CN107454708A

CN107454708A - 一种高pf、可控硅调光的led驱动器电路

Info

Publication number: CN107454708A
Application number: CN201710382173.8A
Authority: CN
Inventors: 卢世勇; 丁西伦; 刘岩; 连光涛
Original assignee: Xiamen Qili Electronics Co Ltd
Current assignee: Xiamen Qili Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2017-12-08

Abstract

本发明提供一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，包括做开关用的高压N型场效应管（M1），高压线性稳压电路（LDO），RS触发器，Toff控制电路，比较器（COMP），误差放大器（OTA），以及由放大器（Amp）和高压N型场效应管（M2）组成的恒流源驱动电路。本发明利用升压转换构架与恒流源电路结合的控制方法，实现了AC‑DC转换，稳定了输出电压，维持了输出电流的恒定，且有着高功率因素、高效率和很好的电源调整率，驱动电路在接调光器时，开关电源能持续输入电流，有很好的兼容性和调光效果，还能实现恒流输出，且驱动无频闪。

Description

一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路

技术领域：

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路。

背景技术：

LED是发光二极管，具有节能、环保、高效、安全等特点，被广泛应用于景观、路灯等照明应用中。特别是灯丝灯具有可以实现360°全角度发光，光效高，集成度高等优点。

如图5所示，是常见的LED分段恒流驱动电路结构图，其中VAC是AC输入电压，V+是经整流桥整流之后的输入电压，系统的输入功率为P_in＝V₊*I_in。输出功率为P_out＝V_LED*I_out。其中，系统存在着驱动效率低、功率因素低的问题，且系统功率会随着输入电压的变化而变化，电源调整率差。方法由于受到多径与外界因素的影响，测试性能不理想，也影响实时通信。

图5所示电路在整流桥前接入可控硅调光器，可组成调光应用。由于可控硅调光器必须要一定的维持电流，才能保持开启状态，故只有输入工频电压VAC大于输出电压Vout时，才能够正常产生输出电流。而市面上各种调光器的初始导通角和最小导通角差别很大。对于初始导通角小的调光器，调光器最大导通角时的初始功率会比不接调光器的情况低很多；而对于最小导通角大的调光器，调光器最小导通角时的剩余功率会比较大。另一方面，当调光器调节到输入工频电压Vin的最高电压与输出电压Vout接近时，调光器导通角的微小变化会造成输出电流的明显差异，造成灯闪烁。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的技术缺陷，提供一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，所述驱动电动包括输入电源、整流桥、电容(C1)和(C2)、电阻(R1)和电感(L1)组成的π型滤波电路、电感(L2)、续流二极管(D1)、输出电容(Cout)、负载LED串；

还包括做开关用的高压N型场效应管(M1)，高压线性稳压电路(LDO)，RS触发器，Toff控制电路，比较器(COMP)，误差放大器(OTA)，以及由放大器(Amp)和高压N型场效应管(M2)组成的恒流源驱动电路；

输入电源连接整流桥，整流桥正极连接电感(L1)，电感(L1)连接主电感(L2)，电感(L2)连接续流二极管(D1)，负载LED串的正极连接续流二极管(D1)的负极，电容(C1)一端连接到整流桥正极、另一端接地；电感(L1)和电感(L2)之间并联有电容(C2)、电容(C2)另一端接地，电容(C1)、电容(C2)之间并联有电阻(R1)；电感(L2)和续流二极管(D1)之间并联有相互串联的高压N型场效应管(M1)、检测电组(Rcs)，检测电组(Rcs)另一端接地，高压N型场效应管(M1)、检测电组(Rcs)的串联线路上还并联有高压线性稳压电路(LDO)以及比较器(COMP)，第一固定电压(Vref1)连接比较器(COMP)的正端，高压N型场效应管(M1)连接RS触发器的输出端Q，RS触发器的输入端R连接比较器(COMP)的输出端，RS触发器的输入端S连接Toff控制电路；负载LED串的负极串联有连接高压N型场效应管(M2)、外部电阻(Rset)，外部电阻(Rset)另一端接地，高压N型场效应管(M2)连接放大器(Amp)的输出端，放大器(Amp)的正端连接第三固定电压(Vref3)，放大器(Amp)的负端连接外部电阻(Rset)的正端，Toff控制电路连接放大器(OTA)的输出端，放大器(OTA)的输出端串联补偿电容(C_COMP)后再接地，放大器(OTA)的正端连接第二固定电压(Vref2)，放大器(OTA)的负端连接从负载LED串负极引出的反馈信号(FB)，负载LED串的正极连接输出电容(C_OUT)后再接地。

所述误差放大器(OTA)、补偿电容(CCOMP)以及反馈信号(FB)组成了反馈补偿网络。

所述反馈补偿网络与Toff控制电路组成反馈控制线路。

本发明的有益效果为：

升压转换构架与恒流源电路结合的控制方法，实现了AC-DC转换，稳定了输出电压，维持了输出电流的恒定，且有着高功率因素、高效率和很好的电源调整率，驱动电路在接调光器时，开关电源能持续输入电流，有很好的兼容性和调光效果，还能实现恒流输出，且驱动无频闪。

附图说明：

图1为本发明驱动电路的框图；

图2为本发明驱动电路的工作波形图；

图3为本发明线路接前切调光器时的工作波形图；

图4为本发明线路接后切调光器时的工作波形图；

图5为现有技术中带恒流驱动器的LED驱动电路框图；

图6为图5中驱动电路工作波形图。

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。

如图所示，一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，所述驱动电动包括AC输入电源、整流桥、电容(C1)和(C2)、电阻(R1)和电感(L1)组成的π型滤波电路、电感(L2)、续流二极管(D1)、输出电容(Cout)、负载LED串；

π型滤波电路的功能是滤除传导骚扰信号，提高系统电磁兼容性；该驱动电路为升压电路，要求输出电压高于输入电压，输入电源为交流时，要求输出电压大于输入额峰值电压，该驱动电路的输出负载(即负载LED串)负端恒流源驱动电路一个端口。

驱动电路的输出电流由恒流源电路决定，输出电流由下式计算：其中V_ref3为驱动器内部基准电压，R_SET为外部电阻。可根据实际需要的输出功率，改变电阻以调节输出电流，输出电流与输出功率的关系为：P_OUT＝I_OUT*V_OUT。

电感L2、高压N型场效应管M1和续流二极管D1组成了升压电路，升压电路采用了峰值电流控制技术。

比较器COMP作用是检测流过主电感及高压N型场效应管M1的峰值电流，当高压N型场效应管M1打开时，电流从电源流经电感L2和高压N型场效应管M1经检测电组Rcs再到地，且持续增大，当电流增大到峰值时，比较器COMP输出状态反转，控制RS触发器输出翻转，从而关闭高压N型场效应管M1；此时，电感电流经续流二极管D1流到输出，给输出电容Cout充电，同时为负载LED串提供电流。其中，峰值电流由下式决定：

峰值电流检测控制了高压N型场效应管M1的导通时间，高压N型场效应管M1的关断时间由Toff控制电路控制。

Toff控制电路控制的关断时间由补偿电容C_COMP上的电压决定，补偿电容C_COMP上的电压由误差放大器OTA和反馈信号FB的电压决定，反馈信号FB即输出负载的负端，图中为LED串的负端。

驱动电路中，误差放大器OTA和补偿电容C_COMP以及反馈信号FB组成了反馈补偿网络，提高了系统的稳定性。

反馈补偿网络与Toff控制电路组成反馈控制线路，当输入电压升高时，输入功率会增加，输出电压也升高，对应FB信号电压升高，补偿电容C_COMP上的电压也随之变化，从而经Toff控制电路增加高压N型场效应管M2的关断时间，降低输入功率，形成负反馈，维持输入输出功率的恒定。反之，输入电压降低时，Toff控制电路控制减少高压N型场效应管M2的关断时间。

峰值电流控制技术还能实现高功率因素。在交流电路中，功率因数是电压与电流之间的相位差的余弦。纯阻性负载的相位差为0，功率因素为1，感性负载或者容性负载的功率因数都会小于1，本发明所述电路，通过控制输入电流在一个周期内基本维持恒定，以达到功率因素矫正的功能，使得功率因素在0.9以上。

本驱动电路还适用于可控硅调光应用。经反馈控制实现调光器最大导通角时的初始功率与不接调光器的功率一致。驱动电路在可控硅调光器切角减小时，通过降低恒流源电路部分的参考电压V_ref3，来降低恒流源电流，从而降低输出电流，调暗LED灯；再利用输出电容Cout储能特性，维持LED常亮，消除频闪。

本驱动电路可以接前切和后切调光器。

高PF、可控硅调光的LED驱动方法采用升压转换加恒流源的构架，不仅能持续从输入端拉电流以维持可控硅调光器正常开启，还能实现恒流输出，且驱动无频闪。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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

1.一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，其特征在于，所述驱动电动包括输入电源、整流桥、电容（C1）和（C2）、电阻（R1）和电感（L1）组成的π型滤波电路、电感（L2）、续流二极管（D1）、输出电容（Cout）、负载LED串；

还包括做开关用的高压N型场效应管（M1），高压线性稳压电路（LDO），RS触发器，Toff控制电路，比较器（COMP），误差放大器（OTA），以及由放大器（Amp）和高压N型场效应管（M2）组成的恒流源驱动电路；

输入电源连接整流桥，整流桥正极连接电感（L1），电感（L1）连接主电感（L2），电感（L2）连接续流二极管（D1），负载LED串的正极连接续流二极管（D1）的负极，电容（C1）一端连接到整流桥正极、另一端接地；电感（L1）和电感（L2）之间并联有电容（C2）、电容（C2）另一端接地，电容（C1）、电容（C2）之间并联有电阻（R1）；电感（L2）和续流二极管（D1）之间并联有相互串联的高压N型场效应管（M1）、检测电组（Rcs），检测电组（Rcs）另一端接地，高压N型场效应管（M1）、检测电组（Rcs）的串联线路上还并联有高压线性稳压电路（LDO）以及比较器（COMP），第一固定电压（Vref1）连接比较器（COMP）的正端，高压N型场效应管（M1）连接RS触发器的输出端Q，RS触发器的输入端R连接比较器（COMP）的输出端，RS触发器的输入端S连接Toff控制电路；负载LED串的负极串联有连接高压N型场效应管（M2）、外部电阻（Rset），外部电阻（Rset）另一端接地，高压N型场效应管（M2）连接放大器（Amp）的输出端，放大器（Amp）的正端连接第三固定电压（Vref3），放大器（Amp）的负端连接外部电阻（Rset）的正端，Toff控制电路连接放大器（OTA）的输出端，放大器（OTA）的输出端串联补偿电容（C_COMP）后再接地，放大器（OTA）的正端连接第二固定电压（Vref2），放大器（OTA）的负端连接从负载LED串负极引出的反馈信号（FB），负载LED串的正极连接输出电容（C_OUT）后再接地。

2.根据权利要求1所述的一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，其特征在于，所述误差放大器（OTA）、补偿电容（CCOMP）以及反馈信号（FB）组成了反馈补偿网络。

3.根据权利要求2所述的一种高PF、可控硅调光的LED驱动器电路，其特征在于，所述反馈补偿网络与Toff控制电路组成反馈控制线路。