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申请/专利权人：上海电力学院

摘要：本发明涉及一种单级AC‑DC多输出无电解电容大功率LED驱动电源及控制方法，包括输入滤波电路、无桥BoostPFC电路、半桥LLC谐振电路和LED负载；无桥BoostPFC电路与半桥LLC谐振电路通过共用两个开关管集成为单级结构，多串隔离变压器LLC转换器驱动LED负载；LED驱动电路采用PFM和PWM变占空比技术共同控制的策略，在这种控制策略下，功率因数提高，直流母线电压降低，输出电压纹波减少，电路所需电容容量有效减少，从而采用寿命长的陶瓷电容取代电解电容以延长驱动电源寿命；本发明所提电路与控制策略具有效率高、功率因数高、器件数量少、成本低、直流母线电压低、无电解电容等优点。

主权项：1.一种单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，其特征在于，交流电源Vin通过输入滤波电路1连接无桥Boost功率因数校正电路2，无桥Boost功率因数校正电路2包括电感Lb、两个二极管D1、D2、两个开关管Q1、Q2以及输出电容Cbus，输入滤波电路1输出一端通过电感Lb接两个二极管D1、D2串联连接点，输入滤波电路1输出另一端接两个开关管Q1、Q2串联连接点，串联的二极管D1、D2与串联的开关管Q1、Q2并联，输出电容Cbus并联在串联的两个开关管Q1、Q2上；半桥LLC谐振电路3包括串联的开关管Q1、Q2、串联谐振腔和变压器，串联谐振腔包括串联的串联电感Lr和串联电容Cr，串联谐振腔与变压器初级串联；变压器次级输出驱动LED负载4；无桥Boost功率因数校正电路2和半桥LLC谐振电路3两个电路共用两个串联的开关管Q1、Q2；反馈回路采集流经LED负载的电流值Iout与参考值Iref进行比较，得到的误差值经PI调节后送入压控振荡器输出正弦波信号；采集串联的共用两个开关管直流端电压值V0，V0与参考值Vref的比较误差输入PI调节器，PI调节器输出占空比调节系数和对应拟合占空比的幅值；采样输入交流电压绝对值|Vin|和V0计算得到拟合占空比相位，拟合占空比相位与拟合占空比的幅值输入乘法器，乘法器输出进入限幅器，限幅器输出与压控振荡器输出的正弦波信号经过比较器进行比较后得到PWM信号，PWM信号添加死区时间送到共用两个开关管Q1和Q2控制端；所述半桥LLC谐振电路3中变压器为多串变压器，每个变压器的次级两端分别输出到两串独立的LED负载，不同变压器之间通过每个变压器次级输出端接相同的电容C0均流。

全文数据：单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路技术领域本发明涉及一种电源变换电路，特别涉及一种单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路。背景技术传统的大功率多路输出LED照明驱动电路共包含三级结构：第一级为功率因数校正电路单元，正弦交流电通过整流桥接PFC电路，由PFC电路提供正弦波输入电流。第二级为DC-DC变换单元，为后级电路提供恒定直流电压来驱动LED模块。第三级为电流均衡单元，通过调节每串LED负载的电流来实现多路LED串的亮度一致。传统三级LED照明驱动电路存在结构复杂、器件数目多、整体效率低和电解电容等问题。效率低导致LED驱动电源发热严重，电源器件极易损坏；相对于LED灯珠十万小时的使用寿命，电解电容的使用寿命不足一万小时，与LED自身寿命差距悬殊。电解电容的存在会严重影响电路可靠性，缩短装置的使用寿命。目前，关于大功率LED驱动电路的研究主要集中在以下两个方面：其一为提高效率，减小体积；其二为去电解电容设计。发明内容本发明是针对LED驱动电源提高效率与去电解电容的问题，提出了一种单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，具有效率高、功率因数高、器件数量少、成本低、直流母线电压低、无电解电容等优点。本发明的技术方案为：一种单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，交流电源Vin依次通过输入滤波电路、无桥Boost功率因数校正电路和半桥LLC谐振电路，半桥LLC谐振电路输出接LED负载；无桥Boost功率因数校正电路与半桥LLC谐振电路连接，并且两个电路共用两个开关管；通过反馈回路采集流经LED负载的电流值Iout与参考值Iref进行比较，得到的误差值经PI调节后送入压控振荡器输出正弦波信号；采集无桥Boost功率因数校正电路与半桥LLC谐振电路连接处直流母线电压值V0，V0与参考值Vref的比较误差输入PI调节器，PI调节器输出占空比调节系数D0和对应拟合占空比D1的幅值；采样输入交流电压绝对值|Vin|和直流母线电压值V0计算得到拟合占空比D1相位，拟合占空比D1相位与拟合占空比D1的幅值输入乘法器，乘法器输出进入限幅器，限幅器输出与压控振荡器输出的正弦波信号经过比较器进行比较后得到PWM信号，PWM信号添加死区时间送到共用两个开关管Q1和Q2控制端。所述半桥LLC谐振电路包括多串变压器，每个变压器的次级两端分别输出到两串独立的LED负载。本发明的有益效果在于：本发明单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，该驱动电路通过共用两个开关管集成无桥BoostPFC与半桥LLC谐振变换电路，采用多串LLC谐振转换器实现LED的多通道输出，有效降低了电路的成本和体积，同时提高了运行效率；采用脉冲频率调制PFM和脉冲宽度调制PWM变占空比技术共同控制的策略提高电路功率因数，降低直流母线电压，从而避免高压输入造成电路器件的损坏；输出电压纹波明显减少，稳压滤波电容容量需求也大大减小，为采用电容值较小的陶瓷电容取代电解电容提供支撑，避免电解电容寿命较短造成驱动电源整体寿命较短的问题，保障了驱动电源的可靠性。附图说明图1为本发明单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路拓扑结构图；图2为本发明单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路控制示意图。具体实施方式如图1所示单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路拓扑结构图，依次包括输入滤波电路1、无桥BoostPFC电路2、半桥LLC谐振电路3和LED负载4；交流电源Vin输入端连接LC滤波电路，LC滤波电路输出接无桥Boost功率因数校正电路；无桥Boost功率因数校正电路2与半桥LLC谐振电路3连接，并且两个电路共用两个开关管；半桥LLC谐振电路输出接LED负载；通过将无桥BoostPFC电路与半桥LLC谐振转换电路共用两个开关管的单级集成结构来减少器件数量、降低器件功率损耗，提高整体运行效率；无桥BoostPFC电路工作在电流断续DCM模式，输入电流跟随输入电压变化以自动实现PFC功能。开关管通过谐振技术工作在软开关模式以减少开关损耗；采用多串LLC谐振转换器实现LED多通道输出，每个变压器驱动两串独立的LED负载，不同变压器之间通过每个变压器次级输出端接相同的电容C0均流。如图2所示单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路控制示意图，控制包括输出电流调节和总线电压调节；输出电流调节：通过反馈回路采集LED负载电流值Iout与参考值Iref进行比较，误差值经PI调节后送入压控振荡器VCO输出正弦波信号；总线电压调节：无桥BoostPFC电路2与半桥LLC谐振电路3连接处直流母线电压值V0，即串联的共用两个开关管直流端电压值，通过采集V0与参考值Vref进行比较，比较后的误差经过PI调节器，得到占空比调节系数D0，以及对应拟合占空比D1的幅值；拟合占空比D1的表达式通过乘法器给出，它包含两部分：一个是D0，反映变换器的功率大小；另一个则通过采样输入交流电压绝对值|Vin|和输出直流电压值V0计算得到拟合占空比D1相位；乘法器输出得到的值进入限幅器，限幅器输出与压控振荡器VCO输出的正弦波信号进行比较得到PWM信号，PWM信号添加死区时间用于对两个共用开关管Q1和Q2进行开关控制。在输入电压较低时，开关管Q1和开关管Q2占空比通过限幅器固定为0.5且互补导通，随着输入电压的不断增大，开关管Q1和开关管Q2占空比相应减小且对称导通。通过将无桥BoostPFC电路与半桥LLC谐振转换电路共用两个开关管的单级集成结构来减少器件数量、降低器件功率损耗，提高整体运行效率；采用多串LLC谐振转换器实现LED多通道输出，每个变压器驱动两串独立的LED负载；采用脉冲频率调制PFM与脉冲宽度调制PWM变占空比相结合的控制策略，提高功率因数的同时降低直流母线电压，从而避免高压输入造成电路器件的损坏，并减少输出电压纹波，稳压滤波电容容量需求也大大减小；采用寿命较长的陶瓷电容取代电解电容Cbus、C01、C02，避免电解电容寿命较短造成驱动电源整体寿命较短的问题，保证驱动电源运行的高效性与可靠性。

权利要求：1.一种单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，其特征在于，交流电源Vin依次通过输入滤波电路1、无桥Boost功率因数校正电路2和半桥LLC谐振电路3，半桥LLC谐振电路3输出接LED负载4；无桥Boost功率因数校正电路2与半桥LLC谐振电路3连接，并且两个电路共用两个开关管；通过反馈回路采集流经LED负载的电流值Iout与参考值Iref进行比较，得到的误差值经PI调节后送入压控振荡器输出正弦波信号；采集无桥Boost功率因数校正电路2与半桥LLC谐振电路3连接处直流母线电压值V0，V0与参考值Vref的比较误差输入PI调节器，PI调节器输出占空比调节系数D0和对应拟合占空比D1的幅值；采样输入交流电压绝对值|Vin|和直流母线电压值V0计算得到拟合占空比D1相位，拟合占空比D1相位与拟合占空比D1的幅值输入乘法器，乘法器输出进入限幅器，限幅器输出与压控振荡器输出的正弦波信号经过比较器进行比较后得到PWM信号，PWM信号添加死区时间送到共用两个开关管Q1和Q2控制端。2.根据权利要求1所述单级AC-DC多输出无电解电容大功率LED驱动电路，其特征在于，所述半桥LLC谐振电路3包括多串变压器，每个变压器的次级两端分别输出到两串独立的LED负载。

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