CN102105010A - 一种led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED驱动电路，包括整流桥、功率因数校正电路、控制电路和恒流输出电路：整流桥的输出端连接功率因数校正电路，功率因数校正电路为逐流式功率因数校正电路，控制电路包括控制器，控制器的Out端连接开关元件的控制端，开关元件的第一导通端通过第一电感连接第二二极管的阴极，开关元件的第二导通端连接控制器的CS端；第一电感的同名端通过第二电感连接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极连接输出负端，第一电感的异名端连接输出正端。本发明满足功率因数和谐波要求，又可输出恒定电流，具有高效率、高可靠性、体积小、成本低等优点，且输出电容可以采用小电容，甚至可以不需要。

Description

一种LED驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动电路领域，特别涉及一种高功率因数非隔离的LED驱动电路。

背景技术

LED照明作为一种新兴产业技术，正在不断开拓更广泛的应用。LED驱动电路是LED技术的一个关键环节，目前通常使用基于反激式(flyback)拓扑结构的驱动电路。

图1为现有驱动电路的系统原理图。该驱动电路包括输入整流滤波电路11、开关控制电路12、隔离变压器13和输出整流滤波电路14，变压器原边绕组105、变压器副边绕组106和变压器辅助绕组107组成的变压器，耦合到变压器原边绕组106的第一控制电路110，第一控制电路110包括驱动电路111和反馈控制电路112。功率开关管108的基极连接第一控制电路110，集电极连接变压器原边绕组105的异名端，发射极通过第一电阻101接地。变压器副边绕组106的两输出端之间并连连接第一电容102和第二电阻103。

该驱动电路由第一控制电路110的驱动电路111控制功率开关管108的导通和关断，将能量由变压器原边绕组105传送到变压器副边绕组106的输出端。上述驱动电路采用隔离变压器13，将输入整流滤波电路11和输出整流滤波电路14隔离，可起到一定安全作用。但部分LED照明应用不需要隔离，在驱动电路中使用隔离变压器3会降低电路的效率。

发明内容

本发明的目的提供一种LED驱动电路，该驱动电路即满足功率因数和谐波要求，又可输出恒定电流，具有高效率、高可靠性、体积小、成本低等优点。

本发明一种LED驱动电路，包括整流桥、功率因数校正电路、控制电路和恒流输出电路：整流桥的输出端连接功率因数校正电路，功率因数校正电路为逐流式功率因数校正电路，控制电路包括控制器(U1)，控制器(U1)的Out端连接开关元件(Q1)的控制端，开关元件(Q1)的第一导通端通过第一电感(L1)连接第二二极管(D2)的阴极，开关元件(Q1)的第二导通端连接控制器(U1)的CS端；第一电感(L1)的同名端通过第二电感(L2)连接第六二极管(D6)的阳极，第六二极管(D6)的阴极连接输出负端，第一电感(L1)的异名端连接输出正端。

优选的，功率因数校正电路包括第二电容(C2)，第二电容(C2)正端连接整流桥的一输出端，负端连接第三二极管(D3)的阴极，第三二极管(D3)的阳极连接整流桥的另一输出端并接地；第二二极管(D2)的阴极连接第二电容(C2)的正端，第二二极管(D2)的阳极连接第三电容(C3)的正端，第三电容(C3)的负端接地。

优选的，还包括第四二极管(D4)，第四二极管(D4)的阳极连接第三二极管(D3)的阴极，第四二极管(D4)的阴极连接第二二极管(D2)的阳极。

优选的，第四二极管(D4)的阳极通过第九电阻(R9)连接第三二极管(D3)的阴极。

优选的，第四二极管(D4)的阳极通过第九电感(L9)连接第三二极管(D3)的阴极。

优选的，第五电容(C5)的正端连接输出负端，第五电容(C5)的负端连接输出正端。

优选的，第五二极管(D5)的阳极通过第三电感(L3)接地，第五二极管(D5)的阴极连接控制器(U1)的Vcc端。

优选的，控制器(U1)的FB端通过第七电阻(R7)接地，还通过第六电阻(R6)连接第五二极管(D5)的阳极。

优选的，三极管Q1的发射极通过第二电阻(R2)接地。

优选的，控制器(U1)的Vcc端通过第一电阻(R1)连接第二二极管(D2)的阴极，并通过第四电容(C4)连地。

优选的，还包括滤波电路，滤波电路包括第八电感(L8)和第一电容(C1)，第八电感(L8)一端连接电流正输入端，另一端连接整流桥一输入端；第一电容(C1)一端连接第八电感(L8)，另一端连接交流负输入端。

优选的，交流正输入端通过保险丝(F1)接入滤波电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用原边开关控制方式，不需要输出电压电流检测电路和光耦器件，只需检测原边开关电流和辅助绕组电压，实现输出的恒流恒压控制。本发明解决现有小功率LED驱动电路不能满足功率因数和谐波要求的问题，即满足功率因数和谐波要求，又可输出恒定电流，具有搞效率、高可靠性、体积小、成本低等优点。

附图说明

图1为现有驱动电路结构图；

图2为本发明驱动电路结构图；

图3为电路节点A点到地的电压波形图；

图4为二极管D6的电流波形图；

图5为控制器U1一实施例的内部功能框图；

图6为功率因数校正电路一实施例结构图；

图7为功率因数校正电路另一实施例结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图2，示出本发明驱动电路结构，驱动电路包括输入滤波电路21、整流桥22、功率因数校正电路23、控制电路14和恒流输出电路25。

交流输入正端通过保险丝F1接入滤波电路21，滤波电路21包括电感L1和电容C1，电感L1一端连接保险丝F1，另一端连接整流桥22一输入端；电容C1一端连接电感L1和保险丝F1的公共端，另一端连接交流输入负端和整流桥22的公共端；

交流电经保险丝F1过流保险后，再经滤波电路21滤波，输入到整流桥22整流。

整流桥22由依次串联的四个二极管组成，整流桥22的输出端连接功率因数校正电路23，功率因数校正电路23包括电容C2，电容C2正端连接整流桥22的一输出端，负端连接二极管D3的阴极，二极管D 3的阳极连接整流桥23的另一输出端并接地；二极管D2的阴极连接电容C2的正端，二极管D2的阳极连接电容C3的正端，电容C3的负端接地；

功率因数校正电路23对输入的电流进行功率因数校正，电路节点A点到地的电压波形如图3所示。A点电压不是一个平直的直流电压，而是一个波动电压，该电压在输入交流电压峰值的1/2到输入交流电压峰值之间波动，频率是输入交流电压频率的2倍。

功率因数校正电路23可使输入电流总谐波失真THD为48％，功率因数PF达到0.8，满足IEC61000-3-2标准。

电流经功率因数校正后，输入到控制电路4和恒流输出电路5。控制电路4包括控制器U1，控制器U1的Vcc端通过电阻R1连接二极管D2的阴极，并通过电容C4连地；控制器U1的Out端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电感L1连接二极管D2的阴极，三极管Q1的发射极连接控制器U1的CS端，并通过电阻R2接地；控制器U1的FB端通过电阻R7接地，还通过电阻R6连接二极管D5的阳极，二极管D5的阳极还通过电感L3接地，二极管D5的阴极连接控制器U1的Vcc端；电感L1的2端通过电感L2连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接输出负端，电感L1的1端连接输出正端；电容C5的正端连接输出负端，电容C5的负端连接输出正端。

该实施例中，电阻R1为控制器U1的启动电阻，连接到控制器U1的VCC脚，在电路上电后提供控制器U1一定大小的启动电流。电感L3为辅助绕组，与二极管D5、电容C4构成控制器U1的供电回路。同时，电感L3电压经过电阻R6、电阻R7分压，连接到控制器U1的FB脚，作为输出电压的检测和保护电路。电阻R2为三极管Q1的电流检测电阻，连接到控制器U1的CS脚，电流采样脚。控制器U1的GND脚连接到地电位，Out脚为输出驱动脚，输出一定脉宽的PWM信号，控制三极管Q1的开通和关断。

本发明三极管Q1也可采用其他开关元件，如功率MOSFET管等半导体开关器件。

控制器U1实现恒流输出电路5的开关控制功能。电感L1、L2通过磁芯相互耦合。电流经控制电路4和恒流输出电路5升降压后，输出恒定电流。

设定在一个开关周期内，输出二极管D6的导通时间为Tons，关断时间为Toffs，输出电流峰值为Ipk，耦合电感L1绕组匝数N1，耦合电感L2绕组匝数N2。控制器U1控制开关占空比，保持输出二极管D6的导通时间Tons和关断时间Toffs比例恒定，则一个开关周期内，输出电流的平均值为：

$I_{\mathrm{out}}=\frac{1}{2}\·I_{\mathrm{pks}}\·\frac{T_{\mathrm{ons}}}{T_{\mathrm{ons}}+T_{\mathrm{offs}}}---\left(1\right)$

图4为经过二极管D6的电流波形。

根据安培定理，输出二极管D6刚导通时输出电流峰值Ipks与三极管Q1电流峰值Ipk有如下关系：

$I_{\mathrm{pks}}=\frac{N1}{N1+N2}\·I_{\mathrm{pk}}---\left(2\right)$

因此，输出电流的平均值为：

$I_{\mathrm{out}}=\frac{1}{2}\·\frac{N1}{N1+N2}\·I_{\mathrm{pk}}\·\frac{T_{\mathrm{ons}}}{T_{\mathrm{ons}}+T_{\mathrm{offs}}}---\left(3\right)$

控制芯片U1通过检测原边开关电流，控制原边开关电流峰值Ipk恒定，同时控制开关占空比，保持输出二极管D6的导通时间Tons和关断时间Toffs比例恒定，实现了输出电流的恒定。

本发明控制方式对电容C5的参数要求较低，这样可以选用参数相对较低的电容，该电容体积小，成本低，方便电路布局，并可节约成本。并且还可以根据实际需要，在图2所示电路中不使用该电容C5，不影响上述功能的实现。

图5为控制器U1一实施例的内部功能框图，包括恒压控制单元、峰值电流控制单元、恒流控制单元、内部稳压和偏置单元和输出驱动单元等。

该实施例中，三极管Q1也可以采用功率MOSFET等其它半导体开关器件。控制器U1也可以与三极管Q1集成封装在一起。

本发明功率因数调整电路23可以再增加一个电阻或电感，如图6、图7所示。图6中，二极管D4的阳极通过电阻R9连接二极管D3的阴极；图7中，二极管D4的阳极通过电感L9连接二极管D3的阴极。借助电阻R9或电感L9可以更进一步提高输入功率因数，降低总谐波失真。

本发明采用原边开关控制方式，不需要输出电压电流检测电路和光耦器件，只需检测原边开关电流和辅助绕组电压，实现输出的恒流恒压控制。

根据本发明，逐流式功率因数校正电路和采用原边开关控制方式的Buck-boost开关电源电路的结合组成了高功率因数非隔离的高性能LED驱动电路，该电路具有高功率因数，控制方式简单新颖，输出无需大容量电解电容，元器件数量少，体积小，性价比高的优点。。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括整流桥、功率因数校正电路、控制电路和恒流输出电路：整流桥的输出端连接功率因数校正电路，功率因数校正电路为逐流式功率因数校正电路，控制电路包括控制器(U1)，控制器(U1)的Out端连接开关元件(Q1)的控制端，开关元件(Q1)的第一导通端通过第一电感(L1)连接第二二极管(D2)的阴极，开关元件(Q1)的第二导通端连接控制器(U1)的CS端；第一电感(L1)的同名端通过第二电感(L2)连接第六二极管(D6)的阳极，第六二极管(D6)的阴极连接输出负端，第一电感(L1)的异名端连接输出正端。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，功率因数校正电路包括第二电容(C2)，第二电容(C2)正端连接整流桥的一输出端，负端连接第三二极管(D3)的阴极，第三二极管(D3)的阳极连接整流桥的另一输出端并接地；第二二极管(D2)的阴极连接第二电容(C2)的正端，第二二极管(D2)的阳极连接第三电容(C3)的正端，第三电容(C3)的负端接地。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括第四二极管(D4)，第四二极管(D4)的阳极连接第三二极管(D3)的阴极，第四二极管(D4)的阴极连接第二二极管(D2)的阳极。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，第四二极管(D4)的阳极通过第九电阻(R9)连接第三二极管(D3)的阴极。

5.如权利要求3所述的电路，其特征在于，第四二极管(D4)的阳极通过第九电感(L9)连接第三二极管(D3)的阴极。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第五电容(C5)的正端连接输出负端，第五电容(C5)的负端连接输出正端。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第五二极管(D5)的阳极通过第三电感(L3)接地，第五二极管(D5)的阴极连接控制器(U1)的Vcc端。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，控制器(U1)的FB端通过第七电阻(R7)接地，还通过第六电阻(R6)连接第五二极管(D5)的阳极。

9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，三极管Q1的发射极通过第二电阻(R2)接地。

10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，控制器(U1)的Vcc端通过第一电阻(R1)连接第二二极管(D2)的阴极，并通过第四电容(C4)连地。

11.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括滤波电路，滤波电路包括第八电感(L8)和第一电容(C1)，第八电感(L8)一端连接电流正输入端，另一端连接整流桥一输入端；第一电容(C1)一端连接第八电感(L8)，另一端连接交流负输入端。

12.如权利要求1所述的电路，其特征在于，交流正输入端通过保险丝(F1)接入滤波电路。

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