專利名稱：一種高效率恒流led驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器。具體的說應(yīng)該是， 一種帶有有源 功率因數(shù)校正(PFC)功能的恒流LED驅(qū)動(dòng)器電路，該電路中，PFC輸出的中 間母線電壓跟隨輸出電壓變化，使恒流驅(qū)動(dòng)器在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)都有較高 的效率。
背景技術(shù)：
LED恒流驅(qū)動(dòng)電源中比較常用一個(gè)方案是有源PFC+隔離DC/DC變換器， PFC輸出通常為固定電壓。常用的DC/DC變換的拓?fù)浒▽?duì)稱或不對(duì)稱半橋電 路、全橋電路、諧振變換電路等，諧振變換電路以三元件LLC電流諧振變換器 應(yīng)用最普遍。
傳統(tǒng)的LLC電流諧振變換器，由于可以在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊 MOSFET的零電壓開通和副邊二極管的零電流關(guān)斷。因此具有開關(guān)損耗低，效 率高，便于實(shí)現(xiàn)高頻化，提高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。
LLC諧振電路在諧振頻率附近工作效率最優(yōu)，因此往往將額定工作點(diǎn)設(shè)置 在諧振頻率點(diǎn)附近，當(dāng)輸入電壓降低或輸出電壓增大時(shí)，通過降低工作頻率來獲 得較大的增益；當(dāng)輸入電壓增大或輸出電壓降低時(shí)，通過提高工作頻率來獲得較 低的增益。但在諧振頻率之上，頻率對(duì)增益調(diào)節(jié)能力不夠，調(diào)節(jié)范圍較窄。即使 能夠調(diào)節(jié)，工作頻率范圍也會(huì)非常寬，效率較低，因此LLC電路在應(yīng)用于寬輸 出電壓范圍的恒流LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，很難保證在整個(gè)輸出變化范圍內(nèi)效率都比較 高
傳統(tǒng)的對(duì)稱或不對(duì)稱半橋電路、全橋電路在占空比接近50%時(shí)效率最高， 應(yīng)用于寬輸出電壓范圍的恒流LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，在輸出電壓較低、占空比較小時(shí) 效率也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
5本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種提高恒流LED驅(qū)動(dòng)器效率的技術(shù)，通過調(diào) 節(jié)PFC輸出的中間母線電壓跟隨輸出電壓變化，使后級(jí)DC/DC電路工作在最優(yōu) 狀態(tài)來提高驅(qū)動(dòng)電源的整體效率。解決上述問題釆用的技術(shù)方案是 一種高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，包括整流 橋、PFC主電路、隔離DC/DC變換器、PFC控制器和PFC母線控制電路，其特 征在于所述的整流橋?qū)⒔涣鬏斎腚妷?Vac)整流后輸出整流電壓(Vdc)給PFC 主電路；所述的PFC主電路接受整流橋輸出的整流電壓(Vdc)，以及來自PFC控制 器的反饋電壓，經(jīng)功率因數(shù)校正后向隔離DC/DC變換器輸出直流電壓(Vbus);所述的隔離DC/DC變換器接收來自PFC主電路的直流電壓(Vbus)，經(jīng) DC/DC變換后向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vo)，并且提供LED負(fù)載所需要的恒 流控制；所述的PFC控制器接收來自PFC母線控制電路的控制信號(hào)，向PFC主電路 輸出反饋信號(hào)；所述的PFC母線控制電路對(duì)隔離DC/DC變換器輸出電壓(Vo)或輸出電 壓的等效電壓進(jìn)行采樣，輸出控制信號(hào)控制PFC控制器的輸出反饋電壓；實(shí)現(xiàn) PFC輸出中間母線電壓(Vbus)隨輸出電壓(Vo)而變化。根據(jù)本發(fā)明，所述的PFC母線控制電路包括輸出電壓采樣電路、PFC輸出 電壓調(diào)制電路，所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自隔離DC/DC變換器中 的變壓器T1的輔助繞組經(jīng)過二極管D4和電容C4的峰值保持信號(hào)，由輸出電壓 采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓(Vo)成比例的信號(hào)，作為PFC輸出電壓調(diào)制電路 的輸入信號(hào)，PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸出端接PFC控制器的輸入端。根據(jù)本發(fā)明，所述的PFC主電路包括電感L1、開關(guān)管S1、 二極管Dl和母 線電容C1，整流電壓(Vdc)正端連接到電感L1的第一端，電感L1的第二端 連接到開關(guān)管S1的第一端和二極管D1的陽極，整流電壓(Vdc)負(fù)端連接到開 關(guān)管SI的第二端，母線電容CI并聯(lián)在二極管Dl的陰極和開關(guān)管SI的第二端； 所述的PFC控制器的輸出端接控制開關(guān)管SI的第三端；母線電容CI兩端并聯(lián) 一個(gè)由電阻Rl和R2串聯(lián)的電路，電阻Rl連接電阻R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器的輸入端和PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸出端。
根據(jù)本發(fā)明，所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路包括三極管Q1、電阻R3以及供電電源VCC，輸出電壓采樣電路的輸出端連接到三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接到電阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC;三極管Q1的集電極輸出信號(hào)連接到電阻R1和R2的公共端。
根據(jù)本發(fā)明，所述的隔離DC/DC變換器是LLC諧振變換電路，或者是對(duì)稱、不對(duì)稱半橋電路或全橋電路。
本發(fā)明的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)所述的隔離DC/DC變換器是LLC諧振變換電路時(shí)，由于輸入電壓為跟隨輸出電壓(Vo)變化的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)，在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)，LLC電路可以工作在諧振頻率附近，因此諧振單元的增益范圍減小，工作頻率范圍縮小，可以使恒流模塊在寬輸出電壓范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)很高的效率。
當(dāng)所述的隔離DC/DC變換器是對(duì)稱、不對(duì)稱半橋電路或全橋電路時(shí)，由于輸入電壓為跟隨輸出電壓(Vo)變化的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)，在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)，DC/DC電路可以工作在接近50%占空比狀態(tài)。因此DC/DC變換器占空比的變化范圍可大大縮小，有效提高效率。
前面描述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器為單路輸出，隔離DC/DC變換器本身具有恒流輸出功能。
本發(fā)明還要提供一種具有多路輸出的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，包括整流橋、PFC主電路、隔離DC/DC變換器、PFC控制器、PFC母線控制電路、 一路或多路恒流變換器、輸出電壓采樣電路、DC/DC輸出電壓控制電路、DC/DC控制電路，其特征在于-
所述的整流橋?qū)⒔涣鬏斎腚妷?Vac)整流后輸出整流電壓(Vdc)給PFC主電路；
所述的PFC主電路接受整流橋輸出的整流電壓(Vdc)，以及來自PFC控制器的反饋電壓，經(jīng)功率因數(shù)校正后向隔離DC/DC變換器輸出直流電壓(Vbus);
所述的隔離DC/DC變換器接收來自PFC主電路的直流電壓(Vbus )和DC/DC控制電路的輸出信號(hào)，經(jīng)DC/DC變換后向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vo)，同時(shí)向DC/DC控制電路輸出電壓反饋信號(hào)；所述的PFC控制器接收來自PFC母線控制電路的控制信號(hào)，向PFC主電路輸出反饋信號(hào)；
所述的PFC母線控制電路對(duì)隔離DC/DC變換器輸出電壓(Vo)或輸出電壓的等效電壓進(jìn)行采樣，輸出控制信號(hào)控制PFC控制器的輸出反饋電壓；
所述的一路或多路恒流變換器的輸入端接隔離DC/DC變換器，輸出端向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vol, Vo2， ......， Von)，同時(shí)接輸出電壓采樣電路的
輸入端；輸出電壓采樣電路的輸出端連接到DC/DC輸出電壓控制電路的輸入端；DC/DC輸出電壓控制電路的輸出端連接到DC/DC控制電路的輸入端。
根據(jù)本發(fā)明，恒流變換器通常是非隔離DC/DC電路，可以是BUCK電路、線性調(diào)整電路或BOOST電路。多路輸出恒流LED驅(qū)動(dòng)器由PFC電路、隔離DC/DC變換器、后級(jí)恒流變換器三級(jí)電路構(gòu)成。隔離DC/DC變換器為前述的LLC電流諧振變換器、對(duì)稱或不對(duì)稱半橋電路、全橋電路。
當(dāng)后級(jí)恒流變換器為BUCK變換器時(shí)，隔離DC/DC變換器輸出電壓跟隨BUCK變換器的輸出電壓，隔離DC/DC變換器的輸出電壓始終比多路BUCK變換器中輸出電壓最高的一路略高，使BUCK電路在每路輸出能實(shí)現(xiàn)精確恒流控制基礎(chǔ)上始終工作在接近100%占空比的高效率狀態(tài)。PFC電路輸出電壓再按前述方法(圖1)跟隨隔離DC/DC變換器輸出電壓，使隔離DC/DC變換器也工作在高效率工作點(diǎn)，從而使多路輸出恒流驅(qū)動(dòng)器獲得較高的整體效率。
當(dāng)后級(jí)恒流變換器為線性調(diào)整電路時(shí)，隔離DC/DC變換器輸出電壓跟隨線性調(diào)整電路，隔離DC/DC變換器的輸出電壓始終比多路線性調(diào)整電路中輸出電壓最高的一路略高，使線性調(diào)整電路在每路輸出能實(shí)現(xiàn)精確恒流控制的基礎(chǔ)上的功耗始終接近最小。PFC電路輸出電壓再按前述方法(圖1)跟隨隔離DC/DC變換器輸出電壓，使隔離DC/DC變換器也工作在高效率工作點(diǎn)，從而使多路輸出恒流驅(qū)動(dòng)器獲得較高的整體效率。
當(dāng)后級(jí)恒流變換器為BOOST變換器時(shí)，隔離DC/DC變換器輸出電壓跟隨BOOST變換器，隔離DC/DC變換器的輸出電壓始終比多路BOOST變換器中輸出電壓最低的一路略低，使BOOST變換器在每路輸出能實(shí)現(xiàn)精確恒流控制的基礎(chǔ)上始終工作在很小占空比的高效率狀態(tài)。PFC電路輸出電壓再按前述方法(圖1)跟隨隔離DC/DC變換器輸出電壓，使隔離DC/DC變換器也工作在高效率工說明書第5/14頁
作點(diǎn)，從而使多路輸出恒流驅(qū)動(dòng)器獲得較高的整體效率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖之一。圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖之二。
圖3本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)一的第一種實(shí)施方式(LLC諧振變換器)。圖4是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)一的的第二種實(shí)施方式(對(duì)稱半橋變換器)。圖5是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)一的的第三種實(shí)施方式(不對(duì)稱半橋變換器)。圖6是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)一的的第四種實(shí)施方式(全橋變換器)。圖7是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)二的第一種實(shí)施方式(LLC諧振變換器)。圖8是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)二的第二種實(shí)施方式(LLC諧振變換器)。
具體實(shí)施例
參照?qǐng)D3，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac,連接到整流橋兩端，
經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管S1， 二極管D1，母線電容C1等組成。Vdc正端連接到PFC主電路的電感Ll的第一端，電感Ll的第二端連接到
開關(guān)管Sl的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管Sl的第二端，
PFC母線電容C1并聯(lián)在二極管D1的陰極和開關(guān)管S1的第二端。PFC母線輸出
電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容Cl兩端；電阻Rl連接電阻R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC母線電壓(Vbus)的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3，諧振電感L2，諧振電容C2，變壓器T1，輸出二極管D2， D3，輸出電容C3等組成的LLC諧振變換器。
PFC母線電容Cl的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端，開關(guān)管的第二端連接到開關(guān)管S3的第一端和諧振電感L2的一端，母線電容C1的負(fù)端連接到開
9關(guān)管S3的第二端。諧振電感L2的另外一端連接到諧振電容C2的一端，變壓器Tl的原邊并聯(lián)到諧振電容C2的第二端與母線電容C1的負(fù)端。變壓器T1的副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極，二極管D2， D3的陰極連接到輸出電容C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。LED負(fù)載并聯(lián)在輸出電容C3兩端。輸出電容C3兩端電壓(Vo)為加在LED兩端的電壓。LLC諧振變換器的輸出提供LED所需要的恒流驅(qū)動(dòng)。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等電路組成。
所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過二極管D4和電容C4的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。
所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Ql，電阻R3以及供電電源VCC組成。輸出電壓采樣電路的輸出信號(hào)連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極輸出信號(hào)連接到由電阻R1和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端，通過對(duì)PFC控制器的控制，來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為L(zhǎng)LC諧振變換器的輸入電壓，可根據(jù)DC/DC變換器輸出電壓(Vo)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工作在諧振點(diǎn)附近，從而減小開關(guān)頻率的范圍，可大大提高變換器效率。
參照?qǐng)D4，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac，連接到整流橋兩端，經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管Sl, 二極管D1，母線電容C1等組成。
Vdc正端連接到PFC主電路的電感Ll的第一端，電感LI的第二端連接到開關(guān)管SI的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管SI的第二端，PFC母線電容C1并聯(lián)在二極管D1的陰極和開關(guān)管S1的第二端。PFC母線輸出電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容CI兩端；電阻Rl連接電阻R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)PFC母線電壓(Vbus)
10的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3，隔直電容C2，變壓器Tl,輸出 二極管D2， D3，輸出電感L2，輸出電容C3等組成的不對(duì)稱半橋變換器。
PFC母線電容Cl的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端，開關(guān)管的第二端 連接到開關(guān)管S3的第一端和隔直電容C2的一端，母線電容Cl的負(fù)端連接到開 關(guān)管S3的第二端。變壓器Tl的原邊并聯(lián)到隔直電容C2的第二端與母線電容 Cl的負(fù)端。變壓器T1的副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極， 二極管D2， D3的陰極連接到輸出電感L2的第一端，輸出電感L2的第二端連 接到輸出電容C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。LED負(fù) 載并聯(lián)在輸出電容C3兩端。輸出電容C3兩端電壓(Vo)為加在LED兩端的電壓。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等 電路組成。
所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過D4和C4 的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為 PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。
所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Q1，電阻R3以及供電電源VCC組 成。輸出電壓采樣電路連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電 阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極 輸出信號(hào)連接到由電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端，通過對(duì)PFC控制器的控制， 來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為不對(duì)稱半橋變換器的輸入電壓，可 根據(jù)DC/DC變換器輸出電壓(Vo)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工 作在滿占空比(50%)附近，從而減小占空比的范圍，可大大提高變換器效率。
參照?qǐng)D5，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac，連接到整流橋兩端， 經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管S1， 二極管D1，母線電容C1等組成。
Vdc正端連接到PFC主電路的電感Ll的第一端，電感Ll的第二端連接到 開關(guān)管Sl的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管Sl的第二端， PFC母線電容Cl并聯(lián)在二極管Dl的陰極和開關(guān)管Sl的第二端。PFC母線輸出電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校 正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容Cl兩端；電阻Rl連接電阻 R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)PFC母線電壓(Vbus) 的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3,電容C2， C4，變壓器T1，輸出 二極管D2， D3，輸出電感L2，輸出電容C3等組成的對(duì)稱半橋變換器。
PFC母線電容C1的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端和電容C2的第一端， 開關(guān)管S2的第二端連接到開關(guān)管S3的第一端，命名為中點(diǎn)A，電容C2的第二 端連接到電容C4的第一端，命名為中點(diǎn)B，母線電容C1的負(fù)端連接到開關(guān)管 S3的第二端和電容C4的第二端。變壓器T1的原邊并聯(lián)到中點(diǎn)A和B之間。變 壓器Tl的副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極，二極管D2， D3的陰極連接到輸出電感L2的第一端，輸出電感L2的第二端連接到輸出電容 C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。LED負(fù)載并聯(lián)在輸出 電容C3兩端。輸出電容C3兩端電壓(Vo)為加在LED兩端的電壓。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等 電路組成。
所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過D4和C4 的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為 PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。
所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Q1，電阻R3以及供電電源VCC組 成。輸出電壓采樣電路連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電 阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極 輸出信號(hào)連接到由電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端，通過對(duì)PFC控制器的控制， 來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為對(duì)稱半橋變換器的輸入電壓，可根 據(jù)DC/DC變換器輸出電壓(Vo)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工 作在滿占空比(50%)附近，從而減小占空比的范圍，可大大提高變換器效率。
參照?qǐng)D6，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac，連接到整流橋兩端，經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管S1， 二極管D1，母線電容C1等組成。 Vdc正端連接到PFC主電路的電感Ll的第一端，電感Ll的第二端連接到
開關(guān)管Sl的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管Sl的第二端，
PFC母線電容C1并聯(lián)在二極管D1的陰極和開關(guān)管S1的第二端。PFC母線輸出
電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校 正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容Cl兩端；電阻Rl連接電阻 R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)PFC母線電壓(Vbus) 的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3, S4， S5，變壓器T1，輸出二極 管D2， D3，輸出電容C3等組成的全橋變換器。
PFC母線電容Cl的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端和開關(guān)管S4的第一 端，開關(guān)管S2的第二端連接到開關(guān)管S3的第一端，命名為中點(diǎn)A，開關(guān)管S4 的第二端連接到開關(guān)管S5的第一端，命名為中點(diǎn)B，母線電容Cl的負(fù)端連接 到開關(guān)管S3的第二端和開關(guān)管S5的第二端。變壓器T1的原邊并聯(lián)到中點(diǎn)A和 B之間。變壓器T1的副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極，二 極管D2， D3的陰極連接到輸出電感L2的第一端，輸出電感L2的第二端連接 到輸出電容C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。LED負(fù)載 并聯(lián)在輸出電容C3兩端。輸出電容C3兩端電壓(Vo)為加在LED兩端的電壓。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等 電路組成。
所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過D4和C4 的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為 PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。
所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Q1，電阻R3以及供電電源VCC組 成。輸出電壓采樣電路連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電 阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極 輸出信號(hào)連接到由電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端，通過對(duì)PFC控制器的控制，
13來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為全橋變換器的輸入電壓，可根據(jù) DC/DC變換器輸出電壓(Vo)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工作 在滿占空比(50%)附近，從而減小占空比的范圍，可大大提高變換器效率。
參照?qǐng)D7，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac，連接到整流橋兩端， 經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管S1， 二極管D1，母線電容C1等組成。
Vdc正端連接到PFC主電路的電感LI的第一端，電感LI的第二端連接到 開關(guān)管SI的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管SI的第二端， PFC母線電容C1并聯(lián)在二極管D1的陰極和開關(guān)管SI的第二端。PFC母線輸出 電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校 正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容CI兩端；電阻Rl連接電阻 R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC母線電壓 (Vbus)的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3，諧振電感L2，諧振電容C2，變 壓器T1，輸出二極管D2， D3，輸出電容C3等組成的LLC諧振變換器。
PFC母線電容Cl的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端，開關(guān)管S2的第二 端連接到開關(guān)管S3的第一端和諧振電感L2的一端，母線電容Cl的負(fù)端連接到 開關(guān)管S3的第二端。諧振電感L2的另外一端連接到諧振電容C2的一端，變壓 器T1的原邊并聯(lián)到諧振電容C2的第二端與母線電容C1的負(fù)端。變壓器T1的 副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極，二極管D2， D3的陰極連 接到輸出電容C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。輸出電 容C3兩端電壓(VoA)為DC/DC變換器輸出電壓。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等 電路組成。
所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過D4和C4 的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為 PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Ql，電阻R3以及供電電源VCC組 成。輸出電壓采樣電路連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電 阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極 輸出信號(hào)連接到由電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端,通過對(duì)PFC控制器的控制， 來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為L(zhǎng)LC諧振變換器的輸入電壓，可 根據(jù)DC/DC變換器輸出電壓(VoA)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工 作在諧振點(diǎn)附近，從而減小開關(guān)頻率的范圍，可大大提高DC/DC變換器效率。
所述的隔離DC/DC變換器的輸出電壓(VoA)作為后級(jí)恒流變換器的輸入 電壓，后級(jí)恒流變換器是由多個(gè)Buck電路(如電路BuckJ到Buck一n)組成， 每個(gè)Buck電路提供一路LED的恒流驅(qū)動(dòng)。為描述方便，以電路Buck—1為例說 明，其余BUCK電路結(jié)構(gòu)相同。Buck電路由開關(guān)管Sol， 二極管Dol，電感Lol 以及LED負(fù)載組成；隔離DC/DC變換器的輸出電容C3的正端連接到二極管 Dol的陰極，二極管Dol的陽極連接到開關(guān)管Sol的第一端，開關(guān)管Sol的第 二端連接到輸出電容C3的負(fù)端，二極管Dol的陽極連接到Lol的第一端，LED 燈并聯(lián)到二極管Dol的陰極和Lol的第二端之間。LED負(fù)載由多個(gè)LED組成。 電路Buck_l到Buck_n的輸出電壓分別為Vol ， ...Von。
所述的輸出電壓采樣電路由二極管Dal， ......Dan，電阻R4組成。輸出電
壓負(fù)端電壓Vol-， ......Von-分別連接到二極管Dal， ......Dan的陰極，
Dal， ......Dan的陽極連接到電阻R4的第一端，電阻R4的第二端連接到DC/DC
輸出電壓控制電路的輸入端。DC/DC輸出電壓控制電路由運(yùn)放IC1，電阻R5， 電阻R6，電容C4，電阻R7，電阻R8，電阻R9,三極管Q2組成。電阻R4第 二端連接到運(yùn)放IC1的反向端和電容C4的第一端，電容C4的第二端連接到電 阻R5的第一端，電阻R5的第二端連接到運(yùn)放IC1的輸出端，運(yùn)放IC1的同向 端為電壓參考信號(hào)Vref，運(yùn)放IC1輸出連接到電阻R7的第一端，電阻R7的第 二端連接到電阻R8的第一端和三極管Q2的基極，電阻R8的第二端連接到Q2 的發(fā)射極，并連接到輸出地端。三極管Q2的集電極連接到電阻R9的第一端， R9的第二端連接到DC/DC控制電路的反饋電路(由分壓電阻R10和電阻Rll 構(gòu)成的分壓器)的中點(diǎn)。
15所述的輸出電壓采樣電路對(duì)輸出電壓負(fù)端電壓Vol-， ......Von-最低(即輸出
電壓Vol， ......Von最高電壓)的一路和參考信號(hào)Vref比較，經(jīng)過運(yùn)放IC1，電
阻R5， R6，以及電容C4的調(diào)節(jié)，控制三極管Q2導(dǎo)通狀態(tài)，改變DC/DC控制 電路的反饋信號(hào)，從而改變隔離DC/DC變換器的輸出電壓。這樣，可實(shí)現(xiàn)DC/DC 變換器的輸出電壓始終比多路BUCK (Buck—1到Buck—n)變換器中輸出電壓最 高的一路略高，使BUCK電路在每路輸出能實(shí)現(xiàn)精確恒流控制基礎(chǔ)上始終工作 在接近100%占空比的狀態(tài)，從而提高后級(jí)恒流變換器的工作效率。
參照?qǐng)D8，所述的LED電路輸入端為交流輸入電壓Vac，連接到整流橋兩端， 經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓Vdc。
所述的PFC主電路由電感L1，開關(guān)管S1， 二極管D1，母線電容C1等組成。
Vdc正端連接到PFC主電路的電感Ll的第一端，電感Ll的第二端連接到 開關(guān)管Sl的第一端和二極管Dl的陽極，Vdc負(fù)端連接到開關(guān)管Sl的第二端， PFC母線電容C1并聯(lián)在二極管D1的陰極和開關(guān)管S1的第二端。PFC母線輸出 電壓為(Vbus)。
所述的PFC控制器電路輸出信號(hào)控制開關(guān)管S1的第三端，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校 正功能；電阻Rl和R2串聯(lián)后并聯(lián)在PFC母線電容Cl兩端；電阻Rl連接電阻 R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC母線電壓 CVbus)的穩(wěn)壓。
所述的DC/DC變換器是由開關(guān)管S2， S3，諧振電感L2，諧振電容C2，變 壓器T1，輸出二極管D2， D3，輸出電容C3等組成的LLC諧振變換器。
PFC母線電容Cl的輸出正端連接到開關(guān)管S2的第一端，開關(guān)管S2的第二 端連接到開關(guān)管S3的第一端和諧振電感L2的一端，母線電容C1的負(fù)端連接到 開關(guān)管S3的第二端。諧振電感L2的另外一端連接到諧振電容C2的一端，變壓 器T1的原邊并聯(lián)到諧振電容C2的第二端與母線電容C1的負(fù)端。變壓器T1的 副邊繞組輸出分別連接到輸出整流管D2， D3的陽極，二極管D2， D3的陰極連 接到輸出電容C3的正端，輸出電容C3的負(fù)端連接到變壓器中心抽頭。輸出電 容C3兩端電壓(VoA)為DC/DC變換器輸出電壓。
所述的PFC母線控制電路由輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路等 電路組成。所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自變壓器的輔助繞組經(jīng)過D4和C4 的峰值保持信號(hào)，經(jīng)過輸出電壓采樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓成比例的信號(hào)，作為 PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)。
所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路由三極管Q1，電阻R3以及供電電源VCC組 成。輸出電壓采樣電路連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極連接到電 阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC。三極管Ql的集電極 輸出信號(hào)連接到由電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋信號(hào)端，通過對(duì)PFC控制器的控制， 來改變PFC輸出中間母線電壓(Vbus)。
所述的PFC輸出中間母線電壓(Vbus)作為L(zhǎng)LC諧振變換器的輸入電壓，可 根據(jù)DC/DC變換器輸出電壓(VoA)來變化，因此在很寬的負(fù)載電壓范圍內(nèi)，可工 作在諧振點(diǎn)附近，從而減小開關(guān)頻率的范圍，可大大提高DC/DC變換器效率。
所述的隔離DC/DC變換器的輸出電壓(VoA)作為后級(jí)恒流變換器的輸入 電壓，后級(jí)恒流變換器是由多個(gè)線性調(diào)整電路(如線性調(diào)整電路1到線性調(diào)整電 路n)組成，每個(gè)線性調(diào)整電路提供一路LED的恒流驅(qū)動(dòng)。為描述方便，以線 性調(diào)整電路l為例說明，其余電路結(jié)構(gòu)相同。線性調(diào)整電路l由開關(guān)管Sol，驅(qū) 動(dòng)控制電路1以及LED負(fù)載組成；隔離DC/DC變換器的輸出電容C3的負(fù)端連 接開關(guān)管Sol的第二端，LED燈并聯(lián)到輸出電容C3的正端和開關(guān)管Sol的第一 端之間。負(fù)載電流的采樣信號(hào)連接到驅(qū)動(dòng)控制電路1的輸入端，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)控制電 路1，輸出端連接到線性調(diào)整電路1的開關(guān)管Sol的第三端，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流的 恒流控制。LED負(fù)載由多個(gè)LED組成。線性調(diào)整電路1到線性調(diào)整電路n的輸 出電壓分別為Vol， ...Von。
所述的輸出電壓采樣電路由二極管Dal， ......Dan，電阻R4組成。輸出電
壓負(fù)端電壓Vol-， ......Von-分別連接到二極管Dal， ......Dan的陰極，
Dal， ......Dan的陽極連接到電阻R4的第一端，電阻R4的第二端連接到DC/DC
輸出電壓控制電路的輸入端。DC/DC輸出電壓控制電路由運(yùn)放IC1，電阻R5， 電阻R6，電容C4，電阻R7，電阻R8，電阻R9，三極管Q2組成。電阻R4第 二端連接到運(yùn)放IC1的反向端和電容C4的第一端，電容C4的第二端連接到電 阻R5的第一端，電阻R5的第二端連接到運(yùn)放IC1的輸出端，運(yùn)放IC1的同向 端為電壓參考信號(hào)Vref，運(yùn)放IC1輸出連接到電阻R7的第一端，電阻R7的第二端連接到電阻R8的第一端和三極管Q2的基極，電阻R8的第二端連接到Q2 的發(fā)射極，并連接到輸出地端。三極管Q2的集電極連接到電阻R9的第一端， R9的第二端連接到DC/DC控制電路的反饋電路(由分壓電阻R10和電阻Rll 構(gòu)成的分壓器)的中點(diǎn)。
所述的輸出電壓采樣電路對(duì)輸出電壓負(fù)端電壓Vol-， ......Von-最低(即輸出
電壓Vol， ......Von最高電壓)的一路和參考信號(hào)Vref比較，經(jīng)過運(yùn)放IC1，電
阻R5， R6，以及電容C4的調(diào)節(jié)，控制三極管Q2導(dǎo)通狀態(tài)，改變DC/DC控制 電路的反饋信號(hào)，從而改變隔離DC/DC變換器的輸出電壓。這樣，可實(shí)現(xiàn)DC/DC 變換器的輸出電壓始終比多路線性調(diào)整電路(線性調(diào)整電路1到線性調(diào)整電路n) 中輸出電壓最高的一路略高，使線性調(diào)整電路在每路輸出能實(shí)現(xiàn)精確恒流控制基 礎(chǔ)上始終工作在導(dǎo)通壓降較低的狀態(tài)，從而提高后級(jí)恒流變換器的工作效率。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公 開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，包括整流橋、PFC主電路、隔離DC/DC變換器、PFC控制器和PFC母線控制電路，其特征在于所述的整流橋?qū)⒔涣鬏斎腚妷?Vac)整流后輸出整流電壓(Vdc)給PFC主電路；所述的PFC主電路接受整流橋輸出的整流電壓(Vdc)，以及來自PFC控制器的反饋電壓，經(jīng)功率因數(shù)校正后向隔離DC/DC變換器輸出直流電壓(Vbus)；所述的隔離DC/DC變換器接收來自PFC主電路的直流電壓(Vbus)，經(jīng)DC/DC變換后向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vo)，并且提供LED負(fù)載所需要的恒流控制；所述的PFC控制器接收來自PFC母線控制電路的控制信號(hào)，向PFC主電路輸出反饋信號(hào)；所述的PFC母線控制電路對(duì)隔離DC/DC變換器輸出電壓(Vo)或輸出電壓的等效電壓進(jìn)行采樣，輸出控制信號(hào)控制PFC控制器的輸出反饋電壓；實(shí)現(xiàn)PFC輸出中間母線電壓(Vbus)隨輸出電壓(Vo)而變化。
2、 如權(quán)利要求1所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的PFC母線控制電路包括輸出電壓采樣電路、PFC輸出電壓調(diào)制電路，所述的輸出電壓采樣電路的輸入信號(hào)來自隔離DC/DC變換器中的變壓器Tl的輔助繞組經(jīng)過二極管D4和電容C4的峰值保持信號(hào)，由輸出電壓釆樣電路轉(zhuǎn)換成和輸出電壓(Vo)成比例的信號(hào)，作為PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸入信號(hào)，PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸出端接PFC控制器的輸入端。
3、 如權(quán)利要求2所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的PFC主電路包括電感L1、開關(guān)管S1、 二極管D1和母線電容C1，整流電壓(Vdc)正端連接到電感L1的第一端，電感L1的第二端連接到開關(guān)管S1的第一端和二極管Dl的陽極，整流電壓(Vdc)負(fù)端連接到開關(guān)管SI的第二端，母線電容CI并聯(lián)在二極管Dl的陰極和開關(guān)管SI的第二端；所述的PFC控制器的輸出端接控制開關(guān)管S1的第三端；母線電容C1兩端并聯(lián)一個(gè)由電阻R1和R2串聯(lián)的電路，電阻Rl連接電阻R2的公共端子，作為反饋信號(hào)連接到PFC控制器的輸入端和PFC輸出電壓調(diào)制電路的輸出端。
4、 如權(quán)利要求3所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的PFC輸出電壓調(diào)制電路包括三極管Q1、電阻R3以及供電電源VCC，輸出電壓采樣電路的輸出端連接到三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接到電阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接到供電電源VCC;三極管Q1的集電極輸出信號(hào)連接到電阻Rl和R2的公共端。
5、 如權(quán)利要求l-4任何一項(xiàng)所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的隔離DC/DC變換器是LLC諧振變換電路，或者是對(duì)稱、不對(duì)稱半橋電路或全橋電路。
6、 一種高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，包括整流橋、PFC主電路、隔離DC/DC變換器、PFC控制器、PFC母線控制電路、 一路或多路恒流變換器、輸出電壓采樣電路、DC/DC輸出電壓控制電路、DC/DC控制電路，其特征在于所述的整流橋?qū)⒔涣鬏斎腚妷?Vac)整流后輸出整流電壓(Vdc)給PFC主電路；所述的PFC主電路接受整流橋輸出的整流電壓(Vdc),以及來自PFC控制器的反饋電壓，經(jīng)功率因數(shù)校正后向隔離DC/DC變換器輸出直流電壓(Vbus);所述的隔離DC/DC變換器接收來自PFC主電路的直流電壓(Vbus)和DC/DC控制電路的輸出信號(hào)，經(jīng)DC/DC變換后向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vo)，同時(shí)向DC/DC控制電路輸出電壓反饋信號(hào)；所述的PFC控制器接收來自PFC母線控制電路的控制信號(hào)，向PFC主電路輸出反饋信號(hào)；所述的PFC母線控制電路對(duì)隔離DC/DC變換器輸出電壓(Vo)或輸出電壓的等效電壓進(jìn)行采樣，輸出控制信號(hào)控制PFC控制器的輸出反饋電壓；所述的一路或多路恒流變換器的輸入端接隔離DC/DC變換器，輸出端向LED負(fù)載輸出輸出電壓(Vol, Vo2， ......， Von)，同時(shí)接輸出電壓采樣電路的輸入端；輸出電壓采樣電路的輸出端連接到DC/DC輸出電壓控制電路的輸入端；DC/DC輸出電壓控制電路的輸出端連接到DC/DC控制電路的輸入端。
7、 如權(quán)利要求6所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的恒流變換器是非隔離DC/DC電路、BUCK電路、線性調(diào)整電路或BOOST電路。
8、 如權(quán)利要求6所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的輸出電壓采樣電路包括二極管Dal ，......，Dan和電阻R4;輸出電壓負(fù)端電壓Vol-，......，Von-分別連接到二極管Dal， ......， Dan的陰極，Dal， ......， Dan的陽極連接到電阻R4的第一端，電阻R4的第二端連接到DC/DC輸出電壓控制電路的輸入端。
9、 如權(quán)利要求8所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的DC/DC輸出電壓控制電路包括運(yùn)放IC1,電阻R5,電阻R6，電容C4，電阻R7,電阻R8，電阻R9和三極管Q2;電阻R4第二端連接到運(yùn)放IC1的反向端和電容C4的第一端，電容C4的第二端連接到電阻R5的第一端，電阻R5的第二端連接到運(yùn)放IC1的輸出端，運(yùn)放IC1的同向端為電壓參考信號(hào)Vref，運(yùn)放IC1輸出連接到電阻R7的第一端，電阻R7的第二端連接到電阻R8的第一端和三極管Q2的基極，電阻R8的第二端連接到Q2的發(fā)射極，并連接到輸出地端；三極管Q2的集電極連接到電阻R9的第一端，R9的第二端連接到DC/DC控制電路的反饋電路的反饋信號(hào)端。
10、 如權(quán)利要求8所述的高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的DC/DC控制電路的反饋電路是由分壓電阻R10和電阻Rll構(gòu)成的分壓器，所述的分壓器并聯(lián)在隔離DC/DC變換器的輸出端，所述的反饋信號(hào)端為分壓電阻R10和電阻Rll的公共端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效率恒流LED驅(qū)動(dòng)器，包括整流橋、PFC主電路、隔離DC/DC變換器、PFC控制器和PFC母線控制電路。由于輸入電壓為跟隨輸出電壓變化的PFC輸出中間母線電壓，當(dāng)所述的隔離DC/DC變換器是LLC諧振變換電路時(shí)，在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)，LLC電路可以工作在諧振頻率附近，因此諧振單元的增益范圍減小，可以使恒流模塊在寬輸出電壓范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)很高的效率；當(dāng)所述的隔離DC/DC變換器是對(duì)稱、不對(duì)稱半橋電路或全橋電路時(shí)，在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)，DC/DC電路可以工作在接近50％占空比狀態(tài)。因此DC/DC變換器占空比的變化范圍可大大縮小，有效提高效率。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101668369SQ20091015340
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者華桂潮, 姚曉莉, 葛良安 申請(qǐng)人:英飛特電子(杭州)有限公司