CN105934017B - 一种开关电源反馈控制电路以及单级pfc高效恒流电源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路以及基于单级PFC芯片的高功率因数无频闪的恒流恒压驱动电路，本方案中的开关电源反馈控制电路包括稳压基准模块，为恒流模块和恒压反馈模块的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源；恒流模块，根据稳压基准模块提供的基准电压源，调节电路电流，使得电路输出电流的恒定；恒压反馈模块，连接初级端的PWM控制电路，与恒流模块配合，调节输出电压，使得电路输出电压的恒定；保护模块，稳定以及保护输出电压。该开关电源反馈控制电路配合单级PFC反激式电路能够解决现有LED驱动体积大、成本高以及PF(功率因数)值低，纹波大、频闪严重而伤眼的问题；该方案可以覆盖150W以内的所有功率等级的LED驱动。

Description

一种开关电源反馈控制电路以及单级PFC高效恒流电源驱动 电路

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种发光二极管的驱动技术。

背景技术

为了使发光二极管(LED、Light Emitting Diode)或者发光二极管组成的灯串组能稳定可靠地工作，通常都会采用两级PFC电路，以保证其高功率因素、输入电流谐波含量低，以及可对DC/DC转换器进行优化设计等特点。

目前高功率因数PF值恒流电源电路有多种组成方式，其中最为常见为三种模式。

其中较大功率如图1所示的两极转换电路形式。这种两级转换电路是由两级转换器组成：第一级是PFC转换器，目的在于提高输入的功率因数并抑制输入电流的高次谐波；第二级为PWM模式的DC/DC转换器，目的在于通过占空比调节变压器开关的状态以便与负载匹配。具体实现方式很多，在通信用大功率开关整流器中，主要采用的方法是在主电路输入整流和功率转换电路之间串入一个校正的环节(Boost PFC电路)，实质是通过高频开关变压器与电解电容的能源转换，100HZ的工频纹波时间是无法根除，只能是尽量减少，所以市场上绝大多数高功率因数LED的驱动都有频闪问题。它具有电路布线设计技术要求低，功率因数PF值高、输出电流纹波含量低(但无法根除100HZ纹波)等优点。此模式适合于70W以上功率方案。

第二种模式是功率因数PFC控制芯片做的单端反激的拓扑架构，有后端CC/CV(恒流恒压控制)，甚至原边反馈高PF值的单端反激方案也很多。此拓扑结构的方案适应于80W以下的LED驱动。优点是简单，成本低。但是不能兼顾低纹波，无频闪的要求。

第三种模式是填谷式PFC校准，此拓扑架构有点是简单，便宜，输出电流纹波低(但是不能根除100HZ纹波)，缺点是体积大，功率做不大，只适合于20W以内LED驱动。

发明内容

针对现有高PFC恒流电源电路所存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种能够提高PFC恒流电源电路功率因素以及减少纹波的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路；在此基础上，本发明还提供一种单级PFC高效恒流电源驱动电路。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

针对目的1：一种开关电源反馈控制电路，所述控制电路包括：

稳压基准模块，为恒流模块和恒压反馈模块的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源

恒流模块，根据稳压基准模块提供的基准电压源，调节电路电流，使得电路输出电流的恒定；

恒压反馈模块，连接初级端的PWM控制电路，与恒流模块配合，调节输出电压，使得电路输出电压的恒定；

保护模块，稳定以及保护输出电压。

优选的，所述稳压基准模块主要由相应的稳压二极管、三端稳压器或431/432的三端基准电压器件构成。

优选的，所述恒流模块主要由相应的运放器和处于放大状态的开关管，以及电流反馈电阻相互配合组成。

优选的，所述恒压反馈模块主要由相应的运放器、运放补偿电容、分压电阻/电压取样电路、开关电源隔离反馈电路相互配合组成。

优选的，所述保护模块为由OVP处理模块构成的OVP过压保护/恒压限制模块电路。

优选的，所述保护模块由稳压二极管或431/432等三端器件结合相应的电阻和运放器构成。

针对目的2：提供一种单级PFC高效恒流电源驱动电路，包括单级PFC反激式电路，其还包括上述的开关电源反馈控制电路，所述单级PFC反激式电路与开关电源反馈控制电路配合连接。

本发明提供的开关电源反馈控制电路，其实现恒流恒压消除纹波，电路输出的恒流恒压无输出纹波，达到了无频闪的功效。

与传统电路方案相比较，本发明所设计的的电路结合单级PFC反激式电路后的功率因素更高，纹波更小，并且电路的元件数量相对减少了很多，从而大大的减少了电源的体积和成本。

本发明提供的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路能够将两极PFC电路改成了单级PFC反激式电路。因此，相较于传统的两极PFC电路，将本发明的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路运用到单级PFC反激式电路后，其功率因素更高、纹波更小，并且电路的元件数量相对减少了很多，从而大大的减少了电源的体积和成本，使其更具竞争力；从而能够解决现有LED驱动体积大、成本高以及PF(功率因数)值低，纹波大、频闪严重而伤眼的问题。

再者，该方案可以覆盖150W以内的所有功率等级的LED驱动。特别是20W到150W的LED面板灯，LED工矿灯，LED投光灯，LED隧道灯和LED路灯。还支持远程智能调光，现在室内无频闪照明环境，大量智能城市大数据采集趋势的智能调光和兼顾视频采集的高标准LED马路灯。此方案还具有元器件少，故障率低，成本低，性价比高的特点。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为现有技术的两极PFC转换电路的结构组成示意图；

图2为本发明实例1中提供的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的示意图。

图3为本发明实例6中提供的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的示意图。

图4为本发明实例7中利用实例1中恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路与单级PFC反激电路配合使用的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本方案摒弃传统恒流电源驱动电路采用两极PFC电路的方案，其通过设计出一种恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路，该恒流反馈消除纹波的电路能够与单级PFC反激式电路相配合，来形成高效恒流电源驱动电路，且该高效恒流电源驱动电路的功率因素更高，纹波更小。由此采用单级PFC反激式电路，整个电源电路的元件数量相对减少了很多，从而大大的减少了电源的可靠性，体积和成本。

据此，本方案中的恒流反馈消除纹波的电路主要由稳压基准模块，恒流模块，恒压反馈模块以及保护模块相互配合构成。

其中，稳压基准模块，用于为恒流模块和恒压反馈模块的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源。

该稳压基准模块主要由相应的稳压二极管、三端稳压器或431/432的三端基准电压器件构成。

恒流模块，其用于保证电路输出电流的恒定。

该恒流模块主要由相应的运放器和处于放大状态的开关管，以及电流反馈电阻相互配合组成。

恒压反馈模块，其连接初级端的PWM控制电路，以达到输出电压的恒定。

该恒压反馈模块主要由相应的运放器、运放补偿电容、分压电阻/电压取样电路、开关电源隔离反馈电路相互配合组成。

保护模块，用于对整个电路形成保护。该保护模块为由OVP处理模块构成的OVP过压保护或恒压限制模块电路。

根据需要该保护模块可以由稳压二极管或431/432等三端器件结合相应的电阻和运放器构成，用以稳定以及保护输出电压，使电路形成过压保护，以及恒压工作模式。

基于上述原理，以下通过一些具体的实施例来说明一下本方案。

实施例1

参见图2，其所示为本实例提供的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的具体电路原理图。由图可知，本实施例的恒流反馈消除纹波的电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1、稳压二极管Z1、稳压二级管Z2、稳压二级管Z3、MOS管Q1、OVP处理模块、光耦IC1、运放OP1、运放OP2以及负载RL。

其中运放OP2供电端、电阻R1的一端电阻R3的一端光耦IC1的阳极均与供电模块输出端VCC相连接；

稳压二极管Z1的正极端、电阻R6的一端、运放OP1的接地端、电阻R10的一端、电阻R7的一端、稳压二极管Z2的正极端均与供电模块输出地端GND相连接；

电阻R1的另一端与电阻R2的一端、光耦IC1的阴极相连接；

电阻R2的另一端与电容C1的一端、运放OP2的输出端相连接；

电阻R3的另一端与电阻R4的一端、稳压二极管Z1的另一点相连接；

电容C1的另一端与运放OP2的输入负极、稳压二极管Z2的负极端、电阻R7的另一端、电阻R8的一端相连接；

电阻R8的另一端与OVP处理模块的正极端、电阻R9的一端、稳压二极管Z3的正极端相连接；

电阻R4的另一端与电阻R5的一端、运放OP2的输入正极端相连接；

电阻R5的另一端与电阻R6的另一端、运放OP1的输入负极端相连接；

运放OP1的输入负极端与电阻R10的另一端、MOS管Q1的S极相连接；

运放IC2的输出端与MOS管Q1的G极相连接；

MOS管Q1的D极、电阻R9的一端、稳压二极管Z3的负极均与负载RL的负极相连接；

OVP处理模块的负极与负载RL的正极相连接。

在该电路中，由稳压二极管Z1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6配合构成稳压基准电路100，为恒流电路200和恒压反馈电路300的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源。

在该电路中，由运放OP1和处于放大状态的开关管Q1，电流反馈电阻R10组成恒流电路200，为负载RL提供恒定可靠的电流。

在该电路中，由运放OP2和运放补偿电容C1，电阻R7与R8和R9组成的分压电路或稳压二级管Z3与稳压二级管Z2组成的电压取样电路，电阻R1与R2和光耦IC1组成开关电源隔离反馈电路组成恒压反馈电路300。该恒压反馈电路300连接初级端的PWM控制电路，以达到输出电压的恒定。

在该电路中，由OVP处理模块形成VP过压保护和稳压限制电路400，用以稳定以及保护输出电压，使电路形成过压保护，以及恒压工作模式。

根据需要该保护电路还由稳压二极管或431/432等三端器件结合电阻R7，R8与运放OP2构成。

其中，稳压基准电路中的稳压二极管Z1为恒流模块和恒压反馈模块的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源；电阻R3是为VCC提供的电压进行分压以便稳压基准模块使用，电阻R4、R5、R6均依靠稳压基准模块提供的稳定可靠的基准电压源来分别为两个运放OP1和OP2提供差分输入端的基准电压。

据此，本电路中由VCC给运放OP1正极供电，MOS管Q1的S极低电平，从而使MOS管Q1的G极为高电平，使MOS管Q1导通，MOS管Q1导通后，MOS管Q1的S极电压渐渐增加，当增加到稳定值的时候，运放OP1的输出为负，MOS管此时成放大状态，MOS管S极逐渐减小，减小到一定值后，通过运放再使MOS管呈导通状态，周而复始，以保证输出电流的恒定。

当MOS管后，经过恒流模块调节后，输出电流呈稳定状态；当MOS管呈放大状态后，输出电压产生变化，从而使运放OP2发生作用，给光耦信号经光反馈给前级电路，从而调节输出电压，使之呈稳定状态，即恒压斩除纹波状态。

这样就保证了电路输出的恒流恒压无输出纹波特点，也就达到了无频闪的功效。加上变压器初级工作模式本身是电流跟随电压调整的普通PFC芯片结合次级电流电压控制做变化而设计的DC/DC转换的控制电路，也达到了高功率因数的目的，并且此模式PF值更高，可以做到0.99以上，综合考虑各种因素，完全可以定规格到0.98以上。

实例2

本实例在实例1的基础上，将其中的稳压二极管Z1采用三端稳压管代替。

相比之下，稳压二极管价格便宜，PCB布线简单，而三端稳压管的精度较高。

实例3

本实例在实例1的基础上，去掉其中的稳压二极管Z2和稳压二极管Z3，只用电阻R7和电阻R9。

此时电阻R7和电阻R9的功能没有发生变化，而进一步提高输出的精度。

实例4

本实例在实例1的基础上，去掉电阻R7和电阻R9，只用稳压二极管Z2和稳压二极管Z3。

此时稳压二极管Z2和稳压二极管Z3的功能不会发生变化，由此极大的提高整个电路的抗干扰能力。

实例5

本实例在实例1的基础上，将OVP处理模块用稳压二极管代替，或者用三端稳压器和电阻并联代替，即由稳压二极管或431/432等三端器件结合电阻R7，R8与运放OP2构成，以实现精准OVP。

实例6

本实例在实例1的基础上，增加了一颗电阻R11和一颗电容C4，以进一步提高该恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的效果。

参见图3，其所是本实例中提供的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的更进一步运用示意图。

由此可知，电阻R11的一端与电阻R10的另一端、MOS管Q1的S极相连接，另一端与运放OP2连接；

电容C4的一端连接运放OP2，另一端接地。

通过本实例所增加的电阻R11、电容C4，可以增强恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路的抗干扰能力，并和智能调光模块功能或电位器完美结合，以实现调光功能。

实例7

本实例在实例1的基础上，将其中的运放OP1和运放OP2用集成了双运放的芯片来替换使用，从而减少了元器件的数量，提高整个电路的简洁可靠性。

实例8

本实例在实例1的基础上，将其中的运放OP1和运放OP2以及稳压基准电路用一款集成了双运放和基准电路的IC来替换，从而减少了元器件的数量，，降低整个电路的复杂性，提高可靠性。

实例9

本实例提供一种单级PFC高效恒流电源驱动电路，该恒流电源驱动电路由实例1中的恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路结合单级PFC反激电路构成。

参见图4，其所是为本实例中恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路与单级PFC反激电路配合的示意图。

由图可知，本实例中的单级PFC反激电路主要由EMI、整流滤波电路、电阻R7、电阻R8、电容C3、二极管D1、D2、MOS管Q2、光耦以及PWM配合构成。

该单级PFC反激电路通过变压器T1与恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路配合连接，由此来构成单级PFC高效恒流电源驱动电路。

在该单级PFC高效恒流电源驱动电路中，由变压器辅助绕组给运放OP1正极供电，MOS管Q1的S极低电平，从而使MOS管Q1的G极为高电平，使MOS管Q1导通，MOS管Q1导通后，MOS管Q1的S极电压渐渐增加，当增加到稳定值的时候，运放OP1的输出为负，MOS管此时成放大状态，MOS管S极逐渐减小，减小到一定值后，通过运放再使MOS管呈导通状态，周而复始，以保证输出电流的恒定。当MOS管后，经过恒流模块调节后，输出电流呈稳定状态；当MOS管呈放大状态后，输出电压产生变化，从而使运放OP2发生作用，给光耦信号经光反馈给前级电路，从而调节输出电压，使之呈稳定状态，即恒压状态。这样，就保证了电路输出的恒流恒压特点。

通过本实例可知，在形成恒流电源驱动电路时，若利用本方案提供的恒流反馈消除纹波的电路，可将两极PFC电路改成单级PFC反激式电路，这样不仅降低元器件的数目以及成本，使得电源整体体积也更小，同时还能够大大提高恒流电源驱动电路的功率因素，且使得纹波更小，从而能够够解决现有LED驱动体积大、成本高以及纹波大、频闪严重的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：

稳压基准模块，为恒流模块和恒压反馈模块的同相输入端提供稳定可靠的基准电压源；

恒流模块，根据稳压基准模块提供的基准电压源，调节电路电流，使得电路输出电流的恒定；所述恒流模块由运放器OP1和处于放大状态的开关管Q1，电流反馈电阻R10组成，为负载提供恒定可靠的电流，由供电模块给运放器OP1正极供电，开关管Q1的S极低电平，从而使开关管Q1的G极为高电平，使开关管Q1导通，开关管Q1导通后，开关管Q1的S极电压渐渐增加，当增加到稳定值的时候，运放器OP1的输出为负，开关管此时成放大状态，开关管S极逐渐减小，减小到一定值后，通过运放再使开关管呈导通状态，周而复始，以保证输出电流的恒定；

恒压反馈模块，连接初级端的PWM控制电路，与恒流模块配合，调节输出电压，使得电路输出电压的恒定；

保护模块，稳定以及保护输出电压。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述稳压基准模块主要由相应的稳压二极管、三端稳压器或431/432的三端基准电压器件构成。

3.根据权利要求1所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述恒压反馈模块主要由相应的运放器、运放补偿电容、分压电阻/电压取样电路、开关电源隔离反馈电路相互配合组成。

4.根据权利要求3所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述电压取样电路由两个稳压管配合组成。

5.根据权利要求1所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述开关电源隔离反馈电路由电阻与光耦配合组成。

6.根据权利要求1所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述保护模块为由OVP处理模块构成的OVP过压保护/恒压限制模块电路。

7.根据权利要求1所述的一种开关电源反馈控制电路，其特征在于，所述保护模块由稳压二极管或431/432等三端器件结合相应的电阻和运放器构成。

8.一种单级PFC高效恒流电源驱动电路，包括单级PFC反激式电路，其特征在于，还包括权利要求1-7中任一项所述的开关电源反馈控制电路，所述单级PFC反激式电路与恒流恒压消除纹波的开关电源反馈控制电路配合连接。