CN102244954A

CN102244954A - 一种高功率因数恒流驱动电路

Info

Publication number: CN102244954A
Application number: CN2010101761213A
Authority: CN
Inventors: 葛良安; 吴新科
Original assignee: Inventronics Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Inventronics Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-16

Abstract

本发明公开了一种高功率因数恒流驱动电路，包括：整流桥、BUCK功率因数校正主电路、PFC控制电路和负载电流控制电路，BUCK功率因数校正主电路的输入为整流桥的输出，其中，BUCK功率因数校正主电路至少包括：开关管、二极管和电感，开关管与整流桥的输出正端连接，负载电流控制电路中的采样电阻串接在电感与开关管之间，且开关管与采样电阻连接的公共点还与二极管的阴极连接，二极管的阳极与整流桥的输出负端连接并作为BUCK功率因数校正主电路输出负端，BUCK功率因数校正主电路输出正端为所述电感的一端；PFC控制电路的输出直接驱动开关管；开关管与采样电阻连接的公共点是PFC控制电路和负载电流控制电路的共同参考地。

Description

一种高功率因数恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，具体为一种高功率因数恒流驱动电路。

背景技术

当今，高能效、节能、环保等已经成为社会对光源的普遍要求。LED(LightEmitting Diode，即：发光二极管)是近年来应用广泛的一种新型节能光源。由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2～3伏的低电压驱动，所以再设计驱动电路时必须要考虑有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容等因素。

现有的LED恒流驱动电路一般都采用BUCK功率因数校正主电路，即：降压式变换电路，具体是：填谷式无源功率因数校正(PFC)电路+恒流控制BUCK电路。该方案改善了驱动器的功率因数，同时恒流控制的BUCK电路有许多成熟的电路方案和控制芯片可供选择，但该方案的缺点是填谷式无源功率因数校正(PFC)电路的功率因数(PF)值仍不够高，而功率因数低说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，降低了设备的利用率增加线路供电损失，并且驱动器功率较大时难以满足照明领域的一些标准对供电设备输入谐波电流的要求。为改善功率因数，降低输入电流的谐波，直接用BUCK电路同时实现功率因数校正(PFC)和恒流控制是一个可选的方案。传统的BUCK型PFC控制电路需要采样负载电流，同时从电磁兼容考虑要保证输出有一端和输入的高压端或低压端等电位。

现有技术一提供了一种LED恒流驱动电路，请参照图1所示，该电路包括整流桥BD，BUCK功率因数校正主电路，PFC控制电路，负载电流控制电路。BUCK功率因数校正主电路由MOSFET Q，二极管D，电感L，第一电容C1组成。PFC控制电路由控制芯片IC及第一辅助电源Vcc1组成。负载电流控制电路由集成运算放大器OA，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第二电容C2，采样电阻Rs，光耦OP及第二辅助电源Vcc2组成。

其中，交流电源为整流桥BD的输入，MOSFET Q的源极接整流桥BD输出负端，MOSFET Q的漏极接二极管D的阳极和电感L的一端，二极管D的阴极接输出电压Vo的正端，电感L的另一端接采样电阻Rs的一端和第一电容C1的负端，并将该连接点标志为信号地，第一电容C1的另一端接所述BUCK功率因数校正主电路的输出正端，采样电阻Rs的另一端接输出电压Vo的负端，控制芯片IC的Vcc端接第一辅助电源Vcc1的正端，第一辅助电源Vcc1的负端为整流桥BD输出地，控制芯片IC的Gate端接MOSFET Q的门极，控制芯片IC的GND端接整流桥BD输出地和光耦OP光敏三极管的发射极，控制芯片IC的FB端接光耦OP光敏三极管的集电极，光耦OP的二极管阳极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接第二辅助电源Vcc2的正端，第二辅助电源Vcc2的负端接信号地，集成运算放大器OA的输出端接光耦OP的二极管的阴极，集成运算放大器OA的供电电源为第二辅助电源Vcc2，集成运算放大器OA的正向输入端接基准电源Vref，集成运算放大器OA的反向输入端接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接输出电压Vo的负端。由于PFC控制电路的控制芯片IC的地端与MOSFET Q的源极相连，所以控制IC可以直接驱动MOSFET Q，虽然该电路利用BUCK功率因数校正主电路实现了功率因数校正和恒流控制，但是，负载电流控制电路和PFC控制电路不共地，需要光耦实现隔离反馈，同时也需要为两个不共地的控制电路分别提供辅助电源(即：第一辅助电源Vcc1和第二辅助电源Vcc2)，所以该LED恒流驱动电路结构复杂且成本偏高。

为了解决上述问题，现有技术二提出了一种如图2所示的LED恒流驱动电路，与现有技术一不同的是：MOSFET Q源极接二极管D阴极，其漏极接整流桥BD输出正端，电感L的一端接二极管D的阴极，其另一端接输出电压Vo的正端，二极管D的阳极接整流桥BD输出地和采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的另一端接输出电压Vo的负端，控制芯片IC的Gate端接隔离或自举驱动电路的输入端，隔离和自举驱动电路的输出端接MOSFET Q的门极。MOSFET Q、二极管D、隔离或自举驱动电路和电感L组成BUCK功率因数校正主电路，控制芯片IC组成PFC控制电路，采样电阻Rs、第二电阻R2、第三电阻R3，第二电容C2和集成运算放大器OA组成负载电流控制电路。

现有技术二的LED恒流驱动电路，采样电阻Rs与整流桥BD输出的负端相连，PFC控制电路与负载电流控制电路共地，不需要光耦隔离反馈，但PFC控制电路的驱动信号不能直接驱动MOSFET Q，还需要复杂的隔离或自举驱动电路，无疑该LED恒流驱动电路结构也同样复杂且增加了成本。

现有技术三提供的LED恒流驱动电路如图3所示，包含有MOSFET Q的电流采样电路440和输入电压采样电路420，将BUCK功率因数校正主电路的输入电压采样信号作为基准信号，控制MOSFET Q的电流，从而实现对负载电流的控制，同时可改善输入端的功率因数；但该电路输入电流为方波，功率因数不高，由于只采样MOSFET Q源级的电流而没有直接采样负载电流，输出恒流控制精度不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种高功率因数恒流驱动电路，解决了现有技术中恒流驱动电路结构复杂，以及由于功率因数不高，而影响恒流控制精度的问题。

本发明实施例提供了一种高功率因数恒流驱动电路，包括：整流桥、BUCK功率因数校正主电路、PFC控制电路和负载电流控制电路，

所述BUCK功率因数校正主电路的输入为整流桥的输出，其中，所述BUCK功率因数校正主电路至少包括：开关管、二极管和电感，所述开关管与所述整流桥的输出正端连接，所述负载电流控制电路中的采样电阻串接在所述电感与所述开关管之间，且所述开关管与采样电阻连接的公共点还与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与整流桥的输出负端连接并作为BUCK功率因数校正主电路输出负端，所述BUCK功率因数校正主电路输出正端为所述电感的一端；

所述PFC控制电路的输出直接驱动开关管；

所述开关管与采样电阻连接的公共点是PFC控制电路和负载电流控制电路的共同参考地。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

1.PFC控制电路和负载电流控制电路共地，只需要一个供电辅助电源，负载电流控制不需要光耦隔离，电路结构简单，成本低。

2.PFC控制电路可直接驱动BUCK功率因数校正主电路的开关管，驱动电路简单，驱动功耗低。

3.负载电流控制电路可以直接实现对负载电流平均值的反馈，稳流精度高。

因而，在简化恒流驱动电路结构的基础上，提高了功率因数，保证了恒流控制的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术一的LED恒流驱动电路示意图；

图2为现有技术二的LED恒流驱动电路示意图；

图3为现有技术三的LED恒流驱动电路示意图；

图4为本发明实施例提供的一种恒流驱动电路的电路图；

图5为本发明实施例提供的基于图4的一种边界控制恒流驱动电路的电路图；

图6为基于图5边界控制方式下BUCK功率因数校正主电路电感电流波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图4所示，图4为本发明实施例提供的一种恒流驱动电路的电路图。该恒流驱动电路，包括：整流桥BD、BUCK功率因数校正主电路、PFC控制电路和负载电流控制电路。

所述BUCK功率因数校正主电路包括MOSFET Q、二极管D、电感L；

所述的PFC控制电路包括控制芯片IC；

所述的负载电流控制电路包括集成运算放大器OA、第一电阻R1、第二电阻R2、采样电阻Rs和补偿网络。

具体地：

如图4，所述BUCK功率因数校正主电路，连接于整流桥与输出电压Vo之间，其中MOSFET Q的漏极接整流桥BD输出正端，MOSFET Q的源极接二极管D的阴极和采样电阻Rs的一端，并将公共连接点标志为地端，采样电阻Rs的另一端接电感L的一端，电感L的另一端接输出电压Vo的正端，二极管D的阳极接整流桥BD输出负端和输出电压Vo的负端；控制芯片IC的Vcc端接辅助电源Vcc的正端，辅助电源Vcc的负端接地，控制芯片IC的Gate端接MOSFET Q的门极，控制芯片IC的GND端接地，控制芯片IC的Comp端接集成运算放大器OA的输出端和补偿网络的一端，集成运算放大器OA的供电电源为辅助电源Vcc，集成运算放大器OA的正向输入端接基准电源Vref，集成运算放大器OA的反向输入端接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和补偿网络的另一端，第一电阻R1的另一端接辅助电源Vcc正端，第二电阻R2的另一端接采样电阻Rs的另一端。

在BUCK功率因数校正主电路的输出端可以并联一个滤波电容。

本发明实施例是将MOSFET Q放置在整流桥BD的输出正端，所述BUCK功率因数校正主电路的滤波电感L的一端通过电流采样电阻Rs和BUCK功率因数校正主电路的MOSFET Q的源极连接，所述BUCK功率因数校正主电路的二极管负端连接在BUCK功率因数校正主电路MOSFET Q的源极和负载电流采样电阻Rs的公共连接点上；所述的BUCK功率因数校正主电路的MOSFET Q和负载电流采样电阻Rs的公共连接点是PFC控制电路和负载电流控制电路的共同参考地。因此，本发明实施例的恒流驱动电路只需要一个辅助电源Vcc，并且所述的PFC控制电路可以直接驱动所述BUCK功率因数校正主电路的MOSFET Q，进而简化了驱动电路的结构并降低了驱动的功耗。

另外，本发明实施例图4中所述的负载电流采样电阻Rs没有直接采样负载电流，而是采样所述BUCK功率因数校正主电路的电感L的电流，电感L的电流平均值和负载电流的平均值相等，因此负载电流控制电路通过采样电感L的电流可以直接实现对电流平均值的反馈，达到了恒流驱动的控制并且稳流的精度高。

需要说明的是：本发明实施例中提到的MOSFET Q，实质上为一个开关管，该开关管还可以为三极管或者绝缘栅双极型功率管(IGBT)等来替换，实现相应的功能，本发明实施例仅以MOSFET Q为例来说明驱动电路所要达到的功能，但并不限制开关管的具体采用何种元器件来实现。

请参考图5，图5为本发明基于图4提供的另一实施例的恒流驱动电路的电路图；

图5是本发明实施例的一种以边界控制为例的实现恒流驱动目的的电路，所述的BUCK功率因数校正主电路、负载电流控制电路与图4的实施方式相同，不同的是所述的PFC控制电路的控制芯片IC为边界控制。即：控制芯片IC还包括ZCD端，即过零检测脚。工作原理为：采样电阻Rs采样到BUCK功率因数校正主电路的电感L的电流过零时，控制芯片IC驱动输出使MOSFET Q为导通的电平，导通Ton时间后，在负载电流控制电路的作用下控制芯片IC驱动输出使MOSFET Q为关断的电平，实现电感L电流的边界控制模式；因此本实施例还包括一个过零检测电路，其输出端接控制IC的ZCD端，输入端接在电感L与采样电阻Rs之间。同样地，本实施例在简化恒流驱动电路结构的基础上，提高了功率因数，保证了恒流控制的精度。

进一步，请参考图6，图6为是基于图5边界控制方式下BUCK功率因数校正主电路电感电流波形图。其中图6的(a)图中的纵坐标为输入电压Vin和输出电压Vo，横坐标为时间t；图6的(b)图中的纵坐标为电感电流I_L，横坐标为时间t，Ton为固定时长。

图6(a)与图6(b)所示为，在一定的输入电压Vin下，在电网的同一周期T/2内当输入电压Vin大于输出电压Vo时，Ton时长是固定的，电感电流I_L的峰值与输入电压Vin成正比例，因此电感电流I_L的平均值与输入电压Vin同相位，因此可作为功率因数校正电路。进而使得负载电流控制电路可以直接实现对负载电流平均值的反馈，达到稳流精度高并实现高功率因数LED恒流驱动的目。

通过本发明上述实施例，可以在简化恒流驱动电路结构的基础上，提高了功率因数，保证了恒流控制的精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅为本发明提供的一种恒流驱动电路的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。该实施例中的电路搭建并不局限于实施例中的搭建方式，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

1.一种高功率因数恒流驱动电路，包括：整流桥、BUCK功率因数校正主电路、PFC控制电路和负载电流控制电路，其特征在于：

所述PFC控制电路的输出直接驱动开关管；

2.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述PFC控制电路和负载电流控制电路连接同一辅助电源Vcc。

3.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述BUCK功率因数校正主电路还包括一滤波电容，所述滤波电容的正极连接在所述采样点单元与输出电压Vo正端相连的公共点，所述滤波电容的负极与输出电压Vo的负端连接。

4.根据权利要求1或2所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述开关管为MOSFET、绝缘栅双极型功率管或者三极管。

5.根据权利要求4所述的恒流驱动电路，其特征在于，开关管为MOSFET时，所述MOSFET的漏极与整流桥的输出正端连接，所述MOSFET的源极与所述二极管的阴极连接。

6.根据权利要求5所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述PFC控制电路包括：控制芯片IC；所述控制芯片IC包括：Vcc端、Gate端、Comp端和GND端；其中，

所述控制芯片IC的Vcc端接辅助电源Vcc的正端，Gate端接MOSFET管的门极，GND端接地，Comp端接负载控制电流控制电路中集成运算放大器OA的输出端。

7.根据权利要求6所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述控制芯片IC还包括：ZCD端，所述驱动电路还包括过零检测电路，其中，

所述过零检测电路的输入信号为电感电流的检测信号，其输出端连接于所述控制芯片IC的ZCD端。