專利名稱：低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的led驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子技術領域，涉及交流直流電流轉換以及功率的控制。更具體地說，本發明涉及一種用于LED照明的低儲能電容，高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路。
背景技術：
LED集成整燈是由LED模塊、散熱器和LED驅動電源三部分組成；散熱器是負責將LED模塊所產生的熱功率Ph轉移到環境空氣中；該通過散熱器轉移的熱功率Ph是由散熱器的熱阻RS和散熱器與環境空氣的溫差AT決定Ph=AT/Rs。散熱器的熱阻Rs是由散
熱器的表面面積SS (散熱器的體積)大小決定Rs=K/SS。散熱器與環境空氣的溫差AT是由發光二極管允許最高工作結溫以及發光二極管驅動電源所允許的最高工作溫度決定的。對固定的所需轉移的熱功率PH，增加散熱器與環境空氣的溫差AT，可以增加散熱器的熱阻Rs。增加散熱器的熱阻Rs有利于減小散熱器的體積和重量。顯然要減小散熱器的體積和重量，對固有的要轉移的熱功率Ph而言，散熱器與環境空氣的溫差Λ T將增加。隨著LED技術的發展，LED模塊的最高允許工作結溫已可以超過100度。這對于LED集成整燈而言，能使得LED集成整燈的物理尺寸的進一步減小，其重量進一步減輕成為可能。在已有的發光二極管驅動電源方案中，通常使用電解電容作為一儲能元件將通常由市電交流輸入的交流功率轉換為直流功率(由于電解電容的儲能功能)。電解電容的壽命是受其工作的環境溫度影響。環境溫度每增加十度，電解電容的壽命縮短一倍。以一般105度電解電容為例當該電解電容的工作環境溫度為105度，其壽命只有2000小時；當該電解電容的工作環境溫度為95度，其壽命只有4000小時；當該電解電容的工作環境溫度為85度，其壽命只有8000小時；當該電解電容的工作環境溫度為75度，其壽命只有16000小時；當該電解電容的工作環境溫度為65度，其壽命將有32000小時；顯然如果發光二極管驅動電源方案中要使用電解電容，而通常這發光二極管驅動電源是置于散熱器之中，散熱器與環境空氣的溫差Λ T將受限于這電解電容的工作環境溫度。為此，要進一步減小LED集成整燈的物理尺寸和重量，發光二極管驅動電源應該是無電解電容的方案。隨著生活水平的提高，希望LED的輸出光是直流的，沒有任何低頻閃爍。對交流市電輸入而言，其輸入功率是以兩倍市電頻率由零到兩倍平均輸出功率周期變化。由于輸入功率是周期零功率輸入，如沒有電解電容進行儲能，哪里來的能量能提供給LED輸出；從而保證LED的輸出光是直流的，沒有任何低頻閃爍？？電容器有許多種類。除了電解電容外還有薄膜電容，陶瓷介質電容等等。薄膜電容和陶瓷介質電容的壽命是很長的并不隨溫度的增加而減少。但薄膜電容和陶瓷介質電容的單位體積的容量遠小于電解電容的單位體積的容量。如果能使用薄膜電容和陶瓷介質電容來充當儲能元件，這樣可以保證相應的LED驅動電源能工作在高工作環境溫度下而沒有LED驅動電源的壽命問題。可行的實現條件是在該LED驅動方案中基本上不需要存儲能量
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供ー種如何使用低儲能電容來實現高功率因數高效率直流電流輸出的LED驅動電路。為了解決上述技術問題，本發明提供一種低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，由ニ極管整流橋、有源非線性電容網絡及后續開關功率變換器組成；ニ極管整流橋的輸出向有源非線性電容網絡供電；有源非線性電容網絡的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；有源非線性電容網絡的輸出電壓供電給后續開關功率變換器。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的改進有源非線性電容網絡是由低儲能電容和有源開關網絡組成。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進ー步改 進低儲能電容包括電容Cl和C2 ；有源開關網絡由有源和開關網絡組成；有源包括模塊、電感L、功率開關Q1、電流檢測電阻Rs、ニ極管D;開關網絡包括ニ極管D1、D2、D3。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進ー步改進LED驅動電路還包括ニ極管Din，ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到后續開關功率變換器。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進ー步改進模塊內部的有源電流電壓閉環調節回路來控制有源非線性電容網絡的輸入電流；模塊內部的有源電流電壓閉環調節回路來控制有源非線性電容網絡的最小輸出電壓。以保證有源非線性電容網絡的輸出電壓在輸入交流峰值電壓到最小輸出電壓之間變化。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進ー步改進模塊是根據ニ極管整流橋的輸出電壓來啟動和關閉其(模塊)內部的有源電流電壓閉環調節回路以使整個系統在滿足相應指標的條件下達到盡可能高的效率。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進ー步改進有源非線性電容網絡包括谷填充電路、Boost升壓電路和模塊；谷填充電路包括電容C1、C2以及ニ極管D1、D2和D3 ;電容Cl和ニ極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路的正端相接，ニ極管Dl的陽極與谷填充電路的負端相接；電容C2和ニ極管D3形成另ー支路，該支路中，電容C2與谷填充電路的負端相接，ニ極管D3的陰極與谷填充電路的正端相接；電容Cl和ニ極管Dl形成的支路與電容C2和ニ極管D3形成的支路相并聯；ニ極管D2的陽極與電容Cl和ニ極管Dl的連接點相連，ニ極管D2的陰極與電容C2和ニ極管D3的連接點相連；谷填充電路的充放電回路分別是經電容C1、C2和ニ極管D2形成充電回路，電容Cl和ニ極管Dl以及電容C2和ニ極管D3的并聯形成放電回路；
Boost升壓電路由電感L、功率開關Ql、電流檢測電阻Rs和二極管D構成；市電交流經二極管整流橋輸出再依次經電感L、功率開關Ql和電流檢測電阻Rs構成回路；電感L與功率開關Ql的連接點為β點，二極管D的陽極與β點相連；二極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接；模塊由啟動控制塊和恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器組成；模塊根據二極管整流橋的輸出電壓驅動決定開啟或關閉恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進一步改進啟動控制塊由比較器、邏輯控制部件及參考閥電壓組成；模塊根據二極管整流橋 的輸出電壓驅動決定開啟或關閉恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器；具體如下二極管整流橋的輸出電壓經比較器、邏輯控制部件及參考閥電壓產生啟動關閉控制電壓，從而控制恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器進行相應操作。作為本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的進一步改進LED驅動電路還包括二極管Din，二極管Din的陽極連接到二極管整流橋的輸出正端，二極管Din的陰極連接到谷填充電路的正端。在本發明中；恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器為常規技術；二極管整流橋為常規技術，例如可由4個二極管組成；后續開關功率變換器例如可選用直流-直流電流變換器。本發明的發明構思如下從電容儲能的角度看，儲能E。的大小是與電容值C和電容電壓V有關，儲能E。表達式為I ( = --C-V2 。
c 2對固定儲能E。而言，它與電容值C成線性關系而與電容電壓V成平方關系；從電容儲能的增量ΛΕ?？处?Ec=C · V · Λ V 。電容儲能的增量ΛΕ。是分別與電容值C，電容電壓V和電容電壓增量AV成線性關系。電容儲能的增量Λ Ec表達式給出的啟迪是電容值C和電容電壓增量AV可以乘積為一常數，也就是說對一固定的電容儲能的增量ΛΕ。，有兩種電容值C和電容電壓增量AV的組合；可以選擇大的電容值C而使電容電壓增量AV相對小；也可以選擇小的電容值C而使電容電壓增量AV相對大。對低儲能電容的條件，可使電容電壓增量AV相對大的方法來保證固定的電容儲能的增量AEC。電容電壓增量AV相對大的方法對后續功率變換器而言，要求這后續功率變換器有良好的輸入電壓調節特性，以保證后續功率變換器的輸出不隨其輸入電壓變化而變化。隨著開關功率變換器技術發展，開關功率變換器的輸入電壓調節特性已有很大的改善。這使得使用低儲能電容C，大電容電壓增量AV這種電容儲能方法成為可能。具體而言本發明由ニ極管整流橋，有源非線性電容網絡及后續開關功率變換器組成；ニ極管整流橋的輸出向有源非線性電容網絡供電；由于有源非線性電容網絡的特點，本發明使得ニ極管整流橋的導通角可達到180度，這使得本發明的輸入功率因數高成為可能。由于有源非線性電容網絡，其輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成，并供電給后續開關功率變換器。如果后續開關功率變換器具有良好的輸入電壓調節特性，可以保證后續功率變換器的輸出不隨其輸入電壓變化而變化。本發明是針對低儲能電容的條件下，所提出的高功率因數直流電流輸出的LED驅動方案；本發明具有如下優點
I、可以使用低容量的電容，例如薄膜電容和陶瓷介質電容，來完成儲能功能。2、由于薄膜電容和陶瓷介質電容的壽命不隨溫度變化而變化，因此可以提高驅動電源的壽命；并且使得驅動電源能工作于比較高的工作溫度成為可能。3、由于有源非線性電容網絡的特點，使得ニ極管整流橋I的導通角可達到180度，這使得本發明的輸入功率因數高成為可能。4、有源非線性電容網絡內部的有源電流電壓閉環調節回路能控制有源非線性電容網絡的輸入電流。5、有源非線性電容網絡內部的電流電壓閉環調節回路的有源控制能力能控制有源非線性電容網絡的輸出電壓最小值，以保證有源非線性電容網絡的輸出電壓在輸入交流峰值電壓到最小輸出電壓之間變化。6、有源非線性電容網絡是根據ニ極管整流橋的輸出電壓來啟動和關閉其內部的有源電流電壓閉環調節回路，以使整個系統在滿足相應指標的條件下達到盡可能高的效率。


圖I是本發明的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路的方框圖；圖2是實施例I所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路圖；圖3是圖2中的模塊33的具體示意圖；圖4是圖3中的啟動控制塊331的具體示意圖；圖5是圖3中的恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332的具體示意圖；圖6是ニ極管整流橋I的隨時間變化的輸出電壓圖；圖7是實施例2所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路圖。
具體實施例方式從市電交流經ニ極管整流橋I的輸出看，其電壓是由零以正弦的規律増大到市電交流的峰值再由峰值以正弦的規律減小到零，這樣以兩倍市電交流頻率周而復始，如圖6所示。顯然對所需要的輸出LED串電壓而言，二極管整流橋I的輸出電壓自二分之一峰值電壓到峰值電壓(對應正弦半周的30度到150度)是足以用來產生驅動輸出LED串電流的，而二極管整流橋I的輸出電壓自零到二分之一峰值電壓(對應這正弦半周的O度到30度和150度到180度)可能是不足以產生電流驅動輸出LED串。為了使二極管整流橋I的輸出電壓自零到二分之一峰值電壓(對應這正弦半周的O度到30度和150度到180度)能產生足夠的驅動電壓來驅動輸出LED串，需要增加一個Boost升壓電路功能將二極管整流橋I的輸出電壓升壓而接近或等于峰值電壓。實施例I、一種低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，如圖2所示包括二極管整流橋I、有源非線性電容網絡3和后續開關功率變換器2。一、二極管整流橋I由4個二極管組成(為常規技術)。二、有源非線性電容網絡具體是由谷填充電路31、Boost升壓電路32和模塊33組 成。 I)、谷填充電路31是由電容Cl、C2以及二極管Dl、D2和D3構成。作如下定義電容Cl和二極管D3之間的連線Al為谷填充電路31的正端。電容C2和二極管Dl之間的連線A2為谷填充電路31的負端(即，接地端)。電容Cl和二極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路31的正端相接，而二極管Dl的陽極與谷填充電路31的負端(即，接地端)相接。電容C2和二極管D3形成另一支路，該支路中，電容C2與谷填充電路31的負端(即，接地端)相接，而二極管D3的陰極與谷填充電路31的正端相接。電容Cl和二極管Dl形成的支路與電容C2和二極管D3形成的支路相并聯。二極管D2的陽極與電容Cl和二極管Dl的連接點相連，二極管D2的陰極與電容C2和二極管D3的連接點相連。這樣，谷填充電路31的充放電回路分別是經電容Cl，C2和二極管D2形成充電回路，而電容Cl和二極管Dl以及電容C2和二極管D3的并聯形成放電回路。2)、Boost升壓電路32由電感L、功率開關Ql、電流檢測電阻Rs和二極管D構成，為有源升壓電路。市電交流經二極管整流橋I輸出依次經電感L，功率開關Ql和電流檢測電阻Rs構成回路。電感L與功率開關Ql的連接點為β點，二極管D的陽極與β點相連；二極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接。3)、模塊33由啟動控制塊331和恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332組成(如圖3所示)。恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332為常規技術。例如為圖5所示，恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332由峰值電流比較器3321、恒定關斷時間模塊3322、電壓放大模塊3323組成；峰值電流比較器3321的輸出啟動恒定關斷時間模塊3322，恒定關斷時間模塊3322的輸出控制功率開關Ql。電壓放大模塊3323的輸入與其內置固定參考電壓的差值經放大輸出后作為峰值電流比較器3321的參考電壓。如圖4所示，啟動控制塊331由比較器3311、邏輯控制部件3312及參考閥電壓3313組成，上述3個部件可按照《模擬電路、數字電路》進行設計開發。模塊33根據ニ極管整流橋I的輸出電壓驅動決定開啟或關閉恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332 ;具體如下ニ極管整流橋I的輸出電壓經比較器3311、邏輯控制部件3312及參考閥電壓3313產生啟動關閉控制電壓，從而控制恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332進行相應操作。當ニ極管整流橋I的輸出電壓超過對應的參考閥電壓3313吋，比較器3311和邏輯控制部件3312產生關斷信號，從而控制恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332停止工作。反之，控制恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器332進行工作。三、在本實施例中，后續開關功率變換器2選用直流-直流電流變換器，例如可根據輸入輸出電壓的關系選用升降壓、升壓、降壓的電流功率變換器。谷填充電路31的正端以及谷填充電路31的負端輸出供電給后續開關功率變換器2 (即，直流-直流電流變換器)。上述實施例I所述的LED驅動電路對應控制區間如圖6所示。在圖6中，區間B對應于啟動由電感L、功率開關Ql和ニ極管D組成的升壓電路(即，Boost升壓電路32);其輸出是供給由ニ極管D1、D2、D3和電容C1、C2組成的谷填充電路31和后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)。區間D對應于ニ極管整流橋I的輸出通過電感L直接供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；在此區間D，雖然由電感L、功率開關Ql和ニ極管D組成的升壓電路(S卩，Boost升壓電路32)停止運行；但由于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin特點，電感L還是具有升壓功能從而使谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓大于二分之一峰值電壓。在區間B，雖然ニ極管整流橋I的輸出電壓低于二分之一峰值電壓，由于Boost升壓電路32的作用，其輸出電壓是可以大于等于二分之一峰值電壓。經Boost升壓電路32的作用所輸入的功率是由谷填充電路31的電容Cl和C2上電壓值控制的。當經Boost升壓電路32的作用所輸入的功率大于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率，多余的功率就存儲在谷填充電路31的電容Cl和C2中，電容Cl和C2上電壓就升高。模塊33是本發明的控制功能塊。模塊33檢測電容C2上電壓值來控制Boost升壓電路32，使輸入功率等于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率而達到輸入輸出功率平衡。從區間D和區間B的功率傳遞過程看，輸入功率分別直接或經升壓供電給后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這樣基本上沒有存儲能量的要求，即不要求大的儲能元件，這使得使用低儲能電容來保證直流電流輸出驅動LED串負載成為可能。由于在區間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是ー級功率電路來完成輸入輸出轉換，這是高效率的。區間D占整個周期的TT%。在區間B，ニ極管整流橋I的輸出需經Boost升壓電路32的作用再供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是兩級功率電路來完成輸入輸出轉換，該兩級效率比區間D—級功率電路來完成的輸入輸出轉換效率低。但區間B僅占整個周期的SS%。TT%>SS%,這樣總體系統的效率是相當高的。TT%+SS%=100%, TT% 約為 40%，相應的，SS% 約為 60%。從輸入電流看，在區間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；由于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)是以開關模式工作，后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin是由ー電流脈沖序列組成。由于電感L作用，即電感L的電流不能突變，電流脈沖只能通過谷填充電路31的電容Cl和C2形成回路。此時，后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓大約為二分之一峰值電壓。在區間D, ニ極管整流橋I的輸出電壓大于二分之一峰值電壓，這使得電感L儲存能量而使電感L電流增加。當電感L電流大于和等于這電流脈沖的峰值，該電流脈沖與谷填充電路31的電容Cl和C2形成回路自動斷開，而該電流脈沖與ニ極管整流橋I的輸出電壓形成回路。當電流脈沖跳變為零，電感L中的儲能釋放到谷填充電路31的電容Cl和C2中，此時后續開關功率變換器2(即直流-直流電 流變換器)的輸入電壓為谷填充電路31的電容Cl和C2電壓之和。這樣電感L形成自動的升壓電路功能使谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓可大于二分之一峰值電壓。整個系統自動具有輸入電流校正功能，即輸入電流與輸入電壓同相位。在區間B，Boost升壓電路32的作用使得輸入電流大于零，這使得整個輸入電流的導通角等于180度。這將十分容易使得其交流輸入具有高功率因數。從后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓看，該輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化。由于谷填充電路31的電容C2的電壓在區間B和D可以被有效的控制，后續開關功率變換器2(即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是被有效的控制的。當然由于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化，這要求后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)具有良好的輸入調節特性以保證其輸出電流獨立于輸入電壓的變化。模塊33是本發明的控制功能塊，其有三個輸入信號(信號①、②、④)、ー個輸出控制驅動(信號③)。輸出控制驅動(信號③)是控制升壓功率開關是否運行，多大的輸入功率輸入。三個輸入信號分別是輸入電壓信號一信號①，升壓功率開關Ql電流信號—信號②和谷填充電路的電容C2的電壓信號信號④。Boost升壓電路32控制有多種控制方法可采用，如定頻峰值電流控制，恒定關斷時間峰值電流控制等等。輸入電壓信號是用來開啟或關閉這升壓電路的。當輸入電壓大于二分之一峰值電壓，Boost升壓電路32停止運行。反之開啟Boost升壓電路32。谷填充電路31的電容C2的電壓信號是用來確定升壓功率開關Ql電流的峰值電流值的。谷填充電路31的電容C2的電壓信號越低，對應升壓功率開關Ql電流的峰值電流值越高；從而增加輸入功率以保證在區間B有足夠的輸出功率。谷填充電路31的電容C2的電壓信號越高，對應升壓功率開關Ql電流的峰值電流值越低，從而減小輸入功率以保證在區間B能夠達到輸入輸出功率平衡,從而有效地控制谷填充電路31的電容C2的電壓。實施例2、在圖2的基礎上加一個ニ極管Din，如圖7所示。具體如下
如圖7所示在圖2的基礎上，增加ニ極管Din，ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋I的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到谷填充電路31的正端。由于圖7中，ニ極管整流橋I的輸出端有兩條支路供電到谷填充電路31，其一是通過ニ極管Din直接供電到谷填充電路31 ;其ニ是通過電感L、功率開關Ql、電流檢測電阻Rs和ニ極管D構成一有源升壓電路(即，Boost升壓電路32)供電到谷填充電路31。上述實施例2所述的LED驅動電路對應控制區間由圖6所示在圖6中，區間B對應于啟動圖7中由電感L、功率開關Ql和ニ極管D組成的Boost升壓電路32 ;其輸出是供給由ニ極管D1、D2、D3和電容C1、C2組成的谷填充電路31和后續開關功率變換器2 (S卩，直流-直流電流變換器)。區間D對應于ニ極管整流橋I的輸出通過ニ極管Din直接供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)；在此區間D，由于電感L、功率開關Ql和ニ極管D組成的Boost升壓電路32停止運行。由于ニ 極管Din能提供從ニ極管整流橋I的輸出到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的直接通路，電感L是完全被旁路了而不具有升壓功能，谷填充電路31的電容Cl和C2的電壓是二分之一峰值電壓。在區間B，雖然ニ極管整流橋I的輸出電壓小于二分之一峰值電壓，由于Boost升壓電路32的作用，其輸出電壓是可以大于等于二分之一峰值電壓。經Boost升壓電路32的作用所輸入的功率是由谷填充電路31的電容Cl和C2上電壓值控制的。當經Boost升壓電路32的作用所輸入的功率大于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率，多余的功率就存儲在谷填充電路31的電容Cl和C2中，電容Cl和C2上電壓就升高。模塊33是本發明的控制功能塊。模塊33檢測電容C2上電壓值來控制經Boost升壓電路32的作用所輸入的功率，使輸入功率等于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸出功率而達到輸入輸出功率平衡。從區間D和區間B的功率傳遞過程看，輸入功率分別直接或經升壓供電給后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這樣基本上沒有存儲能量的要求，即不要求大的儲能元件，這使得使用低儲能電容來保證直流電流輸出驅動LED串負載成為可能。由于在區間D，ニ極管整流橋I的輸出直接供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是ー級功率電路來完成輸入輸出轉換，是高效率的。區間D占整個周期的XX%。在區間B，ニ極管整流橋I的輸出需經Boost升壓電路32的作用再供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)，這是兩級功率電路來完成輸入輸出轉換，效率較區間D —級功率電路來完成的輸入輸出轉換效率低。但區間B僅占整個周期的YY%。XX%>YY%，這樣總體系統的效率是相當高的。XX%+YY%=100%, YY% 約為 40%，相應的，XX% 約為 60%。從輸入電流看，在區間D，ニ極管整流橋I的輸出直接通過ニ極管Din供電到后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)。在區間D的輸入電流即為后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電流Iin是由ー電流脈沖序列組成。在區間B，Boost升壓電路32的作用使得輸入電流大于零，這使得整個輸入電流的導通角等于180度。這將十分容易使得其交流輸入具有高功率因數。從后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓看，輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化。由于谷填充電路31的電容C2的電壓在區間B和區間D可以被有效的控制，后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是被有效的控制的。當然由于后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)的輸入電壓是在谷填充電路31的電容C2的電壓到兩倍電容C2的電壓之間變化，這要求后續開關功率變換器2 (即直流-直流電流變換器)具有良好的輸入調節特性以保證其輸出電流獨立于輸入電壓的變化。模塊33是本發明的控制功能塊，其有三個輸入信號(信號①、②、④)、ー個輸出控制驅動(信號③)。輸出控制驅動(信號③)是控制升壓功率開關Ql是否運行，多大的輸入功率輸入。三個輸入信號分別是輸入電壓信號一信號①，升壓功率開關電流信號一信號②和谷填充電路的電容C2的電壓信號信號④。Boost升壓電路32控制有多種控制方法可采用，如定頻峰值電流控制，恒定關斷時間峰值電流控制等等。輸入電壓信號是用來開啟或關閉這Boost升壓電路32。當輸入電壓大于二分之一峰值電壓，Boost升壓電路32停止運行；反之開啟Boost升壓電路32。谷填充電路31的電容C2的電壓信號是用來確定升壓功率開關Ql電流的峰值電流值的。谷填充電路31的電容C2的電壓信號越低，對應升壓功率開關Ql電流的峰值電流值越高；從而增加輸入功率以保證在區間B有足夠的輸出功 率。谷填充電路31的電容C2的電壓信號越高，對應升壓功率開關Ql電流的峰值電流值越低，從而減小輸入功率以保證在區間B能夠達到輸入輸出功率平衡,從而有效地控制谷填充電路31的電容C2的電壓。S卩，本發明的實施例2與實施例I相比，最主要的工作過程的區別在于在區間D中，實施例I中的電感L具有升壓功能。而在實施例2中，在區間D，由于ニ極管Din的旁路作用，電感L不具有升壓功能。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是由ニ極管整流橋(I)、有源非線性電容網絡(3)及后續開關功率變換器(2)組成； 所述ニ極管整流橋(I)的輸出向有源非線性電容網絡(3)供電；所述有源非線性電容網絡(3)的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；所述有源非線性電容網絡(3)的輸出電壓供電給后續開關功率變換器(2)。
2.根據權利要求I所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述有源非線性電容網絡(3)是由低儲能電容和有源開關網絡組成。
3.根據權利要求2所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述低儲能電容包括電容Cl和C2 ； 所述有源開關網絡由有源和開關網絡組成； 有源包括模塊(33)、電感L、功率開關Q1、電流檢測電阻Rs、ニ極管D ; 開關網絡包括ニ極管Dl、D2、D3。
4.根據權利要求3所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述LED驅動電路還包括ニ極管Din，所述ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋(I)的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到后續開關功率變換器(2)。
5.根據權利要求3或4所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述模塊(33)內部的有源電流電壓閉環調節回路來控制有源非線性電容網絡(3)的輸入電流。
6.根據權利要求5所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述模塊(33)內部的有源電流電壓閉環調節回路來控制有源非線性電容網絡(3)的最小輸出電壓。
7.根據權利要求6所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述模塊(33)是根據ニ極管整流橋(I)的輸出電壓來啟動和關閉其內部的有源電流電壓閉環調節回路以使整個系統在滿足相應指標的條件下達到高效率。
8.根據權利要求廣3任一所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 有源非線性電容網絡(3)包括谷填充電路(31)、Boost升壓電路(32)和模塊(33)； 所述谷填充電路(31)包括電容Cl、C2以及ニ極管Dl、D2和D3 ;電容Cl和ニ極管Dl形成一支路，該支路中，電容Cl與谷填充電路(31)的正端相接，ニ極管Dl的陽極與谷填充電路(31)的負端相接；電容C2和ニ極管D3形成另ー支路，該支路中，電容C2與谷填充電路(31)的負端相接，ニ極管D3的陰極與谷填充電路(31)的正端相接；電容Cl和ニ極管Dl形成的支路與電容C2和ニ極管D3形成的支路相并聯；ニ極管D2的陽極與電容Cl和ニ極管Dl的連接點相連，ニ極管D2的陰極與電容C2和ニ極管D3的連接點相連；所述谷填充電路(31)的充放電回路分別是經電容C1、C2和ニ極管D2形成充電回路，電容Cl和ニ極管Dl以及電容C2和ニ極管D3的并聯形成放電回路； 所述Boost升壓電路(32)由電感L、功率開關Ql、電流檢測電阻Rs和ニ極管D構成；市電交流經ニ極管整流橋(I)輸出再依次經電感L、功率開關Ql和電流檢測電阻Rs構成回路；電感L與功率開關Ql的連接點為P點，ニ極管D的陽極與P點相連；ニ極管D的陰極與谷填充電路31的正端相連接； 模塊(33)由啟動控制塊(331)和恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器(332)組成； 模塊(33)根據ニ極管整流橋(I)的輸出電壓驅動決定開啟或關閉恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器(332 )。
9.根據權利要求8所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特 征是 啟動控制塊(331)由比較器(3311)、邏輯控制部件(3312)及參考閥電壓(3313)組成；模塊(33)根據ニ極管整流橋(I)的輸出電壓驅動決定開啟或關閉恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器(332);具體如下 ニ極管整流橋(I)的輸出電壓經比較器(3311)、邏輯控制部件(3312)及參考閥電壓(3313)產生啟動關閉控制電壓，從而控制恒定關斷時間控制的峰值電流雙環電流電壓調節器(332)進行相應操作。
10.根據權利要求8或9所述的低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，其特征是 所述LED驅動電路還包括ニ極管Din，所述ニ極管Din的陽極連接到ニ極管整流橋(I)的輸出正端，ニ極管Din的陰極連接到谷填充電路(31)的正端。
全文摘要
本發明公開了一種低儲能電容、高功率因數直流電流輸出的LED驅動電路，由二極管整流橋(1)、有源非線性電容網絡(3)及后續開關功率變換器(2)組成；二極管整流橋(1)的輸出向有源非線性電容網絡(3)供電；有源非線性電容網絡(3)的輸出電壓是由直流電壓疊加兩倍市電頻率的交流電壓組成；有源非線性電容網絡(3)的輸出電壓供電給后續開關功率變換器(2)。有源非線性電容網絡(3)是由低儲能電容和有源開關網絡組成。采用本發明的LED驅動電路可以使用低容量的電容(例如薄膜電容和陶瓷介質電容)來完成儲能功能。
文檔編號H05B37/02GK102858071SQ201210365078
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者翁大豐, 魏其萃 申請人:魏其萃