一種自供電升降壓led驅(qū)動(dòng)電源裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用于LED燈具、LED背光源、LED顯示屏等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代科技與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的一大亮點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明有“綠色照明光源”之稱，節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)、光效高，在照明領(lǐng)域發(fā)展迅速(林方盛，蔣曉波，江磊等.LED驅(qū)動(dòng)電源綜述[J].照明工程學(xué)報(bào)，2012，(23))。而其驅(qū)動(dòng)電源是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵部分，在保證其可靠性、高效率的同時(shí)不斷追求成本低、體積小已然成為趨勢(shì)。與此同時(shí)，為達(dá)到節(jié)能與實(shí)用方便的目的，LED的驅(qū)動(dòng)電源大多需要調(diào)光的功能，目前主流調(diào)光方式為可控硅調(diào)光，除此之外還有PWM調(diào)光、電阻調(diào)光等?？煽毓枵{(diào)光在調(diào)光至低端時(shí)，由于主電路功率下降造成1C供電不足，所以傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案中需要高壓?jiǎn)?dòng)電路在這種情況下給1C供電以保證其正常工作；并且需要利用高頻變壓器的輔助繞組正常工作時(shí)給控制1C供電。但增加器件和繞組數(shù)必將增加電源的體積和成本(發(fā)明名稱:一種無(wú)需輔助繞組的LED驅(qū)動(dòng)電路:公開授權(quán)號(hào):CN 203167339 U，公開授權(quán)日:2013-08-28)。
[0003]除此之外，LED驅(qū)動(dòng)電源也需要輸出恒流、使用壽命長(zhǎng)、功率因數(shù)高、安全性高等要求。未來(lái)驅(qū)動(dòng)電路將朝解決電源壽命短的問(wèn)題、體積小模塊化的方向發(fā)展(路秋生.LED調(diào)光的可控硅與有關(guān)問(wèn)題[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2011，(7))。同時(shí)隔離性和非隔離型驅(qū)動(dòng)電源將長(zhǎng)期并存。
[0004]綜上所述，上述LED電源裝置能在各種情況下提供供電穩(wěn)定，但也存在一些不足，需使用高壓?jiǎn)?dòng)電路和輔助繞組供電電路，變壓器需使用額外的繞組，總體來(lái)說(shuō)是一種較昂貴的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述LED驅(qū)動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種自供電升降壓LED驅(qū)動(dòng)電源裝置，具體內(nèi)容如下:
[0006]1.本發(fā)明的總體方案為:
[0007]輸入整流電路1、濾波和調(diào)光電路2、Buck_boost主變換電路3、LED負(fù)載4、自供電控制電路5、采樣電路6。如圖1所示。
[0008]2.整流電路
[0009]驅(qū)動(dòng)電路由交流電供電。首先經(jīng)由整流電路整流，整流電路為全橋整流，將交變電整流變?yōu)槊}動(dòng)很大的饅頭狀直流電。如圖2所示。
[0010]3.濾波和調(diào)光電路
[0011]整流電路之后連接濾波和調(diào)光電路。這部分電路首先采用LC-31濾波方式，由一個(gè)工字電感和兩個(gè)CBB電容組成，對(duì)全橋整流后的電壓電流濾波以濾除高次諧波，得到較為干凈的直流電。其次為了滿足LED可控硅調(diào)光的要求，還增加了由一個(gè)電阻和電容組成的無(wú)源泄放電路，保證調(diào)光器開始導(dǎo)通時(shí)流過(guò)足夠的電流。如圖2所示。
[0012]4.Buck-boost 主變換電路
[0013]濾波和調(diào)光電路之后連接Buck-boost主變換電路。用來(lái)對(duì)波動(dòng)大的直流進(jìn)行斬波變換得到滿足LED負(fù)載恒定的電流及合適的電壓。如圖2所示。
[0014]5.自供電控制電路
[0015]變換電路的變換過(guò)程需由控制電路進(jìn)行控制以保證電路能夠正常穩(wěn)定工作。在控制電路工作的同時(shí)，自供電偏置電路負(fù)責(zé)給1C供電保證控制電路的正常工作。其中控制1C采用型號(hào)為HD3001的芯片。無(wú)輔助繞組的自供電偏置電路是本發(fā)明的重點(diǎn)及重要特征。如圖2所示。
[0016]6.采樣電路
[0017]與自供電控制電路連接的是采樣電路，用來(lái)采集主電路中的電流的峰值或平均值與內(nèi)部比較器基準(zhǔn)做比較。如圖2所示。
[0018]本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0019]1)元器件少，電路成本大大降低。
[0020]本發(fā)明利用VCC電容的儲(chǔ)能來(lái)給1C供電，從而電路中不需要使用高壓?jiǎn)?dòng)電路以及高頻變壓器的輔助繞組。因此這種方案可以減少元器件的數(shù)量、變壓器的體積并且縮小了應(yīng)用系統(tǒng)中PCB電路板的尺寸，故LED驅(qū)動(dòng)電源成本得以大大降低。
[0021]2)可較大范圍的給1C穩(wěn)定供電。
[0022]由于VCC電容供電以及受到穩(wěn)壓管的嵌壓，所以在母線電壓波動(dòng)比較大的情況下，依舊能夠保證1C供電電壓的相對(duì)穩(wěn)定保證1C正常工作。即使在可控硅調(diào)光器旋轉(zhuǎn)至低端時(shí)，變換電路中傳輸?shù)碾娔艽蟠蠼档偷那闆r下，只要釋能電感上的電壓高于VCC電壓就可以繼續(xù)維持芯片的工作電流、VCC維持在芯片最小工作電壓以上。因此本自供電設(shè)計(jì)能夠在寬范圍的電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的正常工作。
[0023]3)電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，極大地適應(yīng)電源小型化的趨勢(shì)。
[0024]本發(fā)明設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路，其電路結(jié)構(gòu)得到了很大的簡(jiǎn)化。除去的高壓?jiǎn)?dòng)電路和輔助繞組使得其體積減小，這也正符合LED驅(qū)動(dòng)電源追求體積小的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)也增加了它的實(shí)用性。
[0025]4)自供電原理可廣范應(yīng)用于各種類型的電源中。
[0026]本發(fā)明的自供電原理不僅僅用于Buck-boost拓補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)電源，同樣適用于其他拓補(bǔ)的LED驅(qū)動(dòng)電源，比如Buck、Boost、反激式等等。所以本發(fā)明的應(yīng)用范圍廣，可以在各種驅(qū)動(dòng)電源中可靠有效的運(yùn)用。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為自供電升降壓LED驅(qū)動(dòng)電源裝置總體方案圖
[0028]圖2為無(wú)輔助繞組自供電升降壓LED驅(qū)動(dòng)電源示意圖
[0029]圖3為最接近本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)方案圖
[0030]其中輸入整流電路為1，濾波和調(diào)光電路為2，Buck_boost主變換電路為3，LED負(fù)載為4，自供電控制電路為5，采樣電路為6。
【具體實(shí)施方式】
[0031]無(wú)輔助繞組自供電升降壓的LED驅(qū)動(dòng)電源工作方式，如圖2所示。
[0032]1.在上電啟動(dòng)階段:線電壓通過(guò)R2給偏置電容C6充電至Ml柵極導(dǎo)通電壓，Ml導(dǎo)通。線電壓通過(guò)L2/M1/D1給VCC電容C1充電，直至C1電壓被充電至芯片啟動(dòng)電壓Vcc-startup。這被稱為第一儲(chǔ)能過(guò)程。偏置電容C6兩端電壓與此同時(shí)被充電至Vcc-startup+Vgs (th), Vgs (th)為高壓MOS管Ml柵源極開啟閾值電壓。
[0033]2.VCC達(dá)到芯片啟動(dòng)電壓Vcc-startup后，1C開始工作,第二儲(chǔ)能過(guò)程開始。在M2M0S管導(dǎo)通的過(guò)程中，線電壓產(chǎn)生充電電流流經(jīng)L2/M1/M2/R1到地來(lái)給L2充電儲(chǔ)能。我們稱M2維持導(dǎo)通的時(shí)間為Ton。在這個(gè)充電過(guò)程的同時(shí)，VCC電容C1放電給芯片VCC，維持芯片的工作電流。在Ton時(shí)間內(nèi)，VCC維持在芯片最小工作電壓以上以確保整個(gè)電路系統(tǒng)的正常工作。
[0034]3.緊接著，1C內(nèi)部通過(guò)CS檢測(cè)電路，檢測(cè)電阻R1上的電壓以得到M2的源極通過(guò)的電流，內(nèi)部將此電流的峰值或平均值與內(nèi)部比較器基準(zhǔn)做比較，當(dāng)達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，關(guān)斷MOS M2 ο
[0035]4.當(dāng)關(guān)斷M2 M0S時(shí)，第二釋能過(guò)程開始。此時(shí)釋能電流被分為兩路，一路為主要釋能電流，流經(jīng)Buck-boost變換電路電感、二極管、輸出電容和負(fù)載。另一路為次要釋能電流給VCC電容C1充電，以補(bǔ)充其在第二儲(chǔ)能過(guò)程給芯片供電而損耗的電能，也即自供電。這個(gè)自供電電流的大小有VCC的芯片損耗電流決定，它恰好使VCC的充電和放點(diǎn)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的電流。我們把整個(gè)釋能電流降到0的這段時(shí)間稱為Toff時(shí)間，意即M2的關(guān)斷時(shí)間。
[0036]5.在第二釋能過(guò)程結(jié)束后，下一個(gè)周期開始，開始的時(shí)刻可以是第二釋能結(jié)束后沒有延遲馬上開始下一個(gè)Ton動(dòng)作，這種模式對(duì)應(yīng)的是臨界導(dǎo)通模式；也可以是在一定的延遲時(shí)間后開始下一個(gè)Ton動(dòng)作，這種模式對(duì)應(yīng)的是斷續(xù)導(dǎo)通模式。也就是說(shuō)我們這種自供電系統(tǒng)可以用于臨界導(dǎo)通、斷續(xù)導(dǎo)通、甚至連續(xù)導(dǎo)通模式。
[0037]6.下一個(gè)周期，同樣在Ton時(shí)間內(nèi)為第二儲(chǔ)能過(guò)程，在To