CN201590919U

CN201590919U - 高功率因数高性能led驱动电路

Info

Publication number: CN201590919U
Application number: CN2009201744757U
Authority: CN
Inventors: 朱士海
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2019-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种高功率因数高性能LED驱动电路，包括输入EMI滤波电路、整流桥和输出整流滤波电路，该电路还包括逐流式功率因数校正电路和采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，交流输入信号顺次经过EMI滤波电路、整流桥、逐流式功率因数校正电路、采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，最后经过输出整流滤波电路输出。根据本实用新型的驱动电路，具有功率因数高、结构简单、安全隔离、可靠性高、成本低、性价比高等优点。

Description

高功率因数高性能LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动电路，尤其涉及一种高功率因数高性能LED驱动电路。

背景技术

LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。LED是低压发光器件，具有长寿命，高光效，安全环保，方便使用等优点。对于市电交流输入电源驱动，隔离输出是基于安全规范的要求。LED驱动电源的效率越高，则越能发挥LED高光效，节能的优势。同时高开关工作频率，高效率使得整个LED驱动电源容易安装在设计紧凑的LED灯具中。高恒流精度保证了大批量使用LED照明时的亮度和光色一致性。IEC国际电工委员会对照明灯具提出了明确的谐波要求，即IEC61000-3-2标准。同时，对于25W以下照明灯具，要求功率因数指标大于0.7，即PF＞0.7。

而现有小功率LED驱动电路却不能满足功率因数指标和谐波要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种结合有逐流式功率因数校正电路和采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路的高功率因数高性能LED驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高功率因数高性能LED驱动电路，包括输入EMI滤波电路、整流桥和输出整流滤波电路，所述LED驱动电路还包括逐流式功率因数校正电路和采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，交流输入信号顺次经过EMI滤波电路、整流桥、逐流式功率因数校正电路、采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，最后经过输出整流滤波电路输出。

在一优选实施例中，逐流式功率因数校正电路可包括第二电容器C2、第三电容器C3、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，其中第二电容器C2的负极与第四二极管D4的负极以及第三二极管D3的正极相连，第二二极管D2的正极与第三二极管D3的负极以及第三电容器C3的正极相连，第二电容器C2的正极与第二二极管D2的负极共接到整流桥，第四二极管D4的正极与第三电容器C3的负极共接到整流桥。

此外，逐流式功率因数校正电路还可包括第二电阻器R2，其一端连接到第三二极管D3的正极，另一端连接到第二电容器C2的负极与第四二极管D4的负极。

此外，逐流式功率因数校正电路还可包括第二电感L2，其一端连接到第三二极管D3的正极，另一端连接到第二电容器C2的负极与第四二极管D4的负极。

在一优选实施例中，采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路可包括控制芯片U1、变压器T1、开关晶体管、第七二极管D7和第六电容器C6。其中，控制芯片U1的电源引脚Vcc经由第一电阻器R1连接到所述第二二极管D2的负极，输出引脚Out连接到开关晶体管的第一接线端，反馈引脚FB经第七电阻器R7与接地引脚GND共接到地，片选引脚CS经第四电阻器R4和第五电阻器R5连接到地，第四电阻器R4和第五电阻器R5之间的节点与开关晶体管的第二接线端相连。变压器T1包括原边绕组、原边辅助绕组和负边绕组，原边绕组的第一端、原边辅助绕组的第一端以及负边绕组的第一端为同极性端，原边绕组的第一端和第二端分别连接到开关晶体管的第三接线端和第二二极管D2的负极，开关晶体管的第三接线端还连接到第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极经由并联连接的第五电容器C5和第八电阻器R8与第二二极管D2的负极相连，原边辅助绕组的第一端经由第六电阻器R6连接到控制芯片U1的反馈引脚FB，并且该第一端还依次经由第六二极管D6和第四电容器C4连接到地，第六二极管D6的负极连接到第四电容器C4的一端以及控制芯片的电源引脚Vcc，原边辅助绕组的第二端接地，而负边绕组与串联连接的第七二极管D7和第六电容器C6相并联连接，负边绕组的第一端连接到第七二极管D7的正极，其第二端连接到第六电容器C6的负极，串联连接的第七电容器C7和第十电阻器R10并联连接在第七二极管D7的两端，第七二极管D7的正极连接到第七二极管D7的一端，而其负极连接到第十电阻器R10的一端。

其中，开关晶体管可以为NPN型三极管，在这种情况下，开关晶体管的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别对应于基极、发射极和集电极。另外，开关晶体管也可以为MOS晶体管，在这种情况下，开关晶体管的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别对应于栅极、源极和漏极。此外，输出整流滤波电路包括第九电阻器(R9)，并联连接在第六电容器(C6)两端。

逐流式功率因数校正电路能够增大整流电路的导通角，从而提高功率因数；而采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，省去了副边输出恒流恒压检测电路和光耦器件，只检测原边开关电流和变压器辅助绕组电压，实现输出的恒流恒压控制，这进一步降低了成本，提高了可靠性和性价比。因此，根据本实用新型的实施例，实现了LED驱动电源的高功率因数，高效率，安全隔离，并且符合电磁兼容EMC标准，还具有高电流控制精度、高可靠性、体积小、成本低等优点。

从下面结合附图对具体实施例的描述中，本实用新型的其它方面及优点将更加明显。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一优选实施例的高功率因数高性能LED驱动电路；

图2示出了图1中所示的逐流式功率因数校正电路的输出电压波形；

图3示出了图1中所示的采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路的变压器副边输出的电流波形；

图4示出了图1所示的驱动电路中的控制芯片一可选实施例的内部功能图；

图5示出了输入交流230V、输出满载5W时使用如图1所示的LED驱动电路输入交流电压及输入电流波形；

图6示出了逐流式功率因数校正电路的其它可选实施方式。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本实用新型的优选实施例。

参照图1，输入交流电压经过保险丝F1，经过由第一电感L1、第一电容器C1组成的EMI滤波器11，然后经过由四个第一二极管D1构成的整流桥12，再经过包括第二电容器C2、第三电容器C3、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的逐流式功率因数校正电路13完成功率因数校正功能。逐流式功率因数校正电路13提高整流电路功率因数的原理在于增大了整流电路的导通角，在输入交流电压大于峰值电压一半时，整流桥12就能导通，这就避免了传统不控整流电路只在交流电压峰值附近才能瞬间导通导致大的电流尖峰和波形畸变问题，从而降低了总谐波失真度，即THD。

经过逐流式功率因数校正电路13后，电路节点A到地的电压波形如图2所示。参照图2，A点电压不是一个平直的直流电压，而是一个波动电压，该电压在输入交流电压峰值一半到输入交流电压峰值之间波动，频率是输入交流电压频率的2倍。

经过逐流式功率因数校正电路13后，由包括控制芯片U1、变压器T1、NPN型三极管Q1、第七二极管D7、第六电容器C6的反激式开关电源电路14完成隔离输出和变压功能，其中控制芯片U1实现反激式开关电源电路14的开关控制功能。

采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路14的工作原理是：设定在一个开关周期内，作为输出二极管的第七二极管D7的导通时间为Tons，关断时间为Toffs，输出电流峰值为Ipks，变压器原边绕组匝数为Np，副边匝数为Ns。控制芯片U1控制开关占空比，保持第七二极管D7的导通时间Tons和开关周期时间Tons+Toffs比例恒定，则一个开关周期内，输出电流的平均值为：

I_{out} = \frac{1}{2} \cdot I_{pks} \cdot \frac{T_{ons}}{T_{ons} + T_{offs}}

图3为反激式开关电源电路14的副边输出电流波形。

根据安培定理，第七二极管D7刚导通时输出电流峰值Ipks与变压器原边电流峰值Ipk有如下关系：

I_{pks} = \frac{N_{p}}{N_{s}} \cdot I_{pk}

因此，输出电流的平均值为：

I_{out} = \frac{1}{2} \cdot \frac{N_{p}}{N_{s}} \cdot I_{pk} \cdot \frac{T_{ons}}{T_{ons} + T_{offs}}

控制芯片U1通过检测原边电流，控制原边电流峰值恒定，同时控制开关占空比，保持第七二极管D7的导通时间Tons和开关周期时间Tons+Toffs比例恒定，实现了输出电流的恒定。

另外，图1所示优选实施例中，第一电阻器R1为控制芯片U1的启动电阻，连接到芯片的电源引脚Vcc，在电路上电后提供芯片一定大小的启动电流。第五二极管D5、第八电阻器R8、第五电容器C5构成反激式开关电源电路14的吸收电路，在开关Q1关断后，吸收开关上的尖峰电压。Na为辅助绕组，与第六二极管D6、第四电容器C4构成控制芯片U1的供电回路。同时，辅助绕组电压经过第六电阻器R6、第七电阻器R7分压，连接到控制芯片U1的反馈引脚FB，作为输出电压的检测和保护电路。第五电阻器R5为开关Q1的电流检测电阻，经过第四电阻器R4后连接到控制芯片U1的片选引脚CS，即控制芯片U1的电流采样引脚。第七电容器C7、第十电阻器R10为第七二极管D7的吸收电路。控制芯片U1的接地引脚GND连接到地电位，引脚Out为输出驱动脚，输出一定脉宽的PWM信号，控制开关Q1的开通和关断。

图1所示优选实施例中，控制芯片U1的一个具体产品型号可以是BCD Semiconductor生产的AP3766、AP3763、AP3765等型号。图4为芯片AP3766内部功能框图，由图4可以看出，其包括恒压控制单元，峰值电流控制单元，恒流控制单元，内部稳压和偏置单元，输出驱动单元等。

采用图1所示优选实施例的5W LED驱动电源在输入电压有效值230V下输入电流实际测试波形如图5所示。图5中通道1波形为输入交流电压波形，通道2为输入电流波形。经过测试，输入电流总谐波失真THD为48％，功率因数PF达到0.8，满足IEC61000-3-2标准。

另外，需要指出的是，图1所示的优选实施例中，开关Q1除了可以采用三极管之外也可以采用功率MOSFET等其它半导体开关器件。控制芯片U1也可以与开关Q1集成封装在一起。另外，上述电路除了用于LED驱动外，还可以用于充电器、适配器等其它应用领域。

本说明书中所描述的只是本实用新型的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在如权利要求所界定的本实用新型的范围之内。

Claims

1.一种高功率因数高性能LED驱动电路，包括输入EMI滤波电路、整流桥和输出整流滤波电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括逐流式功率因数校正电路和采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，交流输入信号顺次经过EMI滤波电路、整流桥、逐流式功率因数校正电路、采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路，最后经过输出整流滤波电路输出。

2.如权利要求1所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述逐流式功率因数校正电路包括第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，其中第二电容器(C2)的负极与第四二极管(D4)的负极以及第三二极管(D3)的正极相连，第二二极管(D2)的正极与第三二极管(D3)的负极以及第三电容器(C3)的正极相连，第二电容器(C2)的正极与第二二极管(D2)的负极共接到整流桥，第四二极管(D4)的正极与第三电容器(C3)的负极共接到整流桥。

3.如权利要求2所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述逐流式功率因数校正电路还包括第二电阻器(R2)，其一端连接到第三二极管(D3)的正极，另一端连接到第二电容器(C2)的负极与第四二极管(D4)的负极。

4.如权利要求2所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述逐流式功率因数校正电路还包括第二电感(L2)，其一端连接到第三二极管(D3)的正极，另一端连接到第二电容器(C2)的负极与第四二极管(D4)的负极。

5.如权利要求2-4中任一项所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述采用原边开关控制方式的反激式开关电源电路包括控制芯片(U1)、变压器(T1)、开关晶体管、第七二极管(D7)和第六电容器(C6)，其中，

控制芯片(U1)的电源引脚(Vcc)经由第一电阻器(R1)连接到所述第二二极管(D2)的负极，输出引脚(Out)连接到开关晶体管的第一接线端，反馈引脚(FB)经第七电阻器(R7)与接地引脚(GND)共接到地，片选引脚(CS)经第四电阻器(R4)和第五电阻器(R5)连接到地，第四电阻器(R4)和第五电阻器(R5)之间的节点与开关晶体管的第二接线端相连，

变压器(T1)包括原边绕组、原边辅助绕组和负边绕组，原边绕组的第一端、原边辅助绕组的第一端以及负边绕组的第一端为同极性端，原边绕组的第一端和第二端分别连接到开关晶体管的第三接线端和所述第二二极管(D2)的负极，开关晶体管的第三接线端还连接到第五二极管(D5)的正极，第五二极管(D5)的负极经由并联连接的第五电容器(C5)和第八电阻器(R8)与第二二极管(D2)的负极相连，原边辅助绕组的第一端经由第六电阻器(R6)连接到控制芯片(U1)的反馈引脚(FB)，并且该第一端还依次经由第六二极管(D6)和第四电容器(C4)连接到地，第六二极管(D6)的负极连接到第四电容器(C4)的一端以及控制芯片的电源引脚(Vcc)，原边辅助绕组的第二端接地，而负边绕组与串联连接的第七二极管(D7)和第六电容器(C6)相并联连接，负边绕组的第一端连接到第七二极管(D7)的正极，其第二端连接到第六电容器(C6)的负极，串联连接的第七电容器(C7)和第十电阻器(R10)并联连接在第七二极管(D7)的两端，第七二极管(D7)的正极连接到第七二极管(D7)的一端，而其负极连接到第十电阻器(R10)的一端。

6.如权利要求5所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述开关晶体管为NPN型三极管，所述第一接线端、第二接线端和第三接线端分别对应于基极、发射极和集电极。

7.如权利要求5所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，所述开关晶体管为MOS晶体管，所述第一接线端、第二接线端和第三接线端分别对应于栅极、源极和漏极。

8.如权利要求5所述的高功率因数高性能LED驱动电路，其特征在于，输出整流滤波电路包括第九电阻器(R9)，并联连接在第六电容器(C6)两端。