一种单级无桥双BOOST与FLYBACK集成的LED驱动电路.pdf

本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路。该LED驱动电路包括一输入电源Vin、一功率MOS开关管Q1、一功率MOS开关管Q2、一功率二极管D1、一功率二极管D2、一功率二极管D3、一功率二极管D4、一功率二极管D5、一中间电容CB、一输出电容C2、一电感LBoost、一高频变压器Tr。本发明通过构造单级无桥双Boost与Flyback集成LED驱动电路，实现高效、高功率因数以及恒定的电流输出等功能。

1.  一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源V_in，其特征在于：所述输入交流电压源V_in的一端连接一功率二极管D₁的阳极和一功率二极管D₂的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接一中间电容C_B、一功率二极管D₃的阴极和一功率MOS开关管Q₁的漏极；所述中间电容C_B的另一端连接一功率二极管D₂的阳极和一功率MOS开关管Q₂的源极和一变压器T_r的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q₁的源极连接到变压器T_r的原边同名端和一功率二极管D₄的阳极，所述功率MOS开关管Q₁的栅极连接第一路PWM控制信号；所述功率二极管D₃的阳极连接到所述功率MOS开关管Q₂的漏极、所述功率二极管D₄的阴极和一电感 L_Boost的一端；所述的功率MOS开关管Q₂的栅极连接第二路PWM控制信号；所述电感L_Boost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D₅的阳极；所述功率二极管D₅的阴极连接到输出电容C₂的正端；所述输出电容C2的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C₂的正、负端连接所述LED驱动电路的LED负载。

2.  根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述变压器Tr是高频变压器，原副边同名端是反方向的。

3.  根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄、功率二极管D₅是快恢复二极管。

4.  根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述中间电容C_B是电解电容。

5.  根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述输出电容C₂是电解电容。

6.  根据权利要求1所述的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，其特征在于：所述功率MOS开关管Q₁和Q₂采用根据电源周期互补导通，功率MOS开关管Q₂只在电源负半周期内高频工作；功率MOS开关管Q₁在所有电源周期内高频工作。

一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路
技术领域
本发明涉及一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，更具体说是一种将无桥双Boost PFC电路和后级Flyback电路集成的单级LED驱动电路以实现输入功率因数校正和输出恒流LED驱动。
背景技术
为了抑制网侧输入电流的低频谐波污染，25瓦以上的照明电器需要满足国际电工委员会颁布的标准IEC1000-3-2等权威机构颁布的低频谐波电磁兼容标准。为了符合上述要求，功率因数校正技术成为了必要。
通常交流-直流PFC变换器从电路结构上可分为单级与多级PFC电路两大类。LED驱动电源前级一般为PFC电路，后级为恒流输出电路；前级一般采用Boost、buck、cuk等结构，后级DC-DC电路根据功率等级一般采用Flyback、LLC等结构。两级PFC电路具有输入电流总谐波失真度小，功率因数接近单位值的优点。但两级PFC电路控制相对复杂，成本较高，整机效率低，不适用于中小功率场合。单级功率因数校正电路（简称单级PFC电路）将前级PFC变换器与后级DC-DC变换器拓扑上集成，即共用一个功率开关管和一套控制电路，具有控制简单、整机效率高和功率器件少等优点。
传统前级Boost PFC电路由于整流桥的存在而影响整机的效率，特别在低压大电流的场合，过高的导通损耗降低整机效率，同时使整机的功率密度无法改善，而无桥Boost电路可以有效的降低半导体功率二极管的导通损耗；反激变换电路由于具有拓扑简单，输入输出电气隔离，升/降压范围广，实现多路输出等优点而被广泛应用。本发明单级无桥双Boost与Flyback 集成LED驱动电路既具有降低整流桥导通损耗的优点，又能有效实现输入输出隔离和多路输出，并且只需要一套控制电路，可以有效的降低成本和提高整机效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，实现高功率因数、高效和恒流输出，并降低主电路的导通损耗实现整机效率的提高，通过电路集成，也有效的减小了功率半导体器件数目和节约了系统的成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源V_in，所述输入交流电压源V_in的一端连接一功率二极管D₁的阳极和一功率二极管D₂的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接一中间电容C_B、一功率二极管D₃的阴极和一功率MOS开关管Q₁的漏极；所述中间电容C_B的另一端连接一功率二极管D₂的阳极和一功率MOS开关管Q₂的源极和一变压器T_r的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q₁的源极连接到变压器T_r的原边同名端和一功率二极管D₄的阳极，所述功率MOS开关管Q₁的栅极连接第一路PWM控制信号；所述功率二极管D₃的阳极连接到所述功率MOS开关管Q₂的漏极、所述功率二极管D₄的阴极和一电感L_Boost的一端；所述的功率MOS开关管Q₂的栅极连接第二路PWM控制信号；所述电感L_Boost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D₅的阳极；所述功率二极管D₅的阴极连接到输出电容C₂的正端；所述输出电容C₂的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C₂的正、负端连接所述LED驱动电路的LED负载。
在本发明一实施例中，变压器Tr是高频变压器，原副边同名端是反方向的。
在本发明一实施例中，所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄、功率二极管D₅是快恢复二极管。
在本发明一实施例中，所述中间电容C_B是电解电容。
在本发明一实施例中，所述输出电容C₂是电解电容。
在本发明一实施例中，所述功率MOS开关管Q₁和Q₂分电源周期采用互补导通，功率MOS管开关Q₂只在电源负半周期高频工作；功率MOS开关管Q₁在所有电源周期高频工作。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1．相对于两级无桥双Boost+Flyback电路，单级集成电路少了一个开关管，减少了功率半导体器件的数量，可以有效降低成本；
2．单级电路只需要一套控制方案，减小了控制电路的复杂性，同时也可以节约成本；
3．与Boost PFC电路相比，本发明减少输入功率整流二极管桥损耗，在低压输入时具有更低的导通损耗，具有更高的变换效率；
4．本发明具有无桥双Boost电路和Flyback电路的优点，在能实现高功率因数的同时，实现恒流输出控制，无整流桥、一套控制电路，控制简单，节约成本，提高了整机效率，降低了系统的复杂性。
附图说明
图1是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路原理图。
图2是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感L_Boost电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q₁导通时的工作模态示意图。
图3是本发明的一种单级无桥Boost+Flyback集成的 LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q₁关断时电感L_Boost电流给中间电容充电的工作模态示意图。
图4本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压正半周、功率MOS开关管Q₁关断时电感L_Boost电流为0时的工作模态示意图。
图5是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q₂导通时电感L_Boost电流充电的工作模态示意图。
图6是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q₁、Q₂关断、处于死区时电感L_Boost给中间电容充电的工作模态示意图。
图7是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q₁导通中间电容给反激变压器充电的工作模态示意图。
图8是本发明的一种单级无桥双Boost与Flyback集成的LED驱动电路在电感电流断续模式工作，输入交流电压负半周、功率MOS开关管Q₁、Q₂关断、处于死区时反激变压器给负载LED供电的工作模态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种高效单级LED驱动电路，具体为一种单级无桥双Boost与Flyback 集成的LED驱动电路，包括一输入交流电压源V_in，所述输入交流电压源V_in的一端连接一功率二极管D1阳极和一功率二极管D₂的阴极；所述功率二极管D₁的阴极连接一中间电容C_B、一功率二极管D₃的阴极和一功率MOS开关管Q₁的漏极；所述中间电容C_B的另一端连接所述功率二极管D₂的阳极和一功率MOS开关管Q₂的源极和一变压器Tr的原边非同名端；所述功率MOS开关管Q₁的源极连接到变压器Tr的原边同名端和一功率二极管D₄的阳极，所述功率MOS开关管Q₁的栅极连接一第一路PWM控制信号；所述功率二极管D₃的阳极连接到所述功率MOS开关管Q₂的漏极、所述功率二极管D₄的阴极和一电感L_Boost的一端；所述的功率MOS开关管Q₂的栅极连接一第二路PWM控制信号；所述电感L_Boost的另一端连接到输入电源的另一端；所述变压器Tr的副边非同名端连接一功率二极管D₅的阳极；所述功率二极管D₅的阴极连接到输出电容C₂的正端；所述输出电容C₂的负端连接到变压器Tr副边的同名端；所述电容C₂的正、负端作为所述LED驱动电路的输出端。所述功率二极管D₁、功率二极管D₂、功率二极管D₃、功率二极管D₄、功率二极管D₅是快恢复二极管。所述中间电容C_B及输出电容C₂是电解电容。所述功率MOS开关管Q₁和Q₂采用分电源周期互补导通，功率MOS管Q₂只在电源负半周期高频工作；功率MOS管Q₁在所有电源周期高频工作，MOS开关管Q₁和Q₂在正负电源周期分别构成双BOOST电路工作，且功率MOS开关管Q₁又作为Flyback开关管工作；所述变压器Tr是高频变压器。
以下讲述本发明的一实施例：
本发明通过采用单级无桥Boost和Flyback 集成的LED驱动电路，实现高效恒流输出，降低主电路的导通损耗并能同时达到功率因数校正功能。下面结合图1中的具体实例具体说明本发明的一种单级无桥双Boost+Flyback集成的 LED驱动电路在无桥Boost电感L_Boost电流断续模式（DCM模式）和后级Flyback变换器电路的变压器Tr电流连续模式(CCM模式)下的具体工作模态，如图2至图8所示。
参照图2，输入交流电压为正半周期，在功率MOS开关管Q₁导通时，输入的输入交流电压源V_in通过功率MOS开关管Q₁对电感L_Boost进行充电，同时中间电容通过Q₁给反激变换器变压器T_r充电，输出电容C₂给LED供电。此时，快恢复功率二极管D₂、D₃、D₅承受反向电压而截止。
参照图3，输入交流电压为正半周期,在功率MOS开关管Q₁截止时，电感L_Boost上的能量通过快恢复功率二极管D₁和Q₂的体二极管给中间电容C_B充电，同时T_r的能量通过功率二极管D₅给输出电容C₂充电并给LED供电。此时功率二极管D₂、D₃、D₄因承受反压关断，Q₁和Q₂处在死区时间也关断。
参照图4，输入交流电压为正半周期，电感L_Boost上的能量释放完，功率二极管D₁、D₂、D₃、D₄承受反压截止，因T_r工作在连续模式（CCM），此时T_r能量通过功率二极管D₅给输出电容C₂充电并给LED供电。在交流电源正半周期内，下一个开关周期重复图一到图四工作过程。
参照图5，输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管Q₂导通时，输入的输入交流电压源V_in通过功率MOS开关管Q₂、功率二极管D₂给电感L_Boost充电，T_r的能量通过功率二极管D₅给输出电容C₂充电并给LED供电，此时功率二极管D₂、D₃、D₄承受反压截止。
参照图6，输入交流电压为负半周期,在功率MOS开关管Q₁、Q₂都关断时，电感L_Boost通过功率二极管D₃、D₂给中间电容C_B充电，T_r的能量通过功率二极管D₅给输出电容C₂充电并给LED供电，功率二极管D₁、D₄承受反压截止。
参照图7，输入交流电压为负半周期，功率MOS开关管Q₁导通，中间电容C_B和电感L_Boost同时给Flyback变压器T_r充电，此时LED负载由C₂来供电。此时功率二极管D₁、D₄承受反压截止。
参照图8，输入交流电压为负半周期，功率MOS开关管Q₁、Q₂都关断，功率二极管D₁、D₂、D₃、D₄承受反压截止，因T_r工作在连续模式（CCM），此时T_r能量通过功率二极管D₅给输出电容C₂充电并给LED供电。在交流电源负半周周期内，下一个开关周期重复图五到图八工作过程。
上列为一实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。