基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路，包括電源整流電路、開關管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負載、誤差放大器、電壓補償模塊、復位積分器、比較器和RS觸發器，本實用新型的技術效果在于，輸入電流很好地跟蹤輸入電壓，總諧波失真小，功率因數高，系統響應速度快，超調量較小，輸出電壓穩定在-40V，具有很高的抗輸入電壓擾動和抗負載擾動能力。和OCC控制策略相比，多環控制策略下Buck-Boost型LED照明驅動在不同占空比和寬輸入電壓范圍下功率因數均高，可以達到0.99，從輸出阻抗特性曲線可以看出，多環控制下輸出阻抗小，動態負載性能要好。
【專利說明】基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路。
【背景技術】
[0002]LED照明具有節能、高效、壽命長、環保等特點，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”理念和半導體發光技術相結合的產物。LED照明的發展對消費類電子、汽車電子、信息產業及光電子產業有很大的推動作用，LED照明的興起必將勢如破竹，洶涌澎湃，已是21世紀的大勢所趨。這對LED照明驅動控制系統的高效性、快速響應性、高功率因數、穩定性等帶來了新的挑戰，對驅動控制系統工作性能與設計有著更高的要求。
[0003]如圖1所示為一種常用的OCC控制Buck-Boost型LED照明驅動，其響應速度快，跟隨控制能力強，抗輸入擾動能力較強，但由于濾波器性能的動態特性，整個驅動系統的輸出電壓波形會受到干擾，降低了驅動變換器的動態性能。
【發明內容】
[0004]為了使Buck-Boost型驅動獲得更高的功率因數、提高系統動態性能，本實用新型的技術方案是，一種基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路，包括電源整流電路、開關管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負載、誤差放大器、電壓補償模塊、復位積分器、t匕較器和RS觸發器，開關管Q串聯電源整流電路輸出端后并聯至電感L的一端和二極管D的負極，二極管D的正極并聯至電容C的一端和LED負載的一端，電容C、LED負載和電感L的另一端并聯后連接至電源整流電路，LED負載上對電壓進行采樣，采樣得到的電壓信號經增益模塊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，再經電壓補償模塊后送至比較器的一輸入端，復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觸發器的輸入R端，RS觸發器的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發器的輸出Q端連接開關管Q，輸出(]d連接復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負載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端，加法器的另一輸入端經增益模塊Ka連接至開關管Q，加法器的輸出端連接至復位積分器的另一輸入端。
[0005]本實用新型的技術效果在于，輸入電流很好地跟蹤輸入電壓，總諧波失真小，功率因數高，系統響應速度快，超調量較小，輸出電壓穩定在-40V，具有很高的抗輸入電壓擾動和抗負載擾動能力。和OCC控制策略相比，多環控制策略下Buck-Boost型LED照明驅動在不同占空比和寬輸入電壓范圍下功率因數均高，可以達到0.99，從輸出阻抗特性曲線可以看出，多環控制下輸出阻抗小，動態負載性能要好。
[0006]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】[0007]圖1為現有OCC控制Buck-Boost型LED照明驅動電路圖；
[0008]圖2為本實用新型結構示意圖；
[0009]圖3為Buck-Boost型驅動器主電路小信號模型圖；
[0010]圖4為多環控制小信號模型圖；
[0011]圖5為多環控制Buck-Boost型LED照明驅動系統模型圖；
[0012]圖6為Buck-Boost型LED照明驅動主電路模型圖；
[0013]圖7為多環控制模型圖；
[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為抗負載擾動能力分析圖；
[0018]圖12為功率因數與占空比的關系圖；
[0019]圖13寬輸入電壓范圍下的功率因數圖；
[0020]圖14輸出阻抗特性圖。
【具體實施方式】
[0021]參見圖2，本實用新型包括電源整流電路、開關管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負載、誤差放大器、電壓補償模塊、復位積分器、比較器和RS觸發器，開關管Q串聯電源整流電路輸出端后并聯至電感L的一端和二極管D的負極，二極管D的正極并聯至電容C的一端和LED負載的一端，電容C、LED負載和電感L的另一端并聯后連接至電源整流電路，LED負載上對電壓進行采樣，采樣得到的電壓信號經增益模塊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，再經電壓補償模塊后送至比較器的一輸入端，復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觸發器的輸入R端，RS觸發器
的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發器的輸出Q端連接開關管Q，輸出泛端連接復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負載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端,加法器的另一輸入端經增益模塊Ka連接至開關管Q，加法器的輸出端連接至復位積分器的另一輸入端。
[0022]本實用新型與OCC控制Buck-Boost型LED照明驅動相比，從結構上主要增加了一個由電壓微分器、增益模塊環控制。
[0023]增益模塊K。及加法器組成的環路，加上OCC控制的增益模塊Ka、增益模塊Kb兩條環路，故稱為多環。
[0024]圖2中，交流輸入電壓為交流輸入電流為U輸入電壓經過二極管整流后得到電壓Uin，開關管Q由RS觸發器控制，在時鐘脈沖上升沿到來時，RS觸發器的同相端給開關管一個高電平，開關管導通，輸出電壓U。經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經過電壓補償得到信號Uc;p輸送給比較器的反相端，電壓信號uD經過采樣得到信號KaiiD輸送給加法器，加法器的另一個輸入是輸出電壓經過微分器、增益K。后的電壓信號KcIivd,加法器的輸出接到帶復位開關的積分器，積分器的輸出Uint輸送給比較器的同相端，當積分電壓信號Uint上升到補償后的電壓信號Uep后，比較器反轉輸出高電平，RS觸發器復位，同相端輸出低電平，開關管關斷，反相端輸出高電平，使復位積分器復位清零，直到下一個時鐘脈沖到來，開關管再次導通。
[0025]下面以多環控制Buck-Boost型LED照明驅動系統模型對本實用新型作進一步說明。
[0026]主電路小信號模型
[0027]采用狀態空間平均法[6]給Buck-Boost型大功率LED照明驅動主電路建模，取電感電流、電容電壓為狀態變量，輸入電壓、輸出電壓分別為輸入、輸出狀態變量。可得Buck-Boost型LED照明驅動主電路空間狀態平均方程:
【權利要求】
1.一種基于多環控制的Buck-Boost型半導體照明驅動電路，包括電源整流電路、開關管Q、電感L、二極管D、電容C、LED負載、誤差放大器、電壓補償模塊、復位積分器、比較器和RS觸發器，開關管Q串聯電源整流電路輸出端后并聯至電感L的一端和二極管D的負極，二極管D的正極并聯至電容C的一端和LED負載的一端，電容C、LED負載和電感L的另一端并聯后連接至電源整流電路，LED負載上對電壓進行采樣，采樣得到的電壓信號經增益模塊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，再經電壓補償模塊后送至比較器的一輸入端，復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觸發器的輸入R端，RS觸發器的輸入S端連接外部時鐘脈沖，RS觸發器的輸出Q端連接開關管Q，輸出Q端連接復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負載以獲得采樣電壓，微分器的輸出端輸出的信號經增益模塊K。放大后至加法器的一輸入端，加法器的另一輸入端經增益模塊Ka連接至開關管Q，加法器的輸出端連接至復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 優先權日:2013年12月30日
【發明者】徐仁伯, 李勇智, 陳立奇, 羅開國 申請人:湖南信息科學職業學院