研究发现，在正弦半波内，只要导通时间是常数，峰值电流将和输入电压成线性关系，所以IP的平均值也将是正弦波，使得产品具有高功率因数(PF﹥0.9)、高效率(效率﹥85％)、低谐波(谐波含量低于20％)，使得LED调光时，LED驱动电源无论在不接调光器或者接调光器时功率因数PF值都高达0.9，特别是接调光器调光时，当调光器调到最低电流(LED灯具最小亮度)时功率因数依旧高达0.9，并且谐波含量很低。

上述可控硅检测电路包括串联连接的电阻R1、R2、R3，所述网络补偿电路包括电阻R18、二极管D3、电容C2、C3，二极管D3的负极连接在电阻R2、R3之间，正极连接所述驱动控制IC的COMP管脚，所述电阻R18连接在所述驱动控制IC的COMP管脚和线性稳压电路之间，所述电容C2一端接在二极管D3负极，另一端接地，所述电容C3一端接在二极管D3正极，另一端接地，所述二极管D3起到隔离可控硅检测电路中的电功能，所述可控硅检测电路使得驱动电源具有可控硅调光功能，所述网络补偿电路使所述驱动控制IC的COMP管脚维持不低于0.7V的恒定电压来恒定导通时间并稳定控制环路。

当可控硅调光时二极管D3的负极的电位会随着调光器的电压的高低发生一定的变化，特别是在输入低电压调光器调到低端时，二极管D3的负极的电位会变得很低，这时电阻R18可以给驱动控制IC的COMP管脚提供一个偏置电压来维持环路的稳定性和得到更高的功率因数。

所述输入整流滤波电路包括依次连接的EMI滤波电路、输入整流电路、无源泄放电路，所述无源泄放电路包括电阻RA和电容CB2，所述电阻RA和电容CB2串联连接，所述无源泄放电路确保初始输入电流量足以满足可控硅的最低维持电流要求，特别是在可控硅导通角不够大的情况下对AC输入进行正确的过零点检测，这对于维持正确的调光工作起到很大的作用，相对于有源泄放电路，无源泄放电路简单，可靠性高并能节省成本。

所述启动电路可以是一般启动电路，包括串联连接的电阻R27、R28，电阻R27、R28两端分别连接所述无源泄放电路和所述驱动控制IC的VCC管脚，所述启动电路还可以是高压快速启动电路，所述高压快速启动电路包括二极管D6、D7和电阻R6、R7，二极管D6、D7的正极分别接在EMI滤波电路的两端，二极管D6、D7的负极相接后连接串联的电阻R6、R7，电阻R7的另一端连接驱动控制IC。所述高压快速启动电路可以实现快速启动驱动控制IC，使得驱动控制IC的启动时间小于0.3S。

所述线性稳压电路包括三极管Q2、稳压二极管ZD1、电阻R13，所述三极管Q2的基极连接所述稳压二极管ZD1的负极，所述电阻R13两端分别连接所述三极管Q2的基极和集电极，所述三极管Q2的发射极连接所述驱动控制IC的VCC管脚，所述稳压二极管ZD1的正极接地，当所述输入电压和输出电压电流变化时，所述线性稳压电路能够维持驱动控制IC一直处于正常工作的状态。

本发明还包括拓展电路，所述拓展电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25，所述驱动控制IC的CS管脚连接所述电阻R21，所述电阻R20连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和电阻R21之间，所述电阻R22连接于所述驱动控制IC的CS管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R23连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R24连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和功率开关管的栅极之间，所述电阻R25连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和功率开关管的栅极之间，上述六个电阻可以进行短路和开路的组合，例如电阻R21、电阻R23和电阻R24短路，其他三个电阻开路，这一组合可以针对某一类驱动控制IC，改变电阻的短路和开路，又可以适用于其他类型的驱动控制IC,由此可见本发明的拓展电路可以提高电路的兼容性，扩大本发明的应用范围，使用不受过多的约束。

本发明具体实施中采用的驱动控制IC的VCC管脚为芯片的供电电源连接端，GND管脚为芯片接地端，DRV管脚为驱动信号传输端，ZCD管脚为零电流检测端，本发明用于检测变压器辅助线圈的过零点电流放电时间，CS管脚为电流检测端，本发明用于检测变压器初级线圈的电流，COMP管脚为电压比较器连接，当然，除了此类型的驱动芯片，也可以采用功能类似的其他驱动控制IC代替；本发明图1、2、3、4中的虚线框11、21、31、41为无源泄放电路，虚线框12、22、32、42为可控硅检测电路，虚线框13、23、33、43为网络补偿电路，虚线框14、24、34、44为线性稳压电路。

与现有技术相比，本发明基于单级PFC架构、模数转换技术和数字电源控制技术，结构简单合理，具有高PFC、低THD、精准恒流等特性，且电路工作于准谐振模式，省去目前市场上流行的有源泄放电路、有源阻尼电路、动态泄放电路、光耦反馈电路、恒流电路、填谷电路、调光相控角检测电路等电路；本发明调光的线性度好、不会产生闪烁现象、具有很高的转换效率，而且还能够兼容市面上流行的多数可控硅调光器，能大大提高LED灯具的使用寿命，降低LED灯具的整体成本，有非常高的经济价值和社会效益。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所述领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，包括依次连接的输入整流滤波电路、变压器和输出整流滤波电路，还包括驱动控制IC、启动电路、可控硅检测电路、网络补偿电路、线性稳压电路和功率开关管；所述输入整流滤波电路连接所述启动电路，所述启动电路连接所述驱动控制IC，所述驱动控制IC控制功率开关管，所述功率开关管连接变压器初级线圈；所述变压器辅助线圈连接线性稳压电路，所述线性稳压电路连接驱动控制IC；所述可控硅检测电路连接输入整流滤波电路和网络补偿电路，所述网络补偿电路连接所述驱动控制IC；所述可控硅检测电路和网络补偿电路用于调整驱动控制IC，使驱动控制IC保持稳定工作，并且使所述LED驱动电源能够用于可控硅调光；所述线性稳压电路确保当可控硅调光随着输入电压和输出电压电流变化时，所述驱动控制IC维持正常的工作状态；所述驱动控制IC用于检测所述变压器初级线圈的电流，以及用于检测所述变压器辅助线圈的过零点电流放电时间；所述驱动控制IC内部设有实时检测输出平均电流的运算电路；

所述可控硅检测电路包括串联连接的电阻R1、R2、R3,所述网络补偿电路包括电阻R18、二极管D3、电容C2、C3，二极管D3的负极连接在电阻R2、R3之间，正极连接所述驱动控制IC的COMP管脚，所述电阻R18连接在所述驱动控制IC的COMP管脚和线性稳压电路之间，所述电容C2一端接在二极管D3负极，另一端接地，所述电容C3一端接在二极管D3正极，另一端接地，所述二极管D3可以隔离可控硅检测电路中的电位，所述网络补偿电路使所述驱动控制IC的COMP管脚维持不低于恒定电压来恒定导通时间并稳定控制环路。

2.根据权利要求1所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述变压器为隔离变压器或者非隔离变压器。

3.根据权利要求1所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述网络补偿电路使得所述驱动控制IC的COMP管脚维持不低于0.7V的电压来恒定导通时间并稳定控制环路。

4.根据权利要求1或2所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述输入整流滤波电路包括依次连接的EMI滤波电路、输入整流电路、无源泄放电路，所述无源泄放电路包括电阻RA和电容CB2，所述电阻RA和电容CB2串联连接。

5.根据权利要求4所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述启动电路包括串联连接的电阻R27、R28，电阻R27、R28的两端分别连接所述无源泄放电路和驱动控制IC的VCC管脚。

6.根据权利要求4所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述启动电路为高压快速启动电路，所述高压快速启动电路包括二极管D6、D7和电阻R6、R7，二极管D6、D7的正极分别接在EMI滤波电路的两端，二极管D6、D7的负极相接后连接串联连接的电阻R6、R7，电阻R7的另一端连接驱动控制IC的VCC管脚，所述高压快速启动电路可以实现快速启动驱动控制IC，驱动控制IC的启动时间小于0.3S。

7.根据权利要求1或2所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述线性稳压电路包括三极管Q2、稳压二极管ZD1、电阻R13，所述三极管Q2的基极连接所述稳压二极管ZD1的负极，所述电阻R13两端分别连接所述三极管Q2的基极和集电极，所述三极管Q2的发射极连接所述驱动控制IC的VCC管脚，所述稳压二极管ZD1的正极接地。

8.根据权利要求1或2所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，所述变压器初级线圈连接所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的源极连接采样电阻RS1后接地，所述驱动控制IC的CS管脚连接所述采样电阻RS1，所述驱动控制IC的CS管脚检测变压器初级线圈的电流；

所述驱动控制IC的ZCD管脚连接所述变压器辅助线圈，所述变压器辅助线圈另一端接地，所述驱动控制IC的ZCD管脚检测变压器辅助线圈电流放电时间。

9.根据权利要求1或2所述的简易高PFC架构可控硅调光LED驱动电源，其特征在于，还包括拓展电路，所述拓展电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25，所述驱动控制IC的CS管脚连接所述电阻R21，所述电阻R20连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和电阻R21之间，所述电阻R22连接于所述驱动控制IC的CS管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R23连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和线性稳压电路之间，所述电阻R24连接于所述驱动控制IC的DRV管脚和功率开关管的栅极之间，所述电阻R25连接于所述驱动控制IC的VCC管脚和功率开关管的栅极之间。