專利名稱：低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的led驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及交流直流電流轉(zhuǎn)換以及功率的控制。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于LED照明的低儲(chǔ)能電容，高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
LED集成整燈是由LED模塊、散熱器和LED驅(qū)動(dòng)電源三部分組成；散熱器是負(fù)責(zé)將LED模塊所產(chǎn)生的熱功率Ph轉(zhuǎn)移到環(huán)境空氣中；該通過散熱器轉(zhuǎn)移的熱功率Ph是由散熱器的熱阻RS和散熱器與環(huán)境空氣的溫差A(yù)T決定Ph=AT/Rs。散熱器的熱阻Rs是由散
熱器的表面面積SS (散熱器的體積)大小決定Rs=K/SS。散熱器與環(huán)境空氣的溫差A(yù)T是由發(fā)光二極管允許最高工作結(jié)溫以及發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源所允許的最高工作溫度決定的。對(duì)固定的所需轉(zhuǎn)移的熱功率PH，增加散熱器與環(huán)境空氣的溫差A(yù)T，可以增加散熱器的熱阻Rs。增加散熱器的熱阻Rs有利于減小散熱器的體積和重量。顯然要減小散熱器的體積和重量，對(duì)固有的要轉(zhuǎn)移的熱功率Ph而言，散熱器與環(huán)境空氣的溫差Λ T將增加。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED模塊的最高允許工作結(jié)溫已可以超過100度。這對(duì)于LED集成整燈而言，能使得LED集成整燈的物理尺寸的進(jìn)一步減小，其重量進(jìn)一步減輕成為可能。在已有的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源方案中，通常使用電解電容作為一儲(chǔ)能元件將通常由市電交流輸入的交流功率轉(zhuǎn)換為直流功率(由于電解電容的儲(chǔ)能功能)。電解電容的壽命是受其工作的環(huán)境溫度影響。環(huán)境溫度每增加十度，電解電容的壽命縮短一倍。以一般105度電解電容為例當(dāng)該電解電容的工作環(huán)境溫度為105度，其壽命只有2000小時(shí)；當(dāng)該電解電容的工作環(huán)境溫度為95度，其壽命只有4000小時(shí)；當(dāng)該電解電容的工作環(huán)境溫度為85度，其壽命只有8000小時(shí)；當(dāng)該電解電容的工作環(huán)境溫度為75度，其壽命只有16000小時(shí)；當(dāng)該電解電容的工作環(huán)境溫度為65度，其壽命將有32000小時(shí)；顯然如果發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源方案中要使用電解電容，而通常這發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源是置于散熱器之中，散熱器與環(huán)境空氣的溫差Λ T將受限于這電解電容的工作環(huán)境溫度。為此，要進(jìn)一步減小LED集成整燈的物理尺寸和重量，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)該是無電解電容的方案。隨著生活水平的提高，希望LED的輸出光是直流的，沒有任何低頻閃爍。對(duì)交流市電輸入而言，其輸入功率是以兩倍市電頻率由零到兩倍平均輸出功率周期變化。由于輸入功率是周期零功率輸入，如沒有電解電容進(jìn)行儲(chǔ)能，哪里來的能量能提供給LED輸出；從而保證LED的輸出光是直流的，沒有任何低頻閃爍？？電容器有許多種類。除了電解電容外還有薄膜電容，陶瓷介質(zhì)電容等等。薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容的壽命是很長(zhǎng)的并不隨溫度的增加而減少。但薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容的單位體積的容量遠(yuǎn)小于電解電容的單位體積的容量。如果能使用薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容來充當(dāng)儲(chǔ)能元件，這樣可以保證相應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)電源能工作在高工作環(huán)境溫度下而沒有LED驅(qū)動(dòng)電源的壽命問題?？尚械膶?shí)現(xiàn)條件是在該LED驅(qū)動(dòng)方案中基本上不需要存儲(chǔ)能量
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種如何使用低儲(chǔ)能電容來實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)高效率直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，由ニ極管整流橋、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)及后續(xù)開關(guān)功率變換器組成；ニ極管整流橋的輸出向有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)供電；有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn)有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)是由低儲(chǔ)能電容和有源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)ー步改 進(jìn)低儲(chǔ)能電容包括電容Cl和C2 ；有源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由有源和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成；有源包括模塊、電感L、功率開關(guān)Q1、電流檢測(cè)電阻Rs、ニ極管D;開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括ニ極管D1、D2、D3。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)ー步改進(jìn)LED驅(qū)動(dòng)電路還包括ニ極管Din，ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到后續(xù)開關(guān)功率變換器。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)ー步改進(jìn)模塊內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路來控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸入電流；模塊內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路來控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的最小輸出電壓。以保證有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓在輸入交流峰值電壓到最小輸出電壓之間變化。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)ー步改進(jìn)模塊是根據(jù)ニ極管整流橋的輸出電壓來啟動(dòng)和關(guān)閉其(模塊)內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路以使整個(gè)系統(tǒng)在滿足相應(yīng)指標(biāo)的條件下達(dá)到盡可能高的效率。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)ー步改進(jìn)有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)包括谷填充電路、Boost升壓電路和模塊；谷填充電路包括電容C1、C2以及ニ極管D1、D2和D3 ;電容Cl和ニ極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路的正端相接，ニ極管Dl的陽極與谷填充電路的負(fù)端相接；電容C2和ニ極管D3形成另ー支路，該支路中，電容C2與谷填充電路的負(fù)端相接，ニ極管D3的陰極與谷填充電路的正端相接；電容Cl和ニ極管Dl形成的支路與電容C2和ニ極管D3形成的支路相并聯(lián)；ニ極管D2的陽極與電容Cl和ニ極管Dl的連接點(diǎn)相連，ニ極管D2的陰極與電容C2和ニ極管D3的連接點(diǎn)相連；谷填充電路的充放電回路分別是經(jīng)電容C1、C2和ニ極管D2形成充電回路，電容Cl和ニ極管Dl以及電容C2和ニ極管D3的并聯(lián)形成放電回路；
Boost升壓電路由電感L、功率開關(guān)Ql、電流檢測(cè)電阻Rs和二極管D構(gòu)成；市電交流經(jīng)二極管整流橋輸出再依次經(jīng)電感L、功率開關(guān)Ql和電流檢測(cè)電阻Rs構(gòu)成回路；電感L與功率開關(guān)Ql的連接點(diǎn)為β點(diǎn)，二極管D的陽極與β點(diǎn)相連；二極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接；模塊由啟動(dòng)控制塊和恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器組成；模塊根據(jù)二極管整流橋的輸出電壓驅(qū)動(dòng)決定開啟或關(guān)閉恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步改進(jìn)啟動(dòng)控制塊由比較器、邏輯控制部件及參考閥電壓組成；模塊根據(jù)二極管整流橋 的輸出電壓驅(qū)動(dòng)決定開啟或關(guān)閉恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器；具體如下二極管整流橋的輸出電壓經(jīng)比較器、邏輯控制部件及參考閥電壓產(chǎn)生啟動(dòng)關(guān)閉控制電壓，從而控制恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行相應(yīng)操作。作為本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步改進(jìn)LED驅(qū)動(dòng)電路還包括二極管Din，二極管Din的陽極連接到二極管整流橋的輸出正端，二極管Din的陰極連接到谷填充電路的正端。在本發(fā)明中；恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器為常規(guī)技術(shù)；二極管整流橋?yàn)槌Ｒ?guī)技術(shù)，例如可由4個(gè)二極管組成；后續(xù)開關(guān)功率變換器例如可選用直流-直流電流變換器。本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思如下從電容儲(chǔ)能的角度看，儲(chǔ)能E。的大小是與電容值C和電容電壓V有關(guān)，儲(chǔ)能E。表達(dá)式為I ( = --C-V2 。
c 2對(duì)固定儲(chǔ)能E。而言，它與電容值C成線性關(guān)系而與電容電壓V成平方關(guān)系；從電容儲(chǔ)能的增量ΛΕ?？处?Ec=C · V · Λ V 。電容儲(chǔ)能的增量ΛΕ。是分別與電容值C，電容電壓V和電容電壓增量AV成線性關(guān)系。電容儲(chǔ)能的增量Λ Ec表達(dá)式給出的啟迪是電容值C和電容電壓增量AV可以乘積為一常數(shù)，也就是說對(duì)一固定的電容儲(chǔ)能的增量ΛΕ。，有兩種電容值C和電容電壓增量AV的組合；可以選擇大的電容值C而使電容電壓增量AV相對(duì)??；也可以選擇小的電容值C而使電容電壓增量AV相對(duì)大。對(duì)低儲(chǔ)能電容的條件，可使電容電壓增量AV相對(duì)大的方法來保證固定的電容儲(chǔ)能的增量AEC。電容電壓增量AV相對(duì)大的方法對(duì)后續(xù)功率變換器而言，要求這后續(xù)功率變換器有良好的輸入電壓調(diào)節(jié)特性，以保證后續(xù)功率變換器的輸出不隨其輸入電壓變化而變化。隨著開關(guān)功率變換器技術(shù)發(fā)展，開關(guān)功率變換器的輸入電壓調(diào)節(jié)特性已有很大的改善。這使得使用低儲(chǔ)能電容C，大電容電壓增量AV這種電容儲(chǔ)能方法成為可能。具體而言本發(fā)明由ニ極管整流橋，有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)及后續(xù)開關(guān)功率變換器組成；ニ極管整流橋的輸出向有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)供電；由于有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，本發(fā)明使得ニ極管整流橋的導(dǎo)通角可達(dá)到180度，這使得本發(fā)明的輸入功率因數(shù)高成為可能。由于有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)，其輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成，并供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器。如果后續(xù)開關(guān)功率變換器具有良好的輸入電壓調(diào)節(jié)特性，可以保證后續(xù)功率變換器的輸出不隨其輸入電壓變化而變化。本發(fā)明是針對(duì)低儲(chǔ)能電容的條件下，所提出的高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)方案；本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、可以使用低容量的電容，例如薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容，來完成儲(chǔ)能功能。2、由于薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容的壽命不隨溫度變化而變化，因此可以提高驅(qū)動(dòng)電源的壽命；并且使得驅(qū)動(dòng)電源能工作于比較高的工作溫度成為可能。3、由于有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，使得ニ極管整流橋I的導(dǎo)通角可達(dá)到180度，這使得本發(fā)明的輸入功率因數(shù)高成為可能。4、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路能控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸入電流。5、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路的有源控制能力能控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓最小值，以保證有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓在輸入交流峰值電壓到最小輸出電壓之間變化。6、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)ニ極管整流橋的輸出電壓來啟動(dòng)和關(guān)閉其內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路，以使整個(gè)系統(tǒng)在滿足相應(yīng)指標(biāo)的條件下達(dá)到盡可能高的效率。
圖I是本發(fā)明的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路的方框圖；圖2是實(shí)施例I所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路圖；圖3是圖2中的模塊33的具體示意圖；圖4是圖3中的啟動(dòng)控制塊331的具體示意圖；圖5是圖3中的恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332的具體示意圖；圖6是ニ極管整流橋I的隨時(shí)間變化的輸出電壓圖；圖7是實(shí)施例2所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施例方式從市電交流經(jīng)ニ極管整流橋I的輸出看，其電壓是由零以正弦的規(guī)律増大到市電交流的峰值再由峰值以正弦的規(guī)律減小到零，這樣以兩倍市電交流頻率周而復(fù)始，如圖6所示。顯然對(duì)所需要的輸出LED串電壓而言，二極管整流橋I的輸出電壓自二分之一峰值電壓到峰值電壓(對(duì)應(yīng)正弦半周的30度到150度)是足以用來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輸出LED串電流的，而二極管整流橋I的輸出電壓自零到二分之一峰值電壓(對(duì)應(yīng)這正弦半周的O度到30度和150度到180度)可能是不足以產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)輸出LED串。為了使二極管整流橋I的輸出電壓自零到二分之一峰值電壓(對(duì)應(yīng)這正弦半周的O度到30度和150度到180度)能產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)電壓來驅(qū)動(dòng)輸出LED串，需要增加一個(gè)Boost升壓電路功能將二極管整流橋I的輸出電壓升壓而接近或等于峰值電壓。實(shí)施例I、一種低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，如圖2所示包括二極管整流橋I、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)3和后續(xù)開關(guān)功率變換器2。一、二極管整流橋I由4個(gè)二極管組成(為常規(guī)技術(shù))。二、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)具體是由谷填充電路31、Boost升壓電路32和模塊33組 成。 I)、谷填充電路31是由電容Cl、C2以及二極管Dl、D2和D3構(gòu)成。作如下定義電容Cl和二極管D3之間的連線Al為谷填充電路31的正端。電容C2和二極管Dl之間的連線A2為谷填充電路31的負(fù)端(即，接地端)。電容Cl和二極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路31的正端相接，而二極管Dl的陽極與谷填充電路31的負(fù)端(即，接地端)相接。電容C2和二極管D3形成另一支路，該支路中，電容C2與谷填充電路31的負(fù)端(即，接地端)相接，而二極管D3的陰極與谷填充電路31的正端相接。電容Cl和二極管Dl形成的支路與電容C2和二極管D3形成的支路相并聯(lián)。二極管D2的陽極與電容Cl和二極管Dl的連接點(diǎn)相連，二極管D2的陰極與電容C2和二極管D3的連接點(diǎn)相連。這樣，谷填充電路31的充放電回路分別是經(jīng)電容Cl，C2和二極管D2形成充電回路，而電容Cl和二極管Dl以及電容C2和二極管D3的并聯(lián)形成放電回路。2)、Boost升壓電路32由電感L、功率開關(guān)Ql、電流檢測(cè)電阻Rs和二極管D構(gòu)成，為有源升壓電路。市電交流經(jīng)二極管整流橋I輸出依次經(jīng)電感L，功率開關(guān)Ql和電流檢測(cè)電阻Rs構(gòu)成回路。電感L與功率開關(guān)Ql的連接點(diǎn)為β點(diǎn)，二極管D的陽極與β點(diǎn)相連；二極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接。3)、模塊33由啟動(dòng)控制塊331和恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332組成(如圖3所示)。恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332為常規(guī)技術(shù)。例如為圖5所示，恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332由峰值電流比較器3321、恒定關(guān)斷時(shí)間模塊3322、電壓放大模塊3323組成；峰值電流比較器3321的輸出啟動(dòng)恒定關(guān)斷時(shí)間模塊3322，恒定關(guān)斷時(shí)間模塊3322的輸出控制功率開關(guān)Ql。電壓放大模塊3323的輸入與其內(nèi)置固定參考電壓的差值經(jīng)放大輸出后作為峰值電流比較器3321的參考電壓。如圖4所示，啟動(dòng)控制塊331由比較器3311、邏輯控制部件3312及參考閥電壓3313組成，上述3個(gè)部件可按照《模擬電路、數(shù)字電路》進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。模塊33根據(jù)ニ極管整流橋I的輸出電壓驅(qū)動(dòng)決定開啟或關(guān)閉恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332 ;具體如下ニ極管整流橋I的輸出電壓經(jīng)比較器3311、邏輯控制部件3312及參考閥電壓3313產(chǎn)生啟動(dòng)關(guān)閉控制電壓，從而控制恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332進(jìn)行相應(yīng)操作。當(dāng)ニ極管整流橋I的輸出電壓超過對(duì)應(yīng)的參考閥電壓3313吋，比較器3311和邏輯控制部件3312產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)，從而控制恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332停止工作。反之，控制恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器332進(jìn)行工作。三、在本實(shí)施例中，后續(xù)開關(guān)功率變換器2選用直流-直流電流變換器，例如可根據(jù)輸入輸出電壓的關(guān)系選用升降壓、升壓、降壓的電流功率變換器。谷填充電路31的正端以及谷填充電路31的負(fù)端輸出供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即，直流-直流電流變換器)。上述實(shí)施例I所述的LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)應(yīng)控制區(qū)間如圖6所示。在圖6中，區(qū)間B對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)由電感L、功率開關(guān)Ql和ニ極管D組成的升壓電路(即，Boost升壓電路32);其輸出是供給由ニ極管D1、D2、D3和電容C1、C2組成的谷填充電路31和后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)。區(qū)間D對(duì)應(yīng)于ニ極管整流橋I的輸出通過電感L直接供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；在此區(qū)間D，雖然由電感L、功率開關(guān)Ql和ニ極管D組成的升壓電路(S卩，Boost升壓電路32)停止運(yùn)行；但由于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin特點(diǎn)，電感L還是具有升壓功能從而使谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓大于二分之一峰值電壓。在區(qū)間B，雖然ニ極管整流橋I的輸出電壓低于二分之一峰值電壓，由于Boost升壓電路32的作用，其輸出電壓是可以大于等于二分之一峰值電壓。經(jīng)Boost升壓電路32的作用所輸入的功率是由谷填充電路31的電容Cl和C2上電壓值控制的。當(dāng)經(jīng)Boost升壓電路32的作用所輸入的功率大于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率，多余的功率就存儲(chǔ)在谷填充電路31的電容Cl和C2中，電容Cl和C2上電壓就升高。模塊33是本發(fā)明的控制功能塊。模塊33檢測(cè)電容C2上電壓值來控制Boost升壓電路32，使輸入功率等于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率而達(dá)到輸入輸出功率平衡。從區(qū)間D和區(qū)間B的功率傳遞過程看，輸入功率分別直接或經(jīng)升壓供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這樣基本上沒有存儲(chǔ)能量的要求，即不要求大的儲(chǔ)能元件，這使得使用低儲(chǔ)能電容來保證直流電流輸出驅(qū)動(dòng)LED串負(fù)載成為可能。由于在區(qū)間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是ー級(jí)功率電路來完成輸入輸出轉(zhuǎn)換，這是高效率的。區(qū)間D占整個(gè)周期的TT%。在區(qū)間B，ニ極管整流橋I的輸出需經(jīng)Boost升壓電路32的作用再供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是兩級(jí)功率電路來完成輸入輸出轉(zhuǎn)換，該兩級(jí)效率比區(qū)間D—級(jí)功率電路來完成的輸入輸出轉(zhuǎn)換效率低。但區(qū)間B僅占整個(gè)周期的SS%。TT%>SS%,這樣總體系統(tǒng)的效率是相當(dāng)高的。TT%+SS%=100%, TT% 約為 40%，相應(yīng)的，SS% 約為 60%。從輸入電流看，在區(qū)間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；由于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)是以開關(guān)模式工作，后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin是由ー電流脈沖序列組成。由于電感L作用，即電感L的電流不能突變，電流脈沖只能通過谷填充電路31的電容Cl和C2形成回路。此時(shí)，后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓大約為二分之一峰值電壓。在區(qū)間D, ニ極管整流橋I的輸出電壓大于二分之一峰值電壓，這使得電感L儲(chǔ)存能量而使電感L電流增加。當(dāng)電感L電流大于和等于這電流脈沖的峰值，該電流脈沖與谷填充電路31的電容Cl和C2形成回路自動(dòng)斷開，而該電流脈沖與ニ極管整流橋I的輸出電壓形成回路。當(dāng)電流脈沖跳變?yōu)榱?，電感L中的儲(chǔ)能釋放到谷填充電路31的電容Cl和C2中，此時(shí)后續(xù)開關(guān)功率變換器2(即直流-直流電 流變換器)的輸入電壓為谷填充電路31的電容Cl和C2電壓之和。這樣電感L形成自動(dòng)的升壓電路功能使谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓可大于二分之一峰值電壓。整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)具有輸入電流校正功能，即輸入電流與輸入電壓同相位。在區(qū)間B，Boost升壓電路32的作用使得輸入電流大于零，這使得整個(gè)輸入電流的導(dǎo)通角等于180度。這將十分容易使得其交流輸入具有高功率因數(shù)。從后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓看，該輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化。由于谷填充電路31的電容C2的電壓在區(qū)間B和D可以被有效的控制，后續(xù)開關(guān)功率變換器2(即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是被有效的控制的。當(dāng)然由于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化，這要求后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)具有良好的輸入調(diào)節(jié)特性以保證其輸出電流獨(dú)立于輸入電壓的變化。模塊33是本發(fā)明的控制功能塊，其有三個(gè)輸入信號(hào)(信號(hào)①、②、④)、ー個(gè)輸出控制驅(qū)動(dòng)(信號(hào)③)。輸出控制驅(qū)動(dòng)(信號(hào)③)是控制升壓功率開關(guān)是否運(yùn)行，多大的輸入功率輸入。三個(gè)輸入信號(hào)分別是輸入電壓信號(hào)一信號(hào)①，升壓功率開關(guān)Ql電流信號(hào)—信號(hào)②和谷填充電路的電容C2的電壓信號(hào)信號(hào)④。Boost升壓電路32控制有多種控制方法可采用，如定頻峰值電流控制，恒定關(guān)斷時(shí)間峰值電流控制等等。輸入電壓信號(hào)是用來開啟或關(guān)閉這升壓電路的。當(dāng)輸入電壓大于二分之一峰值電壓，Boost升壓電路32停止運(yùn)行。反之開啟Boost升壓電路32。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)是用來確定升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值的。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)越低，對(duì)應(yīng)升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值越高；從而增加輸入功率以保證在區(qū)間B有足夠的輸出功率。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)越高，對(duì)應(yīng)升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值越低，從而減小輸入功率以保證在區(qū)間B能夠達(dá)到輸入輸出功率平衡,從而有效地控制谷填充電路31的電容C2的電壓。實(shí)施例2、在圖2的基礎(chǔ)上加一個(gè)ニ極管Din，如圖7所示。具體如下
如圖7所示在圖2的基礎(chǔ)上，增加ニ極管Din，ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋I的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到谷填充電路31的正端。由于圖7中，ニ極管整流橋I的輸出端有兩條支路供電到谷填充電路31，其一是通過ニ極管Din直接供電到谷填充電路31 ;其ニ是通過電感L、功率開關(guān)Ql、電流檢測(cè)電阻Rs和ニ極管D構(gòu)成一有源升壓電路(即，Boost升壓電路32)供電到谷填充電路31。上述實(shí)施例2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)應(yīng)控制區(qū)間由圖6所示在圖6中，區(qū)間B對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)圖7中由電感L、功率開關(guān)Ql和ニ極管D組成的Boost升壓電路32 ;其輸出是供給由ニ極管D1、D2、D3和電容C1、C2組成的谷填充電路31和后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (S卩，直流-直流電流變換器)。區(qū)間D對(duì)應(yīng)于ニ極管整流橋I的輸出通過ニ極管Din直接供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；在此區(qū)間D，由于電感L、功率開關(guān)Ql和ニ極管D組成的Boost升壓電路32停止運(yùn)行。由于ニ 極管Din能提供從ニ極管整流橋I的輸出到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的直接通路，電感L是完全被旁路了而不具有升壓功能，谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓是二分之一峰值電壓。在區(qū)間B，雖然ニ極管整流橋I的輸出電壓小于二分之一峰值電壓，由于Boost升壓電路32的作用，其輸出電壓是可以大于等于二分之一峰值電壓。經(jīng)Boost升壓電路32的作用所輸入的功率是由谷填充電路31的電容Cl和C2上電壓值控制的。當(dāng)經(jīng)Boost升壓電路32的作用所輸入的功率大于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率，多余的功率就存儲(chǔ)在谷填充電路31的電容Cl和C2中，電容Cl和C2上電壓就升高。模塊33是本發(fā)明的控制功能塊。模塊33檢測(cè)電容C2上電壓值來控制經(jīng)Boost升壓電路32的作用所輸入的功率，使輸入功率等于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率而達(dá)到輸入輸出功率平衡。從區(qū)間D和區(qū)間B的功率傳遞過程看，輸入功率分別直接或經(jīng)升壓供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這樣基本上沒有存儲(chǔ)能量的要求，即不要求大的儲(chǔ)能元件，這使得使用低儲(chǔ)能電容來保證直流電流輸出驅(qū)動(dòng)LED串負(fù)載成為可能。由于在區(qū)間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是ー級(jí)功率電路來完成輸入輸出轉(zhuǎn)換，是高效率的。區(qū)間D占整個(gè)周期的XX%。在區(qū)間B，ニ極管整流橋I的輸出需經(jīng)Boost升壓電路32的作用再供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是兩級(jí)功率電路來完成輸入輸出轉(zhuǎn)換，效率較區(qū)間D —級(jí)功率電路來完成的輸入輸出轉(zhuǎn)換效率低。但區(qū)間B僅占整個(gè)周期的YY%。XX%>YY%，這樣總體系統(tǒng)的效率是相當(dāng)高的。XX%+YY%=100%, YY% 約為 40%，相應(yīng)的，XX% 約為 60%。從輸入電流看，在區(qū)間D，ニ極管整流橋I的輸出直接通過ニ極管Din供電到后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)。在區(qū)間D的輸入電流即為后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin是由ー電流脈沖序列組成。在區(qū)間B，Boost升壓電路32的作用使得輸入電流大于零，這使得整個(gè)輸入電流的導(dǎo)通角等于180度。這將十分容易使得其交流輸入具有高功率因數(shù)。從后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓看，輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化。由于谷填充電路31的電容C2的電壓在區(qū)間B和區(qū)間D可以被有效的控制，后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是被有效的控制的。當(dāng)然由于后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化，這要求后續(xù)開關(guān)功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)具有良好的輸入調(diào)節(jié)特性以保證其輸出電流獨(dú)立于輸入電壓的變化。模塊33是本發(fā)明的控制功能塊，其有三個(gè)輸入信號(hào)(信號(hào)①、②、④)、ー個(gè)輸出控制驅(qū)動(dòng)(信號(hào)③)。輸出控制驅(qū)動(dòng)(信號(hào)③)是控制升壓功率開關(guān)Ql是否運(yùn)行，多大的輸入功率輸入。三個(gè)輸入信號(hào)分別是輸入電壓信號(hào)一信號(hào)①，升壓功率開關(guān)電流信號(hào)一信號(hào)②和谷填充電路的電容C2的電壓信號(hào)信號(hào)④。Boost升壓電路32控制有多種控制方法可采用，如定頻峰值電流控制，恒定關(guān)斷時(shí)間峰值電流控制等等。輸入電壓信號(hào)是用來開啟或關(guān)閉這Boost升壓電路32。當(dāng)輸入電壓大于二分之一峰值電壓，Boost升壓電路32停止運(yùn)行；反之開啟Boost升壓電路32。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)是用來確定升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值的。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)越低，對(duì)應(yīng)升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值越高；從而增加輸入功率以保證在區(qū)間B有足夠的輸出功 率。谷填充電路31的電容C2的電壓信號(hào)越高，對(duì)應(yīng)升壓功率開關(guān)Ql電流的峰值電流值越低，從而減小輸入功率以保證在區(qū)間B能夠達(dá)到輸入輸出功率平衡,從而有效地控制谷填充電路31的電容C2的電壓。S卩，本發(fā)明的實(shí)施例2與實(shí)施例I相比，最主要的工作過程的區(qū)別在于在區(qū)間D中，實(shí)施例I中的電感L具有升壓功能。而在實(shí)施例2中，在區(qū)間D，由于ニ極管Din的旁路作用，電感L不具有升壓功能。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是由ニ極管整流橋(I)、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)及后續(xù)開關(guān)功率變換器(2)組成； 所述ニ極管整流橋(I)的輸出向有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)供電；所述有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；所述有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的輸出電壓供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)是由低儲(chǔ)能電容和有源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述低儲(chǔ)能電容包括電容Cl和C2 ； 所述有源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由有源和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成； 有源包括模塊(33)、電感L、功率開關(guān)Q1、電流檢測(cè)電阻Rs、ニ極管D ; 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括ニ極管Dl、D2、D3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述LED驅(qū)動(dòng)電路還包括ニ極管Din，所述ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋(I)的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到后續(xù)開關(guān)功率變換器(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述模塊(33)內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路來控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的輸入電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述模塊(33)內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路來控制有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的最小輸出電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述模塊(33)是根據(jù)ニ極管整流橋(I)的輸出電壓來啟動(dòng)和關(guān)閉其內(nèi)部的有源電流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)回路以使整個(gè)系統(tǒng)在滿足相應(yīng)指標(biāo)的條件下達(dá)到高效率。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣3任一所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)包括谷填充電路(31)、Boost升壓電路(32)和模塊(33)； 所述谷填充電路(31)包括電容Cl、C2以及ニ極管Dl、D2和D3 ;電容Cl和ニ極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路(31)的正端相接，ニ極管Dl的陽極與谷填充電路(31)的負(fù)端相接；電容C2和ニ極管D3形成另ー支路，該支路中，電容C2與谷填充電路(31)的負(fù)端相接，ニ極管D3的陰極與谷填充電路(31)的正端相接；電容Cl和ニ極管Dl形成的支路與電容C2和ニ極管D3形成的支路相并聯(lián)；ニ極管D2的陽極與電容Cl和ニ極管Dl的連接點(diǎn)相連，ニ極管D2的陰極與電容C2和ニ極管D3的連接點(diǎn)相連；所述谷填充電路(31)的充放電回路分別是經(jīng)電容C1、C2和ニ極管D2形成充電回路，電容Cl和ニ極管Dl以及電容C2和ニ極管D3的并聯(lián)形成放電回路； 所述Boost升壓電路(32)由電感L、功率開關(guān)Ql、電流檢測(cè)電阻Rs和ニ極管D構(gòu)成；市電交流經(jīng)ニ極管整流橋(I)輸出再依次經(jīng)電感L、功率開關(guān)Ql和電流檢測(cè)電阻Rs構(gòu)成回路；電感L與功率開關(guān)Ql的連接點(diǎn)為P點(diǎn)，ニ極管D的陽極與P點(diǎn)相連；ニ極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接； 模塊(33)由啟動(dòng)控制塊(331)和恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器(332)組成； 模塊(33)根據(jù)ニ極管整流橋(I)的輸出電壓驅(qū)動(dòng)決定開啟或關(guān)閉恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器(332 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特 征是 啟動(dòng)控制塊(331)由比較器(3311)、邏輯控制部件(3312)及參考閥電壓(3313)組成；模塊(33)根據(jù)ニ極管整流橋(I)的輸出電壓驅(qū)動(dòng)決定開啟或關(guān)閉恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器(332);具體如下 ニ極管整流橋(I)的輸出電壓經(jīng)比較器(3311)、邏輯控制部件(3312)及參考閥電壓(3313)產(chǎn)生啟動(dòng)關(guān)閉控制電壓，從而控制恒定關(guān)斷時(shí)間控制的峰值電流雙環(huán)電流電壓調(diào)節(jié)器(332)進(jìn)行相應(yīng)操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征是 所述LED驅(qū)動(dòng)電路還包括ニ極管Din，所述ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋(I)的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到谷填充電路(31)的正端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低儲(chǔ)能電容、高功率因數(shù)直流電流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路，由二極管整流橋(1)、有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)及后續(xù)開關(guān)功率變換器(2)組成；二極管整流橋(1)的輸出向有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)供電；有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)的輸出電壓供電給后續(xù)開關(guān)功率變換器(2)。有源非線性電容網(wǎng)絡(luò)(3)是由低儲(chǔ)能電容和有源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成。采用本發(fā)明的LED驅(qū)動(dòng)電路可以使用低容量的電容(例如薄膜電容和陶瓷介質(zhì)電容)來完成儲(chǔ)能功能。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102858071SQ201210365078
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者翁大豐, 魏其萃 申請(qǐng)人:魏其萃