一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路及其控制方法，属于LED驱动电源技术领域。本发明专利技术包括三相交流电源、EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路和控制单元，三相交流电源的A相输出端依次与EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路相连；所述的控制单元采样单相PFC电路的输入电压、输入电流以及输出电流，经过计算产生占空比信号控制单相PFC电路；三相交流电源的B相、C相与A相设置相同，三个单相PFC电路的输出端并联后连接LED负载。本发明专利技术适用于大功率的三相LED驱动电源，具有较高的功率因数，且无需大容量的电解电容。

【技术实现步骤摘要】
一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路及其控制方法
本专利技术涉及LED驱动电源
，更具体地说，涉及一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路及其控制方法。
技术介绍
由于LED具有节能环保、寿命长、应用广泛等诸多优势，世界主要国家和地区均大力发展LED产业。目前，全球LED产业已经进入快速发展期，2013年全球LED市场规模为124亿美元，2020年将达到1500亿美元规模左右。LED的广泛应用也对LED的驱动电源提出了更高要求。一方面，由于LED灯管采用发光二极管，通过的是直流电流，因此LED的驱动电源需要具有PFC(功率因数矫正)功能，并具备较高的功率因数；另一方面，LED的光通量是靠流过的直流电流控制的(LED灯管主要由发光二极管组成)，因此LED的驱动电源必须具备恒功率输出的功能，否则就会导致通过LED的直流电流不稳定，从而不能得到恒定的光通量，大大影响LED灯的照明。一般来说，在LED驱动电源的输出端采用大容量的电解电容可以解决功率波动的问题。但电解电容的平均寿命小于10000小时，而LED灯的平均寿命大于100000小时，电解电容的使用大大限制了LED灯的使用寿命。所以，去除电解电容对于LED驱动电源有着重要的实际意义。目前，比较流行的无电解电容的LED驱动电源的方法大致有以下几种：1)增加PFC级与DC/DC级电容上的电压波动，使用薄膜电容代替电解电容，如“MeansofEliminatingElectrolyticCapacitorinAC/DCPowerSuppliesforLEDLightings”[J],IEEETransactionsonPowerElectronics,2009,24(5):1399-1408，这种方法要求输出的电压尽可能的高，而且是两级电路拓扑结构，驱动电源的效率会降低；2)通过开关控制加入一定量的谐波到电网中，使用脉冲电流控制LED的光通量，如“AMethodofReducingthePeak-to-AverageRatioofLEDCurrentforElectrolyticCapacitor-LessAC–DCDrivers”[J],IEEETransactionsonPowerElectronics,2010,25(3):592-601，但这种方法会出现100Hz的频闪，人长期在这种灯光下工作会产生疲劳，而且这种方法也在一定程度上降低了电路的功率因数；3)通过增加辅助元件和辅助电路达到功率耦合，如“ANovelValley-FillSEPIC-DerivedPowerSupplyWithoutElectrolyticCapacitorforLEDLightingApplication”[J],IEEETransactionsonPowerElectronics,2012,27(6):3057-3071，这种方法是通过功率耦合，减小输出电容的容值，从而使得电路中可以采用薄膜电容，达到去除电解电容的目的。上述几种方法基本上都采用减小平衡功率输出电容的容值，从而使用小容量的薄膜电容来代替电解电容的方案，适合小功率的LED电源。但当采用大功率LED灯进行照明时，由于功率等级增加，平衡功率的电容值也需要随之增大，小容量的薄膜电容已无法满足大功率LED驱动电源的需要。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路及其控制方法，本专利技术提供的技术方案适用于大功率的三相LED驱动电源，具有较高的功率因数，且无需大容量的电解电容。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，包括三相交流电源、EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路和控制单元，三相交流电源的A相输出端依次与EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路相连；所述的控制单元采样单相PFC电路的输入电压、输入电流以及输出电流，经过计算产生占空比信号控制单相PFC电路；三相交流电源的B相、C相与A相设置相同，三个单相PFC电路的输出端并联后连接LED负载。更进一步地，所述的控制单元包括输出电流平均值采样电路、差分运放电路、乘法器、比较器、PFC控制电路和PFC驱动电路；输出电流平均值采样电路的输入端与单相PFC电路的输出端相连，输出电流平均值采样电路的输出端与差分运放电路的反相输入端相连，差分运放电路的正相输入端接参考电流Iref；差分运放电路的输出端与乘法器的输入端相连，该乘法器的另一输入端接单相PFC电路的输入电压；乘法器的输出端与比较器的正相输入端相连，该比较器的反相输入端接单相PFC电路的输入电流；比较器的输出端经PFC控制电路与PFC驱动电路相连，所述的PFC驱动电路控制单相PFC电路的开关管动作。本专利技术的一种三相无电解电容LED电源拓扑电路的控制方法，其步骤为：步骤一、三相交流电源分别进行单相整流和滤波，得三个相位角互差60°的全波整流信号；步骤二、控制单元(1)采样单相PFC电路的输出电流以及单相整流桥输出的全波整流信号，形成闭环控制系统，计算产生单相PFC电路所需的占空比信号；步骤三、利用步骤二产生的占空比信号驱动三个单相PFC电路并联向LED负载供电，三个单相PFC电路输出电流的交流分量相互抵消，从而获得恒定的直流电流，产生稳定的LED光源。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，将三个单相PFC电路的输出端并联，产生占空比控制信号，驱动三个单相PFC电路同时给LED负载供电，并利用输入三相交流电源的相位差，将单相PFC电路输出电流中的交流分量叠加抵消，达到输出恒定功率的目的，无需大容量的电解电容来平衡输出功率，也克服了使用小容量薄膜电容取代电解电容存在的应用于大功率LED照明场合受限的问题，使用本专利技术的方案能够大大延长LED负载的使用寿命，且不受应用场合的功率限制；(2)本专利技术的一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，采用单级式PFC电路，相对于传统采用多级电路拓扑结构(PFC加后级电路和辅助电路)，功率转换效率高，LED负载输入端的功率因数接近于1。附图说明图1为本专利技术的三相无电解电容LED电源拓扑电路的结构框图；图2为本专利技术中单相PFC电路的电路结构图；图3为本专利技术使用的PFC芯片UC3854的接线图。示意图中的标号说明：1、控制单元；2、输出电流平均值采样电路。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。实施例1参看图1，本实施例的一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，包括三相交流电源、EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路和控制单元1。三相交流电源包括A相、B相、C相三个单相电路，三个单相电路的电路结构设计相同。其中，三相交流电源的A相输出端依次与EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路相连，A相、B相、C相的三个单相PFC电路的输出端并联后连接LED负载。所述的控制单元1用于采样单相PFC电路的输入电压、输入电流以及输出电流，执行设定的控制算法，产生占空比信号控制单相PFC电路。下面结合图2对该控制单元1进行具体介绍：单相PFC电路可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，其特征在于：包括三相交流电源、EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路和控制单元(1)，三相交流电源的A相输出端依次与EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路相连；所述的控制单元(1)采样单相PFC电路的输入电压、输入电流以及输出电流，经过计算产生占空比信号控制单相PFC电路；三相交流电源的B相、C相与A相设置相同，三个单相PFC电路的输出端并联后连接LED负载。

【技术特征摘要】
1.一种三相无电解电容LED电源的拓扑电路，其特征在于：包括三相交流电源、EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路和控制单元(1)，三相交流电源的A相输出端依次与EMI滤波器、单相整流桥、单相PFC电路相连；所述的控制单元(1)包括输出电流平均值采样电路、差分运放电路、乘法器、比较器、PFC控制电路和PFC驱动电路；输出电流平均值采样电路的输入端与单相PFC电路的输出端相连，输出电流平均值采样电路的输出端与差分运放电路的反相输入端相连，差分运放电路的正相输入端接参考电流Iref；差分运放电路的输出端与乘法器的输入端相连，该乘法器的另一输入端接单相PFC电路的输入电压；乘法器的输出端与比较器的正相输入端相连，该比较器的反相输入端接单相PFC电路的输入电流；比较器的输出端经PFC控制电路与PFC驱动电路相连，所述的P...

【专利技术属性】
技术研发人员：方炜，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34