CN104780692B - 一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路 - Google Patents

一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路。该LED驱动电路包括一输入电源Vin、一功率MOS开关管Q1、一功率MOS开关管Q2、一功率二极管D1、一功率二极管D2、一功率二极管D3、一功率二极管D4、一功率二极管D5、一中间电容CB、一输出电容C2、一电感LBoost、一高频变压器Tr。本发明通过构造单级无桥双Boost与Flyback集成LED驱动电路,实现高效、高功率因数以及恒定的电流输出等功能。

Description

一种单级无桥双Boost与FI yback集成的LED驱动电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路,更具体说是一 种将无桥双Boost PFC电路和后级Hyback电路集成的单级LED驱动电路以实现输入功率因 数校正和输出恒流LED驱动。
背景技术
[0002] 为了抑制网侧输入电流的低频谐波污染,25瓦以上的照明电器需要满足国际电工 委员会颁布的标准IEC1000-3-2等权威机构颁布的低频谐波电磁兼容标准。为了符合上述 要求,功率因数校正技术成为了必要。
[0003] 通常交流-直流PFC变换器从电路结构上可分为单级与多级PFC电路两大类。ED驱 动电源前级一般为PFC电路,后级为恒流输出电路;前级一般采用B〇〇st、buck、cuk等结构, 后级DC-DC电路根据功率等级一般采用Flyback、LLC等结构。两级PFC电路具有输入电流总 谐波失真度小,功率因数接近单位值的优点。但两级PFC电路控制相对复杂,成本较高,整机 效率低,不适用于中小功率场合。单级功率因数校正电路(简称单级PFC电路)将前级PFC变 换器与后级DC-DC变换器拓扑上集成,即共用一个功率开关管和一套控制电路,具有控制简 单、整机效率高和功率器件少等优点。
[0004] 传统前级Boost PFC电路由于整流桥的存在而影响整机的效率,特别在低压大电 流的场合,过高的导通损耗降低整机效率,同时使整机的功率密度无法改善,而无桥Boost 电路可以有效的降低半导体功率二极管的导通损耗;反激变换电路由于具有拓扑简单,输 入输出电气隔离,升/降压范围广,实现多路输出等优点而被广泛应用。本发明单级无桥双 Boost与Hyback集成LED驱动电路既具有降低整流桥导通损耗的优点,又能有效实现输入 输出隔离和多路输出,并且只需要一套控制电路,可以有效的降低成本和提高整机效率。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路,实 现高功率因数、高效和恒流输出,并降低主电路的导通损耗实现整机效率的提高,通过电路 集成,也有效的减小了功率半导体器件数目和节约了系统的成本。
[0006] 为头现上述目的,本发明的技术方案是:一种单级无桥双Boost与Flyback集成的 LED驱动电路,包括一输入交流电压源Vin,所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率二极 管Di的阳极和一功率二极管D2的阴极;所述功率二极管Di的阴极连接一中间电容cB、一功率 二极管D3的阴极和一功率M0S开关管&的漏极;所述中间电容CB的另一端连接一功率二极管 02的阳极和一功率M0S开关管&的源极和一变压器Tr的原边非同名端;所述功率M0S开关管 Qi的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D4的阳极,所述功率M0S开关管&的 栅极连接第一路PWM控制信号;所述功率二极管D3的阳极连接到所述功率M0S开关管q2的漏 极、所述功率二极管D4的阴极和一电感1^。_的一端;所述的功率M0S开关管Q2的栅极连接第 二路PWM控制信号;所述电感LBmst的另一端连接到输入电源的另一端;所述变压器Tr的副边 非同名端连接一功率二极管D5的阳极;所述功率二极管以的阴极连接到输出电容c2的正端; 所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端;所述电容&的正、负端连接所述LED 驱动电路的LED负载。
[0007] 在本发明一实施例中,所述功率二极管Di、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极 管D4、功率二极管D5是快恢复二极管。
[0008] 在本发明一实施例中,变压器Tr是高频变压器,原副边同名端反方向。
[0009] 在本发明一实施例中,所述中间电容CB是电解电容。
[0010] 在本发明一实施例中,所述输出电容C2是电解电容。
[0011] 在本发明一实施例中,所述功率M0S开关管Q1在所有电源周期内高频工作,而功率 M0S开关管Q2只有在电源周期负半周时高频工作,同时,所述功率M0S开关管Q1和Q2在电源 周期的负半周时采用高频互补导通。
[0012] 在本发明一实施例中,所述功率M0S开关管Qi作为双Boost电路正半周期的开关 管,所述功率M0S开关管Q2作为双Boost电路负半周期的开关管,同时功率M0S开关管&作为 反激变换器的开关管。
[0013] 相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
[0014] 1 •相对于两级无桥双Boost+Flyback电路,单级集成电路少了 一个开关管,减少了 功率半导体器件的数量,可以有效降低成本;
[0015] 2 •单级电路只需要一套控制方案,减小了控制电路的复杂性,同时也可以节约成 本;
[0016] 3•与Boost PFC电路相比,本发明减少输入功率整流二极管桥损耗,在低压输入时 具有更低的导通损耗,具有更高的变换效率;
[0017] 4•本发明具有无桥双Boost电路和Flyback电路的优点,在能实现高功率因数的同 时,实现恒流输出控制,无整流桥、一套控制电路,控制简单,节约成本,提高了整机效率,降 低了系统的复杂性。
附图说明
[0018]图1是本发明的一种单级无桥双Boost与Hyback集成的LED驱动电路原理图。
[0019]图2是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LH)驱动电路在电感LBTOSt 电流断续模式工作,输入交流电压正半周、功率M0S开关管&导通时的工作模态示意图。 [0020]图3是本发明的一种单级无桥B〇ost+myback集成的LED驱动电路在电感电流断 续模式工作,输入交流电压正半周、功率M0S开关管Qi关断时电感LB_t电流给中间电容充电 的工作模态示意图。
[0021]图4本发明的一种单级无桥双B〇ost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断 续模式工作,输入交流电压正半周、功率M0S开关管仏关断时电感LB_t电流为〇时的工作模 态示意图。
[0022]图5是本发明的一种单级无桥双B〇ost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流 断续模式工作,输入交流电压负半周、功率M0S开关管Q2导通时电感LBoost电流充电的工作模 态示意图。
[0023]图6是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流 断续模式工作,输入交流电压负半周、功率MOS开关管Qi、Q2关断、处于死区时电感Lb。。^给中 间电容充电的工作模态示意图。
[0024]图7是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流 断续模式工作,输入交流电压负半周、功率M0S开关管Qi导通中间电容给反激变压器充电的 工作模态示意图。
[0025]图8是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流 断续模式工作,输入交流电压负半周、功率M0S开关管Qi、Q2关断、处于死区时反激变压器给 负载LH)供电的工作模态示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
[0027] 本发明的一种高效单级LED驱动电路,具体为一种单级无桥双Boost与Flyback集 成的LED驱动电路,包括一输入交流电压源Vin,所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率 二极管D1阳极和一功率二极管D2的阴极;所述功率二极管仏的阴极连接一中间电容CB、一功 率二极管D3的阴极和一功率M0S开关管&的漏极;所述中间电容CB的另一端连接所述功率二 极管D2的阳极和一功率M0S开关管Q2的源极和一变压器Tr的原边非同名端;所述功率M0S开 关管Qi的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D4的阳极,所述功率M0S开关管 Qi的栅极连接一第一路PWM控制信号;所述功率二极管D3的阳极连接到所述功率M0S开关管 Q2的漏极、所述功率二极管D4的阴极和一电感LBoost的一端;所述的功率M0S开关管Q2的栅极 连接一第二路PWM控制信号;所述电感“。。^的另一端连接到输入电源的另一端;所述变压器 Tr的副边非同名端连接一功率二极管仏的阳极;所述功率二极管以的阴极连接到输出电容 C2的正端;所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端;所述电容C2的正、负端作 为所述LED驱动电路的输出端。所述功率二极管Di、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极 管D4、功率二极管D5是快恢复二极管。所述中间电容CB及输出电容C2是电解电容。所述功率 M0S开关管Q1在所有电源周期内高频工作,而功率M0S开关管Q2只有在电源周期负半周时高 频工作,同时,所述功率M0S开关管Q1和Q2在电源周期的负半周时采用高频互补导通。M0S开 关管&和出在正负电源周期分别构成双BOOST电路工作,且功率M0S开关管&又作为Flyback 开关管工作;所述变压器Tr是高频变压器。
[0028]以下讲述本发明的一实施例:
[0029] 本发明通过采用单级无桥Boost和Flyback集成的LED驱动电路,实现高效恒流输 出,降低主电路的导通损耗并能同时达到功率因数校正功能。下面结合图1中的具体实例具 体说明本发明的一种单级无桥双Boost+Flyback集成的LED驱动电路在无桥Boost电感 LB_t电流断续模式①CM模式)和后级Flyback变换器电路的变压器Tr电流连续模式(CCM模 式)下的具体工作模态,如图2至图8所示。
[0030] 参照图2,输入交流电压为正半周期,在功率M0S开关管&导通时,输入的输入交流 电压源Vin通过功率M0S开关管Qi对电感LBmt进行充电,同时中间电容通过给反激变换器 变压器Tr充电,输出电容&给1^0供电。此时,快恢复功率二极管D2、D3、D5承受反向电压而截 止。
[0031] 参照图3,输入交流电压为正半周期,在功率M0S开关管&截止时,电感LB_t上的能 重通过快恢复功率二极管Di和Q2的体二极管给中间电容仏充电,同时Tr的能量通过功率二 极管D5给输出电容&充电并给LED供电。此时功率二极管HD*因承受反压关断,⑽观处 在死区时间也关断。
[0032]参照图4,输入交流电压为正半周期,电感。。。^上的能量释放完,功率二极管以、 DS、Da、D4承受反压截止,因TrI作在连续模式(CCM),此时Tr能量通过功率二极管D5给输出电 容Ca充电并给LED供电。在交流电源正半周期内,下一个开关周期重复图一到图四工作过 程。
[0033]参照图5,输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管Q2导通时,输入的输入交流 电压源Vin通过功率MOS开关管Q2、功率二极管D2给电感LBcmst充电,Tr的能量通过功率二极管 Ds给输出电容C2充电并给LED供电,此时功率二极管D2、D3、D4承受反压截止。
[0034]参照图6,输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管QhQ2都关断时,电感LBocist 通过功率二极管IDs给中间电容CB充电,Tr的能量通过功率二极管仏给输出电容C2充电并 给LED供电,功率二极管m、D4承受反压截止。 _5]参照图7,输入交流电压为负半周期,功率M〇s开关管Qi导通,中间电容&和电感 LB〇〇st同时给Flyback变压器Tr充电,此时LED负载由&来供电。此时功率二极管Dl、D4承受反 压截止。
[0036]参照图8,输入交流电压为负半周期,功率MOS开关管Qi、Q2都关断,功率二极管Dl、 D2、Da、D4承受反压截止,因Tr工作在连续模式(CCM),此时Tr能量通过功率二极管他给输出电 容C2充电并给LED供电。在交流电源负半周周期内,下一个开关周期重复图五到图八工作过 程D
[0037]上列为一实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明,所应 理解的是,以上所述仅为本发明的一个实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。 [0038]以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路,包括一输入交流电压源Vi„,其 特征在于:所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率二极管Di的阳极和一功率二极管D2的 阴极;所述功率二极管Di的阴极连接一中间电容CB、一功率二极管D3的阴极和一功率M0S开 关管Qi的漏极;所述中间电容CB的另一端连接一功率二极管D2的阳极和一功率M0S开关管Q2 的源极和一变压器Tr的原边非同名端;所述功率M0S开关管&的源极连接到变压器Tr的原边 同名端和一功率二极管D4的阳极,所述功率M0S开关管&的栅极连接第一路PWM控制信号;所 述功率二极管D3的阳极连接到所述功率M0S开关管Q2的漏极、所述功率二极管D4的阴极和一 电感LB_t的一端;所述的功率M0S开关管Q2的栅极连接第二路PWM控制信号;所述电感Uc^st 的另一端连接到输入电源的另一端;所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管以的 阳极;所述功率二极管D5的阴极连接到输出电容C2的正端;所述输出电容C2的负端连接到变 压器Tr副边的同名端;所述电容C2的正、负端连接所述LED驱动电路的LED负载;所述功率 M0S开关管Q1在所有电源周期内高频工作,而功率M0S开关管Q2只需要在电源周期负半周时 高频工作,同时,所述功率M0S开关管Q1和Q2在电源周期的负半周时采用高频互补导通。
2. 根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Hyback集成的LED驱动电路,其特征 在于:变压器Tr是高频变压器,原副边同名端是反方向的。
3. 根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路,其特征 在于:所述功率二极管以、功率二极管&、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5是快恢 复二极管。
4. 根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路,其特征 在于:所述中间电容Cb是电解电容。
5. 根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LH)驱动电路,其特征 在于:所述输出电容C2是电解电容。
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