CN112367748B - 浮动式升降压pfc电路和led驱动电源 - Google Patents

浮动式升降压pfc电路和led驱动电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浮动式升降压PFC电路和LED驱动电源。其中，浮动式升降压PFC电路包括滤波电路、整流桥、PFC控制芯片和电压取样电路，还包括PFC校正电路，PFC校正电路包括耐压为600V～650V的开关管Q1和开关管Q2、储能电感T1、续流二极管D0、续流二极管D1、耐压为400V～450V的电解电容E1、电阻R0和电容C1。LED驱动电源包括DC/DC变换电路、LLC控制芯片、LED电压/电流取样电路、及如上所述的浮动式升降压PFC电路。相比于传统的PFC电路，本发明提供的浮动式升降压PFC电路具有电路简单、器件少、转换效率高、稳定性更高、产品成本更低的特点。

Description

浮动式升降压PFC电路和LED驱动电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种浮动式升降压PFC电路和LED驱动电源。
背景技术
通常，电网输入480Vac电压经整流桥整流后的直流电压接近680V(480x1.414)，考虑常规设计10％的余量，电路工作直流电压会接近750V。满足电容寿命和纹波电流要求，现阶段商用单颗电解电容的技术瓶颈小于600V的工作电压，普遍做法都是采用多颗400V～450V规格的电容串联并联使用，由此会导致成本贵，产品体积大；此外，需用到的半导体开关管电压也需要从600V～650V提升到900～1KV的制程级别，导致成本会更大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用器件少、成本低的浮动式升降压PFC电路和LED驱动电源。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种浮动式升降压PFC电路，包括滤波电路、整流桥、PFC控制芯片和电压取样电路，还包括PFC校正电路，所述PFC校正电路包括耐压为600V～650V的开关管Q1和开关管Q2、储能电感T1、续流二极管D0、续流二极管D1、耐压为400V～450V的电解电容E1、电阻R0和电容C1，其中，
外部交流电压通过所述滤波电路与所述整流桥的输入端相连，所述整流桥的正极输出端分别与所述开关管Q1的漏极、所述电容C1的一端相连，所述开关管Q1的源极分别与所述储能电感T1的一输入端、所述电解电容E1的一端相连，所述电解电容E1的一端接地；所述储能电感T1中的一输出端分别与所述续流二极管D0的阳极、所述开关管Q2的漏极相连，所述续流二极管D0的阴极通过所述续流二极管D1与所述电解电容E1的另一端相连，所述电解电容E1的另一端与所述电压取样电路的输入端相连；所述电压取样电路的输出端通过光耦合隔离器U1与所述PFC控制芯片的输入端相连，所述PFC控制芯片的输出端与隔离驱动绕组T0中的原边线圈相连；
所述开关管Q2的源极与所述电阻R0的一端相连，所述开关管Q2的栅极通过电阻R2与所述隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的一端相连，所述隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的另一端与所述电阻R0的另一端相连；所述开关管Q1的栅极通过电阻R1与所述隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的一端相连，所述隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的另一端、所述电阻R0的另一端、所述储能电感T1中的另一输入端和所述电容C1的另一端均接地。
相比于传统的PFC电路，本申请提供的浮动式升降压PFC电路是将电网输入的480Vac电压电路进行整流、滤波、校正处理后，输出400Vdc直流电压(可调)，其间只需使用到单颗耐压为400V～450V的常规电解电容E1、及耐压为600V～650V的常规半导体开关管Q1和Q2，即可同样满足国际国内的产品标准，具有电路简单、器件少、转换效率高、稳定性更高、产品成本更低的特点。
在其中一个实施例中，所述PFC校正电路还包括压敏器件MOV1和压敏器件MOV2，所述压敏器件MOV1并联在所述开关管Q1的源极和漏极之间，所述压敏器件MOV2的一端与所述电解电容E1的另一端相连，所述压敏器件MOV2的另一端接地。
在其中一个实施例中，所述PFC控制芯片采用型号为L6562 NCL2801的CRM模式PFC芯片。
在其中一个实施例中，所述滤波电路包括电容CX1、共模电感LF1、电容Y1和电容Y2，外部交流电压的L端分别与所述电容CX1的第一端、所述共模电感LF1的一输入端相连，所述共模电感LF1的一输出端分别与所述电容Y1的第一端、所述整流桥的正极输入端相连；外部交流电压的N端分别与所述电容CX1的第二端、所述共模电感LF1的另一输入端相连，所述共模电感LF1的另一输出端分别与所述电容Y2的第一端、所述整流桥的负极输入端相连。
在其中一个实施例中，所述电压取样电路采用电阻式电压取样电路；所述光耦合隔离器U1采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
为实现本发明的目的，本发明还提供了如下技术方案：
一种LED驱动电源，包括DC/DC变换电路、LLC控制芯片、LED电压/电流取样电路、及如上所述的浮动式升降压PFC电路，所述DC/DC变换电路的一输入端与所述电解电容E1的另一端相连，所述DC/DC变换电路的输出端分别与LED灯源阵列的电源端、所述LED电压/电流取样电路的输入端相连，所述LED电压/电流取样电路的输出端通过光耦合隔离器U2与所述LLC控制芯片的输入端相连，所述LLC控制芯片的输出端与所述DC/DC变换电路的另一输入端相连。
在其中一个实施例中，所述DC/DC变换电路包括开关管Q3、开关管Q4、电容C0、调节绕组T2和电解电容E2，其中，所述电解电容E1的一端分别与所述开关管Q3的漏极、所述调节绕组T2中的第一原边线圈的一端相连，所述调节绕组T2中的第一原边线圈的另一端与所述电容C0的一端相连，所述电容C0的另一端与所述开关管Q3的源极相连，所述开关柜Q3的栅极通过电阻R9与所述LLC控制芯片的输出端OUT1相连；所述电解电容E1的另一端与所述开关管Q4的漏极相连，所述开关管Q4的源极分别与所述电容C0的另一端、所述LLC控制芯片的输出端OUT2相连，所述开关柜Q4的栅极通过电阻R10与所述LLC控制芯片的输出端OUT3相连；所述调节绕组T2中的第二原边线圈的一端与二极管D6的阳极相连，所述调节绕组T2中的第二原边线圈的另一端与电容C2的一端相连，所述二极管D6的阴极、所述电容C2的另一端分别与电源端相连；
所述调节绕组T2中的第一副边线圈的一端与二极管D4的阳极相连，所述调节绕组T2中的第一副边线圈的另一端与二极管D5的阳极相连，所述调节绕组T2中的第一副边线圈的调节端与所述电解电容E2的一端相连，所述电解电容E2的另一端分别与所述二极管D4的阴极、所述二极管D5的阴极相连，所述LED灯源阵列的正极电源输入端与所述电解电容E2的另一端相连，所述LED灯源阵列的负极电源输入端与所述电解电容E2的一端相连。
在其中一个实施例中，所述LLC控制芯片采用型号为L6599 NCP1399的LLC控制芯片。
在其中一个实施例中，所述LED电压/电流取样电路采用运放式式电压/电流取样电路；所述光耦合隔离器U2采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
附图说明
图1为一实施例中浮动式升降压PFC电路的电路原理示意图；
图2为一实施例中LED驱动电源的电路原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
参见图1，本发明提供了一种浮动式升降压PFC电路，包括滤波电路100、整流桥BD1、PFC控制芯片400和电压取样电路300，还包括PFC校正电路200，PFC校正电路200包括耐压为600V～650V的开关管Q1和开关管Q2、储能电感T1、续流二极管D0、续流二极管D1、耐压为400V～450V的电解电容E1、电阻R0和电容C1。
其中，外部交流电压通过滤波电路100与整流桥BD1的输入端相连，整流桥BD1的正极输出端分别与开关管Q1的漏极、电容C1的一端相连，开关管Q1的源极分别与储能电感T1的一输入端、电解电容E1的一端相连，电解电容E1的一端接地；储能电感T1中的一输出端分别与续流二极管D0的阳极、开关管Q2的漏极相连，续流二极管D0的阴极通过续流二极管D1与电解电容E1的另一端相连，电解电容E1的另一端与电压取样电路300的输入端相连；电压取样电路300的输出端通过光耦合隔离器U1与PFC控制芯片400的输入端相连，PFC控制芯片400的输出端与隔离驱动绕组T0中的原边线圈相连；
开关管Q2的源极与电阻R0的一端相连，开关管Q2的栅极通过电阻R2与隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的一端相连，隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的另一端与电阻R0的另一端相连；开关管Q1的栅极通过电阻R1与隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的一端相连，隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的另一端、电阻R0的另一端、储能电感T1中的另一输入端和电容C1的另一端均接地。
具体地，PFC控制芯片400可采用型号为L6562 NCL2801的CRM模式PFC芯片；滤波电路100采用EMI滤波电路，该EMI滤波电路可包括电容CX1、共模电感LF1、电容Y1和电容Y2，外部交流电压的L端分别与所述电容CX1的第一端、共模电感LF1的一输入端相连，共模电感LF1的一输出端分别与电容Y1的第一端、整流桥BD1的正极输入端相连；外部交流电压的N端分别与电容CX1的第二端、共模电感LF1的另一输入端相连，共模电感LF1的另一输出端分别与电容Y2的第一端、整流桥BD1的负极输入端相连；电压取样电路300可采用电阻式电压取样电路；光耦合隔离器U1可采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
进一步地，PFC校正电路200还可包括压敏器件MOV1和压敏器件MOV2，压敏器件MOV1并联在开关管Q1的源极和漏极之间，压敏器件MOV2的一端与电解电容E1的另一端相连，压敏器件MOV2的另一端接地。
本实施例主要解决实现方法是PFC校正电路200的降电压方法，在实现有源功率因数校正功能的同时为后级提供更低工作电压(本电路是400V)。在电路图中，用2颗600V～650V的开关管Q1和Q2、储能电感T1(带开关过零点检测绕组)、续流二极管D0/D1、以及单颗400V～450V、电解电容E1等组成PFC校正电路。PFC校正电路200输出的电压通过光耦合隔离器U1隔离后，传送给PFC控制芯片400，开关管Q1和Q2驱动采用磁场隔离方式进行开关控制，压敏器件MOV1和MOV2进行浪涌保护。本实施例关键技术点有别于传统二极管D2/D3的使用上(本实施例中二极管D2/D3不用)，电解电容E1的负极与整流桥BD1的负极不是相连通，作用是D2/D3的电压降和开关损耗不存在，节省了器件，提高了电源转换效率和可靠性。
相比于传统的PFC电路，本实施例提供的浮动式升降压PFC电路是将电网输入的480Vac电压电路进行整流、滤波、校正处理后，输出400Vdc直流电压(可调)，其间只需使用到单颗耐压为400V～450V的常规电解电容E1、及耐压为600V～650V的常规半导体开关管Q1和Q2，即可同样满足国际国内的产品标准，具有电路简单、器件少、转换效率高、稳定性更高、产品成本更低的特点。
参见图2，本发明还提供了一种LED驱动电源，包括DC/DC变换电路500、LLC控制芯片700、LED电压/电流取样电路600、及如上所述的浮动式升降压PFC电路，DC/DC变换电路500的一输入端与电解电容E1的另一端相连，DC/DC变换电路500的输出端分别与LED灯源阵列的电源端、LED电压/电流取样电路600的输入端相连，LED电压/电流取样电路600的输出端通过光耦合隔离器U2与LLC控制芯片700的输入端相连，LLC控制芯片700的输出端与DC/DC变换电路500的另一输入端相连。
具体地，DC/DC变换电路500可包括开关管Q3、开关管Q4、电容C0、调节绕组T2和电解电容E2，其中，电解电容E1的一端分别与开关管Q3的漏极、调节绕组T2中的第一原边线圈的一端相连，调节绕组T2中的第一原边线圈的另一端与所述电容C0的一端相连，电容C0的另一端与开关管Q3的源极相连，开关柜Q3的栅极通过电阻R9与LLC控制芯片700的输出端OUT1相连；电解电容E1的另一端与开关管Q4的漏极相连，开关管Q4的源极分别与电容C0的另一端、LLC控制芯片700的输出端OUT2相连，开关柜Q4的栅极通过电阻R10与LLC控制芯片700的输出端OUT3相连；调节绕组T2中的第二原边线圈的一端与二极管D6的阳极相连，调节绕组T2中的第二原边线圈的另一端与电容C2的一端相连，二极管D6的阴极、电容C2的另一端分别与电源端相连；调节绕组T2中的第一副边线圈的一端与二极管D4的阳极相连，调节绕组T2中的第一副边线圈的另一端与二极管D5的阳极相连，调节绕组T2中的第一副边线圈的调节端与电解电容E2的一端相连，电解电容E2的另一端分别与二极管D4的阴极、二极管D5的阴极相连，LED灯源阵列的正极电源输入端与电解电容E2的另一端相连，LED灯源阵列的负极电源输入端与电解电容E2的一端相连。
LLC控制芯片700可采用型号为L6599 NCP1399的LLC控制芯片；LED电压/电流取样电路600可采用运放式式电压/电流取样电路，即包括运放U10A和运放U10B；光耦合隔离器U2可采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
本实施例提供的LED驱动电源的工作原理为：电网交流电经过滤波电路100，过滤掉电网中的杂波及减少对外界的电磁干扰，整流桥BD1将电网电压整流成直流电压，经过PFC校正电路200得到稳定的直流电压，再经过后级的DC/DC变换电路500输出脉宽可调的电压，经过二极管D4/D5输出直流电压给LED灯源阵列供电，该电源输出电压电流的大小靠运放U10A/U10B的反馈信号来控制。
光耦合隔离器U1/U2和隔离驱动绕组T0完成强电和控制信号的隔离，使得LLC控制芯片700和DC/DC变换电路500完成隔离，提高了驱动电路的稳定性；LED电压/电流取样电路600实时采集LED灯源阵列的电压电流并反馈给LLC控制芯片700，LLC控制芯片700实时调整输出的PWM信号，实时改变灯具工作状态。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种浮动式升降压PFC电路，包括滤波电路、整流桥、PFC控制芯片和电压取样电路，其特征在于，还包括PFC校正电路，所述PFC校正电路包括耐压为600V～650V的开关管Q1和开关管Q2、储能电感T1、续流二极管D0、续流二极管D1、耐压为400V～450V的电解电容E1、电阻R0和电容C1，其中，
外部交流电压通过所述滤波电路与所述整流桥的输入端相连，所述整流桥的正极输出端分别与所述开关管Q1的漏极、所述电容C1的一端相连，所述开关管Q1的源极分别与所述储能电感T1的一输入端、所述电解电容E1的一端相连，所述电解电容E1的一端接地；所述储能电感T1中的一输出端分别与所述续流二极管D0的阳极、所述开关管Q2的漏极相连，所述续流二极管D0的阴极通过所述续流二极管D1与所述电解电容E1的另一端相连，所述电解电容E1的另一端与所述电压取样电路的输入端相连；所述电压取样电路的输出端通过光耦合隔离器U1与所述PFC控制芯片的输入端相连，所述PFC控制芯片的输出端与隔离驱动绕组T0中的原边线圈相连；
所述开关管Q2的源极与所述电阻R0的一端相连，所述开关管Q2的栅极通过电阻R2与所述隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的一端相连，所述隔离驱动绕组T0中的第一副边线圈的另一端与所述电阻R0的另一端相连；所述开关管Q1的栅极通过电阻R1与所述隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的一端相连，所述隔离驱动绕组T0中的第二副边线圈的另一端、所述电阻R0的另一端、所述储能电感T1中的另一输入端和所述电容C1的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的浮动式升降压PFC电路，其特征在于，所述PFC校正电路还包括压敏器件MOV1和压敏器件MOV2，所述压敏器件MOV1并联在所述开关管Q1的源极和漏极之间，所述压敏器件MOV2的一端与所述电解电容E1的另一端相连，所述压敏器件MOV2的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的浮动式升降压PFC电路，其特征在于，所述PFC控制芯片采用型号为L6562 NCL2801的CRM模式PFC芯片。
4.根据权利要求1所述的浮动式升降压PFC电路，其特征在于，所述滤波电路包括电容CX1、共模电感LF1、电容Y1和电容Y2，外部交流电压的L端分别与所述电容CX1的第一端、所述共模电感LF1的一输入端相连，所述共模电感LF1的一输出端分别与所述电容Y1的第一端、所述整流桥的正极输入端相连；外部交流电压的N端分别与所述电容CX1的第二端、所述共模电感LF1的另一输入端相连，所述共模电感LF1的另一输出端分别与所述电容Y2的第一端、所述整流桥的负极输入端相连。
5.根据权利要求1所述的浮动式升降压PFC电路，其特征在于，所述电压取样电路采用电阻式电压取样电路；所述光耦合隔离器U1采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
6.一种LED驱动电源，其特征在于，包括DC/DC变换电路、LLC控制芯片、LED电压/电流取样电路、及如权利要求1～5任意一项所述的浮动式升降压PFC电路，所述DC/DC变换电路的一输入端与所述电解电容E1的另一端相连，所述DC/DC变换电路的输出端分别与LED灯源阵列的电源端、所述LED电压/电流取样电路的输入端相连，所述LED电压/电流取样电路的输出端通过光耦合隔离器U2与所述LLC控制芯片的输入端相连，所述LLC控制芯片的输出端与所述DC/DC变换电路的另一输入端相连。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电源，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括开关管Q3、开关管Q4、电容C0、调节绕组T2和电解电容E2，其中，所述电解电容E1的一端分别与所述开关管Q3的漏极、所述调节绕组T2中的第一原边线圈的一端相连，所述调节绕组T2中的第一原边线圈的另一端与所述电容C0的一端相连，所述电容C0的另一端与所述开关管Q3的源极相连，所述开关管Q3的栅极通过电阻R9与所述LLC控制芯片的输出端OUT1相连；所述电解电容E1的另一端与所述开关管Q4的漏极相连，所述开关管Q4的源极分别与所述电容C0的另一端、所述LLC控制芯片的输出端OUT2相连，所述开关管Q4的栅极通过电阻R10与所述LLC控制芯片的输出端OUT3相连；所述调节绕组T2中的第二原边线圈的一端与二极管D6的阳极相连，所述调节绕组T2中的第二原边线圈的另一端与电容C2的一端相连，所述二极管D6的阴极、所述电容C2的另一端分别与电源端相连；
所述调节绕组T2中的第一副边线圈的一端与二极管D4的阳极相连，所述调节绕组T2中的第一副边线圈的另一端与二极管D5的阳极相连，所述调节绕组T2中的第一副边线圈的调节端与所述电解电容E2的一端相连，所述电解电容E2的另一端分别与所述二极管D4的阴极、所述二极管D5的阴极相连，所述LED灯源阵列的正极电源输入端与所述电解电容E2的另一端相连，所述LED灯源阵列的负极电源输入端与所述电解电容E2的一端相连。
8.根据权利要求6所述的LED驱动电源，其特征在于，所述LLC控制芯片采用型号为L6599 NCP1399的LLC控制芯片。
9.根据权利要求6所述的LED驱动电源，其特征在于，所述LED电压/电流取样电路采用运放式式电压/电流取样电路；所述光耦合隔离器U2采用型号为OPTOISO1的光耦合器。
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