一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制方法。包括整流电路、PFC电路、半桥恒流谐振电路、LED负载和控制电路等；电网电源经整流后与PFC电路相连；PFC电路输出与半桥恒流谐振电路连接；半桥恒流谐振电路输出接LED负载。控制电路通过采集整流电路输出功率与LED负载电压控制半桥恒流谐振电路工作。当整流电路输出功率大于LED负载电压采样值时半桥恒流谐振电路以较低工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电压采样值时半桥恒流谐振电路以较高工作频率f2工作。本发明专利技术能够有效地减少PFC电路输出端储能电容的容量，实现无电解电容化，具有体积小、寿命长和可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制方法
本专利技术涉及一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制方法。
技术介绍
发光二极管LED（lightemittingdiode）是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后的第4代照明光源，它具有效率高、寿命长、体积小、色彩丰富、可动态控制等优点，越来越被广泛应用于道路、商业和工业等领域。驱动电源是LED照明的核心部件，它是保证LED发光品质和整体性能的关键。在LED驱动电源中，为了匹配瞬时输入输出功率的不平衡，一般需要一个容量较大的储能电容，该电容一般选用电解电容。而相对于长寿命的LED灯，电解电容的使用寿命较短，是影响LED驱动电源整体寿命的主要元件。而其他种类电容的耐压值和容值一般较小，无法简单替换电解电容。目前，已有的无电解电容LED驱动电源方案中，向输入电流注入谐波的方法，虽然实现了无电解电容化，但是降低了电路的功率因数；用电感代替电容做存储元件，虽然可靠性高，但是体积增大，成本增加。因此研究如何利用其他类型电容替代LED驱动电源中的电解电容，对提高用电质量，延长LED灯具的使用寿命具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制方法，能够有效地减少PFC电路输出端储能电容的容量，实现无电解电容化，具有体积小、寿命长和可靠性高等优点。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高功率因数长寿命LED驱动电源，包括整流电路、PFC电路、半桥恒流谐振电路、LED负载电路和控制电路，电网电源经整流电路与PFC电路的输入端连接；PFC电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接LED负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与LED负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。在本专利技术一实施例中，所述控制电路包括基准电压源、误差放大器、比较器、乘法器、减法器、第一非门、第二非门、第一与门、第二与门、或门、驱动器、第一方波信号发生器、第二方波信号发生器、第一至第三电阻、电容，乘法器用于检测整流电路的输出功率，乘法器的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端作为LED负载电路电压采样端，比较器的输出端与第二与门的第一输入端连接，比较器的输出端还经第一非门与第一与门的第一输入端连接，第一与门的第二输入端、第二与门的第二输入端分别与输出频率为f2的第一方波信号发生器输出端、输出频率为f1的第二方波信号发生器的输出端连接，第一与门的输出端、第二与门的输出端分别与或门的第一输入端、第二输入端连接，或门的输出端与驱动器的第一输入端连接，还经第二非门与驱动器的第二输入端连接，驱动器的第一输出端、第二输出端分别与半桥恒流谐振电路的第一开关管的控制端、第二开关管的控制端连接，误差放大器的反相输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端作为LED负载电路电流采样端，误差放大器的反相输入端还经第二电阻、电容与误差放大器的输出端连接，误差放大器的同相输入端经基准电压源连接至GND，误差放大器的输出端还与减法器的一输入端连接，减法器的另一输入端作为PFC电路的电压采样端，减法器的输出端经第一电阻与PFC电路的PFC控制芯片连接。。在本专利技术一实施例中，所述半桥恒流谐振电路还包括第二至第六电容、第一至第二电感、变压器、第一至第二二极管，第一开关管的一端作为半桥恒流谐振电路的第一输入端，第一开关管的另一端、第二开关管的一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第一电感的一端、第三电容的一端连接，第一电感的另一端与变压器原边的一端、第二开关管的另一端连接，第三电容的另一端经第二电感与变压器原边的另一端连接，变压器副边的一端经第四电容与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，变压器副边的另一端分别经第五电容、第六电容与第二二极管的阳极、第一二极管的阴极连接，第二开关管的另一端作为半桥恒流谐振电路的第二输入端，第五电容的两端与LED负载电路的第一LED灯串并联连接、第六电容的两端与LED负载电路的第二LED灯串并联连接。在本专利技术一实施例中，工作频率f1、f2求取方式如下：设为谐振网路输入电压，Req为LED负载电路折算到到变压器原边的等效电阻；假设变压器励磁电感Lm足够大，忽略其对负载电流的影响，则可以推导出谐振网络等效负载电流为：根据上述计算出谐振网络输出电流对应不同负载下的频率特性曲线，由该曲线可得，在频率f1及频率f2附近，不同负载下半桥谐振电路输出电流近似相等，也即在这两个频率附近半桥谐振电路的输出电流不随负载的变化而变化，即能实现恒流输出。本专利技术还提供了一种基于上述所述LED驱动电源的控制方法，根据控制电路采集的整流电路输出功率与LED负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术能够有效地减少PFC电路输出端储能电容的容量，实现无电解电容化，具有体积小、寿命长和可靠性高等优点。附图说明图1是本专利技术实施例一种高功率因数长寿命LED驱动电源及控制原理图。图2是半桥恒流谐振网络的交流等效电路图。图3是不同负载电阻时输出电流与工作频率关系曲线。图4是PFC输出电压和LED负载电流仿真波形。图5是工作频率由f1变为f2时开关管驱动与LED负载电流波形。图6是工作频率由f2变为f1时开关管驱动与LED负载电流波形。具体实施方式下面结合附图1-6，对本专利技术的技术方案进行具体说明。如图1所示，本专利技术的一种高功率因数长寿命LED驱动电源，包括整流电路、PFC电路、半桥恒流谐振电路、LED负载电路和控制电路，电网电源经整流电路与PFC电路的输入端连接；PFC电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接LED负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与LED负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。所述控制电路包括基准电压源、误差放大器、比较器、乘法器、减法器、第一非门、第二非门、第一与门、第二与门、或门、驱动器、第一方波信号发生器、第二方波信号发生器、第一至第三电阻、电容，乘法器用于检测整流电路的输出功率，乘法器的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端作为LED负载电路电压采样端，比较器的输出端与第二与门的第一输入端连接，比较器的输出端还经第一非门与第一与门的第一输入端连接，第一与门的第二输入端、第二与门的第二输入端分别与输出频率为f2的第一方波信号发生器输出端、输出频率为f1的第二方波信号发生器的输出端连接，第一与门的输出端、第二与门的输出端分别与或门的第一输入端、第二输入端连接，或门的输出端与驱动器的第一输入端连接，还经第二非门与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率因数长寿命LED驱动电源，包括整流电路、PFC电路、半桥恒流谐振电路、LED负载电路和控制电路，其特征在于，电网电源经整流电路与PFC电路的输入端连接；PFC电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接LED负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与LED负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。

【技术特征摘要】
1.一种高功率因数长寿命LED驱动电源，包括整流电路、PFC电路、半桥恒流谐振电路、LED负载电路和控制电路，其特征在于，电网电源经整流电路与PFC电路的输入端连接；PFC电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接LED负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与LED负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于LED负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。2.根据权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于，所述控制电路包括基准电压源、误差放大器、比较器、乘法器、减法器、第一非门、第二非门、第一与门、第二与门、或门、驱动器、第一方波信号发生器、第二方波信号发生器、第一至第三电阻、电容，乘法器用于检测整流电路的输出功率，乘法器的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端作为LED负载电路电压采样端，比较器的输出端与第二与门的第一输入端连接，比较器的输出端还经第一非门与第一与门的第一输入端连接，第一与门的第二输入端、第二与门的第二输入端分别与输出频率为f2的第一方波信号发生器输出端、输出频率为f1的第二方波信号发生器的输出端连接，第一与门的输出端、第二与门的输出端分别与或门的第一输入端、第二输入端连接，或门的输出端与驱动器的第一输入端连接，还经第二非门与驱动器的第二输入端连接，驱动器的第一输出端、第二输出端分别与半桥恒流谐振电路的第一开关管的控制端、第二开关管的控制端连接，误差放大器的反相输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端作为LED负载电路电流采样端，误差放大器的反相输入端还经第二电阻、电容与误差放大器的输出端连接，误差放大器的同相输入端经基准电压源连接至GND，误差放大器的输出端还与减法器的一输入端连接，减法器的另一输...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国庆，林梅珍，徐心靖，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35