本發(fā)明屬于LED驅(qū)動電路領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

LEDs因?yàn)槠涫褂脡勖L，對環(huán)境無污染，發(fā)光光色純凈，工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于街道照明、室內(nèi)照明、LCD背光光源等多個領(lǐng)域。隨著LED封裝技術(shù)的不斷成熟，LEDs已經(jīng)呈現(xiàn)出取代熒光燈照明的趨勢。按照LED恒流驅(qū)動的特性，高效穩(wěn)定的LED驅(qū)動電路，已收到越來越多研究人員的關(guān)注。目前主要存在以下幾個問題：

1、傳統(tǒng)的LED驅(qū)動器一般包含兩級結(jié)構(gòu)：前級是功率因數(shù)校正單元，作用是為了提高功率因數(shù)和降低總諧波因數(shù)，降低對電網(wǎng)的干擾，滿足IEC61000和Energy Star標(biāo)準(zhǔn)對LED照明系統(tǒng)的要求；后級屬于DC-DC變換器單元，為LED負(fù)載提供能量。這種傳統(tǒng)兩級結(jié)構(gòu)能獲得較高的功率因數(shù)和較好的工作性能。但是，這種兩級結(jié)構(gòu)需要各自的控制單元，增加了系統(tǒng)的整體成本，降低了系統(tǒng)的可靠性。

2、傳統(tǒng)的控制方法，采用副邊采樣反饋的方式，該方法控制準(zhǔn)確性高，但是也增加了更多的器件，使得系統(tǒng)整體的功率密度大幅降低；另外，反饋電路中一般會采用光耦，隨著系統(tǒng)使用時間的增加，光衰也變得嚴(yán)重，明顯降低了系統(tǒng)的工作壽命和控制的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的LED驅(qū)動器系統(tǒng)的可靠性低，系統(tǒng)整體的功率密度低，采用光耦降低了系統(tǒng)的工作壽命和控制的準(zhǔn)確性的問題，現(xiàn)提供基于SEPIC與Flyback電路的原邊控制LED驅(qū)動電路。

基于SEPIC與Flyback電路的原邊控制LED驅(qū)動電路，220V交流市電輸入電路與SEPIC電路電氣連接，SEPIC電路與Flyback變換器電路電氣連接，F(xiàn)lyback變換器電路與待驅(qū)動的LED電器連接，SEPIC電路與Flyback變換器電路共同與開關(guān)管Q電氣連接，

SEPIC電路用于前級的功率因數(shù)校正，

Flyback變換器電路用于實(shí)現(xiàn)原邊控制。

220V交流市電輸入電路包括：二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄和電容C₀；

二極管D₁的負(fù)極、二極管D₂的負(fù)極和電容C₀的一端相連，并作為220V交流市電輸入電路的一個電氣連接端，

二極管D₃的正極、二極管D₄的正極和電容C₀的另一端同時接電源地，

二極管D₁的正極與二極管D₃的負(fù)極相連，二極管D₂的正極與二極管D₄的負(fù)極相連，

二極管D₁的正極與二極管D₄的負(fù)極接入交流電源。

SEPIC電路包括：電感L₁、二極管D₅、電容C₁、電感L₂、二極管D₆和母線電容C₃；

電感L₁的一端與220V交流市電輸入電路的一個電氣連接端相連，電感L₁的另一端同時連接二極管D₅的正極和電容C₁的一端，

二極管D₅的另一端作為SEPIC電路的開關(guān)管連接端，

電容C₁的另一端同時連接二極管D₆的正極和電感L₂的一端，

二極管D₆的負(fù)極連接母線電容C₃的正極，并同時作為SEPIC電路的一個電氣連接端，

電感L₂的另一端和母線電容C₃的負(fù)極同時接電源地。

Flyback變換器電路包括：電感L_p、變壓器T₁、二極管D₇、電感L_leak和輸出電容C₄；

電感L_p的一端與SEPIC電路的一個電氣連接端連接，電感L_p的另一端與電感L_leak的一端相連，電感L_leak的另一端作為Flyback變換器電路的開關(guān)管連接端，

變壓器T₁的原邊接入電感L_p的兩端，

變壓器T₁副邊一端連接二極管D₇的正極，

二極管D₇的負(fù)極連接輸出電容C₄的正極，并同時作為待驅(qū)動LED的正極接入端，

變壓器T₁副邊另一端和電容C₄的負(fù)極同時接電源地，并同時作為驅(qū)動LED的負(fù)極接入端。

開關(guān)管Q為單極拓?fù)湎鹿玫拈_關(guān)管；

SEPIC電路的開關(guān)管連接端和Flyback變換器電路的開關(guān)管連接端同時連接開關(guān)管Q的漏極，

開關(guān)管Q的源極連接電阻R_cs的一端，電阻R_cs的另一端接電源地。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)，功率因數(shù)保持在0.995以上，在輸入電壓90V～260V范圍內(nèi)，THD在10％以內(nèi)，滿足國際IEC6100-3-2的標(biāo)準(zhǔn)。其輸入電壓電流波形如圖3所示。

2、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)諧振的開關(guān)模式，減少了開關(guān)管的開關(guān)損耗，在額定輸入220VAC條件下，額定負(fù)載的工作效率能夠達(dá)到89％。MOSFET的準(zhǔn)諧振開關(guān)波形如圖4所示。

3、系統(tǒng)通過原邊控制策略，實(shí)現(xiàn)對LED負(fù)載的控制管理。圖5是提出的控制策略與傳統(tǒng)原邊檢測電路的輸出電流對比圖。

附圖說明

圖1為基于SEPIC與Flyback電路的原邊控制LED驅(qū)動電路的示意圖；

圖2為SEPIC電路工作模態(tài)示意圖；

圖3為輸入電壓電流波形圖；

圖4為準(zhǔn)諧振開關(guān)的實(shí)測波形圖；

圖5為寬范圍的輸入電壓下流過LED的電流波形圖；

圖6為副邊二極管放電檢測電路圖；

圖7為輔助繞組的震蕩電壓波形圖；

圖8為鏡像電容補(bǔ)償?shù)牟蓸颖３蛛娐穲D。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式所述的基于SEPIC與Flyback電路的原邊控制LED驅(qū)動電路，220V交流市電輸入電路與SEPIC電路電氣連接，SEPIC電路與Flyback變換器電路電氣連接，F(xiàn)lyback變換器電路與待驅(qū)動的LED電器連接，

SEPIC電路用于前級的功率因數(shù)校正，

Flyback變換器電路用于實(shí)現(xiàn)原邊控制。

SEPIC電路(single ended primary inductor converter，允許輸出電壓大于、小于或者等于輸入電壓的DC--DC變換器)，在電路設(shè)計(jì)階段，對輸入的電流紋波進(jìn)行限制，因此可以省去電路輸入端的低通濾波電路。同時，SEPIC電路具有升、降壓特性，對于后級電路的設(shè)計(jì)能夠更靈活。因此，本實(shí)施方式中選擇SEPIC電路作為前級的功率因數(shù)校正電路。

Flyback變換器電路(單端反激式電路)因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)簡單，成本低，電氣隔離等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中小功率應(yīng)用領(lǐng)域。針對Flyback DC-DC電路，采用原邊控制電路，能夠簡化副邊反饋所使用較多的器件，同時取消光耦，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

具體實(shí)施方式二：參照圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的基于SEPIC與Flyback電路的原邊控制LED驅(qū)動電路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述原邊控制LED驅(qū)動電路包括：二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄、電容C₀、電感L₁、二極管D₅、電容C₁、電感L₂、二極管D₆、母線電容C₃、電感L_p、變壓器T₁、二極管D₇、電感L_leak、輸出電容C₄、開關(guān)管Q和電阻R_cs；

二極管D₁的負(fù)極、二極管D₂的負(fù)極、電容C₀的一端和電感L₁的一端相連，

二極管D₃的正極、二極管D₄的正極和電容C₀的另一端同時接電源地，

二極管D₁的正極與二極管D₃的負(fù)極相連，二極管D₂的正極與二極管D₄的負(fù)極相連，

二極管D₁的正極與二極管D₄的負(fù)極接入交流電源；

電感L₁的另一端同時連接二極管D₅的正極和電容C₁的一端，

二極管D₅的另一端和電感L_leak的另一端同時連接開關(guān)管Q的漏極，

電容C₁的另一端同時連接二極管D₆的正極和電感L₂的一端，

二極管D₆的負(fù)極、母線電容C₃的正極和電感L_p的一端相連，

電感L₂的另一端和母線電容C₃的負(fù)極同時接電源地

電感L_p的另一端與電感L_leak的一端相連，

變壓器T₁的原邊接入電感L_p的兩端，

變壓器T₁副邊一端連接二極管D₇的正極，

二極管D₇的負(fù)極連接輸出電容C₄的正極，并同時作為待驅(qū)動LED的正極接入端，

變壓器T₁副邊另一端和電容C₄的負(fù)極同時接電源地，并同時作為驅(qū)動LED的負(fù)極接入端，

開關(guān)管Q的源極連接電阻R_cs的一端，電阻R_cs的另一端接電源地。

結(jié)合圖2所示，SEPIC電路工作模態(tài)如下：

模態(tài)1(t₀～t₁)：在t₀時刻，開關(guān)管Q導(dǎo)通，流過電感L₁電流，通過二極管D₅、開關(guān)管Q，i_L1線性增加，電容C₁通過二極管D₅、開關(guān)管Q給電感L₂充電。

模態(tài)2(t₁～t₂)：在t₁時刻，開關(guān)管Q關(guān)斷，電感L₁與電容C₁一起，通過二極管D₆一起給母線電容C₃充電，此時，通過二極管D₆的電流達(dá)到最大值。經(jīng)過二極管D₆的電流逐漸降低，當(dāng)流經(jīng)二極管D₇為零，模態(tài)2結(jié)束。

模態(tài)3a(t₂～t₃):t₂當(dāng)輸入電壓較小時，流經(jīng)二極管D₆電流首先到零，然后，直到副邊二極管D₇的電流到達(dá)零，變壓器原邊電感與開關(guān)管Q漏源極兩端的寄生電容諧振，當(dāng)諧振電壓波形處于波谷時，開通開關(guān)管Q，模態(tài)3結(jié)束。新的周期開始。

模態(tài)3b(t₂～t₃)：當(dāng)輸入電壓較大時，二極管D₇的電流先到達(dá)零，變壓器原邊電感與開關(guān)管Q漏源極兩端的寄生電容諧振，二極管D₆受到原邊反饋電壓鉗位，經(jīng)過它的電流逐漸減小，直到從零反向增加。此外，諧振電壓波形處于波谷時，開通開關(guān)管，模態(tài)3結(jié)束，新的周期開始。

從公式(1)可知，輸入電流跟隨輸入電壓V_msin(wt)變化而變化，所以，SEPIC電路工作于斷續(xù)模式時，能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)矯正的功能。

其中，i_in(t)表示輸入電流，V_m表示V_in(t)的振幅、D表示占空比、T_s表示切換周期、L_eq表示L₁和L₂的平均電感。。Flyback變換器電路的工作模態(tài)主要有以下兩種：

模態(tài)1，在t₀時刻，開關(guān)管Q導(dǎo)通，母線電容C₃，經(jīng)過開關(guān)管Q，給Flyback原邊勵磁電感L_p充電。電感L_p內(nèi)的電流也線性增加，副邊的負(fù)載LEDs(多個LED二極管)的能量由輸出電容C₄提供；

模態(tài)2：在t₁時刻，開關(guān)管Q關(guān)斷，F(xiàn)lyback電路將原邊能量傳遞到副邊，經(jīng)過副邊二極管D₇電流逐漸降低直到為零，變壓器原邊電感與開關(guān)管Q漏源極兩端的寄生電容諧振，諧振電壓波形處于波谷時，開通開關(guān)管Q，新周期開始。

為了提高對輸出電容的結(jié)果t_DIS的檢測精度，提出如圖6所示的模擬控制電路。V_aux為圖7所示的輔助繞組檢測電壓，通過積分電容C_aux，將震蕩的電壓積分，形成穩(wěn)定的檢測t_DIS起始點(diǎn)的電壓V_aux。將V_aux經(jīng)過過零比較器，即可檢測出t_DIS的起始點(diǎn)。對于t_DIS的結(jié)束時刻，為了取代數(shù)字控制電路的復(fù)雜算法，采用延時平移的方式，通過比較V_delay和V_aux，從而得到副邊工作的t_DIS結(jié)束點(diǎn)。

本實(shí)施方式采用鏡像電容補(bǔ)償?shù)碾娐贩桨竵斫鉀Q峰值電流檢測的不準(zhǔn)確性，其原理圖如圖8所示。其中，V_cs是峰值電流對應(yīng)的采樣電壓。在保持階段，鏡像電容C補(bǔ)償保持電容C_H，傳遞給開關(guān)管S_W1漏柵級間的寄生電容C_gd。另外，保持電容處于反饋環(huán)路上，這樣可以不被輸出信號影響。

主要器件的參數(shù)如表1所示。

表1 主要器件參數(shù)