高功率因数无频闪的LED驱动电路转让专利
申请号 : CN201410048087.X
文献号 : CN103763841B
文献日 : 2015-11-18
发明人 : 杨全 , 边彬 , 陈畅
申请人 : 苏州智浦芯联电子科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路包括:第一整流桥(601)、第一电容(602)、第一电感(603)、第一二极管(604)、第二电容(605)、第一开关管(606)、第二二极管(607)、第二电感(608)、第三电容(609)和电源管理控制芯片(617),其中,所述第一整流桥(601)的输出与所述第一电容(602)的两端相连,所述第一电容(602)的非接地端连接至所述第一电感(603)的一端,所述第一电感(603)的另一端连接至所述第一二极管(604)的P结,所述第一二极管(604)的N结分别连接至所述第二电感(608)的一端、所述第二二极管(607)的P结和所述第一开关管(606)的漏极,所述第二电感(608)的另一端连接至所述第三电容(609)的一端,所述第二二极管(607)的N结分别连接至所述第三电容(609)的另一端和所述第二电容(605)的一端,所述第一开关管(606)的源极接地,所述第二电容(605)的另一端接地,所述第三电容(609)的两端为外部负载(611)供电,所述电源管理控制芯片(617)为通用电源管理控制芯片,所述电源管理控制芯片(617)的型号为SG6858、LD7535、OB2263或 RT7730,所述电源管理控制芯片(617)的外部辅助电路包括:第一辅助电阻(612)、第三辅助电阻(614)、第一光耦(616)、第一辅助电容(618)、第五辅助电阻(619)、第六辅助电阻(620)、第一辅助绕组(621)和第一辅助二极管(622);其中,所述第三辅助电阻(614)连接于所述外部负载(611)与第三电容(609)的负端之间,所述第一光耦(616)与所述第三辅助电阻(614)并联,所述第一光耦(616)反馈至所述电源管理控制芯片(617)的FB端和GND端,所述电源管理控制芯片(617)通过GATE端输出开关调制信号至所述第一开关管(606)的栅极,所述电源管理控制芯片(617)的VDD端分别连接至所述第一辅助电阻(612)的一端、所述第一辅助二极管(622)的N结和所述第一辅助电容(618)的一端,所述第一辅助电阻(612)的另一端连接至所述外部负载(611)的正端,所述第一辅助二极管(622)的P结通过给所述电源管理控制芯片(617)供电的所述第一辅助绕组(621)接地,所述第一辅助电容(618)的另一端接地,所述电源管理控制芯片(617)的SENSE端和RI端分别通过所述第六辅助电阻(620)和所述第五辅助电阻(619)接地,所述第一开关管(606)的源极连接至所述SENSE端。
2.根据权利要求1所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路还包括:第二辅助电阻(613),所述第二辅助电阻(613)与所述第一辅助电阻(612)串联。
3.根据权利要求1所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路还包括:第四辅助电阻(615),所述第四辅助电阻(615)与所述第一光耦(616)串联。
4.根据权利要求1所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,所述第一开关管(606)为开关MOS管。
5.一种高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路包括:第二整流桥(801)、第四电容(802)、第三电感(803)、第三二极管(804)、第五电容(805)、第二开关管(806)、第四二极管(807)、第五二极管(822)第四电感(808)、第六电容(809)和第二电源管理控制芯片(817),其中,所述第二整流桥(801)的输出与所述第四电容(802)的两端相连,所述第四电容(802)的非接地端连接至所述第三电感(803)的一端,所述第三电感(803)的另一端分别连接至所述第三二极管(804)的P结和所述第五二极管(822)的P结,所述第三二极管(804)的N结分别连接至所述第四电感(808)的一端、所述第四二极管(807)的P结和所述第二开关管(806)的漏极,所述第四电感(808)的另一端连接至所述第六电容(809)的一端,所述第四二极管(807)的N结分别连接至所述第五二极管(822)的N结、所述第六电容(809)的另一端和所述第五电容(805)的一端,所述第二开关管(806)的源极接地,所述第五电容(805)的另一端接地,所述第六电容(809)的两端为第二外部负载(811)供电,所述第二电源管理控制芯片(817)为通用电源管理控制芯片,所述第二电源管理控制芯片(817)的型号为SG6858、LD7535、OB2263或 RT7730,所述第二电源管理控制芯片(817)的外部辅助电路包括:第七辅助电阻(812)、第九辅助电阻(814)、第二光耦(816)、第二辅助电容(818)、第十一辅助电阻(819)、第十二辅助电阻(820)、第二辅助绕组(821)和第二辅助二极管(823);其中,所述第九辅助电阻(814)连接于所述第二外部负载(811)与第六电容(809)的负端之间,所述第二光耦(816)与所述第九辅助电阻(814)并联,所述第二光耦(816)反馈至所述第二电源管理控制芯片(817)的FB端和GND端,所述第二电源管理控制芯片(817)通过GATE端输出开关调制信号至所述第二开关管(806)的栅极,所述第二电源管理控制芯片(817)的VDD端分别连接至所述第七辅助电阻(812)的一端、所述第二辅助二极管(823)的N结和所述第二辅助电容(818)的一端,所述第七辅助电阻(812)的另一端连接至所述第二外部负载(811)的正端,所述第二辅助二极管(823)的P结通过给所述第二电源管理控制芯片(817)供电的所述第二辅助绕组(821)接地,所述第二辅助电容(818)的另一端接地,所述第二电源管理控制芯片(817)的SENSE端和RI端分别通过所述第十二辅助电阻(820)和所述第十一辅助电阻(819)接地,所述第二开关管(806)的源极至所述SENSE端。
6.根据权利要求5所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路还包括:第八辅助电阻(813),所述第八辅助电阻(813)与所述第七辅助电阻(812)串联。
7.根据权利要求5所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,该驱动电路还包括:第十辅助电阻(815),所述第十辅助电阻(815)与所述第二光耦(816)串联。
8.根据权利要求5所述的高功率因数无频闪的LED驱动电路,其特征在于,所述第二开关管(806)为开关MOS管。
说明书 :
高功率因数无频闪的LED驱动电路
技术领域
背景技术
率因数也有一定的要求,因为如果功率因数达不到要求,则会对电网造成一定程度的污染。
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;美国能源
之星标准规定,对于功率大于5W的LED发光二极管灯泡要求功率因数不低于0.7;欧洲标
准规定,对于大于25W的LED发光二极管灯泡要求功率因数高于0.9。从实际应用的情况
看,对功率因数的要求大都高于上述标准的规定。
路能同时实现输入电流的功率因数校正和输出电流的恒定的功能。图1为经典的降压式功
率因素校正电路的拓扑结构,其由整流桥101,电容102,开关管106,二极管107,电感108,
电容109,等效负载110组成。其中所述整流桥101输入端为交流输入端,所述整流桥106
的输出端与所述电容102两端相连,所述二极管107的N结与所述电容102正端相连,所述
二极管107的P结与所述开关管106的一端相连,所述开关管106的另一端接地,所述电感
108一端与所述二极管107的P结相连,另一端与所述电容109一端相连吗,所述电容109
另一端与所述二极管107的N结相连,所述等效负载110与所述电容109并联。
等效负载110,同时储存一部分能量在所述电感108中,假设开通时间T1;所述开关管106
关断时,储存在所述电感108中的能量,通过所述二极管107释放给所述电容109和等效
负载110,假设关断时间T2。在上述 情况下,所述 输出电压V2与输入电压V1的关系为: ,其中D为所述开关管106的占空比, 。
为基于图1所示的降压式结构的实际实现电路。图2所示的电路由整流桥201,电容202,
二极管207,电感208,电容209,LED负载211,电阻211,电阻212,电阻213,电阻214,电容
215,二极管216,控制芯片217,开关MOS管218,电阻219,电容220,辅助绕组221组成。其
中控制芯片217是一款专用的功率因数校正恒流驱动芯片,其以SY5814芯片为代表。
述电容202两端电压V3大于输出端所述电容209两端的所述电压V4时,才能完成输入到输
出的电压转换和能量传输。也就是说,如图3所示,在一个工频周期0~T5内,只有在T1~T2,
T3~T4内,所述控制芯片217才有开关动作,所述控制芯片217恒定开通时间,再根据楞次
定律 ,那么输入电流会跟随输入电压的变化,输入电流包络近似正弦化(见图
3中I1波形),进而提高了功率因数。 那么在0~T1 T2~T3 T4~T5内,所述电容202两端电
压V3小于输出端所述电容209两端的电压V4时,图2所示的降压式变换器,无法完成电压
转换,并没有能量传递。输出电流I2是靠所述输出电容209存储的能量维持,必然会有较
大的纹波电压(见图3中V4波形),负载为LED负载时,流过LED负载的电流将会有较大的
纹波电流(见图3中I2波形),会产生频闪现象。
照明应用场所,视频画面亮度会有闪烁现象。虽然可以通过增加输出电容来解决上述缺陷,
但是这样会显著增加电路整体的成本和电源的体积。比如,如果把输出纹波电流降低90%,
那么输出电容容量就要至少增加10倍,输出电容的体积也至少增加10倍。这在实际应用
中,采用增加输出电容容量的方法是不现实的。
发明内容
和解决频闪的目的。
开关管、第二二极管、第二电感、第三电容、电源管理控制芯片,其中,所述第一整流桥的输
出与所述第一电容的两端相连,所述第一电容的非接地端连接至所述第一电感的一端,所
述第一电感的另一端连接至所述第一二极管的P结,所述第一二极管的N结分别连接至所
述第二电感的一端、所述第二二极管的P结和所述第一开关管的漏极,所述第二电感的另
一端连接至所述第三电容的一端,所述第二二极管的N结分别连接至所述第三电容的另一
端和所述第二电容的一端,所述第一开关管的源极接地,所述第二电容的另一端接地,所述
第三电容的两端为外部负载供电,所述电源管理控制芯片为通用电源管理控制芯片。
第一辅助电阻、第三辅助电阻、第一光耦、第一辅助电容、第五辅助电阻、第六辅助电阻、第
一辅助绕组和第一辅助二极管;其中,所述第三辅助电阻连接于所述外部负载与第三电容
的负端之间,所述第一光耦与所述第三辅助电阻并联,所述第一光耦反馈至所述电源管理
控制芯片的FB端和GND端,所述电源管理控制芯片通过GATE端输出开关调制信号至所述
第一开关管的栅极,所述电源管理控制芯片的VDD端分别连接至所述第一辅助电阻的一
端、所述第一辅助二极管的N结和所述第一辅助电容的一端,所述第一辅助电阻的另一端
连接至所述外部负载的正端,所述第一辅助二极管的P结通过给所述电源管理控制芯片供
电的所述第一辅助绕组接地,所述第一辅助电容的另一端接地,所述电源管理控制芯片的
SENSE端和RI端分别通过所述第六辅助电阻和所述第五辅助电阻接地,所述第一开关管的
源极连接至所述SENSE端。
电容、第二电源管理控制芯片,其中,所述第二整流桥的输出与所述第四电容的两端相连,
所述第四电容的非接地端连接至所述第三电感的一端,所述第三电感的另一端分别连接至
所述第三二极管的P结和所述第五二极管的P结,所述第三二极管的N结分别连接至所述
第四电感的一端、所述第四二极管的P结和所述第二开关管的漏极,所述第四电感的另一
端连接至所述第六电容的一端,所述第四二极管的N结分别连接至所述第五二极管的N结、
所述第六电容的另一端和所述第五电容的一端,所述第二开关管的源极接地,所述第五电
容的另一端接地,所述第六电容的两端为第二外部负载供电,所述第二电源管理控制芯片
为通用电源管理控制芯片。
路包括:第七辅助电阻、第九辅助电阻、第二光耦、第二辅助电容、第十一辅助电阻、第十二
辅助电阻、第二辅助绕组和第二辅助二极管;其中,所述第九辅助电阻连接于所述第二外部
负载与第六电容的负端之间,所述第二光耦与所述第九辅助电阻并联,所述第二光耦反馈
至所述第二电源管理控制芯片的FB端和GND端,所述第二电源管理控制芯片通过GATE端
输出开关调制信号至所述第二开关管的栅极,所述第二电源管理控制芯片的VDD端分别连
接至所述第七辅助电阻的一端、所述第二辅助二极管的N结和所述第二辅助电容的一端,
所述第七辅助电阻的另一端连接至所述第二外部负载的正端,所述第二辅助二极管的P结
通过给所述第二电源管理控制芯片供电的所述第二辅助绕组接地,所述第二辅助电容的另
一端接地,所述第二电源管理控制芯片的SENSE端和RI端分别通过所述第十二辅助电阻和
所述第十一辅助电阻接地,所述第二开关管的源极连接至所述SENSE端。
驱动电路在一个工频周期之内可以连续工作,始终都有从输入电压到输出电压的能量传
递,使得输出电流不存在工频纹波。本高功率因数无频闪的LED驱动电路无需较大的输出
电容和专用的功率因素校正和恒流输出控制芯片即可同时实现提高功率因数和解决频闪
的目的。
附图说明
具体实施方式
象。为了克服上述缺陷,我们需要对传统的降压式结构进行改进。正是基于以上目的,本发
明改进了传统的降压式结构形成了一种新的电路结构,在该新电路结构中只需要加入现有
的通用的电源管理控制芯片便可同时达到提高功率因素和避免频闪现象产生的目的。
中,所述电容405、开关管406、二极管407、电感408、电容409和等效负载410组成降压式
变换器,其连接方式与图1中传统的降压式结构相同。而电容402,电感403,二极管404,开
关管406,二极管407,电容405组成升压式变换器。
面,同时,电压V6一方面通过电感408把一部分能量传递给电容409和等效负载410,另一
方面把一部分能量储存在电感408里面;开关管406关断时,储存在电感403里面的能量通
过二极管407传递到电容405处,同时,储存在电感408的能量通过二极管407传递给电容
409和等效负载410。
相对比较平稳的直流电压信号V6。关键在于,图4所示电路中,电容402、电感403、二极管
404、开关管406、二极管407和电容405组成升压式变换器,使得电容405两端的电压V6高
于电容409两端的电压V7。
载510。同样,图5中的电容505、开关管506、二极管507、电感508、电容509和等效负载
510组成降压式变换器,其连接方式与图1中传统的降压式结构相同。而电容502、电感503、
二极管504、二极管511、开关管506、二极管507和电容505组成升压式变换器。
面,同时,电压V6一方面通过电感508把一部分能量传递给电容509和等效负载510,另一
方面把一部分能量储存在电感508里面;开关管506关断时,储存在电感503里面的能量通
过二极管511传递到电容505处,同时,储存在电感508的能量通过二极管507传递给电容
509和等效负载510。
关管606、第二二极管607、第二电感608、第三电容609、电源管理控制芯片617,其中,所述
第一整流桥601的输出与所述第一电容602的两端相连,所述第一电容602的非接地端连
接至所述第一电感603的一端,所述第一电感603的另一端连接至所述第一二极管604的P
结,所述第一二极管604的N结分别连接至所述第二电感608的一端、所述第二二极管607
的P结和所述第一开关管606的漏极,所述第二电感608的另一端连接至所述第三电容609
的一端,所述第二二极管607的N结分别连接至所述第三电容609的另一端和所述第二电
容605的一端,所述第一开关管606的源极接地,所述第二电容605的另一端接地,所述第
三电容609的两端为外部负载611供电,所述电源管理控制芯片617为通用电源管理控制
芯片。
式均已经为本领域技术人员所熟知。在本实施例中,所述电源管理控制芯片617的外部辅
助电路包括:第一辅助电阻612、第三辅助电阻614、第一光耦616、第一辅助电容618、第五
辅助电阻619、第六辅助电阻620、第一辅助绕组621和第一辅助二极管622;其中,所述第
三辅助电阻614连接于所述外部负载611与第三电容609的负端之间,所述第一光耦616
与所述第三辅助电阻614并联,所述第一光耦616反馈至所述电源管理控制芯片617的FB
端和GND端,所述电源管理控制芯片617通过GATE端输出开关调制信号至所述第一开关
管606的栅极,所述电源管理控制芯片617的VDD端分别连接至所述第一辅助电阻612的
一端、所述第一辅助二极管622的N结和所述第一辅助电容618的一端,所述第一辅助电阻
612的另一端连接至所述外部负载611的正端,所述第一辅助二极管622的P结通过给所述
电源管理控制芯片617供电的所述第一辅助绕组621接地,所述第一辅助电容618的另一
端接地,所述电源管理控制芯片617的SENSE端和RI端分别通过所述第六辅助电阻620和
所述第五辅助电阻619接地,所述第一开关管606的源极连接至所述SENSE端。
助电阻613与所述第一辅助电阻612串联;第四辅助电阻615,所述第四辅助电阻615与所
述第一光耦616串联。另外,所述第一开关管606可采用开关MOS管,如图6中N型MOS管。
617输出开关调制信号至所述第一开关管606的栅极控制其开通和关断,以恒定输出电流。
以看出,在一个工频周期内,由所述第一电容602、第一电感603、第一二极管604、第一开关
管606、第二二极管607和第二电容605组成的升压式变换器,使电压V9始终大于输出电压
V10;由所述第二电容605、第一开关管606、第二二极管607、第二电感608、第三电容609和
外部负载611组成的降压式变换器,在一个工频周期之内连续工作,始终都有电压V9到电
压V10的能量传递,因此使得输出电流不存在工频纹波见图7中I4的波形。
电容609和外部负载611组成的降压式变换器,所述电源管理控制芯片617输出的调制信
号,其频率f不变,占空比变化相对较小,所述第一开关管606的开通时间变化亦相对较小。
其次,对于由所述第一电容602、第一电感603、第一二极管604、第一开关管606、第二二极
管607和第二电容605组成的升压式变换器,根据楞次定律 ,输入电流会跟随
输入电压的变化,输入电流包络近似正弦化见图7中I3的波形,进而提高了功率因数。
第二开关管806、第四二极管807、第五二极管822第四电感808、第六电容809和第二电源
管理控制芯片817,其中,所述第二整流桥801的输出与所述第四电容802的两端相连,所述
第四电容802的非接地端连接至所述第三电感803的一端,所述第三电感803的另一端分
别连接至所述第三二极管804的P结和所述第五二极管822的P结,所述第三二极管804
的N结分别连接至所述第四电感808的一端、所述第四二极管807的P结和所述第二开关
管806的漏极,所述第四电感808的另一端连接至所述第六电容809的一端,所述第四二极
管807的N结分别连接至所述第五二极管822的N结、所述第六电容809的另一端和所述
第五电容805的一端,所述第二开关管806的源极接地,所述第五电容805的另一端接地,
所述第六电容809的两端为第二外部负载811供电,所述第二电源管理控制芯片817为通
用电源管理控制芯片。
接方式均已经为本领域技术人员所熟知。在本实施例中,所述第二电源管理控制芯片817
的外部辅助电路包括:第七辅助电阻812、第九辅助电阻814、第二光耦816、第二辅助电容
818、第十一辅助电阻819、第十二辅助电阻820、第二辅助绕组821和第二辅助二极管823;
其中,所述第九辅助电阻814连接于所述第二外部负载811与第六电容809的负端之间,所
述第二光耦816与所述第九辅助电阻814并联,所述第二光耦816反馈至所述第二电源管
理控制芯片817的FB端和GND端,所述第二电源管理控制芯片817通过GATE端输出开关
调制信号至所述第二开关管806的栅极,所述第二电源管理控制芯片817的VDD端分别连
接至所述第七辅助电阻812的一端、所述第二辅助二极管823的N结和所述第二辅助电容
818的一端,所述第七辅助电阻812的另一端连接至所述第二外部负载811的正端,所述第
二辅助二极管823的P结通过给所述第二电源管理控制芯片817供电的所述第二辅助绕组
821接地,所述第二辅助电容818的另一端接地,所述第二电源管理控制芯片817的SENSE
端和RI端分别通过所述第十二辅助电阻820和所述第十一辅助电阻819接地,所述第二开
关管806的源极连接至所述SENSE端。
助电阻813与所述第七辅助电阻812串联;第十辅助电阻815,所述第十辅助电阻815与所
述第二光耦816串联。另外,所述第二开关管可采用开关MOS管,如图8中N型MOS管。
放到所述第五电容805中。而图6中,所述第一开关管606关断时,所述第一电感603储
存的能量则需要通过所述第一二极管604和第二二极管607才能释放到所述第二电容605
中。因此,在实际应用中,图8电路相比图6电路将会有更高的效率。
变劣等行为,均应属于本发明的保护范围。