專利名稱：一種大功率led高效驅動電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大功率LED高效驅動電源。
技術背景城市道路建設需配置大量路燈，LED燈由于其能耗低、壽命長及高效率等特性，在路燈中得到廣泛應用。LED燈與一般電燈不同，其正常工作需要驅動電路的支持，一個良好的恒流驅動電路可有效地節約電能并延長LED燈的使用壽命。現有恒流驅動電路一般包括電源輸入端、EMC電路、整流電路、PFC電路、恒流恒壓控制電路及輸出電路，輸出電路為LED負載提供恒流供電。所述PFC主要采用有源功率因數自動校正電路(APFC)，該有源功率因數自動校正電路(APFC)并聯在整流電路與輸出電路之間，如圖1所示，其主要包括高壓大電解濾波電容C9、功率因數控制IC、鐵氧體高頻磁芯高變壓器、大功率高壓MOS管、大電流高壓快恢復管Dl等器件。功率因數控制IC的輸入端通過磁芯變壓器的初級線圈與整流電路輸出端耦合，根據取樣信號對大功率MOS管進行輸出控制；大功率MOS管漏極與磁芯變壓器次級線圈串接，漏極輸出經過快恢復管Dl輸出，Dl輸出端并聯接有大電解電容C9 ；通過各器件的有效組合，整體實現功率因數校正的功能。但本驅動電路存在如下缺陷1、電路設計復雜，元器件較多，整機造價高。2、元器件較多使得自身能耗較大，不利于提高整機工作效率。3、有源功率校正電路(APFC)中的所述器件都是體積較大、價格較貴、故障率較高的功率器件，不利于提高產品的可靠性及線路板的合理布局。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種結構簡單合理、整機造價低廉、故障率低、性能穩定可靠的大功率LED高效驅動電源。一種大功率LED高效驅動電源，包括電源輸入端、EMC電路、整流電路、恒流恒壓控制電路以及輸出電路，電源輸入端、EMC電路、整流電路和輸出電路依次并聯連接，輸出電路的輸出端為LED矩陣負載提供恒流供電，其特征在于所述恒流恒壓控制電路包括相互耦合連接的穩壓控制單元和功率因數校正電路，穩壓控制單元的輸入端并聯于輸出電路的輸出端，功率因數校正電路的輸出端接輸出電路的反饋控制輸入端。與常規LED驅動電源相比，本實用新型具有如下優點本實用新型通過恒流恒壓控制電路中的穩壓控制單元對輸出電路的輸出端取樣并生成相應的反饋信號，然后經功率因數校正電路送入輸出電路的反饋控制輸入端，使輸出電路實現恒電流與恒電壓輸出，且恒流恒壓控制電路中的功率因數校正電路采用前饋補償式校正方式，可有效消除電路信號中的諧波分量與相位差值，提高功率因數，實現電路的功率因數大于0. 93，創造性地取消常規有源功率校正電路(APFC)，優化電路結構，元器件減少了約33%，降低電路成本30%，且降低了產品的故障率，提高了產品可靠性，產品的使用壽命更長。所述穩壓控制單元包括大電解電容C32、電阻R33、電阻R34、電阻R36、電阻R37、電阻R38、穩壓集成器件TL431及反饋引腳VK，穩壓集成器件TL431的陰極依次與電阻R33 和電阻R34串接，電阻R34與輸出電路的正極端連接，穩壓集成器件TL431的陽極與輸出電路的負極端連接，電阻R36與電阻R38串聯后并聯在輸出電路的輸出端，且電阻R36與電阻 R38之間設有引出端接穩壓集成器件TL431的參考極；C32與R37串聯后接在穩壓集成器件 TL431的陰極與參考極之間；所述反饋引腳VK設于穩壓集成器件TL431的參考極端；電阻 R33兩端設有引出端形成穩壓控制單元的輸出端，該輸出端與一光耦合器件U3的輸入端連接。以TL431集成電路為核心，實現輸出恒電流與恒電壓的控制，并利用大電解電容C32，時間常數在幾百毫秒，濾除IOOHz直流脈沖對電壓輸出的干擾，有效保證在50Hz的整個周期內控制大功率MOS管Ql的脈沖寬度占空比一致，使輸入電壓(交流輸入經整流后的IOOHz 脈沖信號)與Ql上的電流形成比例關系，這是達到功率因數補償的重要環節。所述功率因數校正電路包括大電阻R43和電容C37，大電阻R43 —端引接輸出電路的輸入端，另一端與電容C37相接，電容C37并聯接于光電耦合器件U3的輸出端。校正電路采用前饋補償式校正方式，在輸出電路的驅動IC輸入端與光耦合輸出端之間引入整流IOOHz脈沖信號，對光耦合輸出信號進行補償，有效消除電路信號中的諧波分量與相位差值，有效地提高功率因數達0. 93以上。所述輸出電路包括驅動IC、大功率MOS管Q1、鐵氧體高頻磁芯變壓器和低壓大電流快恢復整流管D24，鐵氧體高頻磁芯變壓器的第一級電感線圈與整流電路的輸出端連接， 次級電感線圈2腳串接低壓大電流快恢復整流管D24，在次級電感線圈輸出端還并聯有由電容C25和電阻R30組成的RC單元、大電解電容C30 ；驅動IC的輸入端形成所述反饋控制輸入端，該反饋控制輸入端與功率因數校正電路的電容C37并聯，驅動IC輸出端接大功率 MOS管Ql的柵極，大功MOS管Ql輸出端接鐵氧體高頻磁芯變壓器第一級電感線圈的5腳。 功率輸出電路采用反激式電路形式，MOS管Ql的導通與關閉，是由驅動IC輸出的固定占空比的控制信號控制的，當MOS管Ql導通時，變壓器初級線圈進行儲能，初級、次級線圈之間沒有能量的傳遞；當MOS管Ql關閉時，變壓器初級線圈向次級線圈傳遞儲能，感生一個恒定的電壓作為輸出，同時向次級線圈的大電解電容C30充電；當下一周期到來，控制信號為高電平時Ql再次導通，變壓器初、次級線圈之間沒有能量傳遞，此時大電解電容C30作為輸出電路的供電端。所以當輸出電壓值出現波動(如出現正向增量)，通過恒壓控制電路的反饋作用，驅動IC改變輸出的控制信號占空比(占空比變小)，從而改變Ql的導通時間(導通時間變短)，改變初級線圈的儲能(降低電流的最大值)，使得次級線圈的感生電壓相應變化(電壓值變小)，實現恒電流與恒電壓的有效調節。所述變壓器次級端并聯的C25及R30 的作用是用來吸收電路在工作過程中產生高頻信號，防止對周圍環境的輻射干擾。C25與 R30串聯后并聯于變壓器的次級端，它的RC時間選取在能有效濾除吸收對周圍環境有害的無線電垃圾，選取頻率300KHz以上。所述輸出電路的輸出端還并聯有浪涌保護電路，其主要器件為所述大電解電容 C30以及浪涌吸收元件R35和C31，大電解電容C30在作為儲能元件同時也作為主要的浪涌吸收元件，其可保持電流的連續性，減少IOOHz脈動成分及浪涌成分對LED的不良影響。 所述恒流恒壓控制電路還包括工作狀態檢測及反饋電路，該工作狀態檢測及反饋電路包括電流檢測放大電路，電流檢測放大電路的輸入端通過高精度小阻值電阻R31或電阻R32獲取輸出電路輸出端的電壓信號，并將獲取的電壓信號經放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。通過電流檢測放大電路的反饋端對反饋引腳VK端的電壓控制，可實現對電路電流的恒定輸出的調控，當增大VK端電壓，穩壓集成器件TL431的輸出電流將降低，從而使得驅動IC改變輸出的控制信號占空比(占小空多)，改變Ql的導通時間(導通時間變短)，改變初級線圈的儲能(降低Ql的輸出電流)， 使得次級線圈的感生電流相應變化(電流值變小)，實現恒電流與恒電壓控制。所述工作狀態檢測及反饋電路還包括帶溫度探頭RT的溫度檢測放大電路，溫度探頭RT設于LED燈殼上并將檢測到的溫度信號發送至溫度檢測放大電路，溫度檢測放大電路對溫度信號進行放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。通過溫度檢測放大電路的反饋端對反饋引腳VK端的電壓控制，同樣可實現對電路電流的恒定輸出進行調控，當溫度過高時，溫度檢測放大電路反饋至VK端的電壓增大， 穩壓集成器件TL431的輸出電壓將降低，從而使得驅動IC輸出的控制信號占空比變小，使 MOS管Ql的導通時間變短，使得次級線圈的感生電流相應變小，從而強制降低輸出電路的輸出電流，保證LED在工作中不因溫度過高而引起嚴重的光衰現象，可有效保證LED的使用壽命ο所述工作狀態檢測及反饋電路還包括一體化CPU控制系統以及與CPU控制系統的輸出端連接的指示燈，所述電流檢測放大電路和溫度檢測放大電路分別與CUP控制單元電連接，并將電流信號或溫度信號發送到CPU控制系統，CPU控制系統經處理分析后發送至指示燈以顯示相應信息；且所述CPU控制系統可根據內設程序向電流檢測放大電路發送控制信號，電流檢測放大電路再將CPU發送的控制信號經其反饋端發送至所述反饋引腳VK 端。內置的CPU控制系統對電流檢測放大電路和溫度檢測放大電路發送的相應信號進行處理分析后，發送至指示燈，由指示燈顯示“恒流輸出”、“恒壓輸出”、“節能功率輸出”、“過溫保護”等對應的狀態，方便維護檢修指示；同時，可根據客戶需要，通過CPU控制系統向電流檢測放大電路發送相應控制信號，再經電流檢測放大電路的反饋端發送至所述反饋引腳VK 端，自動調節節能時段及節能功率比例，減少能源浪費，提高節能效果。所述EMC電路，采用CLCJI型隔離電路作為抗干擾、防傳導輻射的措施，有效消除電路高頻干擾的影響；所述整流電路，采用橋式整流模塊RS808，8A/800V，將AC220V電源整流成脈沖直流；所述整流電路與輸出電路之間并聯有由小體積電感L3和小容量電容C6組成的濾波電路，可濾除中高頻段的差模干擾信號，與EMC電路互補，提高抗干擾能力及有效抑制對電網的電磁干擾。
圖1為現有恒流驅動電路中設于整流電路與輸出電路之間的有源功率校正電路 (APFC)的結構圖。圖2為本實用新型電路結構圖。圖3為本實用新型方框原理圖。
具體實施方式
如圖2、圖3所示，一種大功率LED高效驅動電源，包括電源輸入端1、EMC電路2、 整流電路3、由小體積電感L3和小容量電容C6組成的濾波電路4、恒流恒壓控制電路以及輸出電路6，電源輸入端1、EMC電路2、整流電路3、濾波電路4和輸出電路6依次并聯連接， 輸出電路6的輸出端為LED矩陣負載恒流供電。所述EMC電路2，采用CLCji型隔離電路作為抗干擾、防傳導輻射的措施，有效消除對電網的高頻干擾影響；所述整流電路3，采用橋式整流模塊RS808，8A/800V，將AC220V電源整流成脈沖直流；所述恒流恒壓控制電路包括相互耦合連接的穩壓控制單元5和功率因數校正電路7，穩壓控制單元5的輸入端并聯于輸出電路的輸出端，功率因數校正電路7的輸出端接輸出電路6的反饋控制輸入端，所述穩壓控制單元5包括大電解電容C32、電阻R33、電阻R34、電阻R36、電阻R37、電阻R38、穩壓集成器件TL431及反饋引腳VK，穩壓集成器件TL431的陰極依次與電阻R33和電阻R34串接，電阻R34與輸出電路的正極端連接，穩壓集成器件TL431的陽極與輸出電路的負極端連接，電阻R36與電阻R38串聯后并聯在輸出電路的輸出端，且電阻R36與電阻R38之間設有引出端接穩壓集成器件TL431的參考極；C32與R37串聯后接在穩壓集成器件TL431的陰極與參考極之間；所述反饋引腳VK設于穩壓集成器件TL431的參考極端；電阻R33兩端設有引出端形成穩壓控制單元的輸出端，該輸出端與一光耦合器件U3的輸入端連接；所述功率因數校正電路7包括大電阻R43和電容C37，大電阻R43 —端引接輸出電路的輸入端，另一端與電容C37相接，電容C37并聯接于光電耦合器件U3的輸出端；所述輸出電路6包括驅動IC、大功率MOS管Q1、鐵氧體高頻磁芯變壓器和低壓大電流快恢復整流管D24，鐵氧體高頻磁芯變壓器的第一級電感線圈與整流電路的輸出端連接，次級電感線圈2腳串接低壓大電流快恢復整流管D24，在次級電感線圈輸出端與低壓大電流快恢復整流管D24之間還并聯有由電容C25和電阻R30組成的RC單元，次級電感線圈輸出端于大電流快恢復整流管 D24后還并聯有大電解電容C30 ；驅動IC的輸入端形成所述反饋控制輸入端，該反饋控制輸入端與功率因數校正電路的電容C37并聯，驅動IC輸出端接大功率MOS管Ql的柵極，大功 MOS管Ql輸出端接鐵氧體高頻磁芯變壓器第一級電感線圈的5腳。所述輸出電路6的輸出端還并聯有浪涌保護電路，其主要器件包括上述所述的大電解電容C30以及浪涌吸收元件電容C31、電阻R35。所述恒流恒壓控制電路還包括工作狀態檢測及反饋電路9，該工作狀態檢測及反饋電路包括電流檢測放大電路、帶溫度探頭RT的溫度檢測放大電路以及一體化CPU控制系統和與CPU控制系統的輸出端連接的指示燈，其中，電流檢測放大電路的輸入端通過高精度小阻值電阻R31或電阻R32獲取輸出電路輸出端的電壓信號，并將獲取的電壓信號經放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端；溫度檢測放大電路的溫度探片RT設于LED燈殼上并將檢測到的溫度信號發送至溫度檢測放大電路，溫度檢測放大電路對溫度信號進行放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端；所述電流檢測放大電路和溫度檢測放大電路還分別與CUP控制單元電連接，并將電流信號或溫度信號發送到CPU控制系統，CPU控制系統經處理分析后發送至指示燈以顯示相應信息，且所述CPU控制系統可根據內設程序向電流檢測放大電路發送控制信號，電流檢測放大電路再將CPU發送的控制信號經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非用來限定本實用新型實施的范圍， 凡依本實用新型專利范圍所做的同等變化與修飾，皆落入本實用新型專利涵蓋的范圍。
權利要求1.一種大功率LED高效驅動電源，包括電源輸入端、EMC電路、整流電路、恒流恒壓控制電路以及輸出電路，電源輸入端、EMC電路、整流電路和輸出電路依次并聯連接，輸出電路的輸出端為LED矩陣負載提供恒流供電，其特征在于所述恒流恒壓控制電路包括相互耦合連接的穩壓控制單元和功率因數校正電路，穩壓控制單元的輸入端并聯于輸出電路的輸出端，功率因數校正電路的輸出端接輸出電路的反饋控制輸入端。
2.根據權利要求1所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述穩壓控制單元包括大電解電容C32、電阻R33、電阻R34、電阻R36、電阻R37、電阻R38、穩壓集成器件 TL431及反饋引腳VK，穩壓集成器件TL431的陰極依次與電阻R33和電阻R34串接，電阻 R34與輸出電路的正極端連接，穩壓集成器件TL431的陽極與輸出電路的負極端連接，電阻 R36與電阻R38串聯后并聯在輸出電路的輸出端，且電阻R36與電阻R38之間設有引出端接穩壓集成器件TL431的參考極；大電解電容C32與R37串聯后接在穩壓集成器件TL431的陰極與參考極之間；所述反饋引腳VK設于穩壓集成器件TL431的參考極端；電阻R33兩端設有引出端形成穩壓控制單元的輸出端，該輸出端與一光耦合器件U3的輸入端連接。
3.根據權利要求2所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述功率因數校正電路包括大電阻R43和電容C37，大電阻R43 —端引接輸出電路的輸入端，另一端與電容C37相接，電容C37并聯接于光電耦合器件U3的輸出端。
4.根據權利要求3所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述輸出電路包括驅動IC、大功率MOS管Q1、鐵氧體高頻磁芯變壓器和低壓大電流快恢復整流管D24，鐵氧體高頻磁芯變壓器的第一級電感線圈與整流電路的輸出端連接，次級電感線圈的輸出端并聯有一大電解電容C30，且次級電感線圈2腳串接低壓大電流快恢復整流管D24 ；驅動IC 的輸入端形成所述反饋控制輸入端，該反饋控制輸入端與功率因數校正電路的電容C37并聯，驅動IC輸出端接大功率MOS管Ql的柵極，大功MOS管Ql輸出端接鐵氧體高頻磁芯變壓器第一級電感線圈的5腳。
5.根據權利要求4所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述輸出電路的輸出端還并聯有浪涌保護電路，其主要器件為浪涌吸收元件以及所述大電解電容C30。
6.根據權利要求2至5任一項所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述恒流恒壓控制電路還包括工作狀態檢測及反饋電路，該工作狀態檢測及反饋電路包括電流檢測放大電路，電流檢測放大電路的輸入端通過高精度小阻值電阻R31或電阻R32獲取輸出電路輸出端的電壓信號，并將獲取的電壓信號經放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。
7.根據權利要求6所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述工作狀態檢測及反饋電路還包括帶溫度探頭RT的溫度檢測放大電路，溫度探頭RT設于LED燈殼上并將檢測到的溫度信號發送至溫度檢測放大電路，溫度檢測放大電路對溫度信號進行放大處理分析后生相應的控制信號再經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。
8.根據權利要求7所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述工作狀態檢測及反饋電路還包括CPU控制系統以及與CPU控制系統的輸出端連接的指示燈，所述電流檢測放大電路和溫度檢測放大電路分別與CUP控制單元相連接，并將電流信號或溫度信號發送到CPU控制系統，CPU控制系統經處理分析后發送至指示燈以顯示相應信息；且所述 CPU可根據內設程序向電流檢測放大電路發送控制信號，電流檢測放大電路再將CPU發送的控制信號經其反饋端發送至所述反饋引腳VK端。
9.根據權利要求5所述的一種大功率LED高效驅動電源，其特征在于所述整流電路與輸出電路之間并聯有由小體積電感L3和小容量電容C6組成的濾波電路。
專利摘要一種大功率LED高效驅動電源，包括電源輸入端、EMC電路、整流電路、恒流恒壓控制電路以及輸出電路，電源輸入端、EMC電路、整流電路和輸出電路依次并聯連接，輸出電路的輸出端為LED矩陣負載恒流供電，其特征在于所述恒流恒壓控制電路包括相互耦合連接的穩壓控制單元和功率因數校正電路，穩壓控制單元的輸入端并聯于輸出電路的輸出端，功率因數校正電路的輸出端接輸出電路的反饋控制輸入端。本實用新型創造性地取消常規有源功率校正電路(APFC)，優化電路結構，元器件減少了約33％，降低電路成本30％，且降低了電路的故障率，可靠性高，使用壽命長，且實現電路的功率因數大于0.93。
文檔編號H02M1/44GK202068621SQ20112012141
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者劉清祥 申請人:中山市誠創電器有限公司