CN201774702U - Led照明用恒压驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种LED照明用恒压驱动电源，用于驱动大功率LED照明，包括功率变换主回路和控制回路；所述功率变换主回路包括依次连接的一个交流输入端、一个全桥整流电路、一个有源功率因数升压变换器、一个半桥串联谐振DC/DC功率变换器以及一个直流输出端；所述控制回路包括依次连接的一个高功率因数校正控制电路、一个辅助电源、一个半桥串联谐振DC/DC变换控制电路以及一个电压反馈控制电路；所述高功率因数校正控制电路的输出端通过功率因数校正和脉冲宽度调制连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路的输入端，本实用新型具有宽范围电压输入、高效率、高功率密度、保护功能齐全的特点。
Description
LED照明用恒压驱动电源
技术领域 [0001] 本实用新型涉及一种电能转换装置，尤其涉及一种驱动LED用于照明且具有直流 高稳压输出、高转换效率的电能转换装置。适用于全球供电电压范围输入、高稳压输出电 压、直流限流输出供电和有高功率密度要求的驱动LED用于照明的应用领域。
背景技术
[0002] LED (Lighting Emitting Diode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它 是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而 引起光子发射，直接发光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。LED 被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用 于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。LED光源采用直流驱动，超低 功耗（单管0.03瓦-1瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80% 以上。LED光源属于固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光 易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 LED光源属于典型的绿色照明光源。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射， 而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸。
[0003] 本实用新型中还涉及以下现有技术：
[0004] DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应 用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速 响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能（20〜 30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源），同时还能起到有效地抑制电网侧谐 波电流噪声的作用。
[0005] EMC滤波器，又名“电磁兼容性滤波器”，主要用于仪器仪表、自动化控制系统中，用 来抑制和消除工业自动化系统现场的强电磁干扰和电火花干扰，勘正现场仪器仪表，保证 自动化控制系统的安全可靠运行。
[0006] PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率 因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量 (视在功率）的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越 大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的 相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一 种为被动式PFC (也称无源PFC)和主动式PFC (也称有源式PFC)。
[0007] 脉冲宽度调制（PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制， 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从 测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
[0008] 零电压开关（Zero Voltage Switch)是指PWM开关电源按硬开关模式工作（开/ 关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠），因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术， 即所谓零电压开关（ZVS)/零电流开关（ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效 率可提高到80%〜85%。
[0009] 零电流开关（ZCS)准谐振变换器（QRC)因其内在的软开关特点和电路的简单。而 有多种DC/DC变换器的拓扑类型。一般讲，零电流开关是通过在开关器件上增加一对谐振 电感和电容，使其在开关开通和关断时流过开关的电流等于零，从而减少开关损耗以提高 开关频率，有助于提高电源的功率密度。
[0010] 有鉴于此，本领域实用新型人提供了一种适用于全球供电电压范围输入、高稳定 输出电电流、直流限压输出供电的有高功率密度要求的LED照明用恒压驱动电源。
实用新型内容
[0011] 有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LED照明用恒压驱动电 源，其具有高稳定直流输出电压和限流功能的、全球电压输入范围、高效率、高功率密度、保 护功能齐全的特点。
[0012] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种LED照明用恒压驱动电源，用于驱动大 功率LED照明，包括功率变换主回路和控制回路；所述功率变换主回路包括依次连接的一 个交流输入端、一个将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路、一个将脉动直 流电压转换为稳定直流电压的有源功率因数升压变换器、一个将稳定直流电压转换为高频 脉冲的半桥串联谐振DC/DC功率变换器以及一个直流输出端；所述控制回路包括依次连接 的一个高功率因数校正控制电路、一个辅助电源、一个半桥串联谐振DC/DC变换控制电路 以及一个电压反馈控制电路；所述高功率因数校正控制电路的输出端连接所述有源功率因 数升压变换器的输入端，所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路的输出端连接所述半桥串 联谐振DC/DC功率变换器的输入端，所述电压反馈控制电路的输出端连接所述直流输出端 的输入端，所述高功率因数校正控制电路的输出端通过功率因数校正和脉冲宽度调制连接 所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路的输入端。
[0013] 优选地，所述功率变换主回路还包括一个EMC滤波器，其输入端连接所述交流输 入端，其输出端连接所述全桥整流电路。
[0014] 优选地，所述功率变换主回路还包括一个防雷浪涌吸收电路，其输入端连接所述 EMC滤波器，其输出端连接所述全桥整流电路。
[0015] 优选地，所述功率变换主回路还包括一个防开机冲击电流电路，其输入端连接所 述有源功率因数升压变换器，其输出端连接所述半桥串联谐振DC/DC功率变换器。
[0016] 优选地，所述功率变换主回路还包括一个对脉冲进行平滑滤波的高频整流滤波电 路，其输入端连接所述半桥串联谐振DC/DC功率变换器，其输出端连接所述直流输出端。
[0017] 优选地，所述控制回路还包括过流保护电路，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换 控制电路。
[0018] 优选地，所述控制回路还包括过压保护电路，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换 控制电路。 [0019] 优选地，所述控制回路还包括过温保护电路，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换 控制电路。[0020] 优选地，所述EMC滤波器是在30MHz以下频率范围内吸收高频噪声的滤波器。
[0021] 优选地，所述辅助电源分别向所述高功率因数校正控制电路和所述半桥串联谐振 DC/DC变换控制电路供电。
[0022] 由于使用了以上技术，本实用新型与现有技术相比，本实用新型中的功率变换主 回路采用了电流连续型有源功率因数升压变换器和半桥串联谐振DC/DC变换器技术，线路 简洁可靠，转换效率高；控制电路完成输入电压前馈，输入过、欠压保护，输出过压、过流保 护，输出短路保护，超温保护等保护功能，从而构成宽范围电压输入、高效率、高功率密度、 保护功能齐全的LED照明用恒压驱动电源。
[0023] 对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解 本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
[0024] 图1是本实用新型的LED照明用恒流驱动电源的模块连接框图。 具体实施方式
[0025] 如图1所示，本实用新型提供了一种LED照明用恒压驱动电源，用于驱动大功率 LED照明，包括功率变换主回路1和控制回路2。
[0026] 所述功率变换主回路1包括依次连接的一个交流输入端11、一个将输入工频交流 电转换为脉动直流电的全桥整流电路14、一个将脉动直流电压转换为稳定直流电压的有源 功率因数升压变换器16、一个将稳定直流电压转换为高频脉冲的半桥串联谐振DC/DC功率 变换器17以及一个直流输出端19 ；所述控制回路2包括依次连接的一个高功率因数校正 控制电路101、一个辅助电源102、一个半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103以及一个电 压反馈控制电路104 ；所述高功率因数校正控制电路101的输出端连接所述有源功率因数 升压变换器16的输入端，所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103的输出端连接所述半 桥串联谐振DC/DC功率变换器17的输入端，所述电压反馈控制电路104的输出端连接所述 直流输出端19的输入端，所述高功率因数校正控制电路101的输出端通过功率因数校正和 脉冲宽度调制连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103的输入端。
[0027] 其中，所述功率变换主回路1还包括一个EMC滤波器12、一个防雷浪涌吸收电路
13、一个防开机冲击电流电路15以及一个对脉冲进行平滑滤波的高频整流滤波电路18。所 述EMC滤波器12输入端连接所述交流输入端11，其输出端连接所述全桥整流电路14。所 述防雷浪涌吸收电路13输入端连接所述EMC滤波器12，其输出端连接所述全桥整流电路
14。所述防开机冲击电流电路15输入端连接所述有源功率因数升压变换器16，其输出端连 接所述半桥串联谐振DC/DC功率变换器17。所述高频整流滤波电路18输入端连接所述半 桥串联谐振DC/DC功率变换器17，其输出端连接所述直流输出端19。所述EMC滤波器12 是在30M Hz以下频率范围内吸收高频噪声的滤波器。所述辅助电源102分别向所述高功 率因数校正控制电路101和所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103供电。
[0028] 所述控制回路2还包括过流保护电路105、过压保护电路106以及过温保护电路 107。所述过流保护电路105连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103。所述过压保 护电路106连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103。所述过温保护电路107连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103。
[0029] 本实用新型的具体实施方式如下：
[0030] 继续参考图1，本实用新型的LED照明用恒压驱动电源，用于驱动大功率LED照明， 包括功率变换主回路1和控制回路2。
[0031] 所述的功率变换主回路1包括交流输入端11、输入EMC滤波器12、防雷浪涌吸收 电路13、全桥整流14、防开机冲击限流电路15、有源功率因数升压变换器16、半桥串联谐振 DC/DC功率变换器17、高频整流滤波电路18、以及直流输出端19，所述的电路顺序连接。
[0032] 所述的控制回路2包括高功率因数校正控制电路101、辅助电源102、半桥串联谐 振DC/DC变换控制电路103、电压反馈控制104、过流保护105、过压保护106和过热保护 107。其中高功率因数校正控制电路101与有源功率因数升压变换器16连接；辅助电源102 由有源功率因数升压变换器16的输出和主变压器的辅助绕组成，分别与高功率因数校正 控制电路101和半桥串联谐振DC/DC变换控制电路104连接；半桥串联谐振DC/DC控制电 路输出连接到半桥串联谐振DC/DC变换器17的输入，电压反馈控制单元的输出链接到串联 谐振DC/DC变换电路。过流保护单元、过压保护单元和过温保护单元分别和半桥串联谐振 DC/DC变换控制器连接。
[0033] 本实用新型LED照明用恒压驱动电源包括功率变换主回路1，它由交流输入端11、 输入EMC滤波器12、防雷浪涌吸收电路13、全桥整流14、防开机冲击限流电路15、有源功率 因数升压变换器16、半桥串联谐振DC/DC功率变换器17、高频整流滤波电路18以及直流输 出端19等组成。
[0034] 交流输入端指J1，具有足够的绝缘耐压强度和安全间距，其连接具有抗震性能和 防盐雾性能。
[0035] 输入EMC滤波器具有在30MHz以下频率范围内吸收高频噪声的性能，抑止充电器 高频噪声对交流供电线路的影响；2只Y电容C2和C3以及共模电感Ll分别组成1级滤波 器用于去除共模干扰，1只X2电容C4用于滤除差模干扰。
[0036] 防雷浪涌吸收电路主要由氧化锌压敏电阻RVl组成，用于吸收雷击感应浪涌和其 它感性负载运行中产生的浪涌，保护后级电路免遭损坏。
[0037] 桥堆Dl将输入的工频交流电转换成脉动的直流电。
[0038] 开机冲击电流限流电路由R6热敏电阻构成。当开机时R6热敏电阻阻值呈高阻状态，因而限制了开机浪涌电流。当电路正常工作后由于电流通过热敏电阻R6的阻值下降呈 低阻状态，防开机冲击电流限流过程结束。
[0039] 电流连续型有源功率因数升压变换器主要由升压电感L2、高频功率电子开关Ql、 超快恢复二极管D4、电解电容C9和PFC电流采用电阻R22和R23组成；Ql的驱动信号来自 高功率因数校正控制器Ul ；当Ql导通时L2中电流流过，电感储能。Ql截止时L3中储存的 电能通过D4向C9充电；在高功率因数控制器的控制下流经L2的电流是连续的，C2的电压 也保持在设定的直流电压上（380VDC)，该电压不受输入电压波动以及负载变换的影响。
[0040] 半桥串联谐振DC/DC功率变换器主要由高频半导体功率器件Q3和Q4、功率主变压 器Tl、电容C28顺序连接，将有源功率因数升压变换器输出的直流电压通过隔离降压电子 变压器转换为高频、脉宽受控的电压脉冲，实现与前级主电路隔离、降压的功能，且半桥电 子开关在开关时通过变压器Tl的漏感和电容C28产生串联谐振，使得Q3和Q4在开关时的初始电压接近于零，变压器Tl次级整流二极管开关电流接近于零，即谐振软开关的半桥电 子开关的开通损耗较通常的硬开关的开通损耗明显减少。
[0041] 高频整流滤波电路主要包括高压软特性快恢复二极管D12和D13、续流滤波电感 L3、大容量电解电容C29、C30和C31 ；当Tl的同名端为正时主变压器副边通过：D2、C29、 C30、C31和L3组成的回路向负载供电。当Tl的同名端为负时主变压器副边通过：D3、C29、 C30、C31和L3组成的回路向负载供电，
[0042] 直流输出端子J2具有足够的绝缘耐压强度和安全间距，其连接具有抗震性能和 防盐雾性能。
[0043] 通过上述功率变换主回路1，使输出电压变换为符合要求的直流稳压电压。
[0044] 本实用新型LED照明用恒压驱动电源还包括功控制回路2，控制回路2包括高功率 因数校正控制电路101、辅助电源102、半桥串联谐振DC/DC变换控制电路103、电压反馈控 制104、过流保护105、过压保护106和过热保护107。其中高功率因数校正控制电路由采用 平均电流模式的功率因数校正控制器和一些被动元件组成。辅助电源包括开关管Q8和Tl 变压器的辅助绕组以及其它一些被动元件组成；半桥串联谐振DC/DC变换控制电路主要包 括半桥串联谐振DC/DC变换制器及其外围电路、输出电压控制反馈电路、输出限流控制反 馈电路和高精度低温漂参考电压源；控制器采用电压工作模式，外围电路主要包括软启动 电容、斜波补偿电路、振荡器外接电阻和电容、延时设定电阻网络、误差放大器阻容相位补 偿网络。
[0045] 电压反馈控制电路主要包含输出电压电阻分压网络、输出参考电压设定网络、比 较器及其阻容相位补偿网络。
[0046] 本实用新型LED照明用恒压驱动电源线路简洁可靠，转换效率高，保护功能齐全， 有力地推动了 LED照明用恒压驱动电源的广泛应用。
[0047] 由于使用了以上技术，本实用新型与现有技术相比，本实用新型中的功率变换主 回路采用了电流连续型有源功率因数升压变换器和半桥串联谐振DC/DC变换器技术，线路 简洁可靠，转换效率高；控制电路完成输入电压前馈，输入过、欠压保护，输出过压、过流保 护，输出短路保护，超温保护等保护功能，从而构成宽范围电压输入、高效率、高功率密度、 保护功能齐全的LED照明用恒压驱动电源。
[0048] 以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无 需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中 技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可 以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。
Claims (10)
- 一种LED照明用恒压驱动电源，用于驱动大功率LED照明，其特征在于：包括功率变换主回路(1)和控制回路(2)；所述功率变换主回路(1)包括依次连接的一个交流输入端(11)、一个将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路(14)、一个将脉动直流电压转换为稳定直流电压的有源功率因数升压变换器(16)、一个将稳定直流电压转换为高频脉冲的半桥串联谐振DC/DC功率变换器(17)以及一个直流输出端(19)；所述控制回路(2)包括依次连接的一个高功率因数校正控制电路(101)、一个辅助电源(102)、一个半桥串联谐振DC/DC变换控制电路(103)以及一个电压反馈控制电路(104)；所述高功率因数校正控制电路(101)的输出端连接所述有源功率因数升压变换器(16)的输入端，所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路(103)的输出端连接所述半桥串联谐振DC/DC功率变换器(17)的输入端，所述电压反馈控制电路(104)的输出端连接所述直流输出端(19)的输入端，所述高功率因数校正控制电路(101)的输出端通过功率因数校正和脉冲宽度调制连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路(103)的输入端。
- 2.根据权利要求1所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所述功率变换主回 路（1)还包括一个EMC滤波器（12)，其输入端连接所述交流输入端（11)，其输出端连接所 述全桥整流电路（14)。
- 3.根据权利要求2所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所述功率变换主回 路（1)还包括一个防雷浪涌吸收电路（13)，其输入端连接所述EMC滤波器（12)，其输出端 连接所述全桥整流电路（14)。
- 4.根据权利要求3所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所述功率变换主回 路（1)还包括一个防开机冲击电流电路（15)，其输入端连接所述有源功率因数升压变换器 (16)，其输出端连接所述半桥串联谐振DC/DC功率变换器（17)。
- 5.根据权利要求4所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所述功率变换主回 路（1)还包括一个对脉冲进行平滑滤波的高频整流滤波电路（18)，其输入端连接所述半桥 串联谐振DC/DC功率变换器（17)，其输出端连接所述直流输出端（19)。
- 6.根据权利要求1至5中任意一项所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所述控 制回路（2)还包括过流保护电路（105)，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路（103)。
- 7.根据权利要求1至5中任意一项所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所 述控制回路（2)还包括过压保护电路（106)，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路 (103)。
- 8.根据权利要求1至5中任意一项所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所 述控制回路（2)还包括过温保护电路（107)，连接所述半桥串联谐振DC/DC变换控制电路 (103)。
- 9.根据权利要求1至5中任意一项所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所 述EMC滤波器（12)是在30MHz以下频率范围内吸收高频噪声的滤波器。
- 10.根据权利要求1至5中任意一项所述的LED照明用恒压驱动电源，其特征在于：所 述辅助电源（102)分别向所述高功率因数校正控制电路（101)和所述半桥串联谐振DC/DC 变换控制电路（103)供电。
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