CN204316326U - 一种应用于led驱动的无频闪有源功率因素校正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，包括整流电路、滤波电容、第一级电感、控制芯片、功率管、变压器及LED负载电路，其特征在于：还包括一储能电容及第一、第二两个开关管，所述第一级电感一端连接所述整流电路正输出端，另一端并接所述功率管的漏极和所述储能电容的正极；所述变压器包含至少一个主线圈，变压器的主线圈一端通过采样电阻与所述功率管的源极连接，变压器的主线圈另一端并接于所述储能电容的负极上。本实用新型通过储能电容提供直流恒源，消除了工频2倍的纹波，在功率因数校正的同时输出无频闪，且简化了电路，降低了成本。

Description

一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动电路，尤其涉及一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路。

背景技术

LED灯具因为耗能低，使用寿命长和光效高等优点在照明和装饰等领域得到了广泛应用。一般LED驱动电路采用开关电源驱动技术，并且为了减少对电网的谐波污染，提高输入侧功率因数，功率因数校正技术在LED灯具中的应用也逐渐普及。

一般，LED驱动电路都是采用恒流驱动LED负载。传统的带有源功率因数校正功能的LED驱动电路，输出存在较大的工频电流纹波，导致人眼能够感受到LED灯频闪现象，在使用摄像器材拍摄时频闪尤其严重。如图1所示，为传统的带功率因数校正功能的隔离LED驱动电路，该电路无消除频闪功能。驱动电路将输入交流电流转换为直流电流提供给LED负载。图2是图1所示电路的主要工作波形，市电为交流正弦波，假定该LED驱动电路的功率因数为1，则LED驱动电路的输入电流为正弦波。输出到LED灯珠的电流上存在的工频2倍交流纹波。这种电路有功率因数校正功能，但是没有消除频闪功能，输入电流为正弦波，输出电流会跟随输入电流变化，所以LED上存在工频2倍的、较大的纹波电流。该电流纹波导致人眼可以看见的、规律性的LED闪烁，易对人眼造成伤害；如果用摄像器材拍摄时，可见明显的画面闪烁。因此，急需一种既能实现功率因数校正，又能消除LED灯珠频闪现象的LED驱动电路。

为解决上述问题，现有技术中有一种输出无频闪的带有源功率因数校正功能的隔离LED驱动电路，如图3所示，变压器T2包含3个线圈，变压器主线圈LP2的一端连接于功率管Q2的漏端。变压器T2主线圈LP2用于储能，副线圈LS2用于向LED传输能量，辅助线圈LA2用于变压器消磁过零时间检测。在功率管Q2导通时，D3导通，D2、D4、D5关断；在功率管Q2关断时，D3关断，D2、D4、D5导通。控制芯片CS端检测变压器主线圈的电流，并控制LED的电流。功率管Q2导通时，电感L 1和变压器T2主线圈同时充电，电阻R14检测通过变压器T2主线圈的电流I LP2，当控制芯片检测到I LP2达到阈值时，关断功率管管Q2。功率管Q2关断时，电感L 1通过C3、D4和D5向电容C5放电；同时，变压器T2的主线圈LS2通过D2放电。因为系统稳定后，C5上的电压为直流恒定值，所以功率管Q2开关周期固定，每个周期传输的能量恒定，从而LED的电流恒定，不会存在工频2倍的纹波。这种电路有功率因数校正功能和消除频闪功能。但也存在着结构复杂的缺点，且只能应用于隔离架构的电路中，包含4个二极管，且变压器包含3个线圈，生产成本高。另外，在功率管关断时，功率管漏极和源极之间的电压为： $V_{\mathrm{DS}-Q2}=V_{C5}+(V_{\mathrm{LED}}+V_{D2})\×\frac{N_P}{N_S}\≈V_{C5}+V_{\mathrm{LED}}\×\frac{N_P}{N_S},$ 因为通常较大，而所以功率管Q2的漏源极之间的最大电压较高，功率管Q2易被高压击穿，导致系统可靠性低。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，通过电路结构的改进，适用于隔离与非隔离两种构架电路，结构简单，既消除频闪，又具有功率因数校正功能。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，包括整流电路、滤波电容、第一级电感、控制芯片、功率管、变压器及LED负载电路、一储能电容及第一、第二两个开关管，所述第一级电感一端连接所述整流电路正输出端，另一端并接所述功率管的漏极和所述储能电容的正极；所述变压器包含至少一个主线圈，变压器的主线圈一端通过采样电阻与所述功率管的源极连接，变压器的主线圈另一端并接于所述储能电容的负极上；第一开关管的正极连接功率管的源极，负极连接所述整流电路的负极输出端；所述第二开关管的正极连接所述储能电容的负极，其负极连接所述整流电路的负极输出端。

在其中一实施例中，所述变压器包含主、副两个线圈，所述LED负载电路经所述变压器的副线圈与所述变压器的主线圈电磁耦合连接。

在其中一实施例中，所述LED负载电路并联于所述变压器的主线圈两端。

进一步地，所述LED负载电路包括负载二极管、负载电容及LED负载，所述负载二极管正极并接于所述储能电容负极，负载二极管负极并接于所述变压器的主线圈靠近所述采样电阻的一端上，所述负载电容与LED负载两者正极、负极相互对应并联，且并接于所述变压器的主线圈与所述储能电容之间。

在其中一实施例中，包括一电感消磁过零时间检测电路，主要由第一电阻及第二电阻串联构成，该电感消磁过零时间检测电路两端并联于所述变压器的主线圈两端，所述控制芯片的过零检测端并接于第一、第二电阻之间。

在其中一实施例中，所述整流电路为桥式整流电路。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1.本实用新型通过储能电容放电的方式为负载LED提供直流电源，可以在功率因数校正的同时，消除LED输出电流上的工频2倍纹波，从而解决了LED频闪的问题。

2.本实用新型适用于隔离与非隔离两种电路构架，使用范围广，灵活性好；

3.本实用新型在用于隔离电路构架中时，减少了二极管个数，减少了变压器线圈数，简化了整个电路，从而降低了电路成本；

4.本实用新型在用于非隔离电路构架中时，功率管漏源极和源极之间的最大电压得到了降低，而不易被高压击穿，提高了系统的可靠性；同时，将变压器简化为一个电感，包含的二极管个数由4个减少为3个，简化了电路，节省了电路成本。

附图说明

图1是传统的带功率因数校正功能的隔离LED驱动电路示意图；

图2是图1所示传统的带功率因数校正功能的隔离LED驱动电路的主要工作波形；

图3是现有的一种无频闪有源功率因数校正隔离LED驱动电路；

图4是本实用新型的一种输出无频闪的带有源功率因数校正功能的隔离LED驱动电路示意图；

图5是图4电路的工作波形示意图；

图6是本实用新型的一种输出无频闪的带有源功率因数校正功能的非隔离LED驱动电路示意图；

图7是图6电路的工作波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路：在用于构成隔离式电路构架中：

参见图4～5所示，包括整流电路、滤波电容、第一级电感L2、控制芯片、功率管Q3、变压器T3、储能电容C7、第一开关管D7、第二开关管D8及LED负载电路，第一级电感L2一端连接桥式整流电路正极输出端，另一端接功率管Q3的漏极和储能电容C7的正极；变压器T3包含主、副两个线圈，变压器T3的主线圈LP3的一端通过电感电流采样电阻R7连接功率管Q3的源极，变压器T3的主线圈另一端连接储能电容C7的负极，开关管D7的正极连接功率管Q3的源极，开关管D7的负极连接桥式整流电路负极输出端；开关管D8的正极连接储能电容C7的负极，开关管D8的负极连接桥式整流电路的负极输出端；电感消磁过零时间检测电路由第一电阻R8及第二电阻R9串联构成，分别连接于变压器T3主线圈LP3的两端，所述控制芯片的过零检测端ZCD并接于第一、第二电阻之间，用作消磁过零时间检测；所述LED负载电路经所述变压器T3的副线圈LS3与所述变压器T3的主线圈LP3电磁耦合连接，所述LED负载电路包括负载二极管D6、负载电容C8及LED负载LED3，所述负载二极管D6正极与变压器T3的副线圈LS3同名端连接，负极端与负载电容C8正极端，负载电容的负极端与变压器T3的副线圈LS3非同名端连接，LED负载LED3并联于负载电容C8两端。

电路工作原理：在功率管Q3导通时，第一开关管D7导通，负载二极管D6、第二开关管D8关断；在功率管Q3关断时，第一开关管D7关断，负载二极管D6、第二开关管D8导通。功率管Q3导通时，第一级电感L2和变压器T3主线圈LP3同时充电，采样电阻R7检测通过变压器T3主线圈LP3的电流I LP3，当控制芯片检测到I LP3达到阈值时，关断功率管Q3。功率管Q3关断后，第一级电感L2通过第二开关管D8、过滤电容C6向储能电容C7放电；同时，变压器T3的副线圈LS3通过负载二极管D6放电。因为系统稳定后，储能电容C7上的电压为直流恒定值，所以功率管Q3开关周期固定，每个周期传输的能量恒定，从而LED负载LED3的电流恒定，不会存在工频两倍的纹波。从电路结构上看，相对于现有技术，本实用新型实现功率因数校正的同时，输出LED上无频闪。同时，相比于现有输出无频闪的带有源功率因数校正功能的隔离LED驱动电路，本实用新型包含的二极管个数由4个减少为3个，变压器线圈数由3个减少为2个，从而节省了电路成本。

在用于构成非隔离式电路构架中：参见图6～7所示，第一级电感L4一端接桥式整流正极输出，另一端接功率管Q5的漏极和储能电容C14的正极；变压器简化为一个线圈电感L5，电感L5的一端连接负载二极管D15的负极、控制芯片的地端，并通过电感电流采样电阻R13连接功率管Q5的源极；电感L5的另一端连接负载电容C13的正极和LED负载LED5的正极；储能电容C14的负极连接负载二极管D15的正极、负载电容C13的负极、LED负载LED5的负极和第二开关管D14的正极；第一开关管D13的正极连接功率管Q5的源极，负极连接桥式整流电路的负输出端；第二开关管D14的负极连接桥式整流电路的负输出端；第一电阻R14和第二R15连接于电感L5的两端，用作电感消磁过零时间检测。

电路工作原理：在功率管Q5导通时，第一开关管D13导通，第二开关管D14和负载二极管D15关断；在功率管Q5关断时，第一开关管D13关断，第二开关管D14和负载二极管D15导通。功率管Q5导通时，第一级电感L4和电感L5同时充电，采样电阻R13检测通过电感L5的电流IL5，当控制芯片检测到IL5达到阈值时，关断功率管管Q5。功率管Q5关断后，第一级电感L4通过第二开关管D14和过滤电容C12向储能电容C14放电；同时，电感L5通过负载二极管D15向LED负载LED5放电。因为系统稳定后，储能电容C14上的电压为直流恒定值，所以功率管Q5开关周期固定，每个周期传输的能量恒定，从而LED负载LED5的电流恒定，不会存在工频两倍的纹波。在功率管Q5关断时，功率管漏极和源极之间的最大电压为：V_DS-Q5＝V_C14+V_D14≈V_C14，比现有输出无频闪的带有源功率因数校正功能的隔离LED驱动电路中功率管漏源极最大电压低。

从电路结构上看，本实用新型实现功率因数校正的同时，输出LED上无频闪。相比于现有输出无频闪的带有源功率因数校正功能的隔离LED驱动电路，本实用新型可以应用于非隔离方案，将变压器简化为一个电感，包含的二极管个数由4个减少为3个。同时，功率管漏源极最大电压低，从而功率管被高压击穿的可能性降低，系统的可靠性高。

综上所述实施例仅表达了本实用新型的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是对于本领域的普通技术人员来说，在不拖累本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (6)

1.一种应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，包括整流电路、滤波电容、第一级电感、控制芯片、功率管、变压器及LED负载电路，其特征在于：还包括一储能电容及第一、第二两个开关管，所述第一级电感一端连接所述整流电路正输出端，另一端并接所述功率管的漏极和所述储能电容的正极；所述变压器包含至少一个主线圈，变压器的主线圈一端通过采样电阻与所述功率管的源极连接，变压器的主线圈另一端并接于所述储能电容的负极上；第一开关管的正极连接功率管的源极，负极连接所述整流电路的负极输出端；所述第二开关管的正极连接所述储能电容的负极，其负极连接所述整流电路的负极输出端。

2.根据权利要求1所述的应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，其特征在于：所述变压器包含主、副两个线圈，所述LED负载电路经所述变压器的副线圈与所述变压器的主线圈电磁耦合连接。

3.根据权利要求1所述的应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，其特征在于：所述LED负载电路并联于所述变压器的主线圈两端。

4.根据权利要求3所述的应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，其特征在于：所述LED负载电路包括负载二极管、负载电容及LED负载，所述负载二极管正极并接于所述储能电容负极，负载二极管负极并接于所述变压器的主线圈靠近所述采样电阻的一端上，所述负载电容与LED负载两者正极、负极相互对应并联，且并接于所述变压器的主线圈与所述储能电容之间。

5.根据权利要求1或2或3所述的应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，其特征在于：还包括一电感消磁过零时间检测电路，主要由第一电阻及第二电阻串联构成，该电感消磁过零时间检测电路两端并联于所述变压器的主线圈两端，所述控制芯片的过零检测端并接于第一、第二电阻之间。

6.根据权利要求1所述的应用于LED驱动的无频闪有源功率因素校正电路，其特征在于：所述整流电路为桥式整流电路。