一種用於大功率led光源的驅動電路的製作方法
2023-04-29 09:27:06 3
一種用於大功率led光源的驅動電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及光源驅動【技術領域】，尤其涉及並公開了一種用於大功率LED光源的驅動電路，包括PFC電路，還包括多串變壓器LLC轉換電路，所述的多串變壓器LLC轉換電路與PFC電路連接，用於對LED陣列的恆流驅動。所述的多串變壓器LLC轉換電路包括隔離半橋、多個相同的隔離變壓器，多個隔離變壓器的原邊串聯並與半橋連接，每個隔離變壓器的副邊連接兩組反並的LED串。一種用於大功率LED光源的驅動電路，通過使用多串變壓器LLC控制，對多個LED串進行恆流驅動，輸出段不再有許多DC/DC轉換器，大大減少了元器件的數量，同時也可以縮小印刷電路板的大小，具有低成本、高效率、高可靠性、良好的抗電磁幹擾性等優點。
【專利說明】—種用於大功率LED光源的驅動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光源驅動【技術領域】，尤其涉及一種用於大功率LED光源的驅動電路。
【背景技術】
[0002]現在，LED技術已經作為取代效率低下的白熾燈和螢光燈的新技術而逐漸推廣開來。在一般的LED照明應用中，高功率LED照明O100W)與傳統照明如高壓鈉燈和CFL節能燈相比，在節能和壽命方面顯現出巨大的優勢。對於大功率的專業LED照明市場定位主要為道路照明和其他的商業照明。
[0003]對於每一個LED燈珠來說，如果要達到同樣的亮度，其中所施加的驅動電流應該恆定，能夠不受驅動系統其他因數的影響。通常，對於功率規格大於65瓦的電源，LED陣列會有幾組LED串並聯而成。同時，每組LED串必須工作在恆流狀態，而且每組LED的電流應該儘可能一致以保證同樣的系統亮度。另外，電源系統應能夠保證輸入電流和供電系統同相位，這樣就必須增加PFC (功率因數校正)電路，以減少電流諧波和提高功率因數。
[0004]除掉上面提到的幾點，對於大功率LED照明，效率和可靠性也是非常關鍵的指標。高效率不僅是為了節能的要求，同時對於電源轉換器本身也是至關重要。因為對於LED照明供電系統，熱處理也是一個大問題，如果電源效率高，將會導致整個系統的溫升低，從而提高系統的可靠性和熱性能。
[0005]附圖1示出了一款典型的大功率LED驅動電源拓撲方案，是傳統的3段拓撲，包含PFC功率因素校正電路(PFC Control)，隔離PWM (LLC Control以及非隔離的DC/DC(Buck Control)轉換。此構架中，PFC電路把輸入電流整形成正弦波。工程中，這部分電路一般用升壓線路來實現，因為其電路簡單以及優異的性能表現。在輸入電壓範圍為85V到264V的應用中，PFC部分的輸出直流母線要大於輸入電壓的峰值電壓。一般會選擇380VDC到400VDC之間。由於PFC部分的輸出電壓太高並且是非隔離的，那麼就要通過一個變壓器隔離的直流轉直流轉換器(DC/DC)，半橋LLC轉換因為其高效率和優異的EMI性能(抗電磁幹擾性能)而被廣泛使用。DC/DC部分產生一個相對合適的電壓去驅動LED串。具體輸出電壓值取決於LED的數量和後面所接的恆流控制系統類型，一般為低於60伏的標準安全電。每組LED串會有一個獨立的電流控制器去調節輸出電流。大多數高亮度的LED燈珠，電流規格一般在350mA到750Ma，每段的最優化效率大致如下:PFC段97%、隔離PWM段96%、非隔離DC/DC段95%。因此整個系統的效率最大只能是大約88%。當然，有很多方法還是能夠提高效率，譬如在隔離PWM段或者DC/DC段使用同步整流控制等等，但是成本將大幅上升。因而傳統結構存在以下缺陷:
[0006]1、成本高:由圖1可知，每一個LED串上都有DC/DC轉換器，結果就是因為使用很多控制器和電感、電容使得成本很高；
[0007]2、可靠性差:由於需要很多外部器件，這會大大降低系統的可靠性；
[0008]3、抗電磁幹擾性差:由於多個LED驅動器會額外產生高頻開關幹擾，這會影響傳導和輻射EMI幹擾的測試結果。那麼必然的結果就是在每個開關節點上使用RC吸收網絡，輸出端增加濾波器，DC/DC段使用同步整流等等，這樣才能滿足EMI的標準，這無疑會增加成本和降低可靠性。
【發明內容】
[0009]針對現有大功率LED光源存在成本高、可靠性差、電磁幹擾大的缺陷，本實用新型提供一種低成本、高效率、可靠性高、電磁幹擾低的用於大功率LED光源的驅動電路。
[0010]為實現上述實用新型目的，本實用新型採用如下的技術方案:
[0011]一種用於大功率LED光源的驅動電路，包括PFC電路，還包括多串變壓器LLC轉換電路，所述的多串變壓器LLC轉換電路與PFC電路連接，用於對LED陣列的恆流驅動。新驅動電路和傳統LED照明電源驅動電路相比有以下關鍵特徵:
[0012] 高效:因為只有PFC電路和LLC半橋，通過多串變壓器LLC轉換電路的具體設計，預估的系統效率會高於91%。
[0013]低成本:和傳統方案相比，新方案只有兩段，輸出段不再有許多DC/DC轉換器，元器件大幅降低，帶來成本的下降。
[0014]高可靠性:由於LED照明系統可靠性一般由熱管理、電氣驅動、故障檢測和系統保護以及元器件數量決定。新方案因為使用的元器件數量大幅下降，同時效率提高，系統可靠性會得到大幅提升。
[0015]良好的EMI性能:因為輸出段不再有許多DC/DC轉換器，這會大幅減低EMI的水平。同時，多串變壓器LLC轉換電路工作在ZVS (零電壓)條件下，這會降低開關期間的噪
曰?
[0016]因而和傳統LED驅動拓撲相比，新方案有助於降低元器件數量並提高效率、降低成本、具有較高的可靠性和良好的EMI性能，並可以縮小印刷電路板的大小。
[0017]作為優選，所述的多串變壓器LLC轉換電路包括隔離半橋、多個相同的隔離變壓器，所述多個隔離變壓器的原邊串聯並與半橋連接，每個隔離變壓器的副邊連接兩組反並的LED串。基於磁平衡理論，如果變壓器的原邊電流因為是串聯因而是相等的，那麼每一個隔離變壓器的輸出電流亦即其所驅動的對應LED組的電流也必須是相等的。這樣就可以使LED工作在恆流狀態且亮度相同。
[0018]作為優選，所述的LED串還與PWM調光控制串聯連接，所述的PWM調光控制檢測LED串電流並反饋控制隔離變壓器的原邊電流。變壓器的副邊，每串的電流被相加，總電流作為反饋環的反饋量，這樣方便用於PWM調光或者模擬調光，具有良好的調光兼容性。
[0019]作為優選，所述的隔離半橋包括兩個相同的功率開關管，當開關管的工作頻率等於隔離變壓器副邊串聯諧振頻率時，所述多串變壓器LLC轉換電路的輸入輸出電壓為:
T)/"1 DT TCf
^LED = ?-，其中，η是初級次級匝數比，Vlous是多串變壓器LLC轉換電路的輸入
2xnx Nj
電壓，即PFC電路的輸出電壓，￥_是1^0串的電壓，Nt是變壓器的數目。可以依據輸入輸出電壓來選擇變壓器的個數和初次級匝數比。
[0020]作為優選，隔離變壓器原邊電感量需要滿足的條件為:[0021]
【權利要求】
1.一種用於大功率LED光源的驅動電路，包括PFC電路，其特徵在於:還包括多串變壓器LLC轉換電路，所述的多串變壓器LLC轉換電路與PFC電路連接，用於對LED陣列的恆流驅動。
2.根據權利要求1所述的一種用於大功率LED光源的驅動電路，其特徵在於:所述的多串變壓器LLC轉換電路包括隔離半橋、多個相同的隔離變壓器，所述多個隔離變壓器的原邊串聯並與半橋連接，每個隔離變壓器的副邊連接兩組反並的LED串。
3.根據權利要求2所述的一種用於大功率LED光源的驅動電路，其特徵在於:所述的隔離半橋包括兩個相同的功率開關管，當開關管的工作頻率等於隔離變壓器副邊串聯諧振頻率時，所述多串變壓器LLC轉換電路的輸入輸出電壓滿足:
4.根據權利要求3所述的一種用於大功率LED光源的驅動電路，其特徵在於:隔離變壓器原邊電感量滿足的條件為:
【文檔編號】H05B37/02GK203691688SQ201320821302
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】張福明 申請人:嘉興市朗特隆光電有限公司