CN105592596A - 一种普通电容器降升压led驱动电源 - Google Patents

一种普通电容器降升压led驱动电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种普通电容器降升压LED驱动电源，该驱动电源由交流电输入端M和N、整流桥DL、滤波电容器C1、降升压电路、PWM控制电路、电压控制电路、驱动电路、同步驱动电路、输出端+E、GND和负载LEDz组成。该电源可发挥降压和升压型开关电源的优点，并进行复合自动转换，以此降低输出纹波电压和提高功率因数，由于在整个交流电压波形内实现直流稳压输出，减小了输出滤波电容的容量，用普通无极性电容器即可满足LED灯驱动电源的滤波要求，达到利用普通电容器实现对LED照明灯降升压稳压的目的，延长了LED驱动电源的使用寿命。

Description

一种普通电容器降升压LED驱动电源
技术领域
本发明属于一般电光源的驱动电源，是一种利用降压和升压型复合开关电源进行交流直流转换的稳压电源，具体的讲是一种普通电容器降升压LED驱动电源。
背景技术
开关电源具有体积小效率高等优点，是目前应用最为广泛的LED驱动电源。无变压器的升压型和降压型开关电源，由于结构简单、成本低和效率高，常作为非隔离式LED驱动电源。降压型开关稳压电源，当输入电压低于输出电压时，由于纹波电压高，必须采用单位体积容量大的电解电容器进行滤波，且功率因数低；升压型开关电源虽然功率因数高，对滤波电容器的容量需求小，但只适合高压场合。另一方面，作为滤波电容的电解电容器的使用寿命只有几千小时，与使用寿命几万小时的LED发光二极管无法匹配，这些严重地影响了LED灯的使用寿命；再者升压型开关电源都设有输入与输出功率隔离二极管，快速二极管(或肖特基二极管)的管压降在0.7V-1.2V，而LED照明灯的驱动电压大多数都在12V-50V的范围内，这很大程度地降低了LED驱动电源的效率。因此，如何发挥降压和升压型开关电源的各自优点，并利用导通电阻小的功率场效应管替代隔离二极管，以进一步减小损耗，提供一种无电解电容器、功率因数和效率高、体积小的LED驱动电源已经成为当前电力电子技术领域亟待解决的课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种普通电容器降升压LED驱动电源。该驱动电源可发挥降压和升压型开关电源的各自优点，并进行复合自动转换，以此降低输出纹波电压和提高功率因数，达到利用普通电容器进行滤波的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种普通电容器降升压LED驱动电源由交流电输入端M和N、整流桥DL、滤波电容器C1、降升压电路、PWM控制电路、电压控制电路、驱动电路、同步驱动电路、输出端+E、GND和负载LEDz组成。所述的降升压电路由开关管V1和开关管V2、同步整流开关管V3、续流二极管D1、输出隔离二极管D2、电感L的初级绕组N1和次级绕组N2、输出电容器C2、启动电阻Rq、电压反馈电阻RL组成；所述的PWM控制电路由带有功率因数校正功能的单端PWM稳压控制芯片和与之相应的匹配元件组成，PWM稳压控制芯片设有电压反馈控制端F、启动电压端a、输出端b、直流工作电压端Vc和GND；所述的电压控制电路由电压的输入端d、输出端e、电压比较端c、直流工作电压端Vc和GND构成；所述的驱动电路由输入端m、高压驱动输入端f、低压驱动端n、高压驱动端g、高压悬浮地端h、直流工作电压端Vc和GND构成；所述的同步驱动电路由输入端q、输出端s和该电路的输入与输出的公共端r组成。
图1是一种普通电容器降升压LED驱动电源电路原理图，一种普通电容器降升压LED驱动电源各电路的具体连接关系为：交流电经整流桥DL输出直流的正极与滤波电容器C1的一端、启动电阻Rq的一端、电压控制电路内的电压比较端c和开关管V1的漏极相连接，整流桥DL输出的直流负极与滤波电容器C1的另一端、电源内各电路的GND和各元件的GND相连，降升压电路内的开关管V1的源极与电感L的初级绕组N1的一端和续流二极管D1的负极相连，初级绕组N1的另一端与输出隔离二极管D2的正极、开关管V2的漏极和同步整流开关管V3的源极、同步驱动电路内的公共端r和电感L次级绕组N2的一端相连，电感L次级绕组N2的另一端与同步驱动电路内的输入端q相连，降升压电路内的输出电容器C2的一端与输出端+E和负载LEDz的一端、输出隔离二极管D2的负极和同步整流开关管V3的漏极相连接；PWM控制电路内的输出端b与电压控制电路内的输入端d和驱动电路内的高压驱动输入端f相连接；电压控制电路内的输出端e与驱动电路内的输入端m相连接，PWM控制电路内的反馈控制端F与降升压电路内的电压反馈电阻RL的一端相连接，电压反馈电阻RL的另一端与输出端+E和电压控制电路内的直流工作电压端Vc相接；驱动电路内的高压驱动端g与降升压电路内的开关管V1的栅极相连，驱动电路内的高压悬浮地端h与降升压电路内的开关管V1的源极相连，驱动电路内的低压驱动端n与降升压电路内的开关管V2的栅极相接；同步驱动电路内的输出端s与降升压电路内的同步整流开关管V3的栅极相连，同步驱动电路内的输入端q与降升压电路内的电感L的次级绕组N2的一端相连。
图2是电压控制电路原理图，所述的电压控制电路内部由可调电阻w、电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6、三极管BG1、电压比较器U1和发光管LED构成；其连接方式为电压比较端c与可调电阻w的一端和中间端相连、可调电阻w的另一端与电阻R1的一端和电压比较器U1的输入+端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、三极管BG1的发射极、发光管LED的负极和GND相连，直流工作电压端Vc与电阻R4的一端、电阻R3的一端和电压比较器U1的供电端相连，电阻R3的另一端与电压比较器U1的输入-端和电阻R2的一端相连，电阻R4的另一端与电压比较器U1的输出端和三极管BG1的基极相连，输出端e与三极管BG1的集电极、电阻R5的一端和电阻R6的一端相连，电阻R5的另一端与输入端d相连接，发光管LED的正极与电阻R6的另一端相连。
图3是同步驱动电路原理图，所述的同步驱动电路由电阻R7和R8、三极管BG2和BG3、电容器C3、整流二极管D3、稳压二极管DW1和光电接收管DG组成；其连接方式是：整流二极管D3的正极与输入端q相连，整流二极管D3的负极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与稳压二极管DW1的负极、电容器C3的一端、电阻R8的一端和三极管BG2的集电极相连接，公共端r与电容器C3的另一端、稳压二极管DW1的正极、光电接收管DG的发射极和三极管BG3的集电极相连，输出端s与三极管BG2的发射极和三极管BG3的发射极相连，光电接收管DG的集电极与电阻R8的另一端、三极管BG2和BG3的基极相连。
所述的同步驱动电路内的光电接收管DG与所述的电压控制电路内的发光管LED构成光电耦合器。
当降升压电路内的开关管V1进行降压工作时，电流经电感L1的初级绕组N1，在次级绕组N2感应出的电压为同步驱动电路供电，同步驱动电路内的光电接收管DG与电压控制电路内的发光管LED组成的光电耦合器，驱动同步整流开关管V3与开关管V1同步工作，同步整流开关管V3和隔离二极管D2对输出电容器C2进行充电，并为负载LEDz供电。
当降升压电路内的开关管V1和V2同时进行升压工作时，电流经电感L1的初级绕组N1时，在开关管V1、V2关断瞬间，由续流二极管D1将存储在电感L内的电能经输出隔离二极管D2和同步整流开关管V3对输出电容器C2进行充电，同步驱动电路内的光电接收管DG与电压控制电路内的发光管LED组成的光电耦合器驱动降升压电路内的同步整流开关管V3与开关管V2互补方式工作。
本发明有益效果在于，由于在整个交流电压波形内实现直流稳压输出，降低了输出电压的纹波，减小了输出滤波电容的容量，用普通无极性电容器满足LED灯驱动电源的滤波要求，达到利用普通电容器实现对LED照明灯降升压稳压的目的。延长了LED驱动电源的使用寿命，提高了功率因数和效率。
附图说明
图1一种普通电容器降升压LED驱动电源电路原理图
图中标号
1降升压电路
2PWM控制电路
3电压控制电路
4驱动电路
5同步驱动电路
图2电压控制电路原理图
图3同步驱动电路原理图
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。
本发明是一种普通电容器降升压LED驱动电源，图1是一种普通电容器降升压LED驱动电源电路原理图。该电路由交流电输入端M和N、整流桥DL、滤波电容器C1、降升压电路1、PWM控制电路2、电压控制电路3、驱动电路4、同步驱动电路5、输出端+E、GND和负载LEDz组成。
所述的降升压电路1由开关管V1和开关管V2、同步整流开关管V3、续流二极管D1、输出隔离二极管D2、电感L的初级绕组N1和次级绕组N2、输出电容器C2、启动电阻Rq、电压反馈电阻RL组成；
所述的PWM控制电路2由带有功率因数校正功能的单端PWM稳压控制芯片和与之相应的匹配元件组成，PWM稳压控制芯片设有电压反馈控制端F、启动电压端a、输出端b、直流工作电压端Vc和GND；
所述的电压控制电路3设有输入端d、电压比较端c、输出端e和直流工作电压端Vc与GND；
所述的驱动电路4设有双端隔离输出的Vmosfet驱动集成电路，高压驱动端g、高压驱动悬浮地端h、高压驱动输入端f、低压驱动端n、PWM输入端m、直流工作电压端Vc与GND；
所述的同步驱动电路5由输入端q、输出端s和该电路的输入与输出的公共端r组成。
当交流电输入端M和N端接入市电交流电，交流电经整流桥DL整流和滤波电容器C1滤波后，PWM控制电路2内的启动电压端a经过降升压电路1内的启动电阻Rq得到随整流桥DL整流后的电压波形，并与电压反馈控制端F经反馈电阻RL得到的输出端+E的电压进行比较，在输出端b输出一定宽度PWM脉冲电压波形，传给驱动电路4内的高压驱动输入端f和电压控制电路3内的输入端d。此时电压控制电路3内的电压比较端c得到随正弦波形整流后的电压波形，当电压高于设定值时，由驱动电路4通过高压驱动端g和高压悬浮地端h驱动降升压电路1中的开关管V1进行降压式(BuckConverter)开关稳压工作；当电压比较端c检测到的电压波形低于设定值时，由电压控制电路3的输出端e通过驱动电路4的PWM输入端m控制低压驱动端n驱动降升压电路1中的开关管V2与开关管V1同时工作，进行升压式(Boost)开关稳压工作。
当降升压电路1中的开关管V1进行工作时，电流经电感L1的初级绕组N1，在次级绕组N2感应的电压经同步驱动电路5驱动降升压电路1中的同步整流开关管V3与开关管V1同步工作，同步整流开关管V3和输出隔离二极管D2对输出电容器C2进行充电，并为负载LEDz供电。
当降升压电路1中的V1和V2同时工作时，电流经电感L1的初级绕组N1时，在开关管V1、V2关断瞬间，由续流二极管D1将存储在电感L内的电能经输出隔离二极管D2和同步整流开关管V3对输出电容器C2进行充电，同步驱动电路5内的光电接收管DG与电压控制电路3内的发光管LED组成的光电耦合器驱动降升压电路1中的同步整流开关管V3与开关管V2互补方式工作。
图2是一种普通电容器降升压LED驱动电源的电压控制电路3的原理图，当电压比较端c检测到整流桥DL整流后的电压波形后，经可调电阻w和电阻R1分压调节到预定值，给电压比较器U1的输入+端，和由电阻R3和R4的串联进行分压的基准电压比较器U1的输入-端进行比较；由于电压比较器U1上拉电阻R4和三极管BG1的上拉电阻R5的作用，当电压比较器U1的输入+端电压高于电压比较器U1输入-端电压时，电压比较器U1输出端输出高电位，三极管BG1导通，由三极管BG1集电极连接的输出端e输出低电位。当电压比较器U1的输入+端电压低于电压比较器U1输入-端电压时，电压比较器U1输出低电位，三极管BG1的集电极连接的输出端e输出高电位，由经电阻R5到输入端dPWM脉冲经输出端e驱动降升压电路1内的开关管V2工作，电压控制电路3内的发光管LED经同步驱动电路5中的电阻R8同时工作，同步驱动电路5内的光电接收管DG工作，控制同步驱动电路5内的三极管BG2和BG3驱动降升压电路1中的同步整流开关管V3进行开关工作。
由于本发明将降压型(BuckConverter)和升压型(Boost)开关电源复合应用，发挥了两种类型开关电源的各自优点，充分利用整流后的电压波形，降低了输出滤波电容器容量，用普通电容器对其进行滤波，即可满足滤波要求。用本发明制成的普通电容器降升压LED驱动电源，具有体积小、寿命长、效率和功率因数高等优点，是现有LED驱动电源的换代产品。

Claims (4)

1.一种普通电容器降升压LED驱动电源，其特征在于：由交流电输入端M和N、整流桥DL、滤波电容器C1、降升压电路(1)、PWM控制电路(2)、电压控制电路(3)、驱动电路(4)、同步驱动电路(5)、输出端+E、GND和负载LEDz组成；所述的降升压电路(1)由开关管V1和开关管V2、同步整流开关管V3、续流二极管D1、输出隔离二极管D2、电感L的初级绕组N1和次级绕组N2、输出电容器C2、启动电阻Rq、电压反馈电阻RL组成；所述的PWM控制电路(2)由带有功率因数校正功能的单端PWM稳压控制芯片和与之相应的匹配元件组成，PWM稳压控制芯片设有电压反馈控制端F、启动电压端a、输出端b、直流工作电压端Vc和GND；所述的电压控制电路(3)由电压的输入端d、输出端e、电压比较端c、直流工作电压端Vc和GND构成；所述的驱动电路(4)由输入端m、高压驱动输入端f、低压驱动端n、高压驱动端g、高压悬浮地端h、直流工作电压端Vc和GND构成；所述的同步驱动电路(5)由输入端q、输出端s和该电路的输入与输出的公共端r组成。
2.根据权利要求1所述的普通电容器降升压LED驱动电源，其特征在于：交流电经整流桥DL输出直流的正极与滤波电容器C1的一端、启动电阻Rq的一端、电压控制电路(3)内的电压比较端c和降升压电路(1)内的开关管V1的漏极相连接，整流桥DL输出的直流负极与滤波电容器C1的另一端、电源内各电路的GND和各元件的GND相连，降升压电路(1)内的开关管V1的源极与电感L的初级绕组N1的一端和续流二极管D1的负极相连，初级绕组N1的另一端与输出隔离二极管D2的正极、开关管V2的漏极和同步整流开关管V3的源极、同步驱动电(5)路内的公共端r和电感L次级绕组N2的一端相连，电感L次级绕组N2的另一端与同步驱动电路(5)内的输入端q相连，降升压电路(1)内的输出电容器C2的一端与输出端+E和负载LEDz的一端、输出隔离二极管D2的负极和同步整流开关管V3的漏极相连接；PWM控制电路(2)内的输出端b与电压控制电路(3)内的输入端d和驱动电路(4)内的高压驱动输入端f相连接；电压控制电路(3)内的输出端e与驱动电路(4)内的输入端m相连接，PWM控制电路(2)内的反馈控制端F与降升压电路(1)内的电压反馈电阻RL的一端相连接，电压反馈电阻RL的另一端与输出端+E和电压控制电路(3)内的直流工作电压端Vc相接；驱动电路(4)内的高压驱动端g与降升压电路(1)内的开关管V1的栅极相连，驱动电路(4)内的高压悬浮地端h与降升压电路(1)内的开关管V1的源极相连，驱动电路(4)内的低压驱动端n与降升压电路(1)内的开关管V2的栅极相接；同步驱动电路(5)内的输出端s与降升压电路(1)内的同步整流开关管V3的栅极相连，同步驱动电路(5)内的输入端q与降升压电路(1)内的电感L的次级绕组N2的一端相连。
3.根据权利要求1或2所述的普通电容器降升压LED驱动电源，其特征在于：所述的电压控制电路(3)内部由可调电阻w、电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6、三极管BG1、电压比较器U1和发光管LED构成；其连接方式为电压比较端c与可调电阻w的一端和中间端相连、可调电阻w的另一端与电阻R1的一端和电压比较器U1的输入+端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、三极管BG1的发射极、发光管LED的负极和GND相连，直流工作电压端Vc与电阻R4的一端、电阻R3的一端和电压比较器U1的供电端相连，电阻R3的另一端与电压比较器U1的输入-端和电阻R2的一端相连，电阻R4的另一端与电压比较器U1的输出端和三极管BG1的基极相连，输出端e与三极管BG1的集电极、电阻R5的一端和电阻R6的一端相连，电阻R5的另一端与输入端d相连接，发光管LED的正极与电阻R6的另一端相连。
4.根据权利要求1或2所述的普通电容器降升压LED驱动电源，其特征在于：所述的同步驱动电路(5)由电阻R7和R8、三极管BG2和BG3、电容器C3、整流二极管D3、稳压二极管DW1和光电接收管DG组成；其连接方式是：整流二极管D3的正极与输入端q相连，整流二极管D3的负极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与稳压二极管DW1的负极、电容器C3的一端、电阻R8的一端和三极管BG2的集电极相连接，公共端r与电容器C3的另一端、稳压二极管DW1的正极、光电接收管DG的发射极和三极管BG3的集电极相连，输出端s与三极管BG2的发射极和三极管BG3的发射极相连，光电接收管DG的集电极与电阻R8的另一端、三极管BG2和BG3的基极相连。
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