CN206302616U

CN206302616U - 一种无损缓冲的单级降压式led驱动电路

Info

Publication number: CN206302616U
Application number: CN201621382131.1U
Authority: CN
Inventors: 林维明; 方允程; 林鋆
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2026-12-16

Abstract

本实用新型涉及一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路。该电路包括一输入电源V_in、一功率MOS管Q₁、一功率二极管D₁、一功率二极管D₂、一功率二极管D₃、一功率二极管D₄、一功率二极管D₅、一功率二极管D₆、一功率二极管D₇、一功率二极管D₈、一功率二极管D₉、一功率二极管D₁₀、一输入电容C_in、一中间电容C₁、一电容C₂、一输出电容C_o、一电感L₁、一电感L₂、一变压器T_r及其漏感L_k。本实用新型通过将前级Buck电路与后级反激电路集成为单级降压式电路，同时引入LCD无损缓冲电路，对漏感能量进行再利用，实现单级变换、降低功率开关管电压应力、提高电路转换效率以及恒定的电流输出等功能。

Description

一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动领域，特别是一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路。

背景技术

Flyback电路具有元件数目少，结构简单等优势而被广泛应用，但是由于反激变压器必须开气隙以存储能量，所以不可避免的会产生较大的漏感。一方面漏感中存储的能量无法通过变压器传递到负载，造成能量损耗，进而降低了电路的转换效率。另一方面，反激电路在功率开关管关断时，变压器的漏感会与功率开关管的寄生电容发生谐振，在开关管两端产生电压尖峰，增加了开关管的电压应力。

现有的反激电路大多数采用RCD电路对漏感能量进行吸收，这种方式会将漏感能量通过电阻以热的形式消耗掉，降低了电路的转换效率。

两级电路至少需要采用两个或两个以上的开关管，多个开关管就会产生较大的开关损耗，不利于提高电路的转换效率。另外，多级电路将带来更多的转换损耗，同时提高了控制电路复杂性和成本。

本实用新型实现了一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，将前级Buck电路与后级反激电路集成为单级变换电路，在电路开关管关断期间，将变压器的漏感能量回馈至LCD网络，当开关管再次导通时，漏感能量再次循环利用。这样不仅减小了开关管的电压应力，减小了损耗，同时也改善了电路的EMI特性。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题，提供一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，包括输入交流电压源V_in，所述输入交流电压源V_in的一端连接至功率二极管D₁的阳极、功率二极管D₃的阴极，输入交流电压源V_in的另一端连接至功率二极管D₂的阳极、功率二极管D₄的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接至功率二极管D₂的阴极、功率二极管D₅的阴极、电感L₁的一端、输入电容C_in的一端；所述功率二极管D₃的阳极连接至功率二极管D₄的阳极、功率二极管D₆的阳极、输入电容C_in的另一端、功率MOS管Q₁的源极、功率二极管D₁₀的阳极；所述功率二极管D₁₀的阴极连接至电感L₂的一端；所述功率二极管D₆的阴极连接至功率二极管D₅的阳极、功率二极管D₇的阳极、中间电容C₁的负端；所述功率二极管D₇的阴极连接至功率MOS管Q₁的漏极、电容C₂的一端、变压器T_r初级侧的异名端；所述电容C₂的另一端连接至功率二极管D₈的阳极、电感L₂的另一端；所述功率二极管D₈的阴极连接至电感L₁的另一端、中间电容C₁的正端、漏感L_k的一端；所述变压器T_r初级侧的同名端连接至漏感L_k的另一端；所述变压器Tr次级侧的异名端连接至功率二极管D₉的阳极；所述功率二极管D₉的阴极连接至输出电容C_O的正端、LED灯的一端；所述变压器T_r次级侧的同名端连接至输出电容C_O的负端、LED灯的另一端。

在本实用新型一实施例中，所述变压器T_r是单端激磁高频变压器，其初级侧与次级侧的同名端是反方向激磁。

在本实用新型一实施例中，所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄是整流功率二极管；功率二极管D₅、功率二极管D₆、功率二极管D₇、功率二极管D₈、功率二极管D₉、功率二极管D₁₀是快恢复功率二极管。

在本实用新型一实施例中，所述中间电容C₁是电解电容；所述输出电容C_O是电解电容；所述输入电容C_in和电容C₂均是高频电容。

在本实用新型一实施例中，所述漏感L_k的感量、电感L₂的感量均小于电感L₁的感量。

在本实用新型一实施例中，所述电感L₁、功率二极管D₅、功率二极管D₇、中间电容C₁、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的AC-DC部分，即前级Buck电路；所述变压器T_r及其漏感L_k、功率二极管D₉、输出电容C_O、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的DC-DC部分，即后级反激电路。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1．与一般电路相比，本实用新型为反激变压器的漏感增加了LCD无损缓冲电路，不仅减小了由漏感引起的电压尖峰，而且对漏感能量进行有效的利用，降低开关管的电压应力，减小损耗，提高电路的转换效率；

2．本实用新型将两级电路集成为单级电路，只需要一套控制方案，减小了控制电路的复杂性，节约了成本，同时提高电路的转换效率。

附图说明

图1是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路；

图2是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态1示意图；

图3是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态2示意图；

图4是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态3示意图；

图5是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态4示意图；

图6是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态5示意图；

图7是本实用新型涉及的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路工作模态6示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，包括输入交流电压源V_in，所述输入交流电压源V_in的一端连接至功率二极管D₁的阳极、功率二极管D₃的阴极，输入交流电压源V_in的另一端连接至功率二极管D₂的阳极、功率二极管D₄的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接至功率二极管D₂的阴极、功率二极管D₅的阴极、电感L₁的一端、输入电容C_in的一端；所述功率二极管D₃的阳极连接至功率二极管D₄的阳极、功率二极管D₆的阳极、输入电容C_in的另一端、功率MOS管Q₁的源极、功率二极管D₁₀的阳极；所述功率二极管D₁₀的阴极连接至电感L₂的一端；所述功率二极管D₆的阴极连接至功率二极管D₅的阳极、功率二极管D₇的阳极、中间电容C₁的负端；所述功率二极管D₇的阴极连接至功率MOS管Q₁的漏极、电容C₂的一端、变压器T_r初级侧的异名端；所述电容C₂的另一端连接至功率二极管D₈的阳极、电感L₂的另一端；所述功率二极管D₈的阴极连接至电感L₁的另一端、中间电容C₁的正端、漏感L_k的一端；所述变压器T_r初级侧的同名端连接至漏感L_k的另一端；所述变压器Tr次级侧的异名端连接至功率二极管D₉的阳极；所述功率二极管D₉的阴极连接至输出电容C_O的正端、LED灯的一端；所述变压器T_r次级侧的同名端连接至输出电容C_O的负端、LED灯的另一端。

所述变压器T_r是单端激磁高频变压器，其初级侧与次级侧的同名端是反方向激磁。所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄是整流功率二极管；功率二极管D₅、功率二极管D₆、功率二极管D₇、功率二极管D₈、功率二极管D₉、功率二极管D₁₀是快恢复功率二极管。所述中间电容C₁是电解电容；所述输出电容C_O是电解电容；所述输入电容C_in和电容C₂均是高频电容。所述漏感L_k的感量、电感L₂的感量均小于电感L₁的感量。所述电感L₁、功率二极管D₅、功率二极管D₇、中间电容C₁、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的AC-DC部分，即前级Buck电路；所述变压器T_r及其漏感L_k、功率二极管D₉、输出电容C_O、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的DC-DC部分，即后级反激电路。

以下为本实用新型的具体实现过程。

如图1至图7所示，本实施例提供了一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，包括输入交流电压源V_in，其特征在于：所述输入交流电压源V_in的一端连接至功率二极管D₁的阳极、功率二极管D₃的阴极，输入交流电压源V_in的另一端连接至功率二极管D₂的阳极、功率二极管D₄的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接至功率二极管D₂的阴极、功率二极管D₅的阴极、电感L₁的一端、输入电容C_in的一端；所述功率二极管D₃的阳极连接至功率二极管D₄的阳极、功率二极管D₆的阳极、输入电容C_in的另一端、功率MOS管Q₁的源极、功率二极管D₁₀的阳极；所述功率二极管D₁₀的阴极连接至电感L₂的一端；所述功率二极管D₆的阴极连接至功率二极管D₅的阳极、功率二极管D₇的阳极、中间电容C₁的负端；所述功率二极管D₇的阴极连接至功率MOS管Q₁的漏极、电容C₂的一端、变压器T_r初级侧的异名端；所述电容C₂的另一端连接至功率二极管D₈的阳极、电感L₂的另一端；所述功率二极管D₈的阴极连接至电感L₁的另一端、中间电容C₁的正端、漏感L_k的一端；所述变压器T_r初级侧的同名端连接至漏感L_k的另一端；所述变压器T_r次级侧的异名端连接至功率二极管D₉的阳极；所述功率二极管D₉的阴极连接至输出电容C_O的正端、LED灯的一端；所述变压器T_r次级侧的同名端连接至输出电容C_O的负端、LED灯的另一端。

在本实施例中，通过将漏感中无法耦合到变压器次级侧的能量回馈到LCD无损缓冲电路中，当开关管再次导通时，漏感能量再次循环利用，不仅减小了由漏感引起的电压尖峰，降低功率开关管的电压应力，而且减小了电路的损耗。

在本实施例中，所述电感L₁、功率二极管D₅、功率二极管D₇、中间电容C₁、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的AC-DC部分，即前级Buck电路；所述变压器T_r及其漏感L_k、功率二极管D₉、输出电容C_O、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的DC-DC部分，即后级反激电路。

下面结合图2至图7中的具体实例具体说明本实用新型一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路稳态时的具体工作模态，其中Buck电路工作于DCM（断续）模式，反激电路工作于CCM（连续）模式。

工作模态1：参照图2，在功率MOS管Q₁导通时，输入交流电压源V_in经过整流桥整流输出后，对电感L₁进行充电，电感L₁电流从0开始线性上升，并且对反激变压器励磁电感和漏感L_k进行充电。同时，中间电容C₁经过功率MOS管Q₁、二极管D₆对反激变压器励磁电感和漏感L_k进行充电。电感L₂经过功率MOS管Q₁、二极管D₈、二极管D₁₀对反激变压器励磁电感和漏感L_k进行充电。电容C₂经过功率MOS管Q₁、二极管D₁₀对电感L₂进行充电。次级侧的输出电容C_O对LED供电。此时，快恢复功率二极管D₅、D₉承受反向电压而截止；

工作模态2：参照图3，在功率MOS管Q₁导通时，输入交流电压源V_in经过整流桥整流输出后，对电感L₁进行充电，当电感L₁电流上升到大于反激变压器激磁电流，电感L₁的一部分电流经过功率MOS管Q₁对反激变压器励磁电感和漏感L_k进行充电，另一部分电流经过开关管Q₁、二极管D₇对中间电容C₁充电。电感L₂经过功率MOS管Q₁、二极管D₈、二极管D₁₀对反激变压器励磁电感和漏感L_k进行充磁。电容C₂经过功率MOS管Q₁、二极管D₁₀对电感L₂进行充磁。次级侧的输出电容C_O对LED供电。此时，快恢复功率二极管D₅、D₉承受反向电压而截止；

工作模态3：参照图4，功率MOS管Q₁导通，中间电容C₂与电感L₂能量传递完毕后，输入交流电压源V_in经过整流桥整流输出后，经过开关管Q₁、二极管D₇对电感L₁和中间电容C₁进行充电。次级侧的输出电容C_O对LED供电。此时，快恢复功率二极管D₅、D₈、D₉、D₁₀承受反向电压而截止。

工作模态4：参照图5，在功率MOS管Q₁关断时，L₁电感经过二级管D₅对中间电容C₁进行充电。反激变压器励磁电感能量传递至次级侧对LED供电并对输出电容C_O充电。同时，反激变压器将无法耦合到次级侧的漏感L_k上的能量经过二极管D₈回馈储存于电容C₂中，待下一个周期开关管再次导通时，将漏感能量循环利用。此时，快恢复功率二极管D₆、D₇、D₁₀承受反向电压而截止。

工作模态5：参照图6，在功率MOS管Q₁关断，反激变压器漏感L_k上的能量完全回馈至电容C₂后，L₁电感经过二极管D₅对中间电容C₁进行充电。反激变压器继续将励磁电感能量传递至次级侧对LED供电并对输出电容C_O充电。此时，快恢复功率二极管D₆、D₇、D₈、D₁₀承受反向电压而截止。

工作模态6：参照图7，在功率MOS管Q₁关断，反激变压器漏感L_k上的能量完全回馈至电容C₂后，且电感L₁下降为0，即L₁电感能量完全释放后。反激变压器继续将励磁电感能量传递至次级侧对LED供电并对输出电容C_O充电。此时，快恢复功率二极管D₆、D₇、D₈、D₁₀承受反向电压而截止。

以上是稳态工作时，一个开关周期的6个工作模态过程，将重复图2至图7的工作过程，周而复始。

上列为一实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的一个实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，包括输入交流电压源V_in，其特征在于：所述输入交流电压源V_in的一端连接至功率二极管D₁的阳极、功率二极管D₃的阴极，输入交流电压源V_in的另一端连接至功率二极管D₂的阳极、功率二极管D₄的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接至功率二极管D₂的阴极、功率二极管D₅的阴极、电感L₁的一端、输入电容C_in的一端；所述功率二极管D₃的阳极连接至功率二极管D₄的阳极、功率二极管D₆的阳极、输入电容C_in的另一端、功率MOS管Q₁的源极、功率二极管D₁₀的阳极；所述功率二极管D₁₀的阴极连接至电感L₂的一端；所述功率二极管D₆的阴极连接至功率二极管D₅的阳极、功率二极管D₇的阳极、中间电容C₁的负端；所述功率二极管D₇的阴极连接至功率MOS管Q₁的漏极、电容C₂的一端、变压器T_r初级侧的异名端；所述电容C₂的另一端连接至功率二极管D₈的阳极、电感L₂的另一端；所述功率二极管D₈的阴极连接至电感L₁的另一端、中间电容C₁的正端、漏感L_k的一端；所述变压器T_r初级侧的同名端连接至漏感L_k的另一端；所述变压器Tr次级侧的异名端连接至功率二极管D₉的阳极；所述功率二极管D₉的阴极连接至输出电容C_O的正端、LED灯的一端；所述变压器T_r次级侧的同名端连接至输出电容C_O的负端、LED灯的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，其特征在于：所述变压器T_r是单端激磁高频变压器，其初级侧与次级侧的同名端是反方向激磁。

3.根据权利要求1所述的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，其特征在于：所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄是整流功率二极管；功率二极管D₅、功率二极管D₆、功率二极管D₇、功率二极管D₈、功率二极管D₉、功率二极管D₁₀是快恢复功率二极管。

4.根据权利要求1所述的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，其特征在于：所述中间电容C₁是电解电容；所述输出电容C_O是电解电容；所述输入电容C_in和电容C₂均是高频电容。

5.根据权利要求1所述的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，其特征在于：所述漏感L_k的感量、电感L₂的感量均小于电感L₁的感量。

6.根据权利要求1所述的一种无损缓冲的单级降压式LED驱动电路，其特征在于：所述电感L₁、功率二极管D₅、功率二极管D₇、中间电容C₁、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的AC-DC部分，即前级Buck电路；所述变压器T_r及其漏感L_k、功率二极管D₉、输出电容C_O、功率MOS管Q₁构成LED驱动电路的DC-DC部分，即后级反激电路。