CN108521694A - 一种带反馈变频恒流驱动的led半桥电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，包括依次串接的输入整流滤波电路、基于IR2151、IR2153、IR2155驱动芯片中的一种芯片的半桥控制电路、隔离变压器、输出整流滤波电路，还包括为半桥控制电路的电源端口连接的电解电容充电的控制芯片供电电路，所述控制芯片供电电路的输入端连接半桥控制电路的半桥中点，输出端连接半桥控制芯片的电源端。本发明结构简单，令输出的驱动电流更加稳定。本发明适用于驱动大功率LED。

Description

一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，涉及一种LED驱动电路，具体地说是一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路。

背景技术

随着全球能源的不断消耗，电子技术不断朝向低能耗的方向发展，节能技术正在电子产品中迅速推广。其中，电子产品中的LED照明灯由于其工作效率高、耗能低，已经广泛应用于街道照明、室内照明等多个场合。由于LED照明灯具有恒流的工作特性，因此为保证LED照明灯的工作优势，高效稳定的恒流LED驱动电路是关键。

现有技术中，相较于主流的恒流驱动电路芯片，IR2151、IR2153、IR2155三种驱动芯片由于具有价格低廉、市场上的货源稳定（不存在供货问题）、外围电路简洁的优点而被广泛应用，同时由于上述三种驱动芯片的8个端口的芯片内部只集成了一个振荡器和两个高低MOS驱动，因此实际使用时只需要简单的几个器件就能驱动该芯片工作。

既然IR2151、IR2153、IR2155三种驱动芯片具有上述的优点，那么如果能够将上述三种芯片应用于恒流LED驱动电路中将会大大降低恒流LED驱动电路的成本并且简化控制方式。但传统结构中IR2151、IR2153、IR2155三种驱动芯片应用电路如图1所示，由图1可知，上述三种驱动芯片的供电端由电解电容C2放电提供，而电解电容C2需要由流经电阻R1的电流充电，为保证电解电容C2的正常工作，充电电流将会是一个不小的数值，而大电流会在电阻R1上造成较大的功耗，不利于节约能源以及芯片外围电路散热。

此外，上述三种驱动芯片没有输出电流的直接控制端口，因此想要通过该类芯片稳定控制输出恒定电流具有一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，利用现有技术中的IR2151、IR2153、IR2155三种驱动芯片及其外围电路作为核心，以提供功耗低、稳定性好的带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，包括依次串接的输入整流滤波电路、基于IR2151、IR2153、IR2155驱动芯片中的一种芯片的半桥控制电路、隔离变压器、输出整流滤波电路，还包括为半桥控制电路的电源端口连接的电解电容充电的控制芯片供电电路，所述控制芯片供电电路的输入端连接半桥控制电路的半桥中点，输出端连接半桥控制电路的电源端。

作为对本发明中输入整流滤波电路的限定：所述输入整流滤波电路包括第一二极管至第四二极管构成的第一整流桥，以及并接于第一整流桥输出端的第一电容器。

作为对本发明中半桥控制电路的限定：所述半桥控制电路包括驱动芯片，所述驱动芯片与第二至第五电容器、第一电阻至第四电阻、第一三极管、第二三极管构成传统的驱动电路，且驱动芯片的VS端口通过第五电容连接隔离变压器的原边。

作为对本发明中输出整流滤波电路的限定：所述输出整流滤波电路包括第六至第九二极管构成的第二整流桥，以及并接于第二整流桥输出端的第六电容器，所述的第二整流桥的输入端通过第一电感连接隔离变压器的副边。

作为对本发明中反馈电路的限定：它还包括用于调节输出电流稳定的反馈电路，所述反馈输入电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出负载的正电极，输出端为第一光电耦合器的原边，利用电路输出的正电极串接第十三电阻给运算放大器以及光电耦合器原边供电，所述反馈端串接于半桥控制电路的驱动芯片的RT端口与CT端口之间。

作为对本发明中的反馈电路的进一步限定：它还包括用于调节输出电流稳定的反馈电路，所述反馈输入电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出负载的正电极，输出端为光电耦合器的原边，利用电路输出的正电极串接第十三电阻给运算放大器以及光电耦合器原边供电，所述反馈端串接于半桥控制电路的驱动芯片的RT端口与CT端口之间。

作为对本发明中控制芯片供电电路的限定：所述控制芯片供电电路包括第八电容器、第十二极管、第二稳压管，所述第八电容器的一端通过第四电容器连接控制芯片的VB端口，另一端连接第二稳压管的阳极，第二稳压管的阳极接地，同时第二稳压管的阴极还连接第十二极管的阳极，第十二极管的阴极连接控制芯片的VCC端口。

本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明的带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路中，输出整流滤波电路中设置有电感，本发明电路工作时能够利用高频条件下电感的高阻抗特性，使得输出电流的大小主要取决于电感的阻抗，在负载发生变化时初步稳定输出电流；

（2）本发明设有控制芯片供电电路，将半桥桥臂中点的方波接入第八电容器C8进行分压和限流，同时稳压管设定为12V，略大于工作电压，通过单向导通的第十二极管D10给第二电容器C2充电，与典型的控制芯片的典型应用电路相比，增加一路给第二电容器C2充电的路径，进而减小了原有结构中控制芯片供电端串接电阻R1的功耗，减小电阻的发热量，延长电阻的使用寿命，同时降低了控制芯片外围的温度，提高了控制芯片的可靠性；

（3）本发明设置了反馈电路，通过电路中的反馈电路调节振荡器的振荡电阻值，来调节开关频率，因而能够实现：在外部因素导致输出电压增大进而电流增大时，用增加开关频率的方法，来增大输出端电感的阻抗，减小输出电流；当输出电压减小进而输出电流减小时，减小开关频率，减小电感阻抗，增大输出电流，从而达到恒定电流的目的。

综上所述，本发明结构简单，令输出的驱动电流更加稳定。

本发明适用于驱动大功率LED。

附图说明

图1为IR2151芯片或IR2153芯片或IR2155芯片在现有技术中使用时的应用原理图；

图2为本发明实施例的电路原理；

图3为本发明实施例中输出整流滤波电路的等效电路原理图；

图4为本发明实施例改进功率因数的电路原理图。

图中：1、输入整流滤波电路；2、半桥控制电路；3、输出整流滤波电路；4、控制芯片供电电路；5、反馈电路；U1、隔离变压器；IC1、控制芯片；IC2、运算放大器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例 一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路

如图2所示，包括依次串接的输入整流滤波电路1、半桥控制电路2、隔离变压器U1、输出整流滤波电路3，还包括为半桥控制电路2的电源端口连接的电解电容充电的控制芯片供电电路4、用于调节输出电流稳定的反馈电路，所述控制芯片供电电路4的输入端连接半桥控制电路2的半桥中点，输出端连接半桥控制电路2的电源端；所述反馈电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出负载的正电极，输出端为第一光电耦合器的原边，利用输出串接第十三电阻给运算放大器以及光电耦合器原边OCA供电，反馈电路的反馈端串接于半桥控制电路的驱动芯片的RT端口与CT端口之间。

本实施例中的输入整流滤波电路1包括第一二极管D1至第四二极管D4构成的第一整流桥，以及并接于第一整流桥输出端的第一电容器C1，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阳极连接第一二极管D1的阳极，且第一二极管D1、第四二极管D4相连接的中间节点与第二二极管D2、第三二极管D3连接的中间节点作为输入整流滤波电路1的输入端，而第一二极管D1、第二二极管D2连接的中间节点与第三二极管D3、第四二极管D4连接的中间节点并接第一电容器C1后作为输入整流滤波电路1的输出端。

所述半桥控制电路2采用现有技术中的IR2151芯片，或者IR2153芯片，或者IR2155驱动芯片中的一种控制芯片IC1与其外围的电容电阻构成的，具体如图2所示：

所述控制芯片IC1的VCC端口通过第一电阻R1连接输入整流滤波电路的输出端的一端，同时还通过第一电阻R1与第五二极管D5的串联电路连接自身的VB端口；所述VCC端口还通过第二电容器C2分别连接输入整流滤波电路的输出端的另一端与地。

所述控制芯片IC1的RT端口通过第二电阻R2连接自身的CT端口，同时还通过第二电阻R2与第三电容器C3的串联电路分别连接自身的COM端口与地。

所述控制芯片IC1的VB端口通过第一场效应管Q1与第二场效应管Q2的串接电路接地，其中VB端口连接第一场效应管Q1的漏极，第一场效应管Q1的源极连接第二场效应管Q2的漏极，第二场效应管Q2的源极接地，所述第一场效应管Q1的栅极通过第三电阻R3连接控制芯片IC1的HO端口，第二场效应管Q2的栅极通过第四电阻R4连接控制芯片IC1的LO端口，控制芯片IC1的VS端口通过第五电容器C5连接隔离变压器U1原边的一端，隔离变压器U1原边的另一端接地。

所述输出整流滤波电路3包括第六二极管D6至第九二极管D9构成的第二整流桥，以及并接于第二整流桥输出端的第六电容器C6，所述的第二整流桥的输入端通过第一电感L1连接隔离变压器的副边。具体连接为：所述第六二极管D6的阴极连接第七二极管D7的阳极，第七二极管D7的阴极连接第八二极管D8的阴极，第八二极管D8的阳极连接第九二极管D9的阴极，第九二极管D9的阳极连接第六二极管D6的阳极，其中第六二极管D6、第七二极管D7连接的中间节点与第八二极管D8、第九二极管D9连接的中间节点作为输出整流滤波电路3的输入端，且第六二极管D6与第七二极管D7连接的中间节点通过第一电感L1连接隔离变压器U1的副边的一端，隔离变压器U1副边的另一端连接第八二极管D8与第九二极管D9连接的中间节点。而第七二极管D7、第八二极管D8连接的中间节点与第九二极管D9、第六二极管D6连接的中间节点并接第六电容器C6后作为输出整流滤波电路3输出端。

所述控制芯片供电电路包括第八电容器C8、第十二极管D10、第二稳压管ZD2，所述第八电容器C8的一端通过第四电容器处连接控制芯片的VB端口，另一端连接第二稳压管找到的阳极，第二稳压管ZD2的阳极接地，同时第二稳压管ZD2的阴极还连接第十二极管D10的阳极，第十二极管D10的阴极连接控制芯片的VCC端口。

所述反馈电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，所述第五电阻R5的一端连接第二整流桥第七二极管D7与第八二极管D8连接的中间节点，另一端依次通过第六电阻R6、第七电阻R7接地；还包括运算放大器IC2，所述运算放大器IC2的反相输入端连接第六电阻R6与第七电阻R7串接电路的中间节点，运算放大器IC2的同相输入端通过第九电容器C9接地，运算放大器IC2的输出端通过光电耦合器原边OCA与第十一电阻R11的串接电路分别连接第十三电阻R13的一端与第一稳压管ZD1的阳极，所述第十三电阻R13的另一端作为输出端，而第一稳压管ZD1的阴极接地，同时第一稳压管ZD1的两端并联有第十电容器C10；所述运算放大器IC2的输出端还通过第八电阻R8、第七电容器C7串接后与第九电阻R9的并联电路连接自身的反相输入端。

光电耦合器的副边OCB与第十电阻R10串接后连接驱动芯片IC1的CT端口与RT端口之间，其中第十电阻R1O的一端连接驱动芯片的RT端口，另一端连接光电耦合器副边OCB的三极管的集电极，光电耦合器副边OCB的三极管的发射极连接驱动芯片IC1的CT端口。

本实施例的工作原理为：本实施例将输入的交流信号经过输入整流滤波电路1进行整流滤波，转变为直流信号供半桥控制电路2工作，通过控制芯片IC1产生一对互补的驱动信号控制半桥的上下开关管开启闭合，产生方波信号。方波信号经过电容会产生交变信号，由隔离变压器U1降压，产生正弦波或者近似于正弦波的交变信号Vac，经过第一电感L1和输出整流滤波电路3整流滤波后，可达到比较稳定的电流输出。可将其整个输出电路进行等效如图3所示(其中L1为电感L1电感值，RL为负载的等效电阻),经过分析可知流过该环路的电流近似为

（1）

从以上述公式中可以看出，环路电流根据工作频率改变而改变，所述电路根据工作频率的不同输出改变属于PFM调制。本实实施例的电路工作在高频条件下，此时低电感的感抗相对于输出负载很大，对电流大小起主要作用，当电路负载即RL改变时，输出电流几乎不变。

为进一步保证LED驱动电路的恒流输出，本实施例在电路加入反馈环，如图1中的反馈电路52的第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7对输出电压进行分压，得到采样电信号即第七电阻R7两端电压差加在运算放大器IC2的反相端与接在运算放大器IC2同相端的参考电压Vref对比，将微弱变化的电信号进行放大，当输出电流变大时，VR7增大，运算放大器IC2的输出端电压减小，光电耦合器原边OCA流过的电流增大，使得光电耦合器副边OCB三极管基极电流也增加，相当于光电耦合器副边OCB的等效电阻减小，本实施例所使用控制芯片输出驱动信号的频率为：

（2）

其中Rs为芯片内部电阻，有上述公式可知，此时输出频率增加，根据分析公式（1）（2）可知，增加频率将减小输出电流，达到了调节电流的作用。

图4为本实施例改进功率因素的实施图，针对功率因数要求较大的场合。具体实施时，将输入整流滤波电路1中桥式滤波电路变为填谷式PF校正电路，此时，输入整流滤波电路实施方案如下：第一二极管D1的阳极和第四二极管D4的阴极与交流电输入端的一端相连，第二二极管D2的阳极和第三二极管D3的阴电极与交流电输入端的另一端相连，第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第十二电容器C12的正电极、第十三二极管D13的阴极连接，第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极与第十电容器C11的负电极、第十一二极管D11的阳极连接接至原边地。第十二电容器C12的负电极、第十一二极管D11的阴极、第十二二极管D12的阳极相连；第十一电容器C11的正电极、第十二二极管D12的阴极、第十三二极管D13的阳极相连。

Claims (8)

1.一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：包括依次串接的输入整流滤波电路、基于IR2151、IR2153、IR2155驱动芯片中的一种芯片的半桥控制电路、隔离变压器、输出整流滤波电路，还包括为半桥控制电路的电源端口连接的电解电容充电的控制芯片供电电路，所述控制芯片供电电路的输入端连接半桥控制电路的半桥中点，输出端连接半桥控制芯片的电源端。

2.根据权利要求1所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：所述输入整流滤波电路包括第一二极管至第四二极管构成的第一整流桥，以及并接于第一整流桥输出端的第一电容器。

3.根据权利要求1或2所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：所述半桥控制电路包括驱动芯片，所述驱动芯片与第二至第五电容器、第一电阻至第四电阻、第一三极管、第二三极管构成传统的驱动电路，且驱动芯片的VS端口通过第五电容器连接隔离变压器的原边。

4.根据权利要求1或2所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：所述输出整流滤波电路包括第六至第九二极管构成的第二整流桥，以及并接于第二整流桥输出端的第六电容器，所述的第二整流桥的输入端通过第一电感连接隔离变压器的副边。

5.根据权利要求3所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：所述输出整流滤波电路包括第六至第九二极管构成的第二整流桥，以及并接于第二整流桥输出端的第六电容器，所述的第二整流桥的输入端通过第一电感连接隔离变压器的副边。

6.根据权利要求3所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：它还包括用于调节输出电流稳定的反馈电路，所述反馈输入电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出负载的正电极，输出端为光电耦合器的原边，利用电路输出的正电极串接第十三电阻给运算放大器以及光电耦合器原边供电，所述反馈端串接于半桥控制电路的驱动芯片的RT端口与CT端口之间。

7.根据权利要求5所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：它还包括用于调节输出电流稳定的反馈电路，所述反馈输入电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出负载的正电极，输出端为光电耦合器的原边，利用电路输出的正电极串接第十三电阻给运算放大器以及光电耦合器原边供电，所述反馈端串接于半桥控制电路的驱动芯片的RT端口与CT端口之间。

8.根据权利要求6或7所述的一种带反馈变频恒流驱动的LED半桥电路，其特征在于：所述控制芯片供电电路包括第八电容器、第十二极管、第二稳压管，所述第八电容器的一端通过第四电容器连接控制芯片的VB端口，另一端连接第二稳压管的阳极，第二稳压管的阳极接地，同时第二稳压管的阴极还连接第十二极管的阳极，第十二极管的阴极连接控制芯片的VCC端口。