一種led顯示屏用電源的製作方法
2023-04-25 22:00:11
專利名稱：一種led顯示屏用電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種顯示屏用電源，尤其涉及一種LED顯示屏用電源。
背景技術：
LED顯示屏是一種迅速發展起來的新型信息顯示媒體。隨著我國經濟的不斷發展，已被廣泛應用於車站、賓館、銀行、醫院等公共場合。顯示屏電源是其重要組成部分，主要用來給顯示屏發光二極體提供必要的工作電流，保證屏體正常顯示。為簡單起見，通常採用由一小功率電源帶3到4個顯示驅動板的供電方案。這樣，一個較大面積的顯示屏需要配接許多電源模塊，例如一個2mX I. 5m的屏體，就需要提供24個5V/20A的模塊電源。該設計存在以下的缺點。接線複雜每一個電源均需單獨地配置交流輸入線、直流輸出線。 I)電源冗餘度差在大多數情況下，屏體顯示內容為文字、動畫、圖片，每個顯示驅動板消耗的電流不一樣，可能某些電源模塊過載，而另一些模塊空載。此外，若某一電源失效，會造成屏體的一部分黑屏。2)電源過載能力差，利用率低屏體在工作時消耗的電流隨畫面的內容、顏色、亮度而變化，大部分時間電流較小，而大面積高亮度的畫面雖消耗電流大，但持續時間短。
發明內容針對上述技術缺陷，本實用新型提出一種LED顯示屏用電源。為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案如下一種LED顯示屏用電源，包括AC/DC全波整流電路，DC/DC單端雙正激電路和為所述AC/DC全波整流電路、DC/DC單端雙正激電路提供輔助電源的控制電路，所述AC/DC全波整流電路採用有源功率因數校正電路，所述控制電路採用反激式開關電源作為輔助電源，所述AC/DC全波整流電路包括整流橋BI、電感LI、電感L2、二極體Dl、二極體D2、二極體D3、二極體D4、電容Cl、電容C2、電容C3、開關管Q ;所述整流橋BI的3號腳與所述電感LI的一端相連；所述電感LI的另一端分別與所述電感L2的一端、二極體D4的正極、電容Cl的一端相連；所述電感L2的另一端分別與所述開關管Q的漏極、二極體Dl的正極相連；所述二極體Dl的負極分別與二極體D2的正極、電容C2的一端相連；所述二極體D2的負極分別與二極體D3的正極、電容Cl的一端相連；所述二極體D3的負極與二極體D4的負極、電容C3的一端相連；所述整流器BI的4號腳、開關管Q的源極、電容C2和電容C3的另一端分別接地。作為可選方案，所述DC/DC單端雙正激電路的雙正激無損吸收電路包括變壓器Tl、變壓器T2、二極體D14、二極體D15、二極體D24、二極體D25、二極體D16、二極體D17、二極體D10、二極體D26、二極體D27、電感L7、電容C2、電容C5、電容C7、開關管Q1、開關管Q2 ；所述二極體D17的負極分別與二極體D16的負極、變壓器Tl的輸入端相連；所述二極體D27的負極分別與二極體D26的負極、變壓器T2的輸入端相連；所述變壓器Tl與變壓器T2採用並聯結構；所述二極體D14的正極分別與二極體DlO的負極、電容C7的一端相連；所述二極體D14的負極分別與電容C2的一端、二極體D15的負極相連；所述電容C2的另一端接地；所述二極體D15的負極與開關管Ql的漏極相連；所述二極體D15的正極分別與電容C7的另一端、變壓器T2的4號腳相連；所述二極體DlO的正極與電感L7的一端相連；所述電感L7的另一端分別與變壓器T2的4號腳、電容C5的一端、二極體D24的負極相連；所述二極體D25的負極分別與電容C5的另一端、變壓器Tl的I號腳相連；所述二極體D24的正極、二極體D25的正極、開關管Q2的柵極分別接地。作為可選方案，所述控制電路包括AC/DC全波整流電路控制部分和DC/DC單端雙正激電路控制部分，所述AC/DC全波整流電路控制部分採用PFC控制晶片UC3854B，將所述PFC控制晶片UC3854B停止工作時產生的信號通過光耦傳輸到所述DC/DC單端雙正激電路控制部分，所述DC/DC單端雙正激電路控制部分採用PWM控制晶片UC3846的峰值電流型控制模式。作為可選方案，所述輸出電流合成電路包括一個電流傳感器、一個高速單向緩衝器、二極體D、一個受控電流源、電容C ;所述電流傳感器包括電阻R、電感L ;所述電流傳感器與高速單向緩衝器的正極相連；所述高速單向緩衝器的輸出與二極體D的正極相連；所·述二極體D的負極分別與高速單向緩衝器的負極、電容C的一端、受控電流源的輸入端相連；所述電容C的另一端、受控電流源的輸出端分別接地。本實用新型的有益效果在於I)集中供電，採用η + I冗餘方案。2)電源模塊設計適當的輸出電流，模塊可均流。保證屏體裝配工藝易實現η + I冗餘。3)電源模塊有下拖形狀的限流特性以保證有較好的過載能力、較高的利用率。4)電源模塊有扁平的外形，自然散熱，易於在屏體上安裝，並利用屏體散熱。5)電源模塊帶APFC，減小對電網的幹擾，適應電網的波動
圖I為本實用新型PFC無損吸收主電路的電路圖；圖2為本實用新型單端雙正激無損新手主電路的電路圖；圖3為本實用新型輔助電源電路的電路圖；圖4為本實用新型輸出電流合成電路的電路圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明。圖I中PFC無損吸收主電路的無損吸收緩衝網絡，降低了開關的開關損耗，提高了其穩定性，增強了其使用壽命。它利用一組無源元件，使開關管Q實現了零電流開通和零電壓關斷，提高了電源的工作效率，且相對於其它諧振軟開關電路，降低了成本。DC/DC主電路採用如圖2所示的單端雙正激電路。單端雙正激電路相對於其它拓撲電路結構，開關管承受電壓低，在控制電路設計中不必擔心共態導通問題，也不會因電路不對稱發生高頻變壓器單向偏磁，即不存在變壓器飽和問題，是一種可靠性較高的電路。考慮到整機的高度不超過60_，以及變壓器工藝、安裝、散熱的要求，DC/DC變換採用雙變壓器、雙輸出電感結構。變壓器原邊並聯，副邊各自用一個輸出電感，如圖2所示。為保證電源安全可靠地工作，電路設計中採用TOP224Y製作一反激式開關電源作為輔助源，如圖3所示。其兩路輸出分別為AC/DC部分和DC/DC部分的控制電路供電。具體電路實現步驟如下如圖I所示，AC/DC全波整流電路包括整流橋BI、電感LI、電感L2、二極體D1、二極體D2、二極體D3、二極體D4、電容Cl、電容C2、電容C3、開關管Q ;所述整流橋BI的3號腳與所述電感LI的一端相連；所述電感LI的另一端分別與所述電感L2的一端、二極體D4的正極、電容Cl的一端相連；所述電感L2的另一端分別與所述開關Q的漏極、二極體Dl的正極相連；所述二極體Dl的負極分別與二極體D2的正極、電容C2的一端相連；所述二極體D2的負極分別與二極體D3的正極、電容Cl的一端相連；所述二極體D3的負極與二極體D4的負極、電容C3的一端相連；所述整流器BI的4號腳、開關管Q的源極、電容C2和電容C3的另一端分別接地。下面通過分析PFC主開關Q的工作過程來說明此無損吸收緩衝網絡的 工作原理。I) Q導通時，因為電感L2中電流不能突變，且C2、Cl電壓不能突變，Q中的的電流從零開始增加，緩慢上升。通過D4的電流iD4漸減。Q實現零電流開通，導通的損耗較小。2)當電流iD4減少為零時，D4進入反向恢復狀態，通過電感L2的電流iL2=iLl +irD4。D4反向電流irD4的變化率受到電感L2的控制，反向恢復損耗降低。3)主電感L2中電流緩慢增加，Q上的電壓uQ下降。電容C2通過D2、C1、L2、Q放電，C2上的電壓uC2下降。4)當uC2下降為零時，C2中的能量完全轉向C1、L2。L2中的電流飽和不變，uQ下降變為零，Q完成零電流開通過程。5) Q保持開通狀態，與普通PFC電路的開關管狀態相同。6) Q關斷時，L2中的電流iL2通過Dl流向C2，C2從零開始充電，Q實現零電壓關斷，關斷損耗較小。二極體D2、D3使uC2最終鉗位在輸出電壓VL。7)L2在導通時存儲的能量通過D1、D2流向C1，L2逐漸復位。當L2復位後，Cl中的能量通過D3輸出。8)當Cl兩端電壓變為零時，D4正嚮導通。Q完成零電壓關斷過程。9) Q保持關斷狀態直到開始進入新的開關循環過程。從以上分析可知此無損吸收網絡具有以下幾個特點。I) Q的最大工作電壓等於輸出電壓VL ;2) PFC電路的輸出二極體D4的耐壓是VL與電感L2的反向電壓之和；3) Q中的電流上升率，即Q的開通損耗決定於電感L2兩端電壓和L2的電感量；4)Q兩端的電壓上升率，即Q的關斷損耗決定於流過電容C2的電流和C2的容量；5)由於開關動作引起的存儲在L2和C2中的能量最終都輸出給了負載，保證了轉換器的工作效率。如圖2DC/DC單端雙正激電路的雙正激無損吸收電路包括變壓器Tl、變壓器T2、二極體D14、二極體D15、二極體D24、二極體D25、二極體D16、二極體D17、二極體D10、二極體D26、二極體D27、電感L7、電容C2、電容C5、電容C7、開關管Q1、開關管Q2 ;所述二極體D17的負極分別與二極體D16的負極、變壓器Tl的輸入端相連；所述二極體D27的負極分別與二極體D26的負極、變壓器T2的輸入端相連；所述變壓器Tl與變壓器T2採用並聯結構；所述二極體D14的正極分別與二極體DlO的負極、電容C7的一端相連；所述二極體D14的負極分別與電容C2的一端、二極體D15的負極相連；所述電容C2的另一端接地；所述二極體D15的負極與開關管Ql的漏極相連；所述二極體D15的正極分別與電容C7的另一端、變壓器T2的4號腳相連；所述二極體DlO的正極與電感L7的一端相連；所述電感L7的另一端分別與變壓器T2的4號腳、電容C5的一端、二極體D24的負極相連；所述二極體D25的負極分別與電容C5的另一端、變壓器Tl的I號腳相連；所述二極體D24的正極、二極體D25的正極、開關管Q2的柵極分別接地。該電路的無損吸收網絡不同於AC/DC部分電路所採用的無損吸收網絡。它僅使開關管完成了零電壓關斷過程。以下以開關Q2為例(Ql與Q2變化狀態相同)，簡述該網絡的工作原理。I)導通過程 Q1、Q2開通時，除一路電流通過Q1、T1副邊、Q2外，另一路電流流過Q1、C5、L7、D10、C7、Q2形成LC振蕩迴路，C5、C7被充電。當A與B點之間的電壓uAB等於主電路電壓VDC時，由於DlO的單向導電性，振蕩結束。電感L7起限制C7、C5中的電流變化的作用。Q1、Q2中流過的電流為從副邊折算到原邊的負載電流與C5、C7充電電流之和。2)關斷過程Q1、Q2關斷時，由於B點對地電壓為零，C7從零開始充電，Q2對地電壓uQ2緩慢上升，Q2零電壓關斷。加在Q2上的電壓因二極體D15的鉗位作用，最終為VDC。因此，B點電壓升為VDC。Q2實現零電壓關斷過程。由於變壓器勵磁電感、漏感及引線寄生電感所引起的感應電勢的能量通過C7、D14返回電源，Q2上的電壓維持在VDC直到變壓器原邊磁通復位。此時，Q1、Q2上的電壓分別為VDC/2直到新的工作周期。Q2的開通期間與關斷期間的狀態與普通開關管同期間的狀態相同。從以上分析中，可以總結出以下特點I)電路中每個開關管的最大工作電壓等於電源電壓。2)01、02關斷的電壓上升率分別決定於電容05、07的容量。如圖3輔助電源電路，AC/DC控制部分使用PFC控制晶片UC3854B。交流輸入過、欠壓、PFC變換直流電壓(400V)過、欠壓時都關閉UC3854，使PFC部分停止工作。這些故障信號通過隔離光耦傳遞到DC/DC控制電路，以達到在AC/DC部分工作不正常時保護主開關管的目的。DC/DC控制部分使用了 PWM控制晶片UC3846，採用峰值電流型控制模式。峰值電流型控制模式相對於電壓控制模式，負載響應速率快，具有逐脈衝限流特性，容易獲得下拖形狀的限流特性，非常適合在此應用。由於η + I冗餘應用時，多模塊必須有均流功能。該電源輸出電流較大，直接從DC輸出用分流器取電流信號功率損耗較大，同時裝配工藝較複雜。因此，本設計採取了原邊電流合成的方法。用電流傳感器取出開關管導通時變壓器原邊的電流信號。該信號包含了變壓器的勵磁電流信號與輸出電感電流折算到變壓器原邊的電流信號。因輸出電感折算到原邊的電流遠大於變壓器的勵磁電流，所以可認為電流傳感器取出的即為輸出電感的充磁電流。這是輸出電感電流的上升部分，只要模擬出輸出電感續流時的下降部分，合成後即可得到輸出電感的電流信號，也為輸出電流信號。取出該合成後的電流信號後就可用於電流保護的控制與均流控制上了。如圖4所示，把電流傳感器取出的電流信號經高速單向緩衝後向一電容充電。開關管導通時關閉恆流源，而開關管關斷時打開恆流源對電容恆流放電。在選擇合適的電路參數後，電容上的電壓波形就與輸出電感上的電流成比例，放大後就可得到輸出電感電流，也即輸出電流。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型保護範圍內。
權利要求1.一種LED顯示屏用電源，其特徵在於，包括AC/DC全波整流電路，DC/DC單端雙正激電路和為所述AC/DC全波整流電路、DC/DC單端雙正激電路提供輔助電源的控制電路，所述AC/DC全波整流電路採用有源功率因數校正電路，所述控制電路採用反激式開關電源；所述AC/DC全波整流電路包括整流橋BI、電感LI、電感L2、二極體Dl、二極體D2、二極體D3、二極體D4、電容Cl、電容C2、電容C3、開關管Q ;所述整流橋BI的3號腳與所述電感LI的一端相連；所述電感LI的另一端分別與所述電感L2的一端、二極體D4的正極、電容Cl的一端相連；所述電感L2的另一端分別與所述開關管Q的漏極、二極體Dl的正極相連；所述二極體Dl的負極分別與二極體D2的正極、電容C2的一端相連；所述二極體D2的負極分別與二極體D3的正極、電容Cl的一端相連；所述二極體D3的負極與二極體D4的負極、電容C3的一端相連；所述整流器BI的4號腳、開關管Q的源極、電容C2和電容C3的另一端分別接地。
2.根據權利要求I所述的一種LED顯示屏用電源，其特徵在於，所述DC/DC單端雙正激電路的雙正激無損吸收電路包括變壓器Tl、變壓器T2、二極體D14、二極體D15、二極體D24、二極體D25、二極體D16、二極體D17、二極體D10、二極體D26、二極體D27、電感L7、電容C2、電容C5、電容C7、開關管Q1、開關管Q2 ;所述二極體D17的負極分別與二極體D16的負極、變壓器Tl的輸入端相連；所述二極體D27的負極分別與二極體D26的負極、變壓器T2的輸入端相連；所述變壓器Tl與變壓器T2採用並聯結構；所述二極體D14的正極分別與二極體DlO的負極、電容C7的一端相連；所述二極體D14的負極分別與電容C2的一端、二極體D15的負極相連；所述電容C2的另一端接地；所述二極體D15的負極與開關管Ql的漏極相連；所述二極體D15的正極分別與電容C7的另一端、變壓器T2的4號腳相連；所述二極體DlO的正極與電感L7的一端相連；所述電感L7的另一端分別與變壓器T2的4號腳、電容C5的一端、二極體D24的負極相連；所述二極體D25的負極分別與電容C5的另一端、變壓器Tl的I號腳相連；所述二極體D24的正極、二極體D25的正極、開關管Q2的柵極分別接地。
3.根據權利要求I所述的一種LED顯示屏用電源，其特徵在於，所述控制電路包括AC/DC全波整流電路控制部分和DC/DC單端雙正激電路控制部分，所述AC/DC全波整流電路控制部分採用PFC控制晶片UC3854B，將所述PFC控制晶片UC3854B停止工作時產生的信號通過光耦傳輸到所述DC/DC單端雙正激電路控制部分，所述DC/DC單端雙正激電路控制部分採用PWM控制晶片UC3846的峰值電流型控制模式。
4.根據權利要求f3任意一項所述的一種LED顯示屏用電源，其特徵在於，還包括輸出電流合成電路，所述輸出電流合成電路包括一個電流傳感器、一個高速單向緩衝器、二極體D、一個受控電流源、電容C ;所述電流傳感器包括電阻R、電感L ;所述電流傳感器與高速單向緩衝器的正極相連；所述高速單向緩衝器的輸出與二極體D的正極相連；所述二極體D的負極分別與高速單向緩衝器的負極、電容C的一端、受控電流源的輸入端相連；所述電容C的另一端、受控電流源的輸出端分別接地。
專利摘要本實用新型公開了一種LED顯示屏用電源，包括AC/DC全波整流電路，採用有源功率校正因數電路以使輸入電流輸出的波形呈正弦狀；DC/DC主電路，採用可靠性較高的單端雙正激電路來控制高頻變壓器的磁場變化；控制電路，如圖3所示，採用反激式開關電源作為輔助電源來保證電源安全可靠地工作，並為AC/DC全波整流電路、DC/DC單端雙正激電路提供輔助電源；還包括n+1冗餘應用時的輸出電流合成電路以使多模塊都均流，採用上述方案的LED顯示屏用電源，電源模塊有較好的過載能力、較高的利用率，易於在屏體上安裝，並利用屏體散熱，減小對電網的幹擾，適應電網的波動，還可集中供電。
文檔編號H02M3/28GK202586778SQ201220214939
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者徐志望 申請人:上虞市歐本電子有限公司