CN104168705A - 一种无电解电容的led驱动器 - Google Patents

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

一种无电解电容的LED驱动器

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

v_a＝V_in*k_a*|sinωt|

v_b＝V_in*k_b*|sinωt|

$k_a=\frac{R2}{R1+R2}*\frac{R4}{R3+R4}$

$k_b=\frac{R2}{R1+R2}$

其中V_in为输入电压的幅值,k_a,、k_b为比例系数。v_a为运算放大器1的输出电压，v_b为电阻R3、R4分点压v_a所得。

v_a经过两次相乘后得到v_a 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

v_r＝V_ink_b*|sinωt|-V_in ³k_a ³*|sinωt|³

减法器的输出v_r中含有三次谐波，v_r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k_b:(V_in ²*k_a ³)＝2.45:1.94，那么v_r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

I_LED＝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。