CN104780692B - 一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路。该LED驱动电路包括一输入电源Vin、一功率MOS开关管Q1、一功率MOS开关管Q2、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、一中间电容CB、一输出电容C2、一电感LBoost、一高频变压器Tr。本发明通过构造单级无桥双Boost与Flyback集成LED驱动电路，实现高效、高功率因数以及恒定的电流输出等功能。

Description

一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路
技术领域
本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，更具体说是一种将无桥双Boost PFC电路和后级Flyback电路集成的单级LED驱动电路以实现输入功率因数校正和输出恒流LED驱动。
背景技术
为了抑制网侧输入电流的低频谐波污染，25瓦以上的照明电器需要满足国际电工委员会颁布的标准IEC1000-3-2等权威机构颁布的低频谐波电磁兼容标准。为了符合上述要求，功率因数校正技术成为了必要。
通常交流-直流PFC变换器从电路结构上可分为单级与多级PFC电路两大类。LED驱动电源前级一般为PFC电路，后级为恒流输出电路；前级一般采用Boost、buck、cuk等结构，后级DC-DC电路根据功率等级一般采用Flyback、LLC等结构。两级PFC电路具有输入电流总谐波失真度小，功率因数接近单位值的优点。但两级PFC电路控制相对复杂，成本较高，整机效率低，不适用于中小功率场合。单级功率因数校正电路（简称单级PFC电路）将前级PFC变换器与后级DC-DC变换器拓扑上集成，即共用一个功率开关管和一套控制电路，具有控制简单、整机效率高和功率器件少等优点。
传统前级Boost PFC电路由于整流桥的存在而影响整机的效率，特别在低压大电流的场合，过高的导通损耗降低整机效率，同时使整机的功率密度无法改善，而无桥Boost电路可以有效的降低半导体功率二极管的导通损耗；反激变换电路由于具有拓扑简单，输入输出电气隔离，升/降压范围广，实现多路输出等优点而被广泛应用。本发明单级无桥双Boost与Flyback 集成LED驱动电路既具有降低整流桥导通损耗的优点，又能有效实现输入输出隔离和多路输出，并且只需要一套控制电路，可以有效的降低成本和提高整机效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，实现高功率因数、高效和恒流输出，并降低主电路的导通损耗实现整机效率的提高，通过电路集成，也有效的减小了功率半导体器件数目和节约了***的成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源Vin，所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率二极管D1的阳极和一功率二极管D2的阴极；所述功率二极管D1的阴极连接一中间电容CB、一功率二极管D3的阴极和一功率MOS开关管Q1的漏极；所述中间电容CB的另一端连接一功率二极管D2的阳极和一功率MOS开关管Q2的源极和一变压器Tr的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q1的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D4的阳极，所述功率MOS开关管Q1的栅极连接第一路PWM控制信号；所述功率二极管D3的阳极连接到所述功率MOS开关管Q2的漏极、所述功率二极管D4的阴极和一电感LBoost的一端；所述的功率MOS开关管Q2的栅极连接第二路PWM控制信号；所述电感LBoost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接到输出电容C2的正端；所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C2的正、负端连接所述LED驱动电路的LED负载。
在本发明一实施例中，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、功率二极管D5是快恢复二极管。
在本发明一实施例中, 变压器Tr是高频变压器，原副边同名端反方向。
在本发明一实施例中，所述中间电容CB是电解电容。
在本发明一实施例中，所述输出电容C2是电解电容。
在本发明一实施例中，所述功率MOS开关管Q1在所有电源周期内高频工作，而功率MOS开关管Q2只有在电源周期负半周时高频工作，同时，所述功率MOS开关管Q1和Q2在电源周期的负半周时采用高频互补导通。
在本发明一实施例中，所述功率MOS开关管Q1作为双Boost电路正半周期的开关管，所述功率MOS开关管Q2作为双Boost电路负半周期的开关管，同时功率MOS开关管Q1作为反激变换器的开关管。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1．相对于两级无桥双Boost+Flyback电路，单级集成电路少了一个开关管，减少了功率半导体器件的数量，可以有效降低成本；
2．单级电路只需要一套控制方案，减小了控制电路的复杂性，同时也可以节约成本；
3．与Boost PFC电路相比，本发明减少输入功率整流二极管桥损耗，在低压输入时具有更低的导通损耗，具有更高的变换效率；
4．本发明具有无桥双Boost电路和Flyback电路的优点，在能实现高功率因数的同时，实现恒流输出控制，无整流桥、一套控制电路，控制简单，节约成本，提高了整机效率，降低了***的复杂性。
附图说明
图1是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路原理图。
图2是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感LBoost电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q1导通时的工作模态示意图。
图3是本发明的一种单级无桥Boost+Flyback集成的 LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q1关断时电感LBoost电流给中间电容充电的工作模态示意图。
图4本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q1关断时电感LBoost电流为0时的工作模态示意图。
图5是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q2导通时电感LBoost电流充电的工作模态示意图。
图6是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q1、Q2关断、处于死区时电感LBoost给中间电容充电的工作模态示意图。
图7是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q1导通中间电容给反激变压器充电的工作模态示意图。
图8是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q1、Q2关断、处于死区时反激变压器给负载LED供电的工作模态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种高效单级LED驱动电路，具体为一种单级无桥双Boost与Flyback 集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源Vin，所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率二极管D1阳极和一功率二极管D2的阴极；所述功率二极管D1的阴极连接一中间电容CB、一功率二极管D3的阴极和一功率MOS开关管Q1的漏极；所述中间电容CB的另一端连接所述功率二极管D2的阳极和一功率MOS开关管Q2的源极和一变压器Tr的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q1的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D4的阳极，所述功率MOS开关管Q1的栅极连接一第一路PWM控制信号；所述功率二极管D3的阳极连接到所述功率MOS开关管Q2的漏极、所述功率二极管D4的阴极和一电感LBoost的一端；所述的功率MOS开关管Q2的栅极连接一第二路PWM控制信号；所述电感LBoost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接到输出电容C2的正端；所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C2的正、负端作为所述LED驱动电路的输出端。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、功率二极管D5是快恢复二极管。所述中间电容CB及输出电容C2是电解电容。所述功率MOS开关管Q1在所有电源周期内高频工作，而功率MOS开关管Q2只有在电源周期负半周时高频工作，同时，所述功率MOS开关管Q1和Q2在电源周期的负半周时采用高频互补导通。MOS开关管Q1和Q2在正负电源周期分别构成双BOOST电路工作,且功率MOS开关管Q1又作为Flyback开关管工作；所述变压器Tr是高频变压器。
以下讲述本发明的一实施例：
本发明通过采用单级无桥Boost和Flyback 集成的LED驱动电路，实现高效恒流输出，降低主电路的导通损耗并能同时达到功率因数校正功能。下面结合图1中的具体实例具体说明本发明的一种单级无桥双Boost+Flyback集成的 LED驱动电路在无桥Boost电感LBoost电流断续模式（DCM模式）和后级Flyback变换器电路的变压器Tr电流连续模式(CCM模式)下的具体工作模态，如图2至图8所示。
参照图2，输入交流电压为正半周期，在功率MOS开关管Q1导通时，输入的输入交流电压源Vin通过功率MOS开关管Q1对电感LBoost进行充电，同时中间电容通过Q1给反激变换器变压器Tr充电，输出电容C2给LED供电。此时，快恢复功率二极管D2、D3、D5承受反向电压而截止。
参照图3，输入交流电压为正半周期,在功率MOS开关管Q1截止时，电感LBoost上的能量通过快恢复功率二极管D1和Q2的体二极管给中间电容CB充电，同时Tr的能量通过功率二极管D5给输出电容C2充电并给LED供电。此时功率二极管D2、D3、D4因承受反压关断，Q1和Q2处在死区时间也关断。
参照图4，输入交流电压为正半周期，电感LBoost上的能量释放完，功率二极管D1、D2、D3、D4承受反压截止，因Tr工作在连续模式（CCM），此时Tr能量通过功率二极管D5给输出电容C2充电并给LED供电。在交流电源正半周期内，下一个开关周期重复图一到图四工作过程。
参照图5，输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管Q2导通时，输入的输入交流电压源Vin通过功率MOS开关管Q2、功率二极管D2给电感LBoost充电，Tr的能量通过功率二极管D5给输出电容C2充电并给LED供电，此时功率二极管D2、D3、D4承受反压截止。
参照图6，输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管Q1、Q2都关断时，电感LBoost通过功率二极管D3、D2给中间电容CB充电，Tr的能量通过功率二极管D5给输出电容C2充电并给LED供电，功率二极管D1、D4承受反压截止。
参照图7，输入交流电压为负半周期，功率MOS开关管Q1导通，中间电容CB和电感LBoost同时给Flyback变压器Tr充电，此时LED负载由C2来供电。此时功率二极管D1、D4承受反压截止。
参照图8，输入交流电压为负半周期，功率MOS开关管Q1、Q2都关断，功率二极管D1、D2、D3、D4承受反压截止，因Tr工作在连续模式（CCM），此时Tr能量通过功率二极管D5给输出电容C2充电并给LED供电。在交流电源负半周周期内，下一个开关周期重复图五到图八工作过程。
上列为一实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源Vin，其特征在于：所述输入交流电压源Vin的一端连接一功率二极管D1的阳极和一功率二极管D2的阴极；所述功率二极管D1的阴极连接一中间电容CB、一功率二极管D3的阴极和一功率MOS开关管Q1的漏极；所述中间电容CB的另一端连接一功率二极管D2的阳极和一功率MOS开关管Q2的源极和一变压器Tr的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q1的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D4的阳极，所述功率MOS开关管Q1的栅极连接第一路PWM控制信号；所述功率二极管D3的阳极连接到所述功率MOS开关管Q2的漏极、所述功率二极管D4的阴极和一电感 LBoost的一端；所述的功率MOS开关管Q2的栅极连接第二路PWM控制信号；所述电感LBoost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接到输出电容C2的正端；所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C2的正、负端连接所述LED驱动电路的LED负载；所述功率MOS开关管Q1在所有电源周期内高频工作，而功率MOS开关管Q2只需要在电源周期负半周时高频工作，同时，所述功率MOS开关管Q1和Q2在电源周期的负半周时采用高频互补导通。
2.根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：变压器Tr是高频变压器，原副边同名端是反方向的。
3.根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的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、功率二极管D5是快恢复二极管。
4.根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述中间电容CB是电解电容。
5.根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述输出电容C2是电解电容。
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