專利名稱：基于單級(jí)變換可控整流的超高效率led恒流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種超高效率LED恒流電源。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體照明技術(shù)已取得飛速發(fā)展，LED的光效超過(guò)130Lm/W，散熱材料也有突破?，F(xiàn)在制約LED推廣應(yīng)用的唯一瓶頸就是驅(qū)動(dòng)電源。世界各國(guó)LED驅(qū)動(dòng)均采用開關(guān)式恒流電源，這種電源通常需要エ頻整流、功率因數(shù)校正、高頻逆變、高頻整流等多級(jí)變換電路，這樣不僅造成驅(qū)動(dòng)電源成本大大增加，而且經(jīng)過(guò)多級(jí)變換后，驅(qū)動(dòng)電源的效率也大大降低，從而造成LED燈具的價(jià)格較高，整燈光效也明顯降低。同時(shí)由于電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需電子元器件的數(shù)量極大，驅(qū)動(dòng)電源的可靠性也大大降低，目前驅(qū)動(dòng)電源已成為L(zhǎng)ED燈具的最嚴(yán)重瓶頸。全球多個(gè)國(guó)家都在研究LED驅(qū)動(dòng)電源，國(guó)內(nèi)也有不少院校和企業(yè)在研究該項(xiàng)目。 美國(guó)、韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣曾推出LED光源和驅(qū)動(dòng)電源集成在一起的模塊；還推出了交流直接供電的分段控制LED驅(qū)動(dòng)電源；為了提高功率因數(shù)，串聯(lián)LED模塊必須實(shí)施分段控制，這種方案嚴(yán)重影響LED光源的發(fā)光效率。為了提高驅(qū)動(dòng)電源的可靠性并降低成本，國(guó)內(nèi)還推出了 “大功率LED照明系統(tǒng)”的集中供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)只適用于大型照明系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其成本低，功率因數(shù)高，可靠性高、效率高。為達(dá)到上述目的，基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源包括EMI濾波器、全橋可控整流電路、輸出濾波電路、過(guò)零檢測(cè)電路、微控制器電路及電流電壓采樣電路；EMI濾波器濾除交流市電供電輸入的高頻干擾后輸給全橋可控整流電路中；全橋可控整流電路將交流轉(zhuǎn)換為直流輸入到輸出濾波電路中；輸出濾波電路將直流電中的高頻成分去除后輸送給LED ;過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)EMI濾波器輸出端交流電的過(guò)零點(diǎn)，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出作為微控制器的同步信號(hào)；微控制器電路及電流電壓采樣電路采集輸出濾波電路輸出端的電流和電壓，并將電流和電壓反饋給微控制電路中。作為具體化，EMI濾波器包括過(guò)流保險(xiǎn)絲F1、電容C1X2和共模電感L1 ;過(guò)流保險(xiǎn)絲F1的一端與交流市電連接，另一端與電容C1和共模電感L1連接；電容C1的另一端與交流市電和共模電感L1連接；電容C2與共模電感L1連接。作為具體化，所述的全橋可控整流電路包括電感L2、L3，ニ極管QpQ2JOS管Q3、Q4，電容C3、C4和驅(qū)動(dòng)芯片；電感L2 —端與EMI濾波電路連接，另一端與電容C3、ニ極管Q1陽(yáng)極和MOS管Q3的D端同時(shí)連接；電感L3—端與ニ極管Q1的陰極連接，另一端連接輸出端；ニ極管Q1的陰極與電感L3 —端連接；ニ極管Q2的陽(yáng)極與MOS管Q4的D端連接，ニ極管Q2的陰極與電感L3 —端連接；M0S管Q3的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q3的S端與MOS管Q4的S端連接，MOS管Q3的D端還與電容C3的另一端和MOS管Q4的D端同時(shí)連接；M0S管Q4的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q4的S端與輸出端連接；電容C3的另一端與輸出端連接；電容C4的一端與ニ極管Q1陰極連接，電容C4的另一端與MOS管Q4的S端連接。作為具體化，所述的過(guò)零檢測(cè)電路包括分壓電阻も、R2,比較器U1 ;分壓電阻R1的一端與EMI濾波器連接，另一端與比較器U1連接；分壓電阻R2的與比較器U1連接；比較器U1的輸出端與微控制器連接。作為具體化，微控制器包括微控制芯片U2、晶振Y1、指示燈D1和復(fù)位開關(guān)SW1 ；晶振Y1兩端接微控制器芯片U2的時(shí)鐘輸入端；復(fù)位開關(guān)SW1和微控制芯片U2的MCLR輸入引腳相連；電流采樣信號(hào)AN_Current和電壓采樣信號(hào)AN_Voltage分別連接到微控制器的ANO和ANl上。過(guò)零檢測(cè)信號(hào)連接到微控制器芯片U2的AN5 (GPIO)上；微控制器芯片U2的PWMlL和PWMlH分別連接到驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端。作為具體化，所述電流電壓采樣電路包括采樣電阻R3和放大器U3;通過(guò)采樣電阻R3兩端的電壓來(lái)測(cè)量電流，放大器U3引入了串聯(lián)電壓負(fù)反饋，把采樣電阻R3兩側(cè)的電壓放 大后送到微控制器芯片U2中。本發(fā)明的有益效果是(I)可靠性高本發(fā)明所用元器件較少，因此可靠性很高，效率也很高，可達(dá)95%以上。(2)功率因數(shù)高本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)不需要獨(dú)立的功率因數(shù)校正電路，也很容易使功率因數(shù)達(dá)到很高。本發(fā)明由兩只MOS管組成全橋可控整流電路。MOS管由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)，將輸入的正弦波電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榘j(luò)為半波正弦的方波輸出脈沖，因此，該全橋可控整流電路的功率因數(shù)很高，通過(guò)電流電壓采樣電路檢測(cè)信號(hào)，調(diào)整微控制芯片U2的脈沖占空比，輸入電壓在很寬的范圍內(nèi)變化，都可保證LED所需的恒流精度。(3)低成本目前國(guó)內(nèi)外LED驅(qū)動(dòng)電源的功率都在90%以下，質(zhì)保3年的100W路燈驅(qū)動(dòng)電源的售價(jià)均在200元 300元之間，嚴(yán)重制約了 LED的推廣應(yīng)用。而本發(fā)明100W以上的恒流電源因元器件少，エ藝簡(jiǎn)單，則可大幅降低成本，質(zhì)保時(shí)間可達(dá)到8年，整機(jī)效率可超過(guò)95%。


圖I是本發(fā)明的工作原理框圖。圖2是EMI濾波電路。圖3是本發(fā)明構(gòu)造的全橋可控整流電路。圖4是全橋可控整流電路的工作波形。圖5是過(guò)零檢測(cè)電路。圖6是電流電壓采樣電路。圖7是輔助電路電源產(chǎn)生電路圖。圖8是微控制器電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明一種基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源的框圖，其中包括EMI濾波器I、全橋可控整流電路2、輸出濾波電路3、過(guò)零檢測(cè)電路4、微控制器電路5及電流電壓采樣電路6 ；EMI濾波器I濾除交流市電供電輸入的高頻干擾后輸給全橋可控整流電路2中；全橋可控整流電路2將交流轉(zhuǎn)換為直流輸入到輸出濾波電路3中；輸出濾波電路3將直流電中的高頻成分去除后輸送給LED ;過(guò)零檢測(cè)電路4檢測(cè)EMI濾波器I輸出端交流電的過(guò)零點(diǎn)，過(guò)零檢測(cè)電路4的輸出作為微控制器5的同步信號(hào)；微控制器電路5及電流電壓采樣電路6采集輸出濾波電路輸出端的電流和電壓，并將電流和電壓反饋給微控制電路5中。過(guò)零檢測(cè)電路4檢測(cè)交流輸入AC處于交流電的正半周還是負(fù)半周，并將檢測(cè)信息通過(guò)微控制器電路5的GPIO送給微控制器電路，該信號(hào)作為微控制器電路輸出PWM波形的同步信號(hào)。全橋可控整流電路2輸出的控制信號(hào)來(lái)自于微控制器電路5的PWM波形,全橋可控整流電路2將輸入的正弦波電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榘j(luò)為半波正弦輸出脈沖，半波正弦的輸出脈沖經(jīng)過(guò)輸出濾波電路3去除高頻分量，得到直流DC。在輸出濾波電路3串聯(lián)采樣電阻R3，經(jīng)電流電壓采樣電路6送給微控制器電路5的A/D模塊，形成反饋回路。微控制器電路5根據(jù)獲得的輸出電流信息與預(yù)設(shè)電流值比對(duì)，改變PWM波形的占空比，從而獲得穩(wěn)定的恒流 源輸出，驅(qū)動(dòng)LED正常工作。圖2是EMI濾波電路，包括過(guò)流保險(xiǎn)絲F1、電容C1, C2和共模電感L1 ;過(guò)流保險(xiǎn)絲F1的一端與交流市電連接，另一端與電容C1和共模電感L1連接；電容C1的另一端與交流市電和共模電感L1連接；電容C2與共模電感L1連接，用于濾除交流市電中的干擾。圖3是本發(fā)明構(gòu)造的全橋可控整流電路。包括電感L2、L3，ニ極管も、Q2,MOS管Q3、Q4,電容C3、C4和驅(qū)動(dòng)芯片；電感L2 —端與EMI濾波電路連接，另一端與電容C3、ニ極管Q1陽(yáng)極和MOS管Q3的D端同時(shí)連接；電感L3 —端與ニ極管Q1的陰極連接，另一端連接輸出端；ニ極管Q1的陰極與電感L3 —端連接；ニ極管Q2的陽(yáng)極與MOS管Q4的D端連接，ニ極管Q2的陰極與電感L3 —端連接；M0S管Q3的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q3的S端與MOS管Q4的S端連接，MOS管Q3的D端還與電容C3的另一端和MOS管Q4的D端同時(shí)連接；M0S管Q4的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q4的S端與輸出端連接；電容C3的另一端與輸出端連接；電容C4的一端與ニ極管Q1陰極連接，電容C4的另一端與MOS管Q4的S端連接。由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)MOS管的導(dǎo)通和斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)全橋整流電路輸出功率的控制。其具體過(guò)程是在電網(wǎng)電壓正半周，給Q3加入驅(qū)動(dòng)脈沖，Q1和Q3導(dǎo)通，電流流過(guò)Qp L2、LED、Q3,改變驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比,可以調(diào)整LED的電流平均值。電網(wǎng)電壓負(fù)半周內(nèi)，給Q4加入驅(qū)動(dòng)脈沖，電流流過(guò)Q2、L3、LED和Q4,全橋可控整流電路將輸入的正弦波電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榘j(luò)為半波正弦的輸出脈沖。L3和C4構(gòu)成輸出濾波電路，半波正弦的輸出脈沖中的高頻分量，得到直流DC。圖4是全橋可控整流電路的工作波形，交流輸入電壓波形如圖(a)所示，Q1和Q3管電壓波形如圖(b)所示，Q2和Q4管驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖(c)所示，直流輸出電壓如圖(d)所示，交流輸入電流i2的波形為比較理想的正弦波，經(jīng)電感L3濾波后輸出的電流波形如圖(f )rn所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓或環(huán)境溫度等參數(shù)變化吋，LED的電流將發(fā)生變化，為此，在直流輸出電路中，加入電流取樣電阻，當(dāng)取樣電阻兩端壓降增加時(shí)，通過(guò)控制電路減小PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖的占空比，從而維持LED電流恒定。圖5是過(guò)零檢測(cè)電路，所述的過(guò)零檢測(cè)電路包括分壓電阻RpR2,比較器U1 ;分壓電阻R1的一端與EMI濾波器連接，另一端與比較器U1連接；分壓電阻R2的與比較器U1連接；比較器U1的輸出端與微控制器連接。其中VIN+為經(jīng)過(guò)EMI后的交流AC。當(dāng)輸入電壓大于0.7V吋，比較器輸出為高，反之為低，該輸出通過(guò)GPIO送給微控制器電路5中。圖6是電流電壓采樣電路，所述電流電壓采樣電路包括采樣電阻R3和放大器U3 ；通過(guò)采樣電阻R3兩端的電壓來(lái)測(cè)量電流，放大器U3引入了串聯(lián)電壓負(fù)反饋，把采樣電阻R3兩側(cè)的電壓放大后送到微控制器芯片U2的A/D采樣模塊中。 圖7是輔助電路的電源產(chǎn)生電路圖，該電源轉(zhuǎn)換電路是由半波整流ニ極管D6和專用集成DC/DC芯片構(gòu)成，其輸出5V直流為該發(fā)明中的放大器，比較器，微控制器等提供直流電壓，由于這些元件的功耗都很小，因而，利用專用集成DC/DC芯片為輔助電路提供電源，對(duì)該發(fā)明的電源效率影響并不大。圖8是微控制器電路。微控制器包括微控制芯片U2、晶振Y1、指示燈D1、復(fù)位開關(guān)Sff1和指示燈D5 ;晶振Y1兩端接微控制器芯片U2的時(shí)鐘輸入端；復(fù)位開關(guān)SW1和微控制芯片U2的MCLR輸入引腳相連；電流采樣信號(hào)AN_Current和電壓采樣信號(hào)AN_Voltage分別連接到微控制器的ANO和ANl上。過(guò)零檢測(cè)信號(hào)連接到微控制器芯片U2的AN5 (GPIO)上；微控制器芯片U2的PWMlL和PWMlH分別連接到驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端。 在本發(fā)明中，微控制器電路為PWM電路。該實(shí)施方式僅作為該發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式，凡對(duì)該發(fā)明中的形如微控制器改為專用PWM集成芯片，全橋可控整流電路中的MOS管改為IGBT，或者兩只ニ極管改為MOS管等及其他電路所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于包括EMI濾波器、全橋可控整流電路、輸出濾波電路、過(guò)零檢測(cè)電路、微控制器電路及電流電壓采樣電路；EMI濾波器濾除交流市電供電輸入的高頻干擾后輸給全橋可控整流電路中；全橋可控整流電路將交流轉(zhuǎn)換為直流輸入到輸出濾波電路中；輸出濾波電路將直流電中的高頻成分去除后輸送給LED ;過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)EMI濾波器輸出端交流電的過(guò)零點(diǎn)，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出作為微控制器的同步信號(hào)；微控制器電路及電流電壓采樣電路采集輸出濾波電路輸出端的電流和電壓，并將電流和電壓反饋給微控制電路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于EMI濾波器包括過(guò)流保險(xiǎn)絲F1.電容C1. C2和共模電感L1 ;過(guò)流保險(xiǎn)絲F1的一端與交流市電連接，另一端與電容C1和共模電感L1連接；電容C1的另一端與交流市電和共模電感L1連接；電容C2與共模電感L1連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于所述的全橋可控整流電路包括電感L2、L3，ニ極管QpQyMOS管Q3、Q4，電容C3、C4和驅(qū)動(dòng)芯片；電感L2 —端與EMI濾波電路連接，另一端與電容C3、ニ極管Q1陽(yáng)極和MOS管Q3的D端同時(shí)連接；電感L3—端與ニ極管Q1的陰極連接，另一端連接輸出端；ニ極管Q1的陰極與電感L3 —端連接；ニ極管Q2的陽(yáng)極與MOS管Q4的D端連接，ニ極管Q2的陰極與電感L3 —端連接；M0S管Q3的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q3的S端與MOS管Q4的S端連接，MOS管Q3的D端還與電容C3的另一端和MOS管Q4的D端同時(shí)連接；M0S管Q4的G端與驅(qū)動(dòng)芯片連接，MOS管Q4的S端與輸出端連接；電容C3的另一端與輸出端連接；電容C4的一端與ニ極管Q1陰極連接，電容C4的另一端與MOS管Q4的S端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于所述的過(guò)零檢測(cè)電路包括分壓電阻も、R2,比較器U1 ;分壓電阻R1的一端與EMI濾波器連接，另一端與比較器U1連接；分壓電阻R2的與比較器U1連接；比較器U1的輸出端與微控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于微控制器包括微控制芯片U2、晶振Y1、指示燈D1和復(fù)位開關(guān)SW1 ;晶振Y1兩端接微控制器芯片U2的時(shí)鐘輸入端；復(fù)位開關(guān)SW1和微控制芯片U2的MCLR輸入引腳相連；電流米樣信號(hào)AN_Current和電壓采樣信號(hào)AN_Voltage分別連接到微控制器的ANO和ANl上。過(guò)零檢測(cè)信號(hào)連接到微控制器芯片U2的AN5 (GPIO)上；微控制器芯片U2的P麗IL和PWMlH分別連接到驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于所述電流電壓采樣電路包括采樣電阻R3和放大器U3 ;通過(guò)采樣電阻R3兩端的電壓來(lái)測(cè)量電流，放大器U3引入了串聯(lián)電壓負(fù)反饋，把采樣電阻R3兩側(cè)的電壓放大后送到微控制器心片U2中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單級(jí)變換可控整流的超高效率LED恒流電源，其特征在于包括EMI濾波器、全橋可控整流電路、輸出濾波電路、過(guò)零檢測(cè)電路、微控制器電路及電流電壓采樣電路；EMI濾波器濾除交流市電供電輸入的高頻干擾后輸給全橋可控整流電路中；全橋可控整流電路將交流轉(zhuǎn)換為直流輸入到輸出濾波電路中；輸出濾波電路將直流電中的高頻成分去除后輸送給LED；過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)EMI濾波器輸出端交流電的過(guò)零點(diǎn)，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出作為微控制器的同步信號(hào)；微控制器電路及電流電壓采樣電路采集輸出濾波電路輸出端的電流和電壓，并將電流和電壓反饋給微控制電路中。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的成本低，功率因數(shù)高，可靠性高、效率高。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102811535SQ201210218709
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者王鴻麟, 楊濤, 虞功勝 申請(qǐng)人:深圳市舜田電源技術(shù)有限公司