本實(shí)用新型涉及一種基于原邊反饋的LED驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及一種基于原邊反饋的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國(guó)均大力發(fā)展綠色節(jié)能照明。 LED照明作為一種革命性的節(jié)能照明技術(shù)，正在飛速發(fā)展。

由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過程中需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)的概念。LED器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2～3 伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高。高效率、高功率因數(shù)、安全隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、高電流控制精度、高可靠性、體積小、成本低等正成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源的關(guān)鍵評(píng)級(jí)指標(biāo)。此外，由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及各國(guó)電網(wǎng)電壓的差異，LED驅(qū)動(dòng)電源也必須有較好的輸入電壓線性調(diào)整率。

原邊反饋的AC/DC控制技術(shù)是最近10年發(fā)展起來的新型AC/DC控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋結(jié)構(gòu)相比，省去了兩個(gè)芯片以及與之配合工作的一組元器件，節(jié)省了系統(tǒng)板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。在LED驅(qū)動(dòng)等對(duì)體積要求很高的市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的基于原邊反饋的反激式LED驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示，包括：交流電源、LC濾波器、初級(jí)吸收電路、由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組及輔助繞組組成的變壓器、次級(jí)電路、輔助供電電路、功率開關(guān)管M1、功率開關(guān)管電流采樣電阻R4、補(bǔ)償電容C5和LED驅(qū)動(dòng)控制電路。LED驅(qū)動(dòng)控制電路包括：三角波發(fā)生器、壓限器、V_ZCD檢測(cè)器、比較器、邏輯控制器、柵極驅(qū)動(dòng)電路、觸發(fā)器、恒流調(diào)整器、采樣保持電路、電壓跟隨器、運(yùn)算放大器和V_REF發(fā)生器。

該電路采用固定導(dǎo)通時(shí)間控制模式，就是說功率開關(guān)管M1的導(dǎo)通時(shí)間是恒定的。根據(jù)相關(guān)理論推導(dǎo)出負(fù)載LED的平均電流為下面公式：

其中，I_LED為負(fù)載LED平均電流，n為變壓器主次級(jí)繞組的匝數(shù)比，V_m為初級(jí)電壓， L_m為初級(jí)電感量，T_ON為功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，T_off(t)為功率開關(guān)管的截止時(shí)間，T_s(t) 為功率開關(guān)管的開關(guān)周期，ω_L為輸入交流電壓的角頻率。

系統(tǒng)通過恒定T_ON，從而實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，同時(shí)這樣的控制方式也能實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。但是由于系統(tǒng)控制邏輯和功率開關(guān)引起的傳輸延時(shí)的存在，所以功率開關(guān)管實(shí)際的關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)要晚于理想的關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)。如圖2所示，可以看出由于傳輸延遲T_d，實(shí)際檢測(cè)到的初級(jí)峰值電流要高于理想的初級(jí)峰值電流。所以在不同輸入電壓下，峰值電流的上升的斜率也不一樣，T_d也不一樣。這就造成Δi_pk也會(huì)隨著輸入電壓在變，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的輸入電壓線性特性會(huì)變差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本實(shí)用新型提出一種基于原邊反饋的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基于原邊反饋的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路，包括交流電源、整流橋、LC濾波器、初級(jí)吸收電路、由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和輔助繞組組成的變壓器、次級(jí)電路、輔助供電電路、功率開關(guān)管、功率開關(guān)管電流采樣電阻、補(bǔ)償電容和LED驅(qū)動(dòng)控制電路；LED驅(qū)動(dòng)控制電路包括三角波發(fā)生器、壓限器、V_ZCD檢測(cè)器、第一比較器、第二比較器、邏輯控制器、柵極驅(qū)動(dòng)電路、觸發(fā)器、恒流調(diào)整器、采樣保持電路、電壓跟隨器、峰值電流預(yù)估器、運(yùn)算放大器、除2電路和V_REF發(fā)生器。

交流電源依次連接整流橋、LC濾波器、初級(jí)吸收電路和變壓器的初級(jí)繞組，變壓器的次級(jí)繞組連接次級(jí)電路，變壓器的輔助繞組連接輔助供電電路，功率開關(guān)管的柵極與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的GATE端口連接，功率開關(guān)管的漏極與變壓器的初級(jí)繞組連接，功率開關(guān)管的源極與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的CS端口連接，并通過功率開關(guān)管電流采樣電阻接地，補(bǔ)償電容的一端與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的COMP端口連接，另一端接地，LED 驅(qū)動(dòng)控制電路的DEMAG端口連接變壓器輔助繞組的電壓分壓信號(hào)。

LED驅(qū)動(dòng)控制電路的DEMAG端口連接V_ZCD檢測(cè)器，V_ZCD檢測(cè)器還連接有壓限器， V_ZCD檢測(cè)器的輸出端連接邏輯控制器，再連接?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電路，柵極驅(qū)動(dòng)電路連接輸出端 GATE，用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管；LED驅(qū)動(dòng)控制電路的CS端口連接電壓跟隨器，與邏輯控制器的輸出信號(hào)共同經(jīng)過采樣保持電路，再輸入恒流調(diào)整器；運(yùn)算放大器包括正極輸入端、負(fù)極輸入端和輸出端，運(yùn)算放大器的正極輸入端連接V_REF發(fā)生器，運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接恒流調(diào)整器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端連接LED驅(qū)動(dòng)控制電路的COMP端口；第一比較器包括正極輸入端、負(fù)極輸入端和輸出端，第一比較器的正極輸入端連接三角波發(fā)生器，第一比較器的負(fù)極輸入端連接運(yùn)算放大器的輸出端，觸發(fā)器為RS觸發(fā)器，R端連接第一比較器的輸出端，S端連接壓限器，Q端連接邏輯控制器的輸入端；運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)經(jīng)過除2電路，再連接第二比較器的負(fù)極輸入端，三角波發(fā)生器的輸出信號(hào)連接第二比較器的正極輸入端，第二比較器的輸出信號(hào)依次經(jīng)過邏輯控制器和采樣保持電路，采樣保持電路的輸出信號(hào)輸入到峰值電流預(yù)估器，再輸入恒流調(diào)整器。

有益效果：本實(shí)用新型的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路是基于原邊反饋的反激式控制架構(gòu)，滿足了輸入交流電源和負(fù)載隔離的情況下實(shí)現(xiàn)高效率和高功率因素的LED 恒流驅(qū)動(dòng)，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)由于系統(tǒng)傳輸延遲而產(chǎn)生初級(jí)峰值電流的偏差進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)在全電壓范圍內(nèi)小于1.5％的輸入電壓線性調(diào)整率。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的基于原邊反饋的反激式LED驅(qū)動(dòng)電路示意圖；

圖2是現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電路的初級(jí)峰值電流示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的基于原邊反饋的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路；

圖4是本實(shí)用新型的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路工作示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

如圖3所示是本實(shí)用新型所述的基于原邊反饋的自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)電路，包括：交流電源1、整流橋2、LC濾波器3、初級(jí)吸收電路4、由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組及輔助繞組構(gòu)成的變壓器5、次級(jí)電路6、輔助供電電路7、功率開關(guān)管M1、功率開關(guān)管電流采樣電阻R4、補(bǔ)償電容C5和LED驅(qū)動(dòng)控制電路8。

交流電源1依次連接整流橋2、LC濾波器3、初級(jí)吸收電路4和變壓器5的初級(jí)繞組，變壓器5的次級(jí)繞組連接次級(jí)電路6，輔助繞組連接輔助供電電路7。功率開關(guān)管 M1的柵極與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的GATE端口連接，功率開關(guān)管M1的漏極與初級(jí)繞組連接，功率開關(guān)管M1的源極與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的CS端口連接，并通過功率開關(guān)管電流采樣電阻R4接地。補(bǔ)償電容C5一端與LED驅(qū)動(dòng)控制電路的COMP端口連接，另一端接地。

整流橋2是由四個(gè)二極管組成的全橋橋路，實(shí)現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓，包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4。LC 濾波器3包括第一電感L1和第一電容C1，對(duì)整流電路得到的直流電壓進(jìn)行濾波。初級(jí)吸收電路4包括第一電阻R1、第二電容C2和第五二極管D5，變壓器初級(jí)并聯(lián)RCD吸收電路，用于抑制過電壓，吸收漏感沖擊電壓。次級(jí)電路6包括第三電容C3和第六二極管D6，第三電容C3兩端連接負(fù)載LED燈，用于給負(fù)載供電。

輔助供電電路7包括第二電阻R2、第三電阻R3、第七二極管D7和第四電容C4，第三電阻R3和第四電容C4接地，第二電阻R2和第三電阻R3形成分壓，LED驅(qū)動(dòng)控制電路8采樣第三電阻R3上的電壓，并連接LED驅(qū)動(dòng)控制電路的DEMAG端口。

通過精確采樣變壓器5輔助繞組的電壓變化來檢測(cè)負(fù)載LED燈上變化的信息。當(dāng)功率開關(guān)管打開時(shí)，變壓器5初級(jí)繞組電流i_p從0線性上升到i_pk。此時(shí)能量存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中，當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷后，能量通過變壓器5傳遞到次級(jí)繞組，并經(jīng)過整流濾波送到輸出端。在此期間，輸出電壓和二極管的正向電壓被反射到輔助繞組，在去磁結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，次級(jí)繞組輸出電壓與輔助繞組具有線性關(guān)系，只要采樣此時(shí)的輔助繞組的電壓，并形成由精確的環(huán)路反饋，就可以穩(wěn)定輸出電壓。

LED驅(qū)動(dòng)控制電路8，包括：三角波發(fā)生器、壓限器、V_ZCD檢測(cè)器、第一比較器、第二比較器、邏輯控制器、柵極驅(qū)動(dòng)電路、觸發(fā)器、恒流調(diào)整器、采樣保持電路、電壓跟隨器、峰值電流預(yù)估器、運(yùn)算放大器、除2電路和V_REF發(fā)生器。LED驅(qū)動(dòng)控制電路的輸入端DEMAG用于采樣輔助繞組的電壓分壓信號(hào)，LED驅(qū)動(dòng)控制電路的輸入端CS 用于采樣功率開關(guān)管電流采樣電阻R4上的電壓信號(hào)，LED驅(qū)動(dòng)控制電路的輸出端GATE 用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管M1。

LED驅(qū)動(dòng)控制電路輸入端DEMAG的輔助繞組的電壓分壓信號(hào)，經(jīng)過V_ZCD檢測(cè)器， V_ZCD檢測(cè)器連接有壓限器，再輸入到邏輯控制器，再到柵極驅(qū)動(dòng)電路，柵極驅(qū)動(dòng)電路連接輸出端GATE，用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管M1。LED驅(qū)動(dòng)控制電路輸入端CS的功率開關(guān)管電流采樣電阻R4上的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓跟隨器，與邏輯控制器的輸出信號(hào)經(jīng)過采樣保持電路，再輸入恒流調(diào)整器。運(yùn)算放大器包括正極輸入端、負(fù)極輸入端和輸出端，運(yùn)算放大器的正極輸入端連接V_REF發(fā)生器，運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接恒流調(diào)整器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端連接補(bǔ)償電容C5。第一比較器包括正極輸入端、負(fù)極輸入端和輸出端，第一比較器的正極輸入端連接三角波發(fā)生器，第一比較器的負(fù)極輸入端連接運(yùn)算放大器的輸出端。觸發(fā)器為RS觸發(fā)器，R端連接第一比較器的輸出端，S 端連接壓限器，Q端連接邏輯控制器的輸入端。

LED驅(qū)動(dòng)控制電路還加入了峰值電流預(yù)估器、除2電路和第二比較器，采樣保持電路的輸出信號(hào)經(jīng)過峰值電流預(yù)估器，再輸入恒流調(diào)整器。運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)V_COMP經(jīng)過除2電路，得到信號(hào)V_HALF，與三角波發(fā)生器的輸出信號(hào)V_RAMP通過第二比較器進(jìn)行比較，信號(hào)V_HALF連接第二比較器的負(fù)極輸入端，信號(hào)V_RAMP連接第二比較器的正極輸入端，得到的第二比較器的輸出信號(hào)經(jīng)過邏輯控制器和采樣保持電路。采樣保持電路的輸出信號(hào)輸入到峰值電流預(yù)估器，峰值電流預(yù)估器進(jìn)行計(jì)算，再輸入恒流調(diào)整器。在功率開光管T_on/2導(dǎo)通時(shí)，提前預(yù)估出Δi_pk，對(duì)由于系統(tǒng)傳輸延遲T_d引起的初級(jí)峰值電流誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

具體工作方式如圖4所示，t₁＝T_on/2，T_d＝t₂-t₁，通過自適應(yīng)線電壓補(bǔ)償電路，系統(tǒng)在T_on/2導(dǎo)通時(shí)，提前預(yù)估出初級(jí)峰值電流誤差Δipk，并進(jìn)行補(bǔ)償，使得功率開關(guān)管在理想i_pk值時(shí)關(guān)閉。本發(fā)明通過在系統(tǒng)中加入峰值電流預(yù)估器、除2電路和比較器，在功率開光管T_on/2導(dǎo)通時(shí)，采樣初級(jí)峰值電流來預(yù)估Δi_pk，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)由于系統(tǒng)傳輸延遲而產(chǎn)生初級(jí)峰值電流的偏差進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)全電壓范圍內(nèi)小于1.5％的輸入電壓線性調(diào)整率。