专利名称：一种led功率电源定电压定电流电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED电源电路，更具体地说，尤其涉及一种LED功率电源定电压定电流电路。
背景技术：
随着半导体材料和封装工艺的提高，LED的光通量和出光效率得到提高，作为一种固态光源，已经广泛应用于路灯、汽车照明、交通照明，并逐渐向公共照明以及普通照明过渡。由于LED具有明显的光效，符合节能减排的产业政策，越来越得到广泛的应用。LED要求正向电压驱动，由于LED的光特性通常描述为电流函数，而不是电压函数，因此采用恒流源驱动可以更好控制亮度。此外，LED正向压降变化范围大时，由正向电压VF与正向电流IF的关系曲线，VF的微小变化会引起IF的较大变化，从而引起亮度的较大变化。采用恒压驱动不容易保证LED亮度的一致性，并且影响LED可靠性，亮度，寿命。因此LED光源都用恒流源驱动。一般大功率电源分为两级电路架构，第一级为功率因子较正器，此部分电路采用升压电路(Boost转换器)，将市电整流输出升压到390V的输出电压，功率因子电路让输入电流和输入电压达到同相位，使功率因子接近1，满足国际规范。第二级为直流/直流转换器，将功率因子修正好的390V电压转成所需的电压。目前直流/直流转换器采用硬开关设计，硬开关直流/直流转换器的开关硬件在承受电压或流过电流的情况下接通或关断电路，因此在开通或关断的情况下产生开关损耗，开关频率越高，开关损耗就越大。故硬开关直流转换器的开关频率不能太高。这就要求变压器进一步变小，也就制约了电源的尺寸，开关损耗大，效率也就差。为了克服硬开关的技术，催生了软开关技术，软开关直流变换器的开关管，在开通或关断过程中，采用零电压开关或零电流开关，这种开关方式显著地减少开关损耗和开关过程的激起的振荡，可以大幅提高开关频率，为变换器的小型化和模块化创造条件。同时，现有的恒定电流电路，在实际使用中，还存在诸多不足(1)感应电阻要求取值较大，损耗较大，影响效率。(2)变压器的离线性很大，每个变压器的漏感，寄生电容差异较大，造成控制精度较差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、损耗低、效率较高的LED功率电源定电压定电流电路。本发明的技术方案是这样实现的一种LED功率电源定电压定电流电路，包括依序电路连接的LLC谐振电路、输出整流电路和负载，其中所述的LLC谐振电路和负载之间的电路上设有有侦测电阻Rsense，在侦测电阻Rsense与LLC谐振电路之间的电路上依序连接有电压放大电路和比较放大器IC103A ;所述的比较放大器IC103A的正向输入端分别电路连接有电阻R105的一端和并联稳压IC104 ;所述电阻R105的另一端连接比较器电源VD ；所述比较放大器IC103A的输出端依序电路连接有场效应管Q101、电阻R108、稳压集成电路IC102和光电耦合IClOl ;所述场效应管QlOl的G极与比较放大器IC103A连接，D极与电阻R108连接，S极与电源负极连接；所述的稳压集成电路IC102与输出电源正极之间连接有电阻R109，所述的稳压集成电路IC102与输出电源负极之间连接有电阻R110。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的电压放大电路由比较放大器IC103B、电阻RlOl和电阻R102组成；所述电阻RlOl设置在侦测电阻Rsense和比较放大器IC103B反向输入端之间的电路上；所述的电阻RlOl设置在比较放大器IC103B反向输入端和输出端之间的电路上。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的比较放大器IC103A的反向输入端与输出端之间的电路上依序串联有电阻R106和电容ClOl，所述比较放大器IC103A的反向输入端与比较放大器IC103B的输出端之间的电路上设有电阻R103。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的比较放大器IC103B连接有电容C102 ;所述电容C102 —端与比较放大器IC103B的输出端连接，另一端连接电源负极。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的电阻R105和光电耦合IClOl之间的电路上设有限流分压电阻R104。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的光电耦合IClOl与电源正极之间的电路上设有电阻Rl 11。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的比较放大器IC103A电路连接有电容C103 ;所述电容C103 —端与比较放大器IC103A的正向输入端连接，另一端接地。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述比较放大器IC103A电路连接有电阻R107，所述R107 —端与比较放大器IC103A的输出端连接，另一端连接电源负极。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的LLC谐振电路主要由功率开关管SW1、功率开关管SW2、电容Cl、谐振电容Cr和变压器TlOl初级线圈组成，所述的功率开关管SWl的发射极和功率开关管SW2的集电极连接,所述电容ClOl设置在功率开关管Sffl的集电极和功率开关管SW2的发射极之间；所述变压器TlOl初级线圈的两端分别连接功率开关管SW2的发射集以及功率开关管SWl发射极和功率开关管SW2集电极之间的电路上。上述的一种LED功率电源定电压定电流电路中，所述的输出整流电路由变压器TlOl次级线圈以及相互并联的二极管组D3和二极管组D4组成，所述变压器TlOl次级线圈由两组中心抽头的线圈组成，所述二极管组D3和二极管组D4分别设置在对应的线圈上；所述二极管组D3和二极管组D4均由两个并联的二极管组成。本发明采用上述结构后，通过比较放大器IC103B、电阻RlOl和电阻R102组成的电压放大电路，使侦测电阻的阻值可以大幅度降低，达到πιΩ (毫欧)级，电阻损耗几乎可以忽略，提高了效率。同时，比较放大器IC103A的电源由Voutput经电阻R105提供，比较放大器IC103A外接并联稳压IC104，使电位稳定在2.5V，作为基准电位，当比较放大器IC103A的反向输入端电压小于2.5V时，以定电压状态运行，当比较放大器IC103A的反向输入端电压大于2.5V，以定电流的状态运行。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。图1是本发明的电路结构原理图。图中LLC谐振电路1、输出整流电路2、负载3、电压放大电路4。
具体实施例方式参阅图1所示，本发明的一种LED功率电源定电压定电流电路，包括依序电路连接的LLC谐振电路1、输出整流电路2和负载3，在LLC谐振电路I和负载3之间的电路上设有有侦测电阻Rsense，在侦测电阻Rsense与LLC谐振电路I之间的电路上依序连接有电压放大电路4和比较放大器IC103A ;所述的比较放大器IC103A的正向输入端分别电路连接有电阻R105的一端和并联稳压IC104的一端；所述电阻R105的另一端连接比较器电源VD ；所述并联稳压IC104的另一端接地，并联稳压IC104的型号为GM431，并联稳压IC104使比较放大器IC103A的电位稳定在2. 5V，作为基准电位。同时，比较放大器IC103A电路还连接有电容C103 ;所述电容C103 —端与比较放大器IC103A的正向输入端连接，另一端接地，用于增强比较放大器IC103A正输入端的基准电压稳定性。比较放大器IC103A是一运放IC模块，输入为比较放大器IC103B放大的感应电流，进行计算处理，调整输出电压，也就是调整场效应管QlOl的删极电压Vgs，流经电阻R108的电流相应地变化，稳压集成电路IC102输出电压的设定端或参考点电压，即反馈电压Vref变化，通过稳压集成电路IC102，光电耦合IClOl，电源IC处理，达到定电流的目的。所述比较放大器IC103A的输出端依序电路连接有场效应管Q101、电阻R108、稳压集成电路IC102和光电耦合IClOl ;所述场效应管QlOl为N沟道MOS管，即N-M0S管，所述场效应管QlOl的G极与比较放大器IC103A连接，D极与电阻R108连接，S极与电源负极连接；假设场效应管QlOl的G极电压为Vgate，开启电压VT，饱和导通电压Vsat。此时场效应管QlOl有3种状态当Vout < VT时，场效应管QlOl处于截止状态；当VT < Vout < Vsat时，场效应管QlOl处于低频跨导状态(放大状态)；当Vout > Vsat时，场效应管QlOl为处于饱和状态。所述的稳压集成电路IC102与输出电源正极之间连接有电阻R109，所述的稳压集成电路IC102与输出电源负极之间连接有电阻Rl IO。在光电耦合ICIOI与电源正极之间的电路上设有电阻Rlll。具体地，在本实施例中，电阻R108 —端连接场效应管QlOl的D极，另一端连接稳压集成电路IC102的I脚。电阻R109 —端连接稳压集成电路IC102的I脚，另一端连接输出电源正极，电阻RllO —端连接稳压集成电路IC102的I脚，另一端连接输出电源负极(输出接地)。稳压集成电路IC102的型号为GM431，用于提供精准的电压控制，其I脚稳定在2. 5V，2脚连接光电耦合IClOl的2脚，3脚接输出电源负极(输出接地)，I脚电压稍微升高，2脚和3脚的电流会直线升高。电阻Rlll—端连接光电耦合IClOl的2脚，另一端连接输出电源正极，起到了限制光电耦合IClOl里面发光二极管电流的作用。所述比较放大器IC103A电路连接有电阻R107，所述R107—端与比较放大器IC103A的输出端(I脚)连接，另一端连接电源负极，是对比较放大器IC103A输出端(I脚)电压Vout的偏置。进一步地，在比较放大器IC103A的反向输入端与输出端之间的电路上依序串联有电阻R106和电容C101，所述比较放大器IC103A的反向输入端与比较放大器IC103B的输出端之间的电路上设有电阻R103。电容ClOl，电阻R106和电阻R103为比较放大器IC103A的外围零件，起频率调整和补偿作用，调整相应的参数，使LE D有一点时间才到设定电流值，匹配LED刚开始亮时温度变高，电流变小，亮度变小达到亮度稳定和保护LED的目的。在电阻R105和光电耦合IClOl之间的电路上设有限流分压电阻R104。也即是电阻R104—端连接输出电源正极，一端连接比较器电源VD，通过电阻的限流分压作用，提供给比较放大器合理的电源。当然，根据需要也可选用低压降稳压器(LDO)。在本实施例中，LLC谐振电路I主要由功率开关管SWl、功率开关管SW2、电容Cl、谐振电容Cr和变压器TlOl初级线圈组成，所述的功率开关管SWl的发射极和功率开关管SW2的集电极连接，所述电容ClOl设置在功率开关管SWl的集电极和功率开关管SW2的发射极之间；所述变压器TlOl初级线圈的两端分别连接功率开关管SW2的发射集以及功率开关管SWl发射极和功率开关管SW2集电极之间的电路上。所述的输出整流电路2)由变压器TlOl次级线圈以及相互并联的二极管组D3和二极管组D4组成，所述变压器TlOl次级线圈由两组中心抽头的线圈组成，所述二极管组D3和二极管组D4分别设置在对应的线圈上；所述二极管组D3和二极管组D4均由两个并联的二极管组成。所述的电压放大电路4和比较放大器IC103A依序连接在变压器TlOl次级线圈与侦测电阻Rsense之间。同时，在本实施例中，电压放大电路4由比较放大器IC103B、电阻RlOl和电阻R102组成；所述电阻RlOl设置在侦测电阻Rsense和比较放大器IC103B反向输入端之间的电路上；所述的电阻RlOl设置在比较放大器IC103B反向输入端和输出端之间的电路上。β = R102/R101，假如R102 = 100Κ, RlOl = 1Κ，放大倍数为100倍，这样侦测电阻Rsense为原来的1/100，电阻为πιΩ (毫欧)级，电阻损耗几乎可以忽略，提高了效率。进一步地，在比较放大器IC103B连接有电容C102 ;所述电容C102 —端与比较放大器IC103B的输出端连接，另一端接地。通过电容C102克服侦测电阻Rsense杂讯的影响，使经过比较放大器IC103B放大后的讯号稳定。
当比较放大器IC103A的反向输入端电压小于2.5V时，以定电压状态运行，当比较放大器IC103A的反向输入端电压大于2.5V，以定电流的状态运行。此时定电流的计算公式:I constant = 2.5V/ (Rsense* β )。(I)由公式I可知，适当调整侦测电阻Rsense和β值，可以达到所需的定电流值。此时侦测电阻Rsense可以取值很小。稳压集成电路IC102由感应的电压来控制光电耦合IClOl的发光器电流Iak，光电耦合IClOl的接收器电流Ice的变化反馈给电源IC进行计算处理，调整功率开关管SWl和功率开关管SW2的开关频率，输出电压(或电流)跟着变化，达到输出控制的目的。稳压集成电路IC102的反馈电压Vref的精准电压为2.5V，当电压高于2.5V时，通过稳压集成电路IC102，光电耦合IClOl，电源IC处理，调低输出电压(或电流)，使稳压集成电路IC102的反馈电压Vref精准为2.5V。当稳压集成电路IC102的REF低于2.5V时，调高输出电压(或电流)使稳压集成电路IC102的反馈电压Vref精准为2.5V。假设电阻R108和场效应管QlOl不起作用，此时电压输出Vmin = 2.5V*(R109+R110)/Rl10
Vmin = 2.5*R109/R110+2.5(V)(2)假设当场效应管QlOl完全打开Vmax = 2.5V*[R109+(R110//R108)]/(R110//R108)Vmax = 2.5V*R109/(R110//R108)+2.5 (V) (3) 由公式2,3可知V output在V min V max之间，保证LED工作电压在工作范围内，当电路作动，工作电流没有达到设定值时，场效应管QlOl的G极电压为高电压，场效应管QlOl处于饱和导通状态，此时工作在定电压模式；当电流达到预定设定值，场效应管QlOl处于放大状态，此时进入电流模式；当电路没有达到定电压或定电流的状态，稳压集成电路IC102的电压小于2.5V，光电耦合IClOl里面的接收二极管(3，4脚)电流较小，反馈到控制器，减少功率开关管SWl和功率开关管SW2接近50%工作周期的频率，增加有效输出功率；当电路大于定电压或定电流的状态，稳压集成电路IC102的电压大于2.5V，此时稳压集成电路IC102的2脚和3脚的电流较大，流经光电耦合IClOl里面的发光二极管(1，2脚)的电流较大，光电耦合IClOl里面的接收二极管(3，4脚)变大，反馈到控制器处理，增大功率开关管SWl和功率开关管SW2接近50%工作周期的频率，减少有效输出功率；当电路工作在定电压或定电流的状态，此时进入动态平衡。
权利要求
1.一种LED功率电源定电压定电流电路，包括依序电路连接的LLC谐振电路(I)、输出整流电路(2)和负载(3)，其特征在于，所述的LLC谐振电路(I)和负载(3)之间的电路上设有有侦测电阻Rsense，在侦测电阻Rsense与LLC谐振电路⑴之间的电路上依序连接有电压放大电路(4)和比较放大器IC103A ;所述的比较放大器IC103A的正向输入端分别电路连接有电阻R105的一端和并联稳压IC104 ;所述电阻R105的另一端连接比较器电源VD ;所述比较放大器IC103A的输出端依序电路连接有场效应管Q101、电阻R108、稳压集成电路IC102和光电耦合IClOl ;所述场效应管QlOl的G极与比较放大器IC103A连接，D极与电阻R108连接，S极与电源负极连接；所述的稳压集成电路IC102与输出电源正极之间连接有电阻R109，所述的稳压集成电路IC102与输出电源负极之间连接有电阻R110。
2.根据权利要求1所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的电压放大电路(4)由比较放大器IC103B、电阻RlOl和电阻R102组成；所述电阻RlOl设置在侦测电阻Rsense和比较放大器IC103B反向输入端之间的电路上；所述的电阻RlOl设置在比较放大器IC103B反向输入端和输出端之间的电路上。
3.根据权利要求2所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的比较放大器IC103A的反向输入端与输出端之间的电路上依序串联有电阻R106和电容C101，所述比较放大器IC103A的反向输入端与比较放大器IC103B的输出端之间的电路上设有电阻 R103。
4.根据权利要求2所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的比较放大器IC103B连接有电容C102 ;所述电容C102 —端与比较放大器IC103B的输出端连接，另一端连接电源负极。
5.根据权利要求1所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的电阻R105和光电耦合IClOl之间的电路上设有限流分压电阻R104。
6.根据权利要求1所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的光电耦合1C101与电源正极之间的电路上设有电阻Rlll。
7.根据权利要求1所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的比较放大器IC103A电路连接有电容C103 ;所述电容C103 —端与比较放大器IC103A的正向输入端连接，另一端接地。
8.根据权利要求1所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述比较放大器IC103A电路连接有电阻R107，所述R107 —端与比较放大器IC103A的输出端连接，另一端连接电源负极。
9.根据权利要求1至8任一所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的LLC谐振电路(I)主要由功率开关管SW1、功率开关管SW2、电容Cl、谐振电容Cr和变压器TlOl初级线圈组成，所述的功率开关管SWl的发射极和功率开关管SW2的集电极连接，所述电容ClOl设置在功率开关管SWl的集电极和功率开关管SW2的发射极之间；所述变压器TlOl初级线圈的两端分别连接功率开关管SW2的发射集以及功率开关管SWl发射极和功率开关管SW2集电极之间的电路上。
10.根据权利要求9所述的一种LED功率电源定电压定电流电路，其特征在于，所述的输出整流电路(2)由变压器TlOl次级线圈以及相互并联的二极管组D3和二极管组D4组成，所述变压器TlOl次级线圈由两组中心抽头的线圈组成，所述二极管组D3和二极管组D4分别设置在对应的线圈 上；所述二极管组D3和二极管组D4均由两个并联的二极管组成。
全文摘要
本发明公开了一种LED功率电源定电压定电流电路；属于LED驱动电源电路技术领域；其技术要点包括依序电路连接的LLC谐振电路、输出整流电路和负载，其中所述的LLC谐振电路和负载之间的电路上设有有侦测电阻Rsense，在侦测电阻Rsense与LLC谐振电路之间的电路上依序连接有电压放大电路和比较放大器IC103A；所述的比较放大器IC103A的正向输入端分别电路连接有电阻R105的一端和并联稳压IC104；所述电阻R105的另一端连接比较器电源VD；所述比较放大器IC103A的输出端依序电路连接有场效应管Q101、电阻R108、稳压集成电路IC102和光电耦合IC101；本发明旨在提供一种结构紧凑、损耗低、效率较高的LED功率电源定电压定电流电路；用于LED驱动。
文档编号H02M3/335GK103079307SQ20121055835
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者洪育江 申请人:佛山市南海晶宇光电科技有限公司