一種支持可控矽調光的高功率因數led驅動電路的製作方法

2023-10-24 15:42:32

專利名稱：一種支持可控矽調光的高功率因數led驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，特別是一種基於隔離式反激變換拓撲結構的、具有功率因數校正 電路的可調光LED驅動電路，屬於LED照明技術領域。
背景技術：
LED具有發光效率高、使用壽命長、穩定性好等優點，被廣泛應用於照明領域。LED的可控矽調光技術，是將傳統的可控矽調光器和新興的LED驅動技術結合在一起，發展而來的，主要用於替換型LED燈具市場。TRIAC調光器本來用於白熾燈、螢光燈的調光。在推廣LED照明的過程中，要求不能改變現有照明系統的基礎設施。因此，如果LED燈具能利用現有TRIAC調光器進行調光，就可以大大降低其進入市場的門檻。如圖I所示，現有的LED可控矽調光技術的主要原理是，通過給LED驅動器前端串聯一個TRIAC可控矽調光器，對交流市電進行斬波，減少輸入進LED驅動器的電能，同時，LED驅動器檢測輸入電壓有效值或者相位的變化，調節LED驅動器的輸出電流，從而調節LED的亮度。其優點在於，電壓調節速度快，調光精度高，體積小，成本低。缺點在於，調光器工作在斬波方式，會造成大量諧波，造成電磁幹擾，導致電源效率和功率因數的降低；可控矽調光容易出現閃爍問題，且閃爍問題不易解決。雖然各大LED驅動晶片廠商針對諧波、功率因數以及閃爍問題提出了不少解決方案，但是市場上可控矽調光器的種類多樣，參數各有區別，LED驅動器無法與之一一兼容，造成實際應用上的困難。

發明內容
針對目前可控矽調光LED驅動器產品存在的不足，本發明的目的在於解決目前小功率LED驅動器功率因數不高和電路效率低的問題，提供一種支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，在支持主流的三端可控矽調光器的同時，提高LED驅動器在額定工作狀態時的功率因數，並適當提高工作效率。為了達到上述目的，本發明的構思是
本發明實現的替換型小功率LED驅動器為電氣隔離型電路，電路採用反激變換拓撲結構，使用隔離式變壓器進行能量的存儲和傳輸，使用外接的三端可控矽調光器進行調光。為實現調光功能，考慮使用集成了 MOSFET的開關電源管理晶片NXPSSL2101T、使用三端可控矽調光開關產生輸入信號、使用電阻分壓方式產生亮度控制信號等。為實現高功率因數，考慮使用了填谷式PFC校正電路，包括3個電容和2個二極體。在小功率限制下，為實現較高效率，採用反激式拓撲結構。根據上述發明構思，本發明採用的技術方案是
一種支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，包括EMI濾波電路、輸入整流電路、功率因數校正電路、電阻分壓採樣電路、強-弱分壓洩流電路、外接RC振蕩電路、輸入電流採樣電路、變壓器初級鉗位電路、隔離式高頻開關變壓器、開關電源管理晶片、VCC產生電路、輸出整流濾波電路、輸出電壓採樣電路、參考電壓產生電路、比較電路和光電耦合電路，其特徵在於
所述的EMI濾波電路輸入端串聯一個可控矽調光器，接入交流市電，輸出端與輸入整流電路的輸入端聯接；所述的功率因數校正電路與輸入整流電路的輸出端並聯；所述的電阻分壓採樣電路聯接輸入整流電路的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片的功率地端，輸出端聯接開關電源管理晶片；所述的強-弱分壓洩流電路聯接輸入整流電路的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片；所述的外接RC振蕩電路聯接所述的開關電源管理晶片；所述的輸入電流採樣電路聯接所述的開關電源管理晶片的功率地端和輸入整流電路的整流參考地端，輸出端聯接所述的開關電源管理晶片；所述的變壓器初級鉗位電路與所述的隔離式高頻開關變壓器的初級繞組a並聯；所述的隔離式高頻開關變壓器，其初級繞組a通過開關電源管理晶片和輸入電流採樣電路，與輸入整流電路的輸出端聯接；所述的的隔離式高頻開關變壓器，其輔助繞組b通過所述的VCC產生電路，與開關電源管理晶片聯接；所述的輸出整流濾波電路的輸入端與隔離式高頻開關變壓器的次級繞組c聯接，輸出端與LED負載聯接；所述的輸出電壓採樣電路的輸入端與輸出整流濾波電路的輸出端聯接，其輸出端與 所述的比較電路的輸入端聯接，比較電路的輸入端聯接至所述參考電壓產生電路；所述的比較電路通過所述的光電耦合電路，與開關電源管理晶片聯接；
所述的EMI濾波電路用於濾除共模幹擾和諧波；所述的輸入整流電路將工頻交流電整流成脈動的直流高壓後，經過所述的功率因數校正電路濾波、儲能，供給所述的隔離式高頻開關變壓器；所述的電阻分壓採樣電路與開關電源管理晶片聯接，產生亮度控制信號送給開關電源管理晶片，控制MOSFET的開關頻率和導通關斷時間，從而控制輸出電流，調節LED燈負載的亮度；所述的強-弱分壓洩流電路，一端與輸入整流後的直流脈動電壓聯接，另一端與開關電源管理晶片聯接，強分壓洩流電路用於調光器的過零重啟和可控矽鎖存，在低輸入電流情況下，弱分壓洩流電路作為電流迴路用於產生維持電流；所述的外接RC振蕩電路與開關電源管理晶片聯接，用於設置開關頻率，並設定頻率的上限和下限；所述的輸入電流採樣電路與開關電源管理晶片聯接，一路用於設定維持電流閾值，控制弱分壓洩流電路的導通或關斷，另一路用於設定原邊峰值電流，在開關管的開關頻率和佔空比一定的情況下，限制輸出功率；所述的開關電源管理晶片內集成有高壓大功率M0SFET，在MOSFET導通期間，隔離式高頻開關變壓器將電能存儲在初級繞組中；在MOSFET關斷期間，存儲在隔離式開關變壓器初級繞組中的電能傳送至變壓器次級繞組和輔助繞組；所述的開關變壓器的輔助繞組，通過一個VCC產生電路，給開關電源管理晶片提供VCC電壓；所述的變壓器初級鉗位電路可吸收功率MOSFET關斷時變壓器初級繞組兩端產生的尖峰電壓並限制次級繞組反射回來的電壓，以保護功率MOSFET ;所述的輸出整流濾波電路將隔離式開關變壓器次級繞組電壓平滑成無紋波直流輸出；所述的輸出電壓採樣電路檢測輸出電壓；所述的參考電壓產生電路產生所需的基準參考電壓；所述比較電路將電壓採樣值與參考值進行比較，產生反饋控制信號；所述的光電耦合電路將反饋控制信號傳輸至開關電源管理晶片並實現輸入與輸出之間的電氣隔離，開關電源管理晶片根據反饋控制信號調節其內部功率MOSFET的導通、關斷，以控制隔離式變壓器的能量傳遞，最終使輸出電壓不會過高；
所述EMI濾波電路由一個電容Cl和一個共模電感LI組成,所述共模電感LI有兩個輸入端和兩個輸出端，電容Cl的兩端與共模電感LI的輸入端並聯,共模電感LI的輸入端通過串聯一個可控矽調光器與交流市電聯接，共模電感LI的輸出端與所述的輸入整流電路的輸入端聯接；所述的輸入整流電路由四個二極體Dl、D2、D3、D4組成，Dl的陰極與D2的陰極聯接，Dl的陽極與D3的陰極聯接，D3陽極與D4的陽極聯接，D4的陰極與D2的陽極聯接，D1、D2的陰極作為整流輸出高壓端，D3、D4的陽極作為整流參考地端。所述功率因數校正電路由三個二極體D5、D6、D7和兩個電解電容C2、C3組成，D5 的陰極接輸入整流電路的整流輸出高壓端，D5的陽極接D6的陰極，D6的陽極接D7的陰極，D7的陽極接所述輸入整流電路的整流參考地端；電解電容C2的正極接所述輸入整流電路整流輸出高壓端，負極接D7的陰極；電解電容C3的正極接D5的陽極，負極接所述輸入整流電路的整流參考地端。所述開關電壓管理晶片為NXP公司生產的SSL2101T，該晶片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引腳，與所述的電阻分壓電路的輸出端聯接；RC和RC2引腳，與所述的外接RC振蕩電路聯接；WBLEED和SBLEED引腳，與所述的強弱分壓洩流電路聯接；DRAIN引腳，與所述的隔離式高頻開關變壓器的初級繞組a的異名端聯接；VCC引腳，與所述的VCC產生電路聯接；I SENSE、SOURCE引腳，與所述的輸入電流採樣電路的輸出端聯接；AUX引腳，與所述隔離式高頻開關變壓器的輔助繞組b的異名端聯接；GND引腳，作為功率地端。所述電阻分壓採樣電路由四個電阻Rl、R2、R6、R7和一個電解電容C4組成，Rl —端與輸出整流電路的整流輸出高壓端聯接，Rl的另一端與R2的一端聯接，R2的另一端與所述開關電源管理晶片的功率地端聯接，C4的正極聯接至Rl與R2的公共端，C4的負極與所述功率地端聯接，Rl和R2的公共端通過R6、R7分別與開關電源管理晶片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引腳聯接；所述的強-弱分壓洩流電路由兩個電阻R3、R4組成，電阻R3和R4 —端與輸出整流電路的整流輸出高壓端聯接，R3的另一端與開關電源管理晶片的WBLEED引腳聯接，R4的另一端與開關電源管理晶片的SBLEED引腳聯接；所述的外部RC振蕩電路由兩個電阻R5、R8和一個瓷片電容C5組成,R5與C5並聯以後的一個公共端與開關電源管理晶片的RC引腳聯接，R5與C5的另一個公共端與所述功率地端聯接，R8兩端分別與開關電源管理晶片的RC、RC2引腳聯接；所述的輸入電流採樣電路由四個電阻R11、R12、R13、R14組成，Rll的一端與開關電源管理晶片的SOURCE引腳聯接，Rll的另一端與功率地端聯接，R14 —端與開關電源管理晶片的功率地端聯接，R14的另一端與輸入整流電路的整流參考地端聯接，R12和R13串聯以後的公共端與開關電源管理晶片的ISENSE引腳聯接，R12的另一端與輸入整流電路的整流參考地端聯接，R13的另一端與開關電源管理晶片的功率地端聯接。所述變壓器初級鉗位電路由二極體D9和穩壓二極體VRl組成，D9的陰極與VRl的陰極聯接，D9的陽極與隔離式高頻開關變壓器初級繞組a的異名端聯接，VRl的陽極與隔離式高頻開關變壓器初級繞組a的同名端聯接；所述的VCC產生電路由二極體D11、穩壓二極體VR2、電阻RlO和電解電容C6組成，Dll的陰極通過電阻RlO與開關電源管理晶片的VCC引腳聯接，Dll的陽極與隔離式高頻開關變壓器輔助繞組b的異名端聯接，C6的正極、VR2的陰極與VCC引腳聯接，C6的負極、VR2的陽極與所述功率地端聯接。所述輸出整流濾波電路由二極體D12、電解電容C7和瓷片電容C8組成，D12的陽極與所述的隔離式高頻開關變壓器的次級繞組c的異名端聯接，D12的陰極與LED負載的正極聯接，所述次級繞組c的同名端與LED負載的負極聯接，C7的正極與LED負載的正極聯接，C7的負極與LED負載的負極聯接，CS與C7並聯；所述的隔離式高頻開關變壓器由初級繞組a、輔助繞組b、次級繞組c組成，初級繞組a的同名端與二極體D8的陰極聯接，D8的陽極與所述輸入整流電路的整流輸出高壓端聯接，初級繞組a的異名端與所述開關電源管理晶片的DRAIN引腳聯接，輔助繞組b的同名端與功率地端聯接，輔助繞組b的異名端與二極體Dll的陽極聯接，次級繞組c的同名端與LED負載的負極聯接，次級繞組c的異名端與二極體D12的陽極聯接；所述參考電壓產生電路和比較電路集成在三端穩壓器TL431內部，外圍電路由兩個電阻R15、R16和一個電容C9組成，TL431共有三個引腳陽極A，參考端R，陰極K，TL431的陰極與電阻R16的一端聯接，R16的另一端與R15的一端聯接，R15的另一端與LED負載的正極聯接，TL431的陽極與LED負載的負極聯接，TL431的陽極與電容 ClO的一端聯接，ClO的另一端與功率地端聯接，C9的一端與TL431的陰極聯接，C9的另一端與TL431的參考端聯接。所述輸出電壓採樣電路由電阻R17和R18組成，R17的一端與LED負載的正極聯接，R17的另一端與R18的一端聯接，R18的另一端與LED負載的負極聯接，R17和R18的公共端作為採樣電壓輸出端與所述的三端穩壓器TL431的參考端聯接。所述的光電稱合電路是一個光電稱合器Ul,所述的光電稱合器Ul包括一個發光二極體、一個光電電晶體，所述的發光二極體陽極聯接至電阻R15和R16的公共端，發光二極體陰極與三端穩壓器TL431陰極聯接，所述的光電電晶體的集電極與開關電源管理晶片的PWMLIMIT引腳聯接，光電電晶體的發射極與功率地端聯接。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著進步
1、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，採用內部集成高壓功率MOSFET的開關電源管理晶片為控制核心，該電路結構簡單、體積小、成本低；
2、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，採用隔離式開關變壓器和光耦進行電氣隔離，LED的驅動輸出與高壓市電無直接電氣連接，這樣幹擾小、可靠性提高，另外也增強了電路工作時的安全性；
3、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，採用反激式拓撲結構，在中小功率情況下具有較高的轉換效率；
4、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，採用由三個二極體和兩個電容組成的無源功率因數校正電路，結構簡單、效果明顯；
5、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，變壓器初級繞組兩端使用二極體和穩壓二極體串聯構成的變壓器尖峰電壓吸收電路，可吸收功率MOSFET關斷瞬間變壓器初級繞組兩端產生的尖峰電壓，較好的保護功率M0SFET，提高了電路的可靠性；
6、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，可通過外部RC振蕩電路來設定開關頻率的上限和下限，靈活設定調光範圍；
7、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，輸出電壓採樣電路、比較電路及參考電壓產生電路僅使用三端穩壓器和少量的電阻，整個電路功耗較小，電路轉換效率高，可起到過壓保護作用；
8、本發明支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，輸入電流採樣電路和強-弱分壓洩流電路，可在檢測到低電壓輸入和低電流輸入時，起到提供維持電流的作用，防止可控矽調光器誤關斷以及由此引起的LED燈閃爍問題；綜上所述，本發明所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路採用隔離式反激變換拓撲結構，轉換效率較高，滿載時功率因數大於0.9，調光過程無閃爍。同時本發明電路由於採用了開關電源管理晶片，可以節省大量外圍電路，從而具有成本低、集成度高、體積小、可靠性好等優點，適合批量生產。


圖I 一種現有的LED可控矽調光碟機動原理 圖2本發明的電路框 圖3本發明的電路原理圖。
具體實施例方式下面，通過本發明的具體實施例並結合附圖詳細描述本發明的電路結構。實施例一
如附圖2所示，本發明的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路包括EMI濾波電路1，輸入整流電路2、功率因數校正電路3、電阻分壓採樣電路4、強-弱分壓洩流電路5、外接RC振蕩電路6、輸入電流採樣電路7、變壓器初級鉗位電路8、隔離式高頻開關變壓器9、開關電源管理晶片10、VCC產生電路11、輸出整流濾波電路12、輸出電壓採樣電路13、參考電壓產生電路14、比較電路15和光電耦合電路16，其特徵在於
所述的EMI濾波電路I輸入端串聯一個可控矽調光器，接入交流市電，輸出端與輸入整流電路2的輸入端聯接；所述的功率因數校正電路3與輸入整流電路2的輸出端並聯；所述的電阻分壓採樣電路4聯接輸入整流電路2的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片10的功率地端，輸出端聯接開關電源管理晶片10 ;所述的強-弱分壓洩流電路5聯接輸入整流電路2的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片10 ;所述的外接RC振蕩電路6聯接所述的開關電源管理晶片10 ;所述的輸入電流採樣電路7聯接所述的開關電源管理晶片10的功率地端和輸入整流電路2的整流參考地端，輸出端聯接所述的開關電源管理晶片10 ;所述的變壓器初級鉗位電路8與所述的隔離式高頻開關變壓器9的初級繞組a並聯；所述的隔離式高頻開關變壓器9，其初級繞組a通過開關電源管理晶片10和輸入電流採樣電路7，與輸入整流電路2的輸出端聯接；所述的的隔離式高頻開關變壓器9，其輔助繞組b通過所述的VCC產生電路11，與開關電源管理晶片10聯接；所述的輸出整流濾波電路12的輸入端與隔離式高頻開關變壓器9的次級繞組c聯接，輸出端與LED負載聯接；所述的輸出電壓採樣電路13的輸入端與輸出整流濾波電路12的輸出端聯接，其輸出端與所述的比較電路15的輸入端聯接，比較電路15的輸入端聯接至所述參考電壓產生電路14 ;所述的比較電路15通過所述的光電耦合電路16，與開關電源管理晶片10聯接；
首先，所述的可控矽調光器將交流市電轉換成一個缺相的交流電壓，通過所述的EMI濾波電路I、輸入整流電路2，將交流市電轉換為缺相的直流脈動電壓；然後，通過所述的電阻分壓採樣電路4將直流脈動電壓的有效值轉換成一個調光控制信號，送給所述的開關電源管理晶片10 ;最後，由所述的開關電源管理晶片10控制內部MOSFET導通或關斷，對所述的隔離式高頻開關變壓器9的初級繞組a進行充電、放電，將能量傳遞到次級繞組C，經過所述的輸出整流濾波電路12進行整流濾波，產生一個平滑的直流電壓信號，用於驅動LED負載。所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，前端串聯可控矽調光器，接入交流市電。EMI濾波電路I用於濾除傳導幹擾。輸入整流電路2將工頻交流電整流成脈動的直流高壓後，經功率因數校正電路3的濾波、儲能，供給隔離式高頻開關變壓器9。電阻分壓採樣電路4與開關電源管理晶片10聯接，產生亮度控制信號，控制MOSFET的開關頻率和導通關斷時間，從而控制輸出電流，調節LED燈負載的亮度。強-弱分壓洩流電路5，一端與輸入整流後的直流脈動電壓聯接，一端與開關電源管理晶片10聯接，強分壓洩流電路用於調光器的過零重啟和可控矽鎖存，在低輸入電流情況下，弱分壓洩流電路作為電流迴路用於產生維持電流。外接RC振蕩電路6與開關電源管理晶片10聯接，用於設置開關頻率，並設定頻率的上限和下限。輸入電流採樣電路7與開關電源管理晶片10聯接，一路用於設定維持電流閾值，控制弱分壓洩流電路的導通或關斷；另一路用於設定原邊峰值電流，在開關管的開關頻率和佔空比一定的情況下，限制輸出功率。開關電源管理晶片10內部集成有高壓大功率M0SFET，在MOSFET導通期間，隔離式高頻開關變壓器9將電能存儲在初級 繞組a中；在MOSFET關斷期間，存儲在隔離式開關變壓器9初級繞組a中的電能傳送至變壓器次級繞組c和輔助繞組b。隔離式高頻開關變壓器9的輔助繞組b，通過一個VCC產生電路11，給開關電源管理晶片10提供VCC電壓。所述的變壓器初級鉗位電路8可吸收功率MOSFET關斷時變壓器初級繞組a兩端產生的尖峰電壓並限制次級繞組b反射回來的電壓，以保護功率MOSFET ;所述的輸出整流濾波電路12將隔離式開關變壓器次級繞組b的電壓平滑成無紋波直流輸出。輸出電壓採樣電路12對輸出電壓進行採樣；參考電壓產生電路14產生所需的基準參考電壓；比較電路15將電壓採樣值與參考值進行比較，產生反饋控制信號；光電耦合電路16將反饋控制信號傳輸至開關電源管理晶片10並實現輸入與輸出之間的電氣隔離，開關電源管理晶片10根據反饋控制信號調節其內部功率MOSFET的導通和關斷時間，以控制隔離式變壓器9的能量傳遞，最終使輸出電壓不會高於設定值。實施例二 如附圖3所示，本實施例與實施例一基本相同，特殊之處如下
所述的開關電源管理晶片10，使用NXP公司生產的SSL2101T晶片，其引腳分別為WBLEED, SBLEED, VCC, GND、BRIGHTNESS、RC、RC2、PWMLIMIT, I SENSE, AUX, SOURCE、DRAIN,為敘述方便，分別簡寫為 WB、SB、VCC、GND、RC、RC2、PWMLMT, IS、AUX、SRC、DRAIN。所述的EMI濾波電路I包括電容Cl和共模電感LI，共模電感LI的(I)、(2)兩端並聯電容Cl以後，接入LED驅動電路的輸入端(L)、(N)端；共模電感的(3)、(4)兩端分別接輸入整流電路2的輸入端(5) (6)。所述的輸入整流電路2包括由二極體D1、D2、D3、D4構成橋式整流器，二極體D3的陰極與二極體Dl的陽極聯接，二極體D4的陰極與二極體D2的陽極聯接；二極體D1、D2的陰極聯接，作為市電整流後的整流輸出高壓端(7) ;二極體D3、D4的陽極聯接，作為整流參考地端(8 )。所述的功率因數校正電路3包括二極體D5、D6、D7和電解電容C2、C3，二極體D5、D6、D7串聯，D5的陰極接輸入整流電路2的整流輸出高壓端(9)，D5的陽極接D6的陰極，D6的陽極接D7的陰極，D7的陽極接輸入整流電路2的整流參考地端(10);電解電容C2的正極接所述輸入整流電路(2)整流輸出高壓端(9)，負極接D7的陰極；電解電容C3的正極接D5的陽極，負極接所述輸入整流電路(2)的整流參考地端(10)。
所述的電阻分壓採樣電路4，包括電阻Rl、R2、R6、R7和電容C4，Rl與R2串聯以後接入(11) (13)，在中間引出端(12)分壓產生控制信號，通過電阻R6、R7，分別接入開關電源管理晶片10的亮度控制引腳BRT和佔空比控制引腳PWMLMT。其中，(11)接(7); (13)接開關電源管理晶片的GND引腳，作為功率地端。所述的強-弱分壓洩流電路5，包括兩個電阻R3、R4，電阻R3、R4—端並聯接(15)，另兩端分別接開關電源管理晶片10的WB、SB引腳。其中，(15)接(7)。所述的外接RC振蕩電路6，包括電 阻R5、R8和瓷片電容C5，C5與R8串聯以後，C5另一端與R5 —端並聯接入功率地端(16)，R8另一端與R5另一端分別接入開關電源管理晶片10的RC2、RC引腳。R8與C5串聯以後，中間引出端(17)也接RC引腳。所述的輸入電流採樣電路7，包括電阻R11、R12、R13、R14。Rll用於設定原邊峰值電流閾值，一端連接開關電源管理晶片10的SRC引腳(即內置MOSFET的源極)，另一端連接功率地端(37)。R12接(38) (39)，R13接(38) (37)，兩者串聯，中間引出端(38)接開關電源管理晶片10的IS引腳。R14串聯接入功率地端(37)和參考地端(39)，將輸入電流轉化為電壓信號，經R12、R13分壓以後，送給開關電壓管理晶片10的IS引腳。所述的變壓器初級鉗位電路8，包括二極體D9、穩壓管VR1，兩者陰極接在一起，穩壓管VRl的陽極與隔離式高頻開關變壓器9初級繞組a的同名端(18)聯接，二極體D9的陽極與初級繞組a的異名端(19)和開關電源管理晶片10的漏極引腳DRAIN聯接。所述隔離式高頻開關變壓器9，包括初級繞組a、輔助繞組b及次級繞組C，初級繞組a的同名端(18)與整流二極體D8的陰極聯接，D8的陽極與整流橋高壓輸出端(7)聯接，初級繞組a的異名端(19)與開關電源管理晶片10的DRAIN引腳聯接；輔助繞組b的同名端(20)接功率地端，輔助繞組b的異名端(21)接二極體Dll的陽極和電阻R9，R9接開關電源管理晶片10的AUX引腳，起到退磁檢測作用；次級繞組c的兩端聯接輸出整流濾波電路12。所述VCC產生電路11，包括二極體D11、電阻R10、電容C6、穩壓管VR2。Dll的陽極接輔助繞組b的(21)，Dll的陰極接電阻RlO的一端，RlO的另一端接開關電源管理晶片的VCC引腳(36)。電容C6的正極、穩壓管VR2的陰極均聯接VCC引腳，電容C6的負極、穩壓管VR2的陽極接功率地端。所述的輸出整流濾波電路12，包括二極體D12和電容C7、C8。D12的陽極接隔離式高頻開關變壓器9的次級繞組c的異名端(22)，D12的陰極接電容C7和C8的正極(24)、LED燈的正極(26)，LED燈的正極(26)作為輸出電壓的高壓端。電容C7 C8的負極(25)、LED燈的負極(27)與隔離式高頻開關變壓器9的次級繞組c的同名端(23)聯接，LED燈的負極(27)作為輸出電壓的參考地端。所述的輸出電壓採樣電路13，包括電阻Rl7、R18，兩者串聯接入LED燈的正極(26 )和LED燈的負極(27 )之間，中間引出端接TL431的參考端(28 )。所述的參考電壓產生電路14和比較電路15，包括TL431、電阻R15、R16。電阻R15、R16串聯以後，R15另一端接入LED燈的正極(26)，R16另一端連接TL431的陰極(30)，TL431的陽極(31)接輸出電壓的參考地端。所述的光電稱合電路16,是一個光稱Ul,型號為PC817A。所述的光稱Ul的陽極
(32)接電阻R15、R16串聯分壓的中間引出端(29)，光耦Ul的陰極(33)接TL431的陰極，光耦Ul的集電極(34)接開關電壓管理晶片10的PWMLMT引腳，光耦的發射極(35)接功率地端GND。本發明電路的具體工作過程
本發明電路按照附圖3接入交流市電，然後將可控矽調光器調製最大位置，通電即可正常工作。旋轉可控矽調光器的旋鈕，即可調節LED燈的亮度。可控娃調光器將交流市電斬波，形成一個缺相的交流電壓信號，然後送給輸入整流電路；輸入整流電路將缺相的交流電壓信號轉換成缺相的直流電壓信號，經電阻Rl和R2按100: I分壓，所得低壓、缺相的直流電壓信號再經電容C4濾波，形成一個平滑的直流電壓信號，作為調光控制信號，分別通過R6、R7輸入給開關電源管理晶片的BRT弓I腳和PWMLMT引腳，控制內置MOSFET開關管的開關頻率和佔空比。
EMI濾波電路中，LI用於濾除共模幹擾，Cl用於濾除串模幹擾；功率因數校正電路中，兩個電容串聯充電，並聯放電，可增大輸入整流電路中二極體的導通角，從而提高功率因數，同時還起到了儲能的作用。強-弱分壓洩流電路與輸入電流採樣電路一起，在低電壓(或低電流)情況下，控制強(或弱)分壓洩流電路的導通，產生一個維持電流，保證可控矽調光器正常工作。開關電源管理晶片內置的MOSFET導通時，隔離式高頻開關變壓器的初級繞組a導通充電，此時輔助繞組b和次級繞組c不導通；當MOSFET關斷時，隔離式高頻開關變壓器的初級繞組a通過輔助繞組b和次級繞組c放電。輔助繞組b放電經過VCC產生電路，給開關電源管理晶片提供工作電壓；級繞組c放電經輸出整流濾波電路轉換為一個平滑的直流電壓，用於驅動LED燈。外接RC振蕩電路中，R5、R8、C5設定開關頻率上限和下限，MOSFET的開關頻率和佔空比隨調光信號的大小而變化。由於原邊峰值電流由RU設定，原邊電感固定，效率一定
時，根據公式=,輸出功率隨開關頻率變化。因此，輸出功率隨調光信號
的大小而變化。 輸出電壓採樣電路、參考電壓產生電路、比較電路與光電耦合電路，起著輸出過壓保護的作用。輸出電壓由R17、R18採樣分壓，將分壓信號與TL431的內部基準電壓2. 50V比較；當輸出電壓高於設定值時，分壓信號大於2. 50V, TL431的陰極、陽極導通，光耦Ul中的發光二極體導通，光耦Ul中的集電極和發射極導通，將PWMLMT的電壓拉低，從而減小佔空比，降低輸出電壓，達到輸出過壓保護的目的。 本發明所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路採用隔離式反激變換拓撲結構，具有電路結構簡單、體積小、集成度高、功率因數高和轉換效率高等優點，可用作LED可控娃調光碟機動器的備選方案,並適合批量生產。
權利要求
1.一種支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，包括EMI濾波電路(I)、輸入整流電路(2)、功率因數校正電路(3)、電阻分壓採樣電路(4)、強-弱分壓洩流電路(5)、外接RC振蕩電路(6)、輸入電流採樣電路(7)、變壓器初級鉗位電路(8)、隔離式高頻開關變壓器(9)、開關電源管理晶片(10)、VCC產生電路(11)、輸出整流濾波電路(12)、輸出電壓採樣電路(13 )、參考電壓產生電路(14 )、比較電路(15 )和光電耦合電路(16 )，其特徵在於 所述的EMI濾波電路(I)輸入端串聯一個可控矽調光器，接入交流市電，輸出端與輸入整流電路(2)的輸入端聯接；所述的功率因數校正電路(3)與輸入整流電路(2)的輸出端並聯；所述的電阻分壓採樣電路(4)聯接輸入整流電路(2)的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片(10)的功率地端，輸出端聯接開關電源管理晶片(10);所述的強-弱分壓洩流電路(5)聯接輸入整流電路(2)的整流輸出高壓端和開關電源管理晶片(10);所述的外接RC振蕩電路(6)聯接所述的開關電源管理晶片(10);所述的輸入電流採樣電路(7)聯接所述的 開關電源管理晶片(10)的功率地端和輸入整流電路(2)的整流參考地端，輸出端聯接所述的開關電源管理晶片(10);所述的變壓器初級鉗位電路(8)與所述的隔離式高頻開關變壓器(9)的初級繞組a並聯；所述的隔離式高頻開關變壓器(9)，其初級繞組a通過開關電源管理晶片(10)和輸入電流採樣電路(7)，與輸入整流電路(2)的輸出端聯接；所述的的隔離式高頻開關變壓器(9)，其輔助繞組b通過所述的VCC產生電路(11)，與開關電源管理晶片(10)聯接；所述的輸出整流濾波電路(12)的輸入端與隔離式高頻開關變壓器(9)的次級繞組c聯接，輸出端與LED負載聯接；所述的輸出電壓採樣電路(13)的輸入端與輸出整流濾波電路(12 )的輸出端聯接，其輸出端與所述的比較電路(15 )的輸入端聯接，比較電路(15 )的輸入端聯接至所述參考電壓產生電路(14);所述的比較電路(15)通過所述的光電耦合電路(16)，與開關電源管理晶片(10)聯接； 首先，所述的可控矽調光器將交流市電轉換成一個缺相的交流電壓，通過所述的EMI濾波電路(I)、輸入整流電路(2)，將交流市電轉換為缺相的直流脈動電壓；然後，通過所述的電阻分壓採樣電路(4)將直流脈動電壓的有效值轉換成一個調光控制信號，送給所述的開關電源管理晶片(10);最後，由所述的開關電源管理晶片(10)控制內部MOSFET導通或關斷，對所述的隔離式高頻開關變壓器(9)的初級繞組a進行充電、放電，將能量傳遞到次級繞組C，經過所述的輸出整流濾波電路(12)進行整流濾波，產生一個平滑的直流電壓信號，用於驅動LED負載。
2.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述EMI濾波電路(I)由一個電容Cl和一個共模電感LI組成,所述共模電感LI有兩個輸入端和兩個輸出端，電容Cl的兩端與共模電感LI的輸入端並聯,共模電感LI的輸入端通過串聯一個可控矽調光器與交流市電聯接，共模電感LI的輸出端與所述的輸入整流電路(2)的輸入端聯接；所述的輸入整流電路(2)由四個二極體(Dl、D2、D3、D4)組成，Dl的陰極與D2的陰極聯接，Dl的陽極與D3的陰極聯接，D3陽極與D4的陽極聯接，D4的陰極與D2的陽極聯接，D1、D2的陰極作為整流輸出高壓端，D3、D4的陽極作為整流參考地端。
3.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述功率因數校正電路(3)由三個二極體(D5、D6、D7)和兩個電解電容(C2、C3)組成，D5的陰極接輸入整流電路(2)的整流輸出高壓端，D5的陽極接D6的陰極，D6的陽極接D7的陰極，D7的陽極接所述輸入整流電路(2)的整流參考地端；電解電容C2的正極接所述輸入整流電路(2)整流輸出高壓端，負極接D7的陰極；電解電容C3的正極接D5的陽極，負極接所述輸入整流電路(2)的整流參考地端。
4.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述開關電壓管理晶片(10)為NXP公司生產的SSL2101T，該晶片的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引腳，與所述的電阻分壓電路(4)的輸出端聯接；RC和RC2引腳，與所述的外接RC振蕩電路(6)聯接；WBLEED和SBLEED引腳，與所述的強弱分壓洩流電路(5)聯接；DRAIN引腳，與所述的隔離式高頻開關變壓器(8)的初級繞組a的異名端聯接；VCC引腳，與所述的VCC產生電路(11)聯接；I SENSE、SOURCE引腳，與所述的輸入電流採樣電路(7)的輸出端聯接；AUX引腳，與所述隔離式高頻開關變壓器(9)的輔助繞組b的異名端聯接；GND引腳，作為功率地端。
5.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述電阻分壓採樣電路(4)由四個電阻(町、1 2、1 6、1 7)和一個電解電容(4組成，Rl 一端與輸出整流電路(2)的整流輸出高壓端聯接，Rl的另一端與R2的一端聯接，R2的另一端與 所述開關電源管理晶片(10)的功率地端聯接，C4的正極聯接至Rl與R2的公共端，C4的負極與所述功率地端聯接，Rl和R2的公共端通過R6、R7分別與開關電源管理晶片(10)的BRIGHTNESS和PWMUMIT引腳聯接；所述的強_弱分壓洩流電路(5)由兩個電阻(R3、R4)組成，電阻R3和R4 —端與輸出整流電路(2)的整流輸出高壓端聯接，R3的另一端與開關電源管理晶片(10)的WBLEED引腳聯接，R4的另一端與開關電源管理晶片(10)的SBLEED引腳聯接；所述的外部RC振蕩電路(6)由兩個電阻(R5、R8)和一個瓷片電容C5組成，R5與C5並聯以後的一個公共端與開關電源管理晶片(10)的RC引腳聯接，R5與C5的另一個公共端與所述功率地端聯接，R8兩端分別與開關電源管理晶片(10)的RC、RC2引腳聯接；所述的輸入電流採樣電路(7)由四個電阻(町1、1 12、1 13、1 14)組成，Rll的一端與開關電源管理晶片(10)的SOURCE引腳聯接，Rll的另一端與功率地端聯接，R14 一端與開關電源管理晶片(10)的功率地端聯接，R14的另一端與輸入整流電路(2)的整流參考地端聯接，R12和R13串聯以後的公共端與開關電源管理晶片(10)的ISENSE引腳聯接，R12的另一端與輸入整流電路(2)的整流參考地端聯接，R13的另一端與開關電源管理晶片(10)的功率地端聯接。
6.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述變壓器初級鉗位電路(8)由二極體D9和穩壓二極體VRl組成，D9的陰極與VRl的陰極聯接，D9的陽極與隔離式高頻開關變壓器(9)初級繞組a的異名端聯接，VRl的陽極與隔離式高頻開關變壓器(9)初級繞組a的同名端聯接；所述的VCC產生電路(11)由二極體D11、穩壓二極體VR2、電阻RlO和電解電容C6組成，Dll的陰極通過電阻RlO與開關電源管理晶片(10)的VCC引腳聯接，Dll的陽極與隔離式高頻開關變壓器(9)輔助繞組b的異名端聯接，C6的正極、VR2的陰極與VCC引腳聯接，C6的負極、VR2的陽極與所述功率地端聯接。
7.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述輸出整流濾波電路(12)由二極體D12、電解電容C7和瓷片電容C8組成，D12的陽極與所述的隔離式高頻開關變壓器(9)的次級繞組c的異名端聯接，D12的陰極與LED負載的正極聯接，所述次級繞組c的同名端與LED負載的負極聯接，C7的正極與LED負載的正極聯接，C7的負極與LED負載的負極聯接，CS與C7並聯；所述的隔離式高頻開關變壓器(9)有三個繞組(初級繞組a，輔助繞組b，次級繞組c)組成，初級繞組a的同名端與二極體D8的陰極聯接，D8的陽極與所述輸入整流電路(2)的整流輸出高壓端聯接，初級繞組a的異名端與所述開關電源管理晶片(10)的DRAIN引腳聯接，輔助繞組b的同名端與功率地端聯接，輔助繞組b的異名端與二極體Dll的陽極聯接，次級繞組c的同名端與LED負載的負極聯接，次級繞組c的異名端與二極體D12的陽極聯接；所述參考電壓產生電路(14)和比較電路(15 )集成在三端穩壓器(TL431)內部，外圍電路由兩個電阻(Rl5、R16 )和一個電容C9組成，TL431共有三個引腳(陽極A，參考端R，陰極K)，TL431的陰極與電阻R16的一端聯接，R16的另一端與R15的一端聯接，R15的另一端與LED負載的正極聯接，TL431的陽極與LED負載的負極聯接，TL431的陽極與電容ClO的一端聯接，ClO的另一端與功率地端聯接，C9的一端與TL431的陰極聯接，C9的另一端與TL431的參考端聯接。
8.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於 所述輸出電壓採樣電路(13)由電阻R17和R18組成，R17的一端與LED負載的正極聯接， R17的另一端與R18的一端聯接，R18的另一端與LED負載的負極聯接，R17和R18的公共端作為採樣電壓輸出端與所述的三端穩壓器(TL431)的參考端聯接。
9.根據權利要求I所述的支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路，其特徵在於所述的光電稱合電路(16)是一個光電稱合器Ul,所述的光電稱合器Ul包括一個發光二極體、一個光電電晶體，所述的發光二極體陽極聯接至電阻R15和R16的公共端，發光二極體陰極與三端穩壓器(TL431)陰極聯接，所述的光電電晶體的集電極與開關電源管理晶片(10)的PWMLIMIT引腳聯接，光電電晶體的發射極與功率地端聯接。
全文摘要
本發明涉及一種支持可控矽調光的高功率因數LED驅動電路。本發明實現的替換型小功率LED驅動器為電氣隔離型電路，電路採用反激變換拓撲結構，使用隔離式變壓器進行能量的存儲和傳輸，使用外接的三端可控矽調光器進行調光。為實現調光功能，考慮使用集成了MOSFET的開關電源管理晶片NXPSSL2101T、使用三端可控矽調光開關產生輸入信號、使用電阻分壓方式產生亮度控制信號等。為實現高功率因數，考慮使用了填谷式PFC校正電路，包括3個電容和2個二極體。在小功率限制下，為實現較高效率，採用反激式拓撲結構。本發明提高了電路集成度、功率因數及電路轉換效率。
文檔編號H05B37/02GK102752929SQ20121021694
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者喬波, 劉廷章, 周穎圓, 姚麗霞, 曹凌雲, 楊衛橋 申請人:上海半導體照明工程技術研究中心, 上海大學