一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式led驅(qū)動(dòng)電源及其pfm控制電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路。驅(qū)動(dòng)電源的主電路采用兩路反激變換器交錯(cuò)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，包括交流輸入、EMI濾波、整流橋、兩路并聯(lián)的反激變換器、輸出整流、LED負(fù)載，交錯(cuò)并聯(lián)反激主電路結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)減小開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力、減小輸入輸出電流紋波、減小EMI濾波器設(shè)計(jì)、增大驅(qū)動(dòng)電源功率等級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電源的控制電路采用PFM控制方法，相比于常用的PWM控制方法，本實(shí)用新型提出的PFM控制電路可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源在負(fù)載變化時(shí)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)頻率同時(shí)變化，減小驅(qū)動(dòng)電源輕載時(shí)工作損耗，提高電源效率。本實(shí)用新型提出的驅(qū)動(dòng)電源適用于帶自動(dòng)調(diào)光功能的LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用場(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，適用于開(kāi)關(guān)電源尤其是LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)電源是現(xiàn)代社會(huì)生活必不可少的電力電子裝置，其在電子、通信、電氣、能源、照明、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，社會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的體積、可靠性、成本、節(jié)能環(huán)保等方面的要求進(jìn)一步提高，近年來(lái)隨著LED照明技術(shù)的日益成熟，LED驅(qū)動(dòng)電源成為研究的熱點(diǎn)，同時(shí)越來(lái)越多的國(guó)家和組織出臺(tái)了一系列的政策法規(guī)來(lái)規(guī)范開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)，例如美國(guó)能源部發(fā)布的“能源之星”固態(tài)照明文件規(guī)定:任何功率等級(jí)的LED驅(qū)動(dòng)電源必須具備功率因數(shù)校正功能，同時(shí)要通過(guò)EMI測(cè)試和安規(guī)認(rèn)證等。
[0003]目前，開(kāi)關(guān)電源一般采用正激、反激、推挽等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出隔離，并且具有功率因數(shù)校正功能而被廣泛地應(yīng)用于中低功率的開(kāi)關(guān)電源中。而LED驅(qū)動(dòng)電源則廣泛使用兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一種是單級(jí)式反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第二種是兩級(jí)式結(jié)構(gòu)(功率因數(shù)校正級(jí)和DC/DC變換級(jí))，但兩級(jí)式結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、所需元器件較多、成本偏高等缺點(diǎn)，而單級(jí)式反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不能應(yīng)用于大功率的場(chǎng)合，隨著功率的增加，單級(jí)反激式驅(qū)動(dòng)電源會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)應(yīng)力變大、輸出穩(wěn)定性變差、EMI增加、電流紋波增加等一系列問(wèn)題。同時(shí)目前大部分開(kāi)關(guān)電源采用PWM控制，在頻率一定的條件下調(diào)節(jié)占空比來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷，這種控制方式下必然存在在輕載時(shí)由于開(kāi)關(guān)頻率不變而導(dǎo)致很大的開(kāi)關(guān)損耗。由于以上一系列的問(wèn)題，人們不得不尋求其他的LED驅(qū)動(dòng)電源電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)電源在實(shí)際使用中存在的不足，如開(kāi)關(guān)應(yīng)力大、電源EMI大、電流紋波大、電源壽命短等缺點(diǎn)，提出一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，使得驅(qū)動(dòng)電源在性能上得到很大的優(yōu)化。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，驅(qū)動(dòng)電源的主功率電路采用兩路反激變換器交錯(cuò)并聯(lián)；驅(qū)動(dòng)電源的控制電路采用PFM控制電路。
[0007]所述主功率電路包括交流輸入、EMI濾波、整流橋、電容Cin、兩路并聯(lián)的單級(jí)反激變換器、整流二極管D5、整流二極管D6、輸出電容Ctjut、采樣電阻R和LED負(fù)載，第一路單級(jí)反激變換器包括變壓器Tl和開(kāi)關(guān)管Ql ;第二路反激變換器包括變壓器T2和開(kāi)關(guān)管Q2 ;市電交流輸入經(jīng)過(guò)EMI濾波再經(jīng)整流橋，整流橋輸出的正極連接電容Cin的一端、變壓器Tl和變壓器T2的初級(jí)繞組一端，變壓器Tl初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Ql的漏極，開(kāi)關(guān)管Ql的源級(jí)連接電容Cin的另一端后與整流橋輸出的負(fù)極相連；變壓器Tl次級(jí)繞組的一端連接整流二極管D5的正極，整流二極管D5的負(fù)極與整流二極管D6的負(fù)極、輸出電容Ctjut的一端以及LED負(fù)載的一端相連，變壓器Tl次級(jí)繞組的另一端與輸出電容Cwt的另一端、采樣電阻R的一端以及輸出地端相連，采樣電阻R的另一端與LED負(fù)載的另一端連接；變壓器T2初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Q2的漏極，開(kāi)關(guān)管Q2的源級(jí)連接整流橋輸出負(fù)極；變壓器T2次級(jí)繞組的一端連接輸出整流二極管D6的正級(jí)，變壓器T2次級(jí)繞組的另一端連接輸出地端。
[0008]所述PFM控制電路包括反饋電路、采樣電壓V1、采樣電壓Vkef、受控電流源alp恒流源I2、恒流源I3、開(kāi)關(guān)Ml、開(kāi)關(guān)M2、電容Cl、電容C2、穩(wěn)壓二極管Dz、三個(gè)電壓比較器、兩個(gè)RS觸發(fā)器、分壓電阻R1、D觸發(fā)器DFF1、兩個(gè)與門(mén)、一個(gè)非門(mén)和兩路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路；反饋電路由光耦合器、電阻Rfmin和電阻Rfmax組成，輸出電流反饋采樣連接光耦合器的光發(fā)射級(jí)，光耦合器接收級(jí)地端接地，其另一端與電阻Rfmax的一端相連，電阻Rfmax的另一端與電阻Rfmin的一端相連，電阻Rfmin的另一端接地，電阻Rfmax和電阻Rfmin相連點(diǎn)與采樣電壓V1相連；受控電流源Bl1正極端連接采樣電壓Vkef，負(fù)極連接恒流源I2的正極，恒流源I2的負(fù)極連接開(kāi)關(guān)Ml，開(kāi)關(guān)Ml另一端接地，電容Cl的一端連接電流源I2的正極，同時(shí)連接電壓比較器COMl的正輸入端和電壓比較器COM2的負(fù)輸入端，電容Cl的另一端接地，電壓比較器C0M1、電壓比較器COM2的輸出端分別連接RS觸發(fā)器SRl的S端和R端，RS觸發(fā)器SRl的Q輸出端連接開(kāi)關(guān)Ml的驅(qū)動(dòng)級(jí)控制開(kāi)關(guān)的通斷；電壓比較器COM3的負(fù)輸入端連接受控電流源ah的負(fù)極和分壓電阻Rl的一端，分壓電阻Rl的另一端接地；電壓比較器COM3的正輸入端連接穩(wěn)壓二極管Dz的陰極、電容C2的一端、開(kāi)關(guān)M2的一端、恒流源I3的負(fù)極，穩(wěn)壓二極管Dz的陽(yáng)極與電容C2的另一端，開(kāi)關(guān)M2的另一端相連并接地，恒流源I3的正極連接采樣電壓Vkef ;電壓比較器COM3的輸出端連接RS觸發(fā)器SR2的R端，RS觸發(fā)器SR2的S端同時(shí)連接電壓比較器COM2的輸出端和開(kāi)關(guān)M2的驅(qū)動(dòng)級(jí)；RS觸發(fā)器SR2的Q輸出端連接與門(mén)ANDl的一端、與門(mén)AND2的一端和D觸發(fā)器DFFl的CP端，D觸發(fā)器DFFl的D輸入端與其奪輸出端相連，DFFl的Q輸出端連接與門(mén)ANDl的另一端和非門(mén)輸入端，非門(mén)輸出端連接與門(mén)AND2的另一端，兩個(gè)與門(mén)的輸出分別連接兩路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路后分別連接兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的柵極。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0010](I)本實(shí)用新型可以有效減小開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力，系統(tǒng)工作頻率增加了一倍，輸入、輸出電流紋波明顯減小，簡(jiǎn)化EMI設(shè)計(jì)，提高電源功率密度。
[0011](2)本實(shí)用新型兩個(gè)反激變換器工作在DCM模式，驅(qū)動(dòng)電源在全電壓范圍內(nèi)可獲得高功率因數(shù)和低THD值。
[0012](3)本實(shí)用新型通過(guò)兩路反激變換器并聯(lián)，能有效提高電源輸出功率等級(jí)，可以應(yīng)用在更大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0013](4)本實(shí)用新型提出的PFM控制電路，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和開(kāi)關(guān)頻率隨負(fù)載變化而同時(shí)變化，實(shí)現(xiàn)電源在輕載時(shí)增加導(dǎo)通時(shí)間、減小開(kāi)關(guān)頻率，來(lái)減小開(kāi)關(guān)損耗，提高電源效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1 一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源主功率電路圖；
[0015]圖2 —種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源PFM控制電路圖；[0016]圖3控制電路波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0018]參見(jiàn)圖1為本實(shí)用新型的主功率電路圖，交流市電輸入經(jīng)過(guò)EMI濾波器連接由二極管Dl、D2、D3、D4構(gòu)成的整流橋，其正極輸出分別連接變壓器Tl、T2的初級(jí)繞組一端，變壓器Tl初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Ql的漏極，開(kāi)關(guān)管Ql的源級(jí)連接整流橋的負(fù)極；變壓器Tl次級(jí)繞組的一端連接輸出整流二極管D5的陽(yáng)級(jí)，輸出整流二極管D5的陰極與輸出整流二極管D6的陰極、輸出電容Cwt的一端以及LED負(fù)載的一端相連，變壓器Tl次級(jí)繞組的另一端與輸出電容Crat的另一端、采樣電阻R的一端以及輸出地端相連，采樣電阻R的另一端與LED負(fù)載的另一端連接；變壓器T2初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Q2的漏極，開(kāi)關(guān)管Q2的源級(jí)連接整流橋的負(fù)極；變壓器T2次級(jí)繞組的一端連接輸出整流二極管D6的陽(yáng)級(jí)，變壓器T2次級(jí)繞組的另一端連接輸出地端。
[0019]參見(jiàn)圖2為本實(shí)用新型PFM控制電路圖，圖3為控制電路波形圖，下面結(jié)合圖2、圖3具體描述此控制方法原理:
[0020]反饋回路中的光耦合器接收輸出電流采樣電路的輸出電流信號(hào)，將輸出電流信息反饋到I1
Fi K — V
[0021]4 =Cl)
fmin fmax
[0022]輸出電流Itjut越大，則Vtjp越小，I1將越大，受控電流源Bl1 Sl1Wa倍。假設(shè)在、時(shí)刻，開(kāi)關(guān)Ml導(dǎo)通，且恒流源I2遠(yuǎn)`大于受控電流源Bl1，此時(shí)電容Cl快速放電，當(dāng)Cl上的電壓下降到V3時(shí)，電壓比較器COM2瞬間輸出高電平，此時(shí)RS觸發(fā)器SRl復(fù)位，SR2置位，開(kāi)關(guān)M2瞬間導(dǎo)通后關(guān)斷，電容C2瞬間放電后由恒流源I3充電，RS觸發(fā)器SRl的Q輸出端輸出低電平，開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷，SR2輸出高電平，D觸發(fā)器DFFl輸出高電平，與門(mén)ANDl輸出高電平，開(kāi)關(guān)管Ql導(dǎo)通；由于開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷、M2關(guān)斷，受控電流源ah給電容Cl充電，恒流源I3給電容C2充電；h時(shí)刻電容C2上的電壓上升到Vki (Vei由電阻Rl分壓得到)時(shí)，電壓比較器COM3輸出高電平，RS觸發(fā)器SR2復(fù)位，SR2的Q端輸出低電平，ANDl輸出低電平，開(kāi)關(guān)管Ql關(guān)斷，導(dǎo)通時(shí)間Tm如下式

1-"!?Cl/-] * Mh
[0023]Ton = C2-^ = C2----(2)
h h
[0024]Ql關(guān)斷后電容Cl、C2繼續(xù)充電，t2時(shí)刻電容Cl充電到V2，此時(shí)電壓比較器COMl輸出高電平，因此RS觸發(fā)器SRl置位，SRl的Q端輸出高電平，開(kāi)關(guān)Ml再次導(dǎo)通，電容Cl快速放電到V3，重復(fù)上一周期，電壓比較器COM2瞬間輸出高電平，RS觸發(fā)器SRl的Q端輸出低電平，開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷，電容Cl充電，同時(shí)SR2置位，由于D觸發(fā)器的存在，ANDl仍然輸出低電平，AND2輸出高電平，開(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通。電容Cl再次從V2迅速放電到V3時(shí)，比較器COM2再次瞬間輸出高電平，此時(shí)Ql再次導(dǎo)通，由此開(kāi)關(guān)管Ql、Q2交替導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)周期為電容Cl充電時(shí)間的兩倍，即
【權(quán)利要求】
1.一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電源的主功率電路采用兩路反激變換器交錯(cuò)并聯(lián)；驅(qū)動(dòng)電源的控制電路采用PFM控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，其特征在于，所述主功率電路包括交流輸入、EMI濾波、整流橋、電容Cin、兩路并聯(lián)的單級(jí)反激變換器、整流二極管D5、整流二極管D6、輸出電容Cwt、采樣電阻R和LED負(fù)載，第一路單級(jí)反激變換器包括變壓器Tl和開(kāi)關(guān)管Ql ;第二路反激變換器包括變壓器T2和開(kāi)關(guān)管Q2 ； 市電交流輸入經(jīng)過(guò)EMI濾波再經(jīng)整流橋，整流橋輸出的正極連接電容Cin的一端、變壓器Tl和變壓器T2的初級(jí)繞組一端，變壓器Tl初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Ql的漏極，開(kāi)關(guān)管Ql的源級(jí)連接電容Cin的另一端后與整流橋輸出的負(fù)極相連；變壓器Tl次級(jí)繞組的一端連接整流二極管D5的正極，整流二極管D5的負(fù)極與整流二極管D6的負(fù)極、輸出電容Cwt的一端以及LED負(fù)載的一端相連,變壓器Tl次級(jí)繞組的另一端與輸出電容Crat的另一端、采樣電阻R的一端以及輸出地端相連，采樣電阻R的另一端與LED負(fù)載的另一端連接； 變壓器T2初級(jí)繞組的另一端連接開(kāi)關(guān)管Q2的漏極，開(kāi)關(guān)管Q2的源級(jí)連接整流橋輸出負(fù)極；變壓器T2次級(jí)繞組的一端連接輸出整流二極管D6的正級(jí)，變壓器T2次級(jí)繞組的另一端連接輸出地端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交錯(cuò)并聯(lián)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源及其PFM控制電路，其特征在于，所述PFM控制電路包括反饋電路、采樣電壓V1、采樣電壓Vkef、受控電流源alp恒流源I2、恒流源I3、開(kāi)關(guān)Ml、開(kāi)關(guān)M2、電容Cl、電容C2、穩(wěn)壓二極管Dz、三個(gè)電壓比較器、兩個(gè)RS觸發(fā)器、分壓電阻Rl、D觸發(fā)器DFFl、兩個(gè)與門(mén)、一個(gè)非門(mén)和兩路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路； 反饋電路由光耦合器、電阻Rfmin和電阻Rfmax組成，輸出電流反饋采樣連接光耦合器的光發(fā)射級(jí)，光耦合器接收級(jí)地端接地，其另一端與電阻Rfmax的一端相連，電阻Rfmax的另一端與電阻Rfmin的一端相連，電阻Rfmin的另一端接地，電阻Rfmax和電阻Rfmin相連點(diǎn)與采樣電壓V1相連； 受控電流源Sl1正極端連接采樣電壓VKEF，負(fù)極連接恒流源I2的正極，恒流源I2的負(fù)極連接開(kāi)關(guān)M1，開(kāi)關(guān)Ml另一端接地，電容Cl的一端連接電流源I2的正極，同時(shí)連接電壓比較器COMl的正輸入端和電壓比較器COM2的負(fù)輸入端，電容Cl的另一端接地，電壓比較器COMl、電壓比較器COM2的輸出端分別連接RS觸發(fā)器SRl的S端和R端，RS觸發(fā)器SRl的Q輸出端連接開(kāi)關(guān)Ml的驅(qū)動(dòng)級(jí)控制開(kāi)關(guān)的通斷； 電壓比較器COM3的負(fù)輸入端連接受控電流源ah的負(fù)極和分壓電阻Rl的一端，分壓電阻Rl的另一端接地；電壓比較器COM3的正輸入端連接穩(wěn)壓二極管Dz的陰極、電容C2的一端、開(kāi)關(guān)M2的一端、恒流源I3的負(fù)極，穩(wěn)壓二極管Dz的陽(yáng)極與電容C2的另一端，開(kāi)關(guān)M2的另一端相連并接地，恒流源I3的正極連接采樣電壓Vkef ;電壓比較器COM3的輸出端連接RS觸發(fā)器SR2的R端，RS觸發(fā)器SR2的S端同時(shí)連接電壓比較器COM2的輸出端和開(kāi)關(guān)M2的驅(qū)動(dòng)級(jí)；RS觸發(fā)器SR2的Q輸出端連接與門(mén)ANDl的一端、與門(mén)AND2的一端和D觸發(fā)器DFFl的CP端，D觸發(fā)器DFFl的D輸入端與其尋輸出端相連，DFFl的Q輸出端連接與門(mén)ANDl的另一端和非門(mén)輸入端，非門(mén)輸出端連接與門(mén)AND2的另一端，兩個(gè)與門(mén)的輸出分別連接兩路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路后分別連接兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的柵極。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK203435182SQ201320411432
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】廖志凌, 王生東, 梅從立, 陳兆嶺 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)