CN109905941A

CN109905941A - 单极式多模态宽范围输入电压无电解电容led驱动器

Info

Publication number: CN109905941A
Application number: CN201910170219.9A
Authority: CN
Inventors: 曾君; 刘锋; 刘俊峰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: CN109905941B

Abstract

本发明公开了一种单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，包括交流电源、滤波电感、滤波电容、4个整流二极管、4个开关管、2个输入电容、2个升压二极管、升压电感、2个输出二极管、2个LED负载、输出电感、2个输出电容，其中2个开关管构成双向开关。当输入电压为220V时，双向开关断开，LED驱动器工作于半压输入模式，可以实现低的母线电压和高效率；当输入电压为110V时，双向开关导通，LED驱动器工作于全压输入模式，降低了桥式整流二极管和另外2个开关管的导通损耗，提高了***在低输入电压情况下的效率。本发明具有高效率、可工作于宽范围电压输入、母线电压低、无电解电容等优点。

Description

单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器

技术领域

本发明涉及LED驱动的技术领域，尤其是指一种单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器。

背景技术

传统的LED驱动器拓扑由两级结构组成：功率因数校正(PFC)级和半桥DC/DC变换器级。虽然两级结构的独立性简化了设计，但控制复杂性和***成本相应增加。同时，由于需要更多的控制电路和开关器件，效率相对较低。因此，实现了控制电路和开关器件共用的单极式LED驱动器得到了广泛的应用。传统的单极无桥boost PFC LED驱动器具有高效、高功率因数等优点，但由于工作于DCM模式，导致母线电压过高，通常情况下V_Bus>2V_in(V_in为输入电压幅值)。这不仅对母线电容的耐压提出了更高要求，而且使开关管承受更大的电压应力。当输入电压有效值为220V时，V_Bus会达到600V以上。故单极无桥boost PFC LED驱动器常用于低输入电压场合，限制了其应用范围。虽然桥式boost PFC LED驱动器可有效降低母线电压，但其包含全桥整流结构，在低输入电压情况下会引起较高的传导损耗，***效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服传统LED驱动器不能兼顾高输入电压与低输入电压应用场合的缺点，提出了一种可工作于宽范围输入电压的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，可以实现高效率与优化的母线电压。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，所述LED驱动器包括交流电源、滤波电感、滤波电容、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第一开关管、第二开关管、第一输入电容、第二输入电容、第一升压二极管、第二升压二极管、升压电感、第三开关管、第四开关管、第一输出二极管、第二输出二极管、第一LED负载、第二LED负载、输出电感、第一输出电容、第二输出电容；所述交流电源的一端与第一整流二级管的阳极、第二整流二级管的阴极、滤波电容的一端相连，其另一端与滤波电感的一端相连；所述滤波电感的另一端与第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极、滤波电容的另一端、第一开关管的漏极相连；所述第一开关管的源极与第二开关管的源极相连，构成双向开关；所述第二开关管的漏极与第一输入电容的负极、第二输入电容的正极、升压电感的一端相连；所述第一输入电容的正极与第一整流二极管的阴极、第三整流二极管的阴极、第一升压二极管的阳极相连；所述第二输入电容的负极与第二整流二极管的阳极、第四整流二极管的阳极、第二升压二极管的阴极相连；所述升压电感的另一端与第三开关管的源极、第四开关管的漏极、第一输出二极管的阳极、第二LED负载的阴极相连；所述第三开关管的漏极与第一升压二极管的阴极、第一输出电容的正极相连；所述第四开关管的源极与第二升压二极管的阳极、第二输出电容的负极相连；所述第一输出二极管的阴极与第一LED负载的阳极相连；所述第二LED负载的阳极与第二输出二极管的阴极相连；所述第一LED负载的阴极与第二输出二极管的阳极、输出电感的一端相连；所述输出电感的另一端与第一输出电容的负极、第二输出电容的正极相连。

所述LED驱动器在不同的输入电压情况下，通过第一开关管和第二开关管的导通与断开，工作于不同的模态以获得高效率与低母线电压；当输入电压在220-240Vrms的范围内时，第一开关管和第二开关管关断，该LED驱动器工作于半压输入模式，以获得低的母线电压，减小器件的开关应力，半压输入模式中的高输入电压由第一输入电容和第二输入电容均分，并且升压电感工作于临界导通模式；当输入电压在100-120Vrms的范围内时，第一开关管和第二开关管导通，该LED驱动器工作于全压输入模式，减小了二极管导通损耗，提高***效率，在全压输入模式中，因为第一输入电容和第二输入电容的电压是非负的，第三整流二极管和第四整流二极管关断，在输入电压的正半周期中，第一输入电容的电压等于输入电压，第二输入电容的电压保持为零，在输入电压的负半周期中，第二输入电容的电压等于输入电压，第一输入电容的电压保持为零。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、在高输入电压情况下，通过关断第一开关管和第二开关管降低母线电压，减小母线电容和开关器件的电压应力。

2、在低输入电压情况下，通过开通第一开关管和第二开关管减小整流二极管和开光管损耗，提高***效率。

3、无电解电容，寿命长。

总之，本发明可以根据输入电压的不同工作于不同的模式，在高输入电压时实现低母线电压，在低输入电压时实现高效率，结构简单，控制灵活，具有良好的应用前景，值得推广。

附图说明

图1为本发明的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器电路图。

图2a为本发明工作于半压输入模式时的等效电路图。

图2b为本发明工作于全压输入模式时的等效电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所提供的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，包括交流电源V_in、滤波电感L_f、滤波电容C_f、第一整流二极管D₁、第二整流二极管D₂、第三整流二极管D₃、第四整流二极管D₄、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一输入电容C₁、第二输入电容C₂、第一升压二极管D₅、第二升压二极管D₆、升压电感L_b、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第一输出二极管D₇、第二输出二极管D₈、第一LED负载LED₁、第二LED负载LED₂、输出电感L_r、第一输出电容C_b1、第二输出电容C_b2；所述交流电源V_in的一端与第一整流二级管D₁的阳极、第二整流二级管D₂的阴极、滤波电容C_f的一端相连，其另一端与滤波电感L_f的一端相连；所述滤波电感L_f的另一端与第三整流二极管D₃的阳极、第四整流二极管D₄的阴极、滤波电容C_f的另一端、第一开关管S₁的漏极相连；所述第一开关管S₁的源极与第二开关管S₂的源极相连，构成双向开关；所述第二开关管S₂的漏极与第一输入电容C₁的负极、第二输入电容C₂的正极、升压电感L_b的一端相连；所述第一输入电容C₁的正极与第一整流二极管D₁的阴极、第三整流二极管D₃的阴极、第一升压二极管D₅的阳极相连；所述第二输入电容C₂的负极与第二整流二极管D₂的阳极、第四整流二极管D₄的阳极、第二升压二极管D₆的阴极相连；所述升压电感L_b的另一端与第三开关管S₃的源极、第四开关管S₄的漏极、第一输出二极管D₇的阳极、第二LED负载LED₂的阴极相连；所述第三开关管S₃的漏极与第一升压二极管D₅的阴极、第一输出电容C_b1的正极相连；所述第四开关管S₄的源极与第二升压二极管D₆的阳极、第二输出电容C_b2的负极相连；所述第一输出二极管D₇的阴极与第一LED负载LED₁的阳极相连；所述第二LED负载LED₂的阳极与第二输出二极管D₈的阴极相连；所述第一LED负载LED₁的阴极与第二输出二极管D₈的阳极、输出电感L_r的一端相连；所述输出电感L_r的另一端与第一输出电容C_b1的负极、第二输出电容C_b2的正极相连。

本实施例上述的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器的工作原理为：当输入电压V_in在220-240Vrms的范围内时，第一开关管S₁和第二开关管S₂关断，此时所提出的LED驱动器工作于半压输入模式，等效电路如图2a所示。半压输入模式中，高输入电压由第一输入电容C₁和第二输入电容C₂均分，实现了低母线电压。此外升压电感L_r工作于临界导通模式，以实现高的功率因数。当输入电压V_in在100-120Vrms的范围内时，第一开关管S₁和第二开关管S₂导通，LED驱动器工作于全压输入模式。在全压输入模式中，因为第一输入电容C₁和第二输入电容C₂的电压是非负的，第三整流二极管D₃和第四整流二极管D₄关断，等效电路如图2b所示。在输入电压的正半周期中，第一输入电容C₁的电压等于输入电压，第二输入电容C₂的电压保持为零；在输入电压的负半周期中，第二输入电容C₂的电压等于输入电压，第一输入电容C₁的电压保持为零。全压输入模式降低了二极管和开关器件的损耗，提高了***效率。此外升压电感L_r工作于断续导通模式，以确保高的功率因数。

综上所述，本发明的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，实现了优化母线电压，有效降低了高输入电压情况下母线电容和开关器件的电压应力，并且减小了***在低输入电压情况下的损耗，提高了***效率。此外，本发明的LED驱动器实现了无电解电容，有效提高了***寿命与可靠性。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，其特征在于：所述LED驱动器包括交流电源、滤波电感、滤波电容、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第一开关管、第二开关管、第一输入电容、第二输入电容、第一升压二极管、第二升压二极管、升压电感、第三开关管、第四开关管、第一输出二极管、第二输出二极管、第一LED负载、第二LED负载、输出电感、第一输出电容、第二输出电容；所述交流电源的一端与第一整流二级管的阳极、第二整流二级管的阴极、滤波电容的一端相连，其另一端与滤波电感的一端相连；所述滤波电感的另一端与第三整流二极管的阳极、第四整流二极管的阴极、滤波电容的另一端、第一开关管的漏极相连；所述第一开关管的源极与第二开关管的源极相连，构成双向开关；所述第二开关管的漏极与第一输入电容的负极、第二输入电容的正极、升压电感的一端相连；所述第一输入电容的正极与第一整流二极管的阴极、第三整流二极管的阴极、第一升压二极管的阳极相连；所述第二输入电容的负极与第二整流二极管的阳极、第四整流二极管的阳极、第二升压二极管的阴极相连；所述升压电感的另一端与第三开关管的源极、第四开关管的漏极、第一输出二极管的阳极、第二LED负载的阴极相连；所述第三开关管的漏极与第一升压二极管的阴极、第一输出电容的正极相连；所述第四开关管的源极与第二升压二极管的阳极、第二输出电容的负极相连；所述第一输出二极管的阴极与第一LED负载的阳极相连；所述第二LED负载的阳极与第二输出二极管的阴极相连；所述第一LED负载的阴极与第二输出二极管的阳极、输出电感的一端相连；所述输出电感的另一端与第一输出电容的负极、第二输出电容的正极相连。

2.根据权利要求1所述的单极式多模态宽范围输入电压无电解电容LED驱动器，其特征在于：所述LED驱动器在不同的输入电压情况下，通过第一开关管和第二开关管的导通与断开，工作于不同的模态以获得高效率与低母线电压；当输入电压在220-240Vrms的范围内时，第一开关管和第二开关管关断，该LED驱动器工作于半压输入模式，以获得低的母线电压，减小器件的开关应力，半压输入模式中的高输入电压由第一输入电容和第二输入电容均分，并且升压电感工作于临界导通模式；当输入电压在100-120Vrms的范围内时，第一开关管和第二开关管导通，该LED驱动器工作于全压输入模式，减小了二极管导通损耗，提高***效率，在全压输入模式中，因为第一输入电容和第二输入电容的电压是非负的，第三整流二极管和第四整流二极管关断，在输入电压的正半周期中，第一输入电容的电压等于输入电压，第二输入电容的电压保持为零，在输入电压的负半周期中，第二输入电容的电压等于输入电压，第一输入电容的电压保持为零。