CN202586778U

CN202586778U - 一种led显示屏用电源

Info

Publication number: CN202586778U
Application number: CN 201220214939
Authority: CN
Inventors: 徐志望
Original assignee: SHANGYU OUBEN ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGYU OUBEN ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-14

Abstract

本实用新型公开了一种LED显示屏用电源，包括：AC/DC全波整流电路，采用有源功率校正因数电路以使输入电流输出的波形呈正弦状；DC/DC主电路，采用可靠性较高的单端双正激电路来控制高频变压器的磁场变化；控制电路，如图3所示，采用反激式开关电源作为辅助电源来保证电源安全可靠地工作，并为AC/DC全波整流电路、DC/DC单端双正激电路提供辅助电源；还包括n+1冗余应用时的输出电流合成电路以使多模块都均流，采用上述方案的LED显示屏用电源，电源模块有较好的过载能力、较高的利用率，易于在屏体上安装，并利用屏体散热，减小对电网的干扰，适应电网的波动，还可集中供电。

Description

一种LED显示屏用电源

技术领域

本实用新型涉及一种显示屏用电源，尤其涉及一种LED显示屏用电源。

背景技术

LED显示屏是一种迅速发展起来的新型信息显示媒体。随着我国经济的不断发展，已被广泛应用于车站、宾馆、银行、医院等公共场合。显示屏电源是其重要组成部分，主要用来给显示屏发光二极管提供必要的工作电流，保证屏体正常显示。为简单起见，通常采用由一小功率电源带3到4个显示驱动板的供电方案。这样,一个较大面积的显示屏需要配接许多电源模块，例如一个2m×1.5m的屏体，就需要提供24个5V/20A的模块电源。该设计存在以下的缺点。

接线复杂每一个电源均需单独地配置交流输入线、直流输出线。

1）电源冗余度差在大多数情况下，屏体显示内容为文字、动画、图片，每个显示驱动板消耗的电流不一样，可能某些电源模块过载，而另一些模块空载。此外，若某一电源失效，会造成屏体的一部分黑屏。2）电源过载能力差，利用率低屏体在工作时消耗的电流随画面的内容、颜色、亮度而变化，大部分时间电流较小，而大面积高亮度的画面虽消耗电流大，但持续时间短。

发明内容

针对上述技术缺陷，本实用新型提出一种LED显示屏用电源。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种LED显示屏用电源，包括AC/DC全波整流电路， DC/DC单端双正激电路和为所述AC/DC全波整流电路、DC/DC单端双正激电路提供辅助电源的控制电路，所述AC/DC全波整流电路采用有源功率因数校正电路，所述控制电路采用反激式开关电源作为辅助电源，所述AC/DC全波整流电路包括整流桥B1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、电容C3、开关管Q；所述整流桥B1的3号脚与所述电感L1的一端相连；所述电感L1的另一端分别与所述电感L2的一端、二极管D4的正极、电容C1的一端相连；所述电感L2的另一端分别与所述开关管Q的漏极、二极管D1的正极相连；所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、电容C2的一端相连；所述二极管D2的负极分别与二极管D3的正极、电容C1的一端相连；所述二极管D3的负极与二极管D4的负极、电容C3的一端相连；所述整流器B1的4号脚、开关管Q的源极、电容C2和电容C3的另一端分别接地。

作为可选方案，所述DC/DC单端双正激电路的双正激无损吸收电路包括变压器T1、变压器T2、二极管D14、二极管D15、二极管D24、二极管D25、二极管D16、二极管D17、二极管D10、二极管D26、二极管D27、电感L7、电容C2、电容C5、电容C7、开关管Q1、开关管Q2；所述二极管D17的负极分别与二极管D16的负极、变压器T1的输入端相连；所述二极管D27的负极分别与二极管D26的负极、变压器T2的输入端相连；所述变压器T1与变压器T2采用并联结构；所述二极管D14的正极分别与二极管D10的负极、电容C7的一端相连；所述二极管D14的负极分别与电容C2的一端、二极管D15的负极相连；所述电容C2的另一端接地；所述二极管D15的负极与开关管Q1的漏极相连；所述二极管D15的正极分别与电容C7的另一端、变压器T2的4号脚相连；所述二极管D10的正极与电感L7的一端相连；所述电感L7的另一端分别与变压器T2的4号脚、电容C5的一端、二极管D24的负极相连；所述二极管D25的负极分别与电容C5的另一端、变压器T1的1号脚相连；所述二极管D24的正极、二极管D25的正极、开关管Q2的栅极分别接地。

作为可选方案，所述控制电路包括AC/DC全波整流电路控制部分和DC/DC单端双正激电路控制部分，所述AC/DC全波整流电路控制部分采用PFC控制芯片UC3854B，将所述PFC控制芯片UC3854B停止工作时产生的信号通过光耦传输到所述DC/DC单端双正激电路控制部分，所述DC/DC单端双正激电路控制部分采用PWM控制芯片 UC3846的峰值电流型控制模式。

作为可选方案，所述输出电流合成电路包括一个电流传感器、一个高速单向缓冲器、二极管D、一个受控电流源、电容C；所述电流传感器包括电阻R、电感L；所述电流传感器与高速单向缓冲器的正极相连；所述高速单向缓冲器的输出与二极管D的正极相连；所述二极管D的负极分别与高速单向缓冲器的负极、电容C的一端、受控电流源的输入端相连；所述电容C的另一端、受控电流源的输出端分别接地。

本实用新型的有益效果在于：

1）集中供电，采用n＋1冗余方案。

2）电源模块设计适当的输出电流，模块可均流。保证屏体装配工艺易实现n＋1冗余。

3）电源模块有下拖形状的限流特性以保证有较好的过载能力、较高的利用率。

4）电源模块有扁平的外形，自然散热，易于在屏体上安装，并利用屏体散热。

5）电源模块带APFC，减小对电网的干扰，适应电网的波动

附图说明

图1为本实用新型PFC无损吸收主电路的电路图；

图2为本实用新型单端双正激无损新手主电路的电路图；

图3为本实用新型辅助电源电路的电路图；

图4为本实用新型输出电流合成电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

图1中PFC无损吸收主电路的无损吸收缓冲网络，降低了开关的开关损耗，提高了其稳定性，增强了其使用寿命。它利用一组无源元件，使开关管Q实现了零电流开通和零电压关断，提高了电源的工作效率，且相对于其它谐振软开关电路，降低了成本。DC/DC主电路采用如图2所示的单端双正激电路。单端双正激电路相对于其它拓扑电路结构，开关管承受电压低，在控制电路设计中不必担心共态导通问题，也不会因电路不对称发生高频变压器单向偏磁，即不存在变压器饱和问题，是一种可靠性较高的电路。考虑到整机的高度不超过60mm，以及变压器工艺、安装、散热的要求，DC/DC变换采用双变压器、双输出电感结构。变压器原边并联，副边各自用一个输出电感，如图2所示。为保证电源安全可靠地工作，电路设计中采用TOP224Y制作一反激式开关电源作为辅助源，如图3所示。其两路输出分别为AC/DC部分和DC/DC部分的控制电路供电。

具体电路实现步骤如下：

如图1所示，AC/DC全波整流电路包括整流桥B1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、电容C3、开关管Q；所述整流桥B1的3号脚与所述电感L1的一端相连；所述电感L1的另一端分别与所述电感L2的一端、二极管D4的正极、电容C1的一端相连；所述电感L2的另一端分别与所述开关Q的漏极、二极管D1的正极相连；所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、电容C2的一端相连；所述二极管D2的负极分别与二极管D3的正极、电容C1的一端相连；所述二极管D3的负极与二极管D4的负极、电容C3的一端相连；所述整流器B1的4号脚、开关管Q的源极、电容C2和电容C3的另一端分别接地。下面通过分析PFC主开关Q的工作过程来说明此无损吸收缓冲网络的工作原理。

1）Q导通时，因为电感L2中电流不能突变，且C2、C1电压不能突变，Q中的的电流从零开始增加,缓慢上升。通过D4的电流iD4渐减。Q实现零电流开通，导通的损耗较小。

2）当电流iD4减少为零时，D4进入反向恢复状态，通过电感L2的电流iL2=iL1＋irD4。D4反向电流irD4的变化率受到电感L2的控制，反向恢复损耗降低。

3）主电感L2中电流缓慢增加，Q上的电压uQ下降。电容C2通过D2、C1、L2、Q放电,C2上的电压uC2下降。

4）当uC2下降为零时,C2中的能量完全转向C1、L2。L2中的电流饱和不变，uQ下降变为零，Q完成零电流开通过程。

5）Q保持开通状态,与普通PFC电路的开关管状态相同。

6）Q关断时，L2中的电流iL2通过D1流向C2，C2从零开始充电，Q实现零电压关断，关断损耗较小。

二极管D2、D3使uC2最终钳位在输出电压VL。

7）L2在导通时存储的能量通过D1、D2流向C1，L2逐渐复位。当L2复位后，C1中的能量通过D3输出。

8）当C1两端电压变为零时，D4正向导通。Q完成零电压关断过程。

9）Q保持关断状态直到开始进入新的开关循环过程。

从以上分析可知此无损吸收网络具有以下几个特点。

1）Q的最大工作电压等于输出电压VL；

2）PFC电路的输出二极管D4的耐压是VL与电感L2的反向电压之和；

3）Q中的电流上升率，即Q的开通损耗决定于电感L2两端电压和L2的电感量；

4）Q两端的电压上升率，即Q的关断损耗决定于流过电容C2的电流和C2的容量；

5）由于开关动作引起的存储在L2和C2中的能量最终都输出给了负载，保证了转换器的工作效率。

如图2DC/DC单端双正激电路的双正激无损吸收电路包括变压器T1、变压器T2、二极管D14、二极管D15、二极管D24、二极管D25、二极管D16、二极管D17、二极管D10、二极管D26、二极管D27、电感L7、电容C2、电容C5、电容C7、开关管Q1、开关管Q2；所述二极管D17的负极分别与二极管D16的负极、变压器T1的输入端相连；所述二极管D27的负极分别与二极管D26的负极、变压器T2的输入端相连；所述变压器T1与变压器T2采用并联结构；所述二极管D14的正极分别与二极管D10的负极、电容C7的一端相连；所述二极管D14的负极分别与电容C2的一端、二极管D15的负极相连；所述电容C2的另一端接地；所述二极管D15的负极与开关管Q1的漏极相连；所述二极管D15的正极分别与电容C7的另一端、变压器T2的4号脚相连；所述二极管D10的正极与电感L7的一端相连；所述电感L7的另一端分别与变压器T2的4号脚、电容C5的一端、二极管D24的负极相连；所述二极管D25的负极分别与电容C5的另一端、变压器T1的1号脚相连；所述二极管D24的正极、二极管D25 的正极、开关管Q2的栅极分别接地。该电路的无损吸收网络不同于AC/DC部分电路所采用的无损吸收网络。它仅使开关管完成了零电压关断过程。以下以开关Q2为例（Q1与Q2变化状态相同），简述该网络的工作原理。

1）导通过程

Q1、Q2开通时，除一路电流通过Q1、T1副边、Q2外，另一路电流流过Q1、C5、L7、D10、C7、Q2形成LC振荡回路，C5、C7被充电。当A与B点之间的电压uAB等于主电路电压VDC时，由于D10的单向导电性，振荡结束。电感L7起限制C7、C5中的电流变化的作用。Q1、Q2中流过的电流为从副边折算到原边的负载电流与C5、C7充电电流之和。

2）关断过程

Q1、Q2关断时，由于B点对地电压为零，C7从零开始充电，Q2对地电压uQ2缓慢上升，Q2零电压关断。加在Q2上的电压因二极管D15的钳位作用，最终为VDC。因此，B点电压升为VDC。Q2实现零电压关断过程。由于变压器励磁电感、漏感及引线寄生电感所引起的感应电势的能量通过C7、D14返回电源，Q2上的电压维持在VDC直到变压器原边磁通复位。此时，Q1、Q2上的电压分别为VDC/2直到新的工作周期。Q2的开通期间与关断期间的状态与普通开关管同期间的状态相同。

从以上分析中,可以总结出以下特点：

1）电路中每个开关管的最大工作电压等于电源电压。

2）Q1、Q2关断的电压上升率分别决定于电容C5、C7的容量。

如图3辅助电源电路，AC/DC控制部分使用PFC控制芯片UC3854B。交流输入过、欠压、PFC变换直流电压（400V）过、欠压时都关闭UC3854，使PFC部分停止工作。这些故障信号通过隔离光耦传递到DC/DC控制电路，以达到在 AC/DC部分工作不正常时保护主开关管的目的。DC/DC控制部分使用了PWM控制芯片UC3846，采用峰值电流型控制模式。峰值电流型控制模式相对于电压控制模式，负载响应速率快，具有逐脉冲限流特性，容易获得下拖形状的限流特性，非常适合在此应用。

由于n＋1冗余应用时，多模块必须有均流功能。该电源输出电流较大，直接从DC输出用分流器取电流信号功率损耗较大，同时装配工艺较复杂。因此，本设计采取了原边电流合成的方法。用电流传感器取出开关管导通时变压器原边的电流信号。该信号包含了变压器的励磁电流信号与输出电感电流折算到变压器原边的电流信号。因输出电感折算到原边的电流远大于变压器的励磁电流，所以可认为电流传感器取出的即为输出电感的充磁电流。这是输出电感电流的上升部分，只要模拟出输出电感续流时的下降部分，合成后即可得到输出电感的电流信号，也为输出电流信号。取出该合成后的电流信号后就可用于电流保护的控制与均流控制上了。如图4所示，把电流传感器取出的电流信号经高速单向缓冲后向一电容充电。开关管导通时关闭恒流源，而开关管关断时打开恒流源对电容恒流放电。在选择合适的电路参数后，电容上的电压波形就与输出电感上的电流成比例，放大后就可得到输出电感电流，也即输出电流。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。

Claims

1.一种LED显示屏用电源，其特征在于，包括AC/DC全波整流电路，DC/DC单端双正激电路和为所述AC/DC全波整流电路、DC/DC单端双正激电路提供辅助电源的控制电路，所述AC/DC全波整流电路采用有源功率因数校正电路，所述控制电路采用反激式开关电源;所述AC/DC全波整流电路包括整流桥B1、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、电容C3、开关管Q；所述整流桥B1的3号脚与所述电感L1的一端相连；所述电感L1的另一端分别与所述电感L2的一端、二极管D4的正极、电容C1的一端相连；所述电感L2的另一端分别与所述开关管Q的漏极、二极管D1的正极相连；所述二极管D1的负极分别与二极管D2的正极、电容C2的一端相连；所述二极管D2的负极分别与二极管D3的正极、电容C1的一端相连；所述二极管D3的负极与二极管D4的负极、电容C3的一端相连；所述整流器B1的4号脚、开关管Q的源极、电容C2和电容C3的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的一种LED显示屏用电源，其特征在于，所述DC/DC单端双正激电路的双正激无损吸收电路包括变压器T1、变压器T2、二极管D14、二极管D15、二极管D24、二极管D25、二极管D16、二极管D17、二极管D10、二极管D26、二极管D27、电感L7、电容C2、电容C5、电容C7、开关管Q1、开关管Q2；所述二极管D17的负极分别与二极管D16的负极、变压器T1的输入端相连；所述二极管D27的负极分别与二极管D26的负极、变压器T2的输入端相连；所述变压器T1与变压器T2采用并联结构；所述二极管D14的正极分别与二极管D10的负极、电容C7的一端相连；所述二极管D14的负极分别与电容C2的一端、二极管D15的负极相连；所述电容C2的另一端接地；所述二极管D15的负极与开关管Q1的漏极相连；所述二极管D15的正极分别与电容C7的另一端、变压器T2的4号脚相连；所述二极管D10的正极与电感L7的一端相连；所述电感L7的另一端分别与变压器T2的4号脚、电容C5的一端、二极管D24的负极相连；所述二极管D25的负极分别与电容C5的另一端、变压器T1的1号脚相连；所述二极管D24的正极、二极管D25的正极、开关管Q2的栅极分别接地。

3.根据权利要求1所述的一种LED显示屏用电源，其特征在于，所述控制电路包括AC/DC全波整流电路控制部分和DC/DC单端双正激电路控制部分，所述AC/DC全波整流电路控制部分采用PFC控制芯片UC3854B，将所述PFC控制芯片UC3854B停止工作时产生的信号通过光耦传输到所述DC/DC单端双正激电路控制部分，所述DC/DC单端双正激电路控制部分采用PWM控制芯片UC3846的峰值电流型控制模式。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种LED显示屏用电源，其特征在于，还包括输出电流合成电路，所述输出电流合成电路包括一个电流传感器、一个高速单向缓冲器、二极管D、一个受控电流源、电容C；所述电流传感器包括电阻R、电感L；所述电流传感器与高速单向缓冲器的正极相连；所述高速单向缓冲器的输出与二极管D的正极相连；所述二极管D的负极分别与高速单向缓冲器的负极、电容C的一端、受控电流源的输入端相连；所述电容C的另一端、受控电流源的输出端分别接地。