CN105792421B - 一种无桥式led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无桥式LED驱动电源，包括一220V交流电源、一EMI滤波器、一Dual‑Zeta电路、LED负载、一输出电流采样电路、一输出电压采样电路、一PWM开关控制器；其中Dual‑Zeta电路的输入端与EMI滤波器输出端AB相连，Dual‑Zeta电路输出端与LED负载相连；PWM开关控制器的输入端与LED负载的电流采样电路、输出电压采样电路相连，PWM开关控制器输出端与MOS管Q1、Q2的栅极相连；本发明无桥式LED驱动电源采用Dual‑Zeta电路使交流电源无需经过整流桥直接对LED负载供电，同时可通过模拟调光方法对LED负载的亮度进行调节。

Description

一种无桥式LED驱动电源

技术领域

本发明属于LED驱动电源领域，具体为一种无桥式LED驱动电源。

背景技术

LED灯因具有寿命长、功耗低、易调光等优点逐渐取代白炽灯、钠灯、荧光灯成为第四代绿色光源。LED灯的发光亮度与流过电流大小成正比，是典型的电流型器件，其理想的供电方式是恒流供电。市场上多数非隔离型LED驱动电源采用线性恒流LED驱动电路，其外围电路简洁、控制方法简单但是存在着两倍工频的脉动电流，例如市电频率是50Hz，则流过LED的电流中含有100Hz交流分量，会导致LED产生频闪。近年的研究表明，人在这种有频闪的光源下长期学习工作，容易产生疲劳，并对人眼损害很大，也会影响到LED的色彩和发光效率。

现有非隔离型LED驱动电源的简易原理框图如图1所示，包括一AC交流电源，一二极管整流桥，一PFC(功率因数校正)变换器，一输出电容Co，一输出电感Lo；其中AC交流电源一般为220V/50Hz的市电，经二极管整流桥整流为直流电，再经PFC变换器将电路的功率因数提高到国家标准以上，最后经LC低通滤波电路滤除高频分量后对LED负载供电。

上述LED驱动电源是将市电通过二极管整流桥整流成直流电再对LED负载进行供电。电流流过路径包含了两个二极管，增加了电能损耗，并且整流桥输出电流会产生畸变，导致谐波污染，需要添加PFC电路来提高输入功率因数，而增加的PFC电路又会进一步增加电能损耗。

发明内容

针对现有非隔离型LED驱动电源存在的上述技术问题，本发明提出了一种无桥式LED驱动电源，在满足国家对功率因数要求的同时，实现无频闪及电能的高效利用。

一种无桥式LED驱动电源，其特征在于：包括220V交流电源、EMI滤波器、Dual-Zeta电路、LED负载、输出电流采样电路、输出电压采样电路、PWM开关控制器；其中：EMI滤波器的输入端与220V交流电源相连，EMI滤波器输出端与Dual-Zeta电路输入端相连，Dual-Zeta电路输出端与LED负载相连，PWM开关控制器的输入端与LED负载的电流采样电路、输出电压采样电路相连，PWM开关控制器输出端与MOS管Q1、Q2的栅极相连。

所述的Dual-Zeta电路包括两个N沟道增强型MOS管Q1和Q2，三个二极管D1、D2和D3，两个储能电感L3和L4，三个储能电容C5、C6和C7，电阻R1；所述的MOS管Q1和Q2改变其导通占空比即可改变输出电压Vo大小，二极管D1和D2用来控制电流流向，储能电容C5和C7、储能电感L3和L4用来储存和传递能量，二极管D3在MOS管关断后可分别与电感L3、L4形成续流回路，电阻R1和电容C6串联后再并联在二极管D3两端组成吸收电路防止D3两端产生尖峰电压。其中Dual-Zeta电路采用峰值电流模式控制方法，峰值电流模式对输入电压的波动和输出负载的变化响应速度快。

所述的输出电流采样电路中R3采用可变电阻器，调节R3大小即可实现对LED亮度的调节。

所述的PWM开关控制器采用固定频率电流模式芯片UC3843，只需较少的外部元件就能获得理想的MOS管驱动信号。

与现有技术相比，本发明无桥式LED驱动电源采用峰值电流控制方法，结合开关电源专用芯片UC3843，使得电路在实现LED负载无频闪的同时，提高了LED驱动电源效率，减少电路元器件数目从而降低了成本。

附图说明

图1为现有非隔离型LED驱动电源原理框图；

图2为本发明无桥式LED驱动电源的电路图；

图3为本发明无桥式LED驱动电源正半周期工作原理图；

图4为本发明无桥式LED驱动电源正半周期工作波形示意图。

具体实施方式

为了更为具体的描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

一种无桥式LED驱动电源如图2所示，其特征在于：包括220V交流电源、EMI滤波器、Dual-Zeta电路、LED负载、输出电流采样电路、输出电压采样电路、PWM开关控制器；其中：EMI滤波器的输入端与220V交流电源相连，EMI滤波器输出端与Dual-Zeta电路输入端相连，Dual-Zeta电路输出端与LED负载相连，PWM开关控制器的输入端与LED负载的电流采样电路、输出电压采样电路相连，PWM开关控制器输出端与MOS管Q1、Q2的栅极相连。

如图3所示为本发明无桥式LED驱动电源正半周期工作原理图，其中：A1为电源正极，B1为电源负极；模块Ⅰ为PWM开关控制器，由触发器RS1和比较器OPA1组成；模块Ⅱ为斜坡补偿电路；模块Ⅲ为输出电流采样电路，由可变电阻R3和电流检测比较器OPA2组成；模块Ⅳ为输出电压采样电路，由电压误差放大器OPA3、电压采样电阻R4和R5组成。电路中开关管的驱动频率远大于母线频率，电源VAB电压在某一时刻近似为定值。Dual-Zeta电路的工作原理是：当MOS管Q1处于导通状态，电源VAB经Q1向电感L3储能。同时电源VAB和储能电容C5共同经电感L4向LED负载供电。当Q1关断后，电感L3经二极管D3续流并向电容C5充电，其储存的能量转移至C5，同时电感L4的电流经LED负载、二极管D3续流。为了防止D3两端产生尖峰电压影响电路稳定，在D3两端并联由电阻R1和电容C6串联组成的吸收电路。

本发明无桥式LED驱动电源采用峰值电流模式的控制方式，由电流内环和电压外环组成双闭环控制，当占空比大于50％时，电路会发生振荡，为了保证环路的稳定性，在电流环路中添加斜坡补偿模块Ⅱ。其控制方式原理是：输出电压Vo经过分压电阻R4和R5反馈至电压误差放大器OPA3，与参考电压Vref比较，得到的误差信号Vr再作为电流内环的基准值，与PWM比较器OPA1处的叠加信号Ve比较(即电感电流峰值和斜坡补偿的叠加信号)，得到的信号送至PWM锁存器RS1的复位端R处。在MOS管Q1导通前，固定频率的时钟脉冲输入至S端将RS1置位，从Q端输出的驱动信号Vgs为高电平，使Q1导通，储能电感L3电流线性增加。当电流检测电阻R3上的压降达到并超过Vr时，电流检测比较器OPA2翻转，输出的高电平将RS1复位，从Q端输出的信号Vgs变为低电平，使Q1关断，直到下一个时钟脉冲使RS1置位。调节电流检测电阻R3的大小即可实现对LED亮度的调节。

本发明无桥式LED驱动电源在负半周期时，A2为电源正极，B2为电源负极，其工作原理与正半周期类似，这里不再赘述。

本发明采用的芯片UC3843内部集成了误差放大器、振荡器、电流误差放大器、PWM比较器、PWM锁存器、参考稳压器，使得本发明无桥式LED驱动电源设计的外围电路得到最大的简化。

本实施方式无桥式LED驱动电源采用Dual-Zeta电路，使得电路在实现LED负载无频闪的同时，提高了驱动电源的功率因数和效率，减少电路元器件数目从而降低了成本。

以上所示实施例仅为本发明的较佳实施例，并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范围。

Claims (3)

1.一种无桥式LED驱动电源，包括220V交流电源、EMI滤波器、Dual-Zeta电路、LED负载、输出电流采样电路、输出电压采样电路和PWM开关控制器，其特征在于：所述EMI滤波器的输入端与220V交流电源相连，EMI滤波器输出端与Dual-Zeta电路输入端相连，Dual-Zeta电路输出端与LED负载相连，PWM开关控制器的输入端与LED负载的输出电流采样电路及输出电压采样电路相连，PWM开关控制器输出端与Dual-Zeta电路相连；

所述Dual-Zeta电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L3、电感L4、电容C5、电容C6、电容C7和电阻R1；其中MOS管Q1和MOS管Q2改变其导通占空比即可改变输出电压Vo大小；二极管D1和二极管D2用来控制电流流向；二极管D3在MOS管Q1或MOS管Q2关断后用来为电感L4续流提供回路；电感L3用来储存电源Vin的能量并将能量传递给电容C5；电容C5用来储存电感L3的能量并将能量传递给电感L4和LED负载；电感L4用来储存电容C5的能量并将能量传递给LED负载；电阻R1和电容C6串联后再并联在二极管D3两端组成吸收电路。

2.根据权利要求1所述的一种无桥式LED驱动电源，其特征在于：所述的输出电流采样电路包括可变电阻R3；其中可变电阻R3一端与LED负载阴极相连，另一端与二极管D3阳极相连。

3.根据权利要求1所述的一种无桥式LED驱动电源，其特征在于：所述的PWM开关控制器采用固定频率的电流模式芯片UC3843；其中芯片电源端与分压电阻R2一端相连，电阻R2另一端与LED负载阳极相连。