基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路，包括電源整流電路、開關(guān)管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負(fù)載、誤差放大器、電壓補(bǔ)償模塊、復(fù)位積分器、比較器和RS觸發(fā)器，本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，輸入電流很好地跟蹤輸入電壓，總諧波失真小，功率因數(shù)高，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，超調(diào)量較小，輸出電壓穩(wěn)定在-40V，具有很高的抗輸入電壓擾動和抗負(fù)載擾動能力。和OCC控制策略相比，多環(huán)控制策略下Buck-Boost型LED照明驅(qū)動在不同占空比和寬輸入電壓范圍下功率因數(shù)均高，可以達(dá)到0.99，從輸出阻抗特性曲線可以看出，多環(huán)控制下輸出阻抗小，動態(tài)負(fù)載性能要好。
【專利說明】基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明具有節(jié)能、高效、壽命長、環(huán)保等特點(diǎn)，是從白熾燈、熒光燈到高壓氣體放電燈之后的又一場照明光源革命，也是“綠色照明”理念和半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。LED照明的發(fā)展對消費(fèi)類電子、汽車電子、信息產(chǎn)業(yè)及光電子產(chǎn)業(yè)有很大的推動作用，LED照明的興起必將勢如破竹，洶涌澎湃，已是21世紀(jì)的大勢所趨。這對LED照明驅(qū)動控制系統(tǒng)的高效性、快速響應(yīng)性、高功率因數(shù)、穩(wěn)定性等帶來了新的挑戰(zhàn)，對驅(qū)動控制系統(tǒng)工作性能與設(shè)計(jì)有著更高的要求。
[0003]如圖1所示為一種常用的OCC控制Buck-Boost型LED照明驅(qū)動，其響應(yīng)速度快，跟隨控制能力強(qiáng)，抗輸入擾動能力較強(qiáng)，但由于濾波器性能的動態(tài)特性，整個驅(qū)動系統(tǒng)的輸出電壓波形會受到干擾，降低了驅(qū)動變換器的動態(tài)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了使Buck-Boost型驅(qū)動獲得更高的功率因數(shù)、提高系統(tǒng)動態(tài)性能，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路，包括電源整流電路、開關(guān)管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負(fù)載、誤差放大器、電壓補(bǔ)償模塊、復(fù)位積分器、t匕較器和RS觸發(fā)器，開關(guān)管Q串聯(lián)電源整流電路輸出端后并聯(lián)至電感L的一端和二極管D的負(fù)極，二極管D的正極并聯(lián)至電容C的一端和LED負(fù)載的一端，電容C、LED負(fù)載和電感L的另一端并聯(lián)后連接至電源整流電路，LED負(fù)載上對電壓進(jìn)行采樣，采樣得到的電壓信號經(jīng)增益模塊Kb放大以得到采樣電壓并與參考電壓一起輸送至誤差放大器，再經(jīng)電壓補(bǔ)償模塊后送至比較器的一輸入端，復(fù)位積分器的輸出端連接比較器的另一輸入端，比較器的輸出端連接至RS觸發(fā)器的輸入R端，RS觸發(fā)器的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發(fā)器的輸出Q端連接開關(guān)管Q，輸出(]d連接復(fù)位積分器的一輸入端，還包括加法器和微分器，所述的微分器的輸入端連接至LED負(fù)載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經(jīng)增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端，加法器的另一輸入端經(jīng)增益模塊Ka連接至開關(guān)管Q，加法器的輸出端連接至復(fù)位積分器的另一輸入端。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，輸入電流很好地跟蹤輸入電壓，總諧波失真小，功率因數(shù)高，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，超調(diào)量較小，輸出電壓穩(wěn)定在-40V，具有很高的抗輸入電壓擾動和抗負(fù)載擾動能力。和OCC控制策略相比，多環(huán)控制策略下Buck-Boost型LED照明驅(qū)動在不同占空比和寬輸入電壓范圍下功率因數(shù)均高，可以達(dá)到0.99，從輸出阻抗特性曲線可以看出，多環(huán)控制下輸出阻抗小，動態(tài)負(fù)載性能要好。
[0006]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】[0007]圖1為現(xiàn)有OCC控制Buck-Boost型LED照明驅(qū)動電路圖；
[0008]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖3為Buck-Boost型驅(qū)動器主電路小信號模型圖；
[0010]圖4為多環(huán)控制小信號模型圖；
[0011]圖5為多環(huán)控制Buck-Boost型LED照明驅(qū)動系統(tǒng)模型圖；
[0012]圖6為Buck-Boost型LED照明驅(qū)動主電路模型圖；
[0013]圖7為多環(huán)控制模型圖；
[0014]圖8為交流輸入電壓、輸入電流波形圖；
[0015]圖9為系統(tǒng)輸出電壓波形圖；
[0016]圖10為抗輸入電壓擾動分析圖；
[0017]圖11為抗負(fù)載擾動能力分析圖；
[0018]圖12為功率因數(shù)與占空比的關(guān)系圖；
[0019]圖13寬輸入電壓范圍下的功率因數(shù)圖；
[0020]圖14輸出阻抗特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]參見圖2，本實(shí)用新型包括電源整流電路、開關(guān)管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負(fù)載、誤差放大器、電壓補(bǔ)償模塊、復(fù)位積分器、比較器和RS觸發(fā)器，開關(guān)管Q串聯(lián)電源整流電路輸出端后并聯(lián)至電感L的一端和二極管D的負(fù)極，二極管D的正極并聯(lián)至電容C的一端和LED負(fù)載的一端，電容C、LED負(fù)載和電感L的另一端并聯(lián)后連接至電源整流電路，LED負(fù)載上對電壓進(jìn)行采樣，采樣得到的電壓信號經(jīng)增益模塊Kb放大以得到采樣電壓并與參考電壓一起輸送至誤差放大器，再經(jīng)電壓補(bǔ)償模塊后送至比較器的一輸入端，復(fù)位積分器的輸出端連接比較器的另一輸入端，比較器的輸出端連接至RS觸發(fā)器的輸入R端，RS觸發(fā)器
的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發(fā)器的輸出Q端連接開關(guān)管Q，輸出泛端連接復(fù)位積分器的一輸入端，還包括加法器和微分器，所述的微分器的輸入端連接至LED負(fù)載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經(jīng)增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端,加法器的另一輸入端經(jīng)增益模塊Ka連接至開關(guān)管Q，加法器的輸出端連接至復(fù)位積分器的另一輸入端。
[0022]本實(shí)用新型與OCC控制Buck-Boost型LED照明驅(qū)動相比，從結(jié)構(gòu)上主要增加了一個由電壓微分器、增益模塊環(huán)控制。
[0023]增益模塊K。及加法器組成的環(huán)路，加上OCC控制的增益模塊Ka、增益模塊Kb兩條環(huán)路，故稱為多環(huán)。
[0024]圖2中，交流輸入電壓為交流輸入電流為U輸入電壓經(jīng)過二極管整流后得到電壓Uin，開關(guān)管Q由RS觸發(fā)器控制，在時鐘脈沖上升沿到來時，RS觸發(fā)器的同相端給開關(guān)管一個高電平，開關(guān)管導(dǎo)通，輸出電壓U。經(jīng)過采樣得到一個電壓信號Kbu。，與參考電壓信號Uref共同輸送給誤差放大器，得到的誤差信號U6經(jīng)過電壓補(bǔ)償?shù)玫叫盘朥c;p輸送給比較器的反相端，電壓信號uD經(jīng)過采樣得到信號KaiiD輸送給加法器，加法器的另一個輸入是輸出電壓經(jīng)過微分器、增益K。后的電壓信號KcIivd,加法器的輸出接到帶復(fù)位開關(guān)的積分器，積分器的輸出Uint輸送給比較器的同相端，當(dāng)積分電壓信號Uint上升到補(bǔ)償后的電壓信號Uep后，比較器反轉(zhuǎn)輸出高電平，RS觸發(fā)器復(fù)位，同相端輸出低電平，開關(guān)管關(guān)斷，反相端輸出高電平，使復(fù)位積分器復(fù)位清零，直到下一個時鐘脈沖到來，開關(guān)管再次導(dǎo)通。
[0025]下面以多環(huán)控制Buck-Boost型LED照明驅(qū)動系統(tǒng)模型對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0026]主電路小信號模型
[0027]采用狀態(tài)空間平均法[6]給Buck-Boost型大功率LED照明驅(qū)動主電路建模，取電感電流、電容電壓為狀態(tài)變量，輸入電壓、輸出電壓分別為輸入、輸出狀態(tài)變量?？傻肂uck-Boost型LED照明驅(qū)動主電路空間狀態(tài)平均方程:
【權(quán)利要求】
1.一種基于多環(huán)控制的Buck-Boost型半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路，包括電源整流電路、開關(guān)管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負(fù)載、誤差放大器、電壓補(bǔ)償模塊、復(fù)位積分器、比較器和RS觸發(fā)器，開關(guān)管Q串聯(lián)電源整流電路輸出端后并聯(lián)至電感L的一端和二極管D的負(fù)極，二極管D的正極并聯(lián)至電容C的一端和LED負(fù)載的一端，電容C、LED負(fù)載和電感L的另一端并聯(lián)后連接至電源整流電路，LED負(fù)載上對電壓進(jìn)行采樣，采樣得到的電壓信號經(jīng)增益模塊Kb放大以得到采樣電壓并與參考電壓一起輸送至誤差放大器，再經(jīng)電壓補(bǔ)償模塊后送至比較器的一輸入端，復(fù)位積分器的輸出端連接比較器的另一輸入端，比較器的輸出端連接至RS觸發(fā)器的輸入R端，RS觸發(fā)器的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發(fā)器的輸出Q端連接開關(guān)管Q，輸出Q端連接復(fù)位積分器的一輸入端，其特征在于，還包括加法器和微分器，所述的微分器的輸入端連接至LED負(fù)載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經(jīng)增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端，加法器的另一輸入端經(jīng)增益模塊Ka連接至開關(guān)管Q，加法器的輸出端連接至復(fù)位積分器的另一輸入端。
【文檔編號】H05B37/02GK203788505SQ201320883593
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】徐仁伯, 李勇智, 陳立奇, 羅開國 申請人:湖南信息科學(xué)職業(yè)學(xué)院