CN114679816B

CN114679816B - 一种无电解电容单级led驱动电路中间电容电流控制方法

Info

Publication number: CN114679816B
Application number: CN202111662853.8A
Authority: CN
Inventors: 林维明; 刘光清; 黄舒晨
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114679816A

Abstract

本发明提供了一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，包括第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4、市电交流输入电源Uin、输入电容Cin、第一电感L1、第二电感L2、第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2、第一功率二极管Do、第二功率二极管D1、中间电容Cn、输出电容Co、输出LED负载；应用本技术方案可实现功率因数校正、开关管工作频率恒定、去除电解电容、输入输出电流纹波小等LED照明驱动。

Description

一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法。

背景技术

随着能源危机问题越来越严重，照明作为一个消耗能源的重要方面，减少照明的所需要的能源可以减小全球能源消耗的总量。发光二极管(Lighting Emitting Diode，LED)作为新型绿色固体照明冷光源，具有光电转换效率高，较长的寿命，对环境友好，体积小等诸多优点。由于LED驱动电源的输入一般采用市电，因此输入电压的形状为正弦波的形式，由于交流输入侧需要实现功率因数校正以防止污染电网，输入电流应该为与输入电压相同相位的正弦波的形式，而输入功率为输入电压与输入电流的乘积，因此输入功率应为两倍工频脉动的形状。为了平衡输入输出功率的不平衡，通常采用电容值较大的电解电容来储能，而电解电容的寿命相对于LED的寿命来说很短，严重影响了LED驱动电源的可靠性。传统的两级结构使用两级变换器级联组成，前级实现功率因数校正功能，后级实现输出电流的调节，这种方案会造成电路结构复杂，且成本较高。而单级结构的去电解电容LED驱动电路，AC-DC电路单元实现功率因数校正功能，DC-DC电路单元实现DC-DC变换来精准调节输出电流，可解决传统一级方案输出电流存在2倍工频纹波和两级级联结构成本高、电路复杂的问题。因此研究单级结构去LED驱动电源中的电解电容以提高LED驱动电源的使用寿命变得十分重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，具有功率因数校正、开关管工作频率恒定、控制电路成本低、输入输出电流纹波小和可靠性高等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，包括第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4、市电交流输入电源Uin、输入电容Cin、第一电感L1、第二电感L2、第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2、第一功率二极管Do、第二功率二极管D1、中间电容Cn、输出电容Co、输出LED负载；

所述市电交流输入电源连接电路的输入端，所述市电交流输入电源的一端连接第一功率整流二极管Db1的阳极，所述市电交流输入电源的另一端连接第二功率整流二极管Db2的阳极；输入电容Cin的一端分别连接第一功率整流二极管Db1和第二功率整流二极管Db2的阴极，输入电容Cin的另一端分别连接第三功率整流二极管Db3和第四功率整流二极管Db4的阳极；所述第一电感L1的一端分别连接输入电容Cin的一端、输出电容Co的一端和输出LED负载的正端；所述第一电感L1的另一端分别连接第一功率MOS开关管S1的漏极和中间电容Cn的一端；所述第一功率MOS开关管的源极连接第一功率二极管Do的阴极；所述中间电容Cn的一端分别连接第一电感L1的一端和第一功率MOS开关管的漏极；所述中间电容Cn的另一端分别连接第一功率二极管Do的阳极、第二电感L2的一端和第二功率MOS开关管S2的漏极；所述第二电感L2的另一端分别连接输出电容Co的另一端、输出LED负载的负端、第二功率二极管D1的阴极；所述第二功率MOS开关管S2的源极连接第二功率二极管D1的阳极。

在一较佳的实施例中：所述输出电容Co为薄膜电容，中间电容Cn为高频电容。

在一较佳的实施例中：所述第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4均为快恢复功率二极管；第一功率二极管Do、第二功率二极管D1均为快恢复功率二极管。

在一较佳的实施例中：所述第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2为硅基功率MOS管，并采用PWM控制方式。

在一较佳的实施例中：包括峰值电流控制单元PCC、谷值电流控制单元VCC和DSP单元；PCC单元同时对输入电压Vr、中间电容Cn电压Vc、第一电感L1电流和DSP单元的输出信号进行采样。将采样的信号送入乘法器得到电感L1电流峰值基准信号，从而控制比较器产生高低电平。VCC单元同时对输出电流Iout和第二电感L2电流进行采样，生成第二电感L2电流谷值基准信号，从而控制比较器产生高低电平。DSP单元产生恒频的PWM信号，同时检测VCC单元和PCC单元的输出信号，进行简单的逻辑计算，生成控制开关管S1和S2的PWM信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，采用单级高功率因数无电解电容LED驱动电路，实现开关频率恒定，控制简单、控制成本低，输入输出电流纹波小的优良照明驱动控制。

附图说明

图1是本发明优选实施例所使用的电路原理示意图。

图2是本发明优选实施例所使用的控制框图。

图3是本发明优选实施例的第一功率MOS开关管S1导通，第二功率MOS开关管S2导通阶段的电路模态图。

图4是本发明优选实施例的第一功率MOS开关管S1关断，第二功率MOS开关管S2关断，第一电感L1和第二电感L2通过第一功率二极管Do续流阶段的电路模态图。

图5是本发明优选实施例的第一功率MOS开关管S1关断，第二功率MOS开关管S2关断，第二电感L2通过第一功率二极管Do续流阶段的电路模态图。

图6是本发明优选实施例的第一功率MOS开关管S1关断，第二功率MOS开关管S2导通，第二电感L2通过第二功率MOS开关管S2和第二功率二极管Do导通的电路模态图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，参考图1至6，包括第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4、市电交流输入电源Uin、输入电容Cin、第一电感L1、第二电感L2、第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2、第一功率二极管Do、第二功率二极管D1、中间电容Cn、输出电容Co、输出LED负载；

具体来说，所述输出电容Co为薄膜电容，中间电容Cn为高频电容。所述第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4均为快恢复功率二极管；第一功率二极管Do、第二功率二极管D1均为快恢复功率二极管。所述第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2为硅基功率MOS管，并采用PWM控制方式。

具体来说，本发明包括峰值电流控制单元PCC、谷值电流控制单元VCC和DSP单元；PCC单元同时对输入电压Vr、中间电容Cn电压Vc、第一电感L1电流和DSP单元的输出信号进行采样。将采样的信号送入乘法器得到电感L1电流峰值基准信号，从而控制比较器产生高低电平。VCC单元同时对输出电流Iout和第二电感L2电流进行采样，生成第二电感L2电流谷值基准信号，从而控制比较器产生高低电平。DSP单元产生恒频的PWM信号，同时检测VCC单元和PCC单元的输出信号，进行简单的逻辑计算，生成控制开关管S1和S2的PWM信号。

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图2，控制电路包括峰值电流控制单元PCC、谷值电流控制单元VCC和DSP单元组成。PCC单元通过采样输入电压信号Vr、中间电容电压信号Vc和DSP单元的输出信号1/(1-d4)，作为乘法器的输入端，从而产生控制第一电感L1峰值基准信号ipk，一旦第一电感L1实际电流超过ipk，则比较器单元1输出低电平给DSP单元。PCC控制输入电流正弦变化，实现功率因数校正。VCC单元通过采样输出电流信号Iout，从而产生控制第二电感L2谷值基准信号ivy，一旦第二电感L2实际电流小于ivy，则比较器单元2输出高电平给DSP。VCC控制得到稳定的输出电流。DSP单元内部产生恒定频率的PWM信号，同时采样比较器单元1和比较器单元2的输出信号，进行逻辑计算产生PWM信号控制开关管S1和S2的导通和关断。

如图3，第一功率MOS开关管S1导通时，市电交流输入电源Uin给第一电感L1充电，其电流线性上升；同时中间电容Cn给负载和第二电感L2充电，其电流线性上升。

如图4，第一功率MOS开关管S1关断时，第一电感L1经第一功率二极管Do给中间电容Cn充电，第一电感L1电流线性下降；第二电感L2电流经第一功率二极管Do放电，第二电感L2电流线性下降。

如图5所示，第一电感L1电流线性下降至零之后，第二电感L2继续经第一功率二极管Do放电，第二电感L2的电流持续下降。

如图6所示，第二功率MOS开关管S2导通，第二电感L2的两端电压被钳位，电流维持在ivy，直到下一个周期来临。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，其特征在于包括第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4、市电交流输入电源Uin、输入电容Cin、第一电感L1、第二电感L2、第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2、第一功率二极管Do、第二功率二极管D1、中间电容Cn、输出电容Co、输出LED负载；

所述市电交流输入电源连接电路的输入端，所述市电交流输入电源的一端连接第一功率整流二极管Db1的阳极，所述市电交流输入电源的另一端连接第二功率整流二极管Db2的阳极；输入电容Cin的一端分别连接第一功率整流二极管Db1和第二功率整流二极管Db2的阴极，输入电容Cin的另一端分别连接第三功率整流二极管Db3和第四功率整流二极管Db4的阳极；所述第一电感L1的一端分别连接输入电容Cin的一端、输出电容Co的一端和输出LED负载的正端；所述第一电感L1的另一端分别连接第一功率MOS开关管S1的漏极和中间电容Cn的一端；所述第一功率MOS开关管的源极连接第一功率二极管Do的阴极；所述中间电容Cn的一端分别连接第一电感L1的一端和第一功率MOS开关管的漏极；所述中间电容Cn的另一端分别连接第一功率二极管Do的阳极、第二电感L2的一端和第二功率MOS开关管S2的漏极；所述第二电感L2的另一端分别连接输出电容Co的另一端、输出LED负载的负端、第二功率二极管D1的阴极；所述第二功率MOS开关管S2的源极连接第二功率二极管D1的阳极；

包括峰值电流控制单元PCC、谷值电流控制单元VCC和DSP单元；PCC单元同时对输入电压Vr、中间电容Cn电压Vc、第一电感L1电流和DSP单元的输出信号进行采样；将采样的信号送入乘法器得到电感L1电流峰值基准信号，从而控制第一比较器产生高低电平；VCC单元同时对输出电流Iout和第二电感L2电流进行采样，生成第二电感L2电流谷值基准信号，从而控制第二比较器产生高低电平；DSP单元产生恒频的PWM信号，同时检测VCC单元和PCC单元的输出信号，进行逻辑计算，生成控制第一功率MOS开关管S1和第二功率MOS开关管S2的PWM信号。

2.根据权利要求1所述的一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，其特征在于，所述输出电容Co为薄膜电容，中间电容Cn为高频电容。

3.根据权利要求1所述的一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，其特征在于，所述第一功率整流二极管Db1、第二功率整流二极管Db2、第三功率整流二极管Db3、第四功率整流二极管Db4均为快恢复功率二极管；第一功率二极管Do、第二功率二极管D1均为快恢复功率二极管。

4.根据权利要求1所述的一种无电解电容单级LED驱动电路中间电容电流控制方法，其特征在于，所述第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2为硅基功率MOS管，并采用PWM控制方式。