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去工频纹波的单级正激LED驱动电路

阅读：550发布：2020-05-08

专利汇可以提供去工频纹波的单级正激LED驱动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种去工频纹波的单级正激LED驱动电路，包括：Boost PFC变换器单元、双输出双管正激变换器单元和辅助Boost转移纹波单元；所述Boost PFC变换器单元和双输出双管正激变换器单元组成为单级电路；所述双输出双管正激变换器单元的副边与辅助Boost转移纹波单元连接； LED灯负载的两端分别连接双输出双管正激变换器单元的输出电容和辅助Boost转移纹波单元。其消除了LED负载两倍工频纹波，实现高功率因数、高转换效率、低输出工频纹波和恒定的电流输出等功能。，下面是去工频纹波的单级正激LED驱动电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于，包括：Boost PFC变换器单元、双输出双管正激变换器单元和辅助Boost转移纹波单元；所述Boost PFC变换器单元和双输出双管正激变换器单元组成为单级电路；所述双输出双管正激变换器单元的副边与辅助Boost转移纹波单元连接；LED灯负载的两端分别连接双输出双管正激变换器单元的输出电容和辅助Boost转移纹波单元。
2.根据权利要求1所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：交流电源经整流电路连接所述Boost PFC变换器单元。
3.根据权利要求2所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：所述Boost PFC变换器单元包括：PFC电感Lb、第一功率MOS 开关管S1、第一功率二极管D1、直流母线电容Cb；所述双输出双管正激变换器单元与Boost PFC变换器单元复用第一功率MOS开关管S1、第一功率二极管D1，还包括：高频变压器T、第二功率MOS开关管S2、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、直流母线电容Cb、第一电解电容C1、第二电解电容C2、DC-DC电感Lf；所述辅助Boost转移纹波单元包括：第三功率MOS开关管S3、第六功率二极管D6、高频电容C3、DC-DC电感Lx；所述整流电路包括二极管整流桥BD1。
4.根据权利要求3所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：交流源AC连接所述二极管整流桥BD1；所述二极管整流桥BD1的正向输出端连接PFC电感Lb的a1端，所述PFC电感Lb的a2端的连接第一功率MOS管S1的漏极、第一功率二极管D1的阳极和高频变压器T原边绕组Np的非同名端；所述的第一功率MOS管S1的源极连接第二功率二极管D2的阳极和直流母线电容Cb的负端；所述第一功率二极管D1的阴极连接第二功率MOS开关管S2的漏极和直流母线电容Cb的正端；所述第二功率MOS开关管S2的源极连接高频变压器T原边绕组Np的同名端和第二功率二极管D2的阴极；所述高频变压器T副边绕组Ns1的同名端连接第三功率二极管D3的阳极；所述第三功率二极管D3的阴极连接第四功率二极管D4的阴极、DC-DC电感Lf的b1端，所述DC-DC电感Lf的b2端连接第一电解电容C1的正端和LED灯负载的正端；所述第一电解电容C1的负端连接第二电解电容C2的正端、第四功率二极管D4的阳极和高频变压器T副边绕组Ns1的非同名端；所述高频变压器T副边绕组Ns2的同名端连接第五功率二极管D5的阳极；所述第五功率二极管D5的阴极连接第二电解电容C2的正端和第六功率二极管D6的阴极；所述第六功率二极管D6的阳极连接第三功率MOS开关管S3的漏极和DC-DC电感LX的c1端；所述第三功率MOS开关管S3的源极连接高频变压器T副边绕组Ns2的非同名端、第二电解电容C2的负端和高频电容C3的负端；所述DC-DC电感LX的c2端连接高频电容C3的正端、LED灯负载的负端。
5.根据权利要求4所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：所述高频变压器T是单端激磁高频变压器，其副边为双绕组输出且原边励磁绕组Np的同名端与副边绕组Ns1、Ns2的同名端励磁相同。
6.根据权利要求4所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：所述二极管整流桥BD1采用的4个二极管均为整流慢速功率二极管；所述第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6均为快恢复功率二极管。
7.根据权利要求4所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：所述第三功率MOS开关管S3的工作频率高于第一功率MOS开关管S1和第二功率MOS开关管S2的工作频率。
8.根据权利要求4所述的去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于：所述Boost辅助电路将第一绕组双管正激变换器的第一电解电容C1的输出电压uo1和第二绕组双管正激变换器的第二电解电容C2的输出电压uo2之和u0的工频纹波转移由辅助Boost电路的输入电容滤波。

说明书全文

去工频纹波的单级正激LED驱动电路

技术领域

[0001] 本发明LED驱动照明领域，具体涉及一种转移工频纹波的单级正激LED驱动电路。

背景技术

[0002] 随着大功率LED发光效率的不断提高，LED在照明领域的应用得到不断发展。LED驱动电路是LED照明技术发展的重要环节，采用有源功率因数校正技术是为了满足低谐波失真和相关的 IEC61000-3-2谐波标准的有效方法。单级功率因数校正因器件少、成本低和效率高而得到广泛应用。但它具有较大的两倍工频纹波，尤其是对LED负载，微小的电压纹波将会产生较大的电流纹波，影响光学特性，如光效、显色等。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种去工频纹波的单级正激LED驱动电路，具体是Boost PFC单元和双管正激单元组成为单级电路，同时双管正激副边一路绕组结合一种辅助转移纹波Boost电路构成的LED驱动电路，将工频纹波转移到Boost辅助电路的输入，消除LED负载两倍工频纹波，实现高功率因数、高转换效率、低输出工频纹波和恒定的电流输出等功能。

[0004] 为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：一种去工频纹波的单级正激LED驱动电路，其特征在于，包括：Boost PFC变换器单元、双输出双管正激变换器单元和辅助Boost转移纹波单元；所述Boost PFC变换器单元和双输出双管正激变换器单元组成为单级电路；所述双输出双管正激变换器单元的副边与辅助Boost转移纹波单元连接；LED灯负载的两端分别连接双输出双管正激变换器单元的输出电容和辅助Boost转移纹波单元。

[0005] 进一步地，交流电源经整流电路连接所述Boost PFC变换器单元。

[0006] 优选地，所述Boost PFC变换器单元包括：PFC电感Lb、第一功率MOS 开关管S1、第一功率二极管D1、直流母线电容Cb；所述双输出双管正激变换器单元与Boost PFC变换器单元复用第一功率MOS开关管S1、第一功率二极管D1，还包括：高频变压器T、第二功率MOS开关管S2、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、直流母线电容Cb、第一电解电容C1、第二电解电容C2、DC-DC电感Lf；所述辅助Boost转移纹波单元包括：第三功率MOS开关管S3、第六功率二极管D6、高频电容C3、DC-DC电感Lx；所述整流电路包括二极管整流桥BD1。双输出双管正激变换器单元的第二绕组输出向辅助Boost转移纹波单元的输出电容C2供电，双输出双管正激变换器单元的第一绕组输出电压uo1与辅助Boost转移纹波单元的输出电压uo2同向串联，共同为LED灯负载供电。前级的Boost PFC电路和双管正激电路组复用第一功率MOS开关管S1、第一功率二极管D1，将Boost PFC转换器和双管正激转换器有机集成起来；使相同的控制电路具有Boost PFC功能，同时实现DC-DC双管正激电路恒流控制，简化了电路结构。

[0007] 优选地，交流源AC连接所述二极管整流桥BD1；所述二极管整流桥BD1的正向输出端连接PFC电感Lb的a1端，所述PFC电感Lb的a2端的连接第一功率MOS管S1的漏极、第一功率二极管D1的阳极和高频变压器T原边绕组Np的非同名端；所述的第一功率MOS管S1的源极连接第二功率二极管D2的阳极和直流母线电容Cb的负端；所述第一功率二极管D1的阴极连接第二功率MOS开关管S2的漏极和直流母线电容Cb的正端；所述第二功率MOS开关管S2的源极连接高频变压器T原边绕组Np的同名端和第二功率二极管D2的阴极；所述高频变压器T副边绕组Ns1的同名端连接第三功率二极管D3的阳极；所述第三功率二极管D3的阴极连接第四功率二极管D4的阴极、DC-DC电感Lf的b1端，所述DC-DC电感Lf的b2端连接第一电解电容C1的正端和LED灯负载的正端；所述第一电解电容C1的负端连接第二电解电容C2的正端、第四功率二极管D4的阳极和高频变压器T副边绕组Ns1的非同名端；所述高频变压器T副边绕组Ns2的同名端连接第五功率二极管D5的阳极；所述第五功率二极管D5的阴极连接第二电解电容C2的正端和第六功率二极管D6的阴极；所述第六功率二极管D6的阳极连接第三功率MOS开关管S3的漏极和DC-DC电感LX的c1端；所述第三功率MOS开关管S3的源极连接高频变压器T副边绕组Ns2的非同名端、第二电解电容C2的负端和高频电容C3的负端；所述DC-DC电感LX的c2端连接高频电容C3的正端、LED灯负载的负端。

[0008] 优选地，所述高频变压器T是单端激磁高频变压器，其副边为双绕组输出且原边励磁绕组Np的同名端与副边绕组Ns1、Ns2的同名端励磁相同。

[0009] 优选地，所述二极管整流桥BD1采用的4个二极管均为整流慢速功率二极管；所述第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6均为快恢复功率二极管。

[0010] 优选地，所述第三功率MOS开关管S3的工作频率远大于第一功率MOS开关管S1和第二功率MOS开关管S2的工作频率。

[0011] 优选地，所述Boost辅助电路将第一绕组双管正激变换器的第一电解电容C1的输出电压uo1和第二绕组双管正激变换器的第二电解电容C2的输出电压uo2之和u0的工频纹波转移由辅助Boost电路的输入电容滤波，以达到LED负载uLED无两倍工频电流纹波的效果。

[0012] 优选地，单级双管正激PFC变换器电路，能够工作于BCM模式、DCM模式下；辅助转移纹波Boost电路工作于CCM模式下,无论单级双管正激电路工作在何种状态下，转移纹波Boost电路都一样正常工作，转移纹波Boost电路与单级双管正激电路相对独立工作。

[0013] 本发明及其优选方案具有如下有益效果：1、通过引入一种辅助Boost转移工频纹波电路，解决了单级LED电路的电流纹波较大的问题，消除了输出的工频二次纹波。

[0014] 2、双管正激电路构成单级正激LED驱动电路，具有自动磁复位、低电压应力和高功率因数、高功率变换等优点。附图说明

[0015] 图1是本发明实施例电路原理图。

[0016] 图2是本发明实施例电路单级正激电路原边开关导通，辅助Boost转移纹波单元电感储能的模态1示意图。

[0017] 图3是本发明实施例电路单级正激电路原边开关导通，辅助Boost转移纹波单元电感放能的模态2示意图。

[0018] 图4是本发明实施例电路单级正激电路变压器T磁芯去磁，辅助Boost转移纹波单元电感储能的模态3示意图。

[0019] 图5是本发明实施例电路单级正激电路变压器T磁芯去磁，辅助Boost转移纹波单元电感放能的模态4示意图。

[0020] 图6是本发明实施例电路基于辅助Boost转移纹波单元的理想相关电压波形图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

[0022] 如图1所示，本实施例提供了一种去工频纹波的单级正激LED驱动电路，具体为一种单级Boost双管正激LED驱动电路的去两倍工频输出纹波的方法，单级LED驱动电路是Boost PFC电路和双管正激电路有机组成为单级电路，双管正激的其中一路绕组与辅助转移纹波Boost电路构成的LED驱动电路；包括输入交流电源AC、二极管整流桥BD1、高频变压器T、第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2、第三功率MOS开关管S3、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6、直流母线电容Cb、第一电解电容C1、第二电解电容C2、高频电容C3、PFC电感Lb、DC-DC电感Lf和Lx、LED灯负载；交流源AC连接二极管整流桥BD1；二极管整流桥BD1的正向输出端连接PFC电感Lb的a1端，PFC电感Lb的a2端的连接第一功率MOS管S1的漏极、第一功率二极管D1的阳极和高频变压器T原边绕组Np的非同名端；的第一功率MOS管S1的源极连接第二功率二极管D2的阳极和直流母线电容Cb的负端；第一功率二极管D1的阴极连接第二功率MOS开关管S2的漏极和直流母线电容Cb的正端；第二功率MOS开关管S2的源极连接高频变压器T原边绕组Np的同名端和第二功率二极管D2的阴极；高频变压器T副边绕组Ns1的同名端连接第三功率二极管D3的阳极；第三功率二极管D3的阴极连接第四功率二极管D4的阴极、DC-DC电感Lf的b1端，DC-DC电感Lf的b2端连接第一电解电容C1的正端和LED灯负载的正端；第一电解电容C1的负端连接第二电解电容C2的正端、第四功率二极管D4的阳极和高频变压器T副边绕组Ns1的非同名端；高频变压器T副边绕组Ns2的同名端连接第五功率二极管D5的阳极；第五功率二极管D5的阴极连接第二电解电容C2的正端和第六功率二极管D6的阴极；第六功率二极管D6的阳极连接第三功率MOS开关管S3的漏极和DC-DC电感LX的c1端；第三功率MOS开关管S3的源极连接高频变压器T副边绕组Ns2的非同名端、第二电解电容C2的负端和高频电容C3的负端；DC-DC电感LX的c2端连接高频电容C3的正端、LED灯负载的负端。第一功率MOS开关管S1和第二功率MOS开关管S2采用PWM或者PFM控制用于实现Boost电路PFC功能和双管正激电路的恒流驱动功能；第三功率MOS开关管S3采用PWM控制作为去LED负载两倍工频纹波的功能。

[0023] 以下为本发明提供电路方案工作过程的具体实施例：本实施例通过利用单级双管正激的双输出电路作为LED的驱动电路，降低了开关管的电压应力，Boost型PFC变换器跟双管正激式变换器通过复用MOSFET 开关管有机组成为单级电路，使整个电路既能实现功率因数校正，又能达到高功率因数，还可保证其输出恒流。
下面结合具体实例说明本实施例的一种单级双管正激去纹波的具体工作模态，如图2、图3、图4、图5所示。

[0024] 参照图2，是单级正激电路原边开关导通，辅助Boost转移纹波单元电感储能的模态1示意图。单级双管正激电路开关管S1、S2导通，高频电感Lb储能；直流母线电容Cb供电，将能量传递到变压器T副边，二极管D3和D5导通，D4关断，高频电感Lf储能；辅助Boost转移纹波单元开关管S3导通，D6关断，电感Lx储能。

[0025] 参照图3，是单级正激电路原边开关导通，辅助Boost转移纹波单元电感放能的模态2示意图。单级双管正激电路开关管S1、S2导通，高频电感Lb储能；直流母线电容Cb放电，将能量传递到变压器T副边，二极管D3和D5导通，D4关断，高频电感Lf储能；辅助Boost转移纹波单元开关管S3关断，D6导通，电感Lx 放能。

[0026] 参照图4，是单级正激电路原边开关截止，桥臂上两个二极管续流，变压器T磁芯去磁，辅助Boost转移纹波单元电感储能的模态3示意图。单级双管正激电路开关管S1，S2关断，此时二极管D1,D2导通，将原边绕组激磁能量复位回直流母线电容Cb;两副边绕组二极管均截止，由两电解电容C1和C2对负载和辅助Boost转移纹波单元供能；辅助Boost转移纹波单元开关管S3导通，D6关断，电感Lx储能。

[0027] 参照图5，是单级正激电路原边开关截止，桥臂上两个二极管续流，变压器T磁芯去磁，辅助Boost转移纹波单元电感放能的模态4示意图。单级双管正激电路开关管S1，S2关断，此时二极管D1,D2导通，将原边绕组激磁能量复位回直流母线电容Cb;两副边绕组二极管均截止，由两电解电容C1和C2对负载和辅助Boost转移纹波单元供能；辅助Boost电路开关管S3关断，D6导通，电感Lx 放能。

[0028] 参照图6，是基于辅助Boost转移纹波单元的理想相关电压波形图。输出电压uo可以描述为直流分量Uo和两倍工频纹波分量uo.rip构成，即uo=Uo+uo.rip,其中uo.rip是由主输出电压uo1的纹波分量和辅助绕组输出电压uo2的纹波分量相叠加而来；Uo是由主输出电压uo1的直流分量和辅助绕组输出电压uo2的直流分量相叠加而来，即uo.rip=uo1.rip+uo2.rip、Uo=Uo1+Uo2。若辅助转移纹波Boost电路的输入电压uo3的纹波uo3.rip与uo.rip 相位相同且幅值相等，即uo.rip=uo3.rip，又因为uLED=uo-uo3；则LED负载两侧的平均电压为ULED=Uo-Uo3,故LED上的电压uLED等于uo和uo3直流分量的差值，将工频纹波转移到了不包含两倍工频纹波分量，从而理论上达到LED上无两倍工频电流纹波的效果。

[0029] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

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