CN104168705A - 一种无电解电容的led驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子电路技术领域,具体涉及到一种无电解电容的LED驱动器。本发明提出了一种无电解电容的LED驱动器,其中包括整流桥、基准电压产生模块、驱动模块、LED、功率管、运算放大器、模拟乘法器、电流放大器、过零检测模块ZCD、MOS管、电阻等。本发明中电路的工作在电感电流临界导通模式,自动实现功率因数校正,利用谐波成分,降低输入功率的峰值,并且可以使用容值较小的电容元件,避免使用大容量的电解电容,同时利用瞬态响应增强网络的方法,使得负载瞬态响应速度非常快,抗干扰能力增强,负载调整率很高,同样也可以避免使用大容量的电解电容来稳定输出电压。本发明尤其适用于LED驱动器。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域,具体涉及到一种无电解电容的LED驱动器。
背景技术
目前LED驱动电源的工作寿命主要取决于电路中的大容量的电解电容。电解电容的寿命一般只有几千个小时,而LED的寿命可以达到几万个小时,电解LED的寿命严重的不匹配,因此LED驱动电源的寿命受到了影响。另外一方面,电解电容的体积很大,这导致LED驱动装置体积很大,不利用小型化。对于一些场合,体积太大,不利于安装应用。
发明内容
本发明的目的,就是针对目前LED驱动器中电解电容存在的问题,提供了一种无电解电容的LED驱动器。
本发明的技术方案:如图2所示,一种无电解电容的LED驱动器,其特征在于,包括整流桥、基准电压产生模块、驱动模块、LED模块、开关管Q1、PMOS管PM1、NMOS管MN1、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一误差运算放大器、第二误差运算放大器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、RS触发器、电流放大器、过零检测模块ZCD、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、电容C1、C2、C3、C4、C5、二极管D5和电感L;其中,
整流桥的输入端接外部交流电源,其输出端通过电感L后接二极管D5的正极;电感L与整流桥输出端的连接点依次通过R1和R2后接地;R1与R2的连接点接第一运算放大器的正向输入端;第一运算放大器的反向输入端依次通过R3和R4后接地,其输出端接其反向输入端,其输出端还接第一乘法器的第一输入端、第一乘法器的第二输入端、第二乘法器的第一输入端;第一乘法器的输出端接第二乘法器的第二输入端;第二乘法器的输出端通过R5后接第二运算放大器的反向输入端;R3和R4的连接点通过R7后接第二运算放大器的正向输入端;R7与第二运算放大器正向输入端的连接点通过R8后接地;第二运算放大器的反向输入端通过R6解其输出端,其输出端接第三乘法器的第一输入端;第三乘法器的第二输入端接第一误差运算放大器的输出端;第一误差运算放大器的反向输入端接基准电压产生模块的输出端,其正向输入端通过R11后接二极管D5的负极,其正向输入端与R11的连接点通过R12后接地,其输出端通过C1后接其正向输入端;第三乘法器的第二输入端依次通过C2和R9后接第一误差放大器的正向输入端;第三乘法器的输出端接第三运算放大器的反向输入端;第三运算放大器的正向输入端接开关管Q1的源极,其输出端接RS触发器的R输入端;RS触发器的S输出端接过零检测模块ZCD,其Q输出端接驱动模块的输入端;驱动模块的输出端接开关管Q1的栅极;开关管Q1的漏极接电感L与二极管D5正极的连接点,其源极与第三运算放大器正向输入端的连接点通过R10后接地;二极管D5的负极接PMOS管PM1的源极;二极管D5负极与PMOS管PM1源极的连接点通过C3后接地;PMOS管PM1的栅极接第二误差运算放大器的输出端与NMOS管MN1的漏极,其漏极接LED模块;第二误差运算放大器的反向输入端接基准电压模块的输出端,其正向输入端通过R14后接PMOS管PM1的漏极;R14与第二误差运算放大器正向输入端的连接点通过R15后接地;NMOS管MN1的源极接地,其栅极接电流放大器的输出端;电流放大器与R13并联,其输入端通过C4后接PMOS管PM1的漏极;C5与LED模块并联。
本发明的有益效果为,没有使用大容量的电解电容器,可以提高电源的可靠性和寿命,能够进行自动功率因数调节,具有负载瞬态响应速度快,抗干扰能力强,负载调整率高的有点。
附图说明
图1是功率因数为1时的输入输出波形图;
图2是实施例1的电路结构图;
图3是实施例1中参数波形图;
图4是本实施例2的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述
附图1中显示的为PF=1时,输入电压、输入电流、输入功率、输出功率的波形图,从图中我们可以得知,输入功率是脉动的,输出功率是恒定的。所以需要很大容量的电容来平衡输入功率和输出功率。
实施例1
如图2示,本实施例包括整流桥、基准电压产生模块、驱动模块、LED、功率管、运算放大器、模拟乘法器、电流放大器、电感、过零检测模块ZCD、MOS管、电阻等。
具体的,交流输入Vin通过整流桥连接到电感L,并且通过电阻R1、电阻R2连接GND。电感L的另外一端连接到开关管Q1的漏端,同时连接到二极管D5的正相端,开关管Q1的源极通过电阻R10连接到GND;二极管D5的负向端连接电容C3,电容C3的另外一端连接到GND。电阻R1与R2连接的一端连接到运算放大器1的同相端,运算放大器1的负向端与输出端连接到电阻R3,再通过电阻R4连接到GND。运算放大器1的输出端输入到乘法器1的两个端口,实现平方,乘法器1的输出端和运算放大器1分别输入到乘法器2的输入端,乘法器2的输出端通过R5连接到运算放大器2的负向端;电阻R3、R4的连接段通过R7连接到运算放大器2的同相端,运算放大器2的同相端通过R8连接到GND。运算放大器2的负向端与输出端通过电阻R6连接;运算放大器2的输出端输入到乘法器3的输入端,乘法器3的另一个输入端连接到误差放大器1的输出端;乘法器3的输出端连接到运算放大器3的负向端,开关管Q1的源极连接到运算放大器3的同相端,运算放大器3的输出到RS触发器的R端,RS触发器的S端连接电感电流过零检测电路ZCD。RS触发器的输出端连接到驱动模块,驱动模块驱动开关管Q1的栅极;二极管的负向端通过电阻R11、电阻R12连接到GND。电阻R11与电阻R12的连接处连接到误差放大器1的同相端,误差放大器1的反相端连接到基准电压VREF;误差放大器的同相端通过电容C1连接到误差放大器的输出端,电阻R9与电容C2串联然后并联在电容C1的两端。二极管负向端连接到PMOS管PM1的源极,PMOS管PM1的漏极连接到电容C4,电容C4输入到电流放大器CA的输入端,电阻R13跨接在电流放大器的输入端和输出端,电流放大器CA的输出端连接NMOS管NM1的栅极,NM1的源极连接到GND。NM1的漏极连接到PMOS管PM1的栅极,PMOS管PM1的漏极通过电阻R14、电阻R15连接到GND,电阻R14与电阻R15的连接处连接到误差放大器2的同相输入端,误差放大器2的负向输入端连接到基准电压VREF。PM1的漏端连接电容C5,C5的另外一端连接到GND。PM1的漏端连接发光二极管LED1的正向端,LED1的负向端连接LED2的同相端,LED1、LED2…LEDN依次连接,LEDN的反相端连接到GND。基准电压模块为电路提供基准电压VREF。
本例的工作原理为:
电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10,运算放大器1、运算放大器2、运算放大器3、乘法器1、乘法器2、乘法器3、RS触发器,误差放大器1,电容C1、、C2、C3,二极管D1、D2、D3、D4、D5,电感L等电路构成了功率因数校正器,适当降低输入的功率因数可以减小输出储能电容的容量。通过谐波注入法,降低输入的功率因数,进而较小输出储能电容的容量。当注入三次谐波含量为基波的48.4%,输入功率因数为0.9,满足不同国家对功率因数要求的标准,而此时输出电容容量降低为原来的65.6%。
附图中
va=Vin*ka*|sinωt|
vb=Vin*kb*|sinωt|
其中Vin为输入电压的幅值,ka,、kb为比例系数。va为运算放大器1的输出电压,vb为电阻R3、R4分点压va所得。
va经过两次相乘后得到va 3,电阻R5、R6、R7、R8以及运算放大器2构成减法器,其中去R5=R6=R7=R8,最终减法器的输出
vr=Vinkb*|sinωt|-Vin 3ka 3*|sinωt|3
减法器的输出vr中含有三次谐波,vr和输出电压误差放大器的输出信号相乘,其乘积做为开关管关断信号的基准,检测到电感电流下降到零时开通开关,实现电感工作在电感电流临界导通工作模式下。保证kb:(Vin 2*ka 3)=2.45:1.94,那么vr中三次谐波的幅值就是基波幅值的48.4%。谐波注入电路的主要波形如附图二所示:
电容C4、电流放大器CA,NMOS管MN1、电阻,13构成了瞬态响应增强网络。电容C4主要你做用是将输出电压的变化量转换成电流,在通过构成的跨阻放大器将电流转换成电压,再通过NM1转换成电流,这样电流通过放大器后输入到功率调整管的栅极,为栅电容充电,使得瞬态响应很快,不需要很大的电解电容来平滑输出电压,只需容值较小的陶瓷电容或者薄膜电容即可稳定输出电压。
如图3所示,所述实施例1中电路参数波形图,可以看出Vc中电压已经含有三次谐波的成分。
如图4所示,为实施例2的结构示意图,在实施例1中,输出为恒定电压。有些情况下,对LED需要进行恒定电流驱动。所以给出本实施例2。本例中LED驱动器可以以恒定电流对驱动LED,驱动电流为
ILED=VREF/R13
本发明提供了两个实施例,第一个为恒定电压输出,第二个为恒定电流输出,两个实施例中电容均陶瓷电容或者薄膜电容,不需要大容量的电解电容。
综上所述,本发明提出了一种无电解电容的LED驱动器,其中包括整流桥、基准电压产生模块、驱动模块、LED、功率管、运算放大器、模拟乘法器、电流放大器、过零检测模块ZCD、MOS管、电阻等。本发明中电路的工作在电感电流临界导通模式,自动实现功率因数校正,利用谐波成分,降低输入功率的峰值,并且可以使用容值较小的电容元件,避免使用大容量的电解电容,同时利用瞬态响应增强网络的方法,使得负载瞬态响应速度非常快,抗干扰能力增强,负载调整率很高,同样也可以避免使用大容量的电解电容来稳定输出电压。大容量的电解电容故障是导致电源故障率重要原因,所以本发明最大好处是提高电源的可靠性和寿命。
Claims (1)
1.一种无电解电容的LED驱动器,其特征在于,包括整流桥、基准电压产生模块、驱动模块、LED模块、开关管Q1、PMOS管PM1、NMOS管MN1、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一误差运算放大器、第二误差运算放大器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、RS触发器、电流放大器、过零检测模块ZCD、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、电容C1、C2、C3、C4、C5、二极管D5和电感L;其中,
整流桥的输入端接外部交流电源,其输出端通过电感L后接二极管D5的正极;电感L与整流桥输出端的连接点依次通过R1和R2后接地;R1与R2的连接点接第一运算放大器的正向输入端;第一运算放大器的反向输入端依次通过R3和R4后接地,其输出端接其反向输入端,其输出端还接第一乘法器的第一输入端、第一乘法器的第二输入端、第二乘法器的第一输入端;第一乘法器的输出端接第二乘法器的第二输入端;第二乘法器的输出端通过R5后接第二运算放大器的反向输入端;R3和R4的连接点通过R7后接第二运算放大器的正向输入端;R7与第二运算放大器正向输入端的连接点通过R8后接地;第二运算放大器的反向输入端通过R6解其输出端,其输出端接第三乘法器的第一输入端;第三乘法器的第二输入端接第一误差运算放大器的输出端;第一误差运算放大器的反向输入端接基准电压产生模块的输出端,其正向输入端通过R11后接二极管D5的负极,其正向输入端与R11的连接点通过R12后接地,其输出端通过C1后接其正向输入端;第三乘法器的第二输入端依次通过C2和R9后接第一误差放大器的正向输入端;第三乘法器的输出端接第三运算放大器的反向输入端;第三运算放大器的正向输入端接开关管Q1的源极,其输出端接RS触发器的R输入端;RS触发器的S输出端接过零检测模块ZCD,其Q输出端接驱动模块的输入端;驱动模块的输出端接开关管Q1的栅极;开关管Q1的漏极接电感L与二极管D5正极的连接点,其源极与第三运算放大器正向输入端的连接点通过R10后接地;二极管D5的负极接PMOS管PM1的源极;二极管D5负极与PMOS管PM1源极的连接点通过C3后接地;PMOS管PM1的栅极接第二误差运算放大器的输出端与NMOS管MN1的漏极,其漏极接LED模块;第二误差运算放大器的反向输入端接基准电压模块的输出端,其正向输入端通过R14后接PMOS管PM1的漏极;R14与第二误差运算放大器正向输入端的连接点通过R15后接地;NMOS管MN1的源极接地,其栅极接电流放大器的输出端;电流放大器与R13并联,其输入端通过C4后接PMOS管PM1的漏极;C5与LED模块并联。
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