一种LED驱动电路及其驱动方法与流程

本发明属于led驱动技术领域，具体涉及一种led驱动电路及其驱动方法。

背景技术：

随着对绿色环保、节能减排的意识越来越高以及半导体技术的迅猛发展，发光二极管得到了广泛的应用。led电光源与传统电光源相比具有低能耗、寿命长、绿色环保、高光效等优点。led是恒流驱动的冷光源，它的性能受到使用条件和驱动器性能的制约。

现有技术中，交流输入led驱动通常采用两级结构，前级为功率因数校正电路,后级为dc-dc变换电路，电路方案成熟，易于设计与优化，可有效保证led的发光特性。但两级结构需要分别采用两套独立的控制系统，且需要较多的有源开关和功率器件，因此带来了成本较高、效率不高、控制复杂、可靠性差等问题。

另外，现有技术中的大部分变换器都是工作在硬开关模式，其开关频率的提高会产生很大的开关损耗,降低了系统的电能转换效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种led驱动电路，其电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够有效应用在led负载的驱动中，结合驱动方法，实现了高效率、高功率因数的电能变换和恒流驱动，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种led驱动电路，包括无桥双boost电路pfc单元和llc谐振电路dc-dc单元；所述无桥双boost电路pfc单元包括输入交流电源vin、功率二极管d1、功率二极管d2、功率二极管d3、功率二极管d4、功率二极管d5、功率二极管d6、电感l1、电感l2、功率开关管s2和母线电容cbus；所述llc谐振电路dc-dc单元包括功率二极管d7、功率二极管d8、功率二极管d9、功率二极管d10、谐振电感lr、励磁电感lm、功率开关管s1、输出电容c0、谐振电容cr和高频变压器t；所述功率二极管d1的阴极和电感l1的一端均与输入交流电源vin的一端连接，所述功率二极管d2的阴极和电感l2的一端均与输入交流电源vin的另一端连接，所述功率二极管d3的阳极和功率二极管d5的阳极均与电感l1的另一端连接，所述功率二极管d4的阳极和功率二极管d6的阳极均与电感l2的另一端连接，所述功率二极管d3的阴极、功率二极管d4的阴极和母线电容cbus的正极均与功率开关管s1的漏极连接，所述功率二极管d5的阴极、功率二极管d6的阴极和功率二极管d7的阴极均与功率开关管s2的漏极连接，所述功率二极管d1的阳极、功率二极管d2的阳极、母线电容cbus的负极、功率二极管d8的阳极谐振电容cr的一端均与功率开关管s2的源极连接，所述功率二极管d7的阳极、功率二极管d8的阴极和谐振电感lr的一端均与功率开关管s1的源极连接，所述谐振电感lr的另一端和励磁电感lm的一端均与高频变压器t原边的一端连接，所述极谐振电容cr的另一端和励磁电感lm的另一端均与高频变压器t原边的另一端连接，所述功率二极管d9的阳极与高频变压器t副边的一端连接，所述功率二极管d10的阳极与高频变压器t副边的另一端连接，所述功率二极管d9的阴极、功率二极管d10的阴极和输出电容c0的正极均与led负载rl的正极连接，所述高频变压器t副边的中心抽头和输出电容c0的负极均与led负载rl的负极连接。

上述的一种led驱动电路，所述功率二极管d1、功率二极管d2、功率二极管d3、功率二极管d4、功率二极管d5、功率二极管d6、功率二极管d7、功率二极管d8、功率二极管d9和功率二极管d10均为快恢复二极管。

上述的一种led驱动电路，所述功率开关管s1和功率开关管s2均为功率mos管或igbt管。

上述的一种led驱动电路，所述母线电容cbus和输出电容c0均为电解电容或耐电压纹波的薄膜电容。

本发明还公开了一种led驱动电路的驱动方法，包括以下步骤：

步骤一、在同一个开关周期内，所述功率开关管s1保持关断，功率开关管s2零电流开通，功率二极管d10导通，励磁电感lm不参与谐振；

步骤二、在同一个开关周期内，所述功率开关管s1保持关断，功率开关管s2保持开通，功率二极管d10零电流关断，励磁电感lm参与谐振，励磁电流恒定；

步骤三、在同一个开关周期内，所述功率开关管s2保持关断，功率开关管s1零电压开通，功率二极管d9导通，励磁电感lm不参与谐振；

步骤四、在同一个开关周期内，所述功率开关管s2保持关断，功率开关管s1保持开通，功率二极管d9零电流关断，励磁电感lm参与谐振，谐振电流恒定；

步骤五、在下一个开关周期内，重复步骤一～步骤四，实现led负载rl的恒流驱动。

上述的一种驱动方法，所述功率开关管s1和功率开关管s2均采用pfm调制驱动。

上述的一种驱动方法，所述无桥双boost电路pfc单元采用电感电流断续模式dcm。

上述的一种驱动方法，所述llc谐振电路dc-dc单元复用无桥双boost电路pfc单元中的功率开关管s2。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

2、本发明通过功率开关管s2的复用，使无桥双boost电路pfc单元和llc谐振电路dc-dc单元构成单级单开关无桥双boost谐振led驱动电路，减少了功率开关管的使用数量，降低了控制复杂性和成本，提高了可靠性。

3、本发明的驱动方法，通过功率开关管s2零电流开通、功率二极管d10零电流关断、功率开关管s1零电压开通和功率二极管d9零电流关断，实现了软开关变换，降低了导通损耗和开关损耗，提高了电能转换效率。

4、本发明能够有效应用在led负载的驱动中，实现了低成本、高效率、高功率因数的单级升压型ac-dc电能变换和led负载的恒流驱动，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够有效应用在led负载的驱动中，结合驱动方法，实现了高效率、高功率因数的电能变换和恒流驱动，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明led驱动电路的电路原理图；

图2为本发明驱动方法步骤一的电路工作状态示意图；

图3为本发明驱动方法步骤二的电路工作状态示意图；

图4为本发明驱动方法步骤三的电路工作状态示意图；

图5为本发明驱动方法步骤四的电路工作状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的led驱动电路，包括无桥双boost电路pfc单元和llc谐振电路dc-dc单元；所述无桥双boost电路pfc单元包括输入交流电源vin、功率二极管d1、功率二极管d2、功率二极管d3、功率二极管d4、功率二极管d5、功率二极管d6、电感l1、电感l2、功率开关管s2和母线电容cbus；所述llc谐振电路dc-dc单元包括功率二极管d7、功率二极管d8、功率二极管d9、功率二极管d10、谐振电感lr、励磁电感lm、功率开关管s1、输出电容c0、谐振电容cr和高频变压器t；所述功率二极管d1的阴极和电感l1的一端均与输入交流电源vin的一端连接，所述功率二极管d2的阴极和电感l2的一端均与输入交流电源vin的另一端连接，所述功率二极管d3的阳极和功率二极管d5的阳极均与电感l1的另一端连接，所述功率二极管d4的阳极和功率二极管d6的阳极均与电感l2的另一端连接，所述功率二极管d3的阴极、功率二极管d4的阴极和母线电容cbus的正极均与功率开关管s1的漏极连接，所述功率二极管d5的阴极、功率二极管d6的阴极和功率二极管d7的阴极均与功率开关管s2的漏极连接，所述功率二极管d1的阳极、功率二极管d2的阳极、母线电容cbus的负极、功率二极管d8的阳极谐振电容cr的一端均与功率开关管s2的源极连接，所述功率二极管d7的阳极、功率二极管d8的阴极和谐振电感lr的一端均与功率开关管s1的源极连接，所述谐振电感lr的另一端和励磁电感lm的一端均与高频变压器t原边的一端连接，所述极谐振电容cr的另一端和励磁电感lm的另一端均与高频变压器t原边的另一端连接，所述功率二极管d9的阳极与高频变压器t副边的一端连接，所述功率二极管d10的阳极与高频变压器t副边的另一端连接，所述功率二极管d9的阴极、功率二极管d10的阴极和输出电容c0的正极均与led负载rl的正极连接，所述高频变压器t副边的中心抽头和输出电容c0的负极均与led负载rl的负极连接。

具体实施时，功率开关管s1的栅极接入第一驱动信号，功率开关管s2的栅极接入第二驱动信号，第一驱动信号和第二驱动信号均为pfm调制信号。llc谐振电路dc-dc单元复用无桥双boost电路pfc单元中的功率开关管s2，通过功率开关管s2的复用，使无桥双boost电路pfc单元和llc谐振电路dc-dc单元构成单级单开关无桥双boost谐振led驱动电路。

本实施例中，所述功率二极管d1、功率二极管d2、功率二极管d3、功率二极管d4、功率二极管d5、功率二极管d6、功率二极管d7、功率二极管d8、功率二极管d9和功率二极管d10均为快恢复二极管。

本实施例中，所述功率开关管s1和功率开关管s2均为功率mos管或igbt管。

本实施例中，所述母线电容cbus和输出电容c0均为电解电容或耐电压纹波的薄膜电容。

本发明的led驱动电路的驱动方法，无桥双boost电路pfc单元采用电感电流断续模式dcm工作，输入交流电源vin正负半周期的工作类似，以输入交流电源vin正半周期内的一个高频开关周期为例进行说明。

步骤一、在同一个开关周期内，所述功率开关管s1保持关断，功率开关管s2零电流开通，功率二极管d10导通，励磁电感lm不参与谐振；

具体实施时，如图2所示，输入交流电源vin为正半周期，功率开关管s1保持关断，功率开关管s2零电流开通(zcs)，输入交流电源vin的输入电流i1通过输入交流电源vin-电感l1-功率二极管d5-功率开关管s2-功率二极管d2-输入交流电源vin的回路对电感l1充电，励磁电流im由正变为负，谐振电流ir小于励磁电流im，高频变压器t原边电流ip由下向上流，高频变压器t副边的功率二极管d10承受正向电压导通，高频变压器t原边电压被输出电压钳位，励磁电感lm不参与谐振。

步骤二、在同一个开关周期内，所述功率开关管s1保持关断，功率开关管s2保持开通，功率二极管d10零电流关断，励磁电感lm参与谐振，励磁电流恒定；

具体实施时，如图3所示，输入交流电源vin为正半周期，功率开关管s1保持关断，功率开关管s2保持开通，输入交流电源vin的输入电流i1通过输入交流电源vin-电感l1-功率二极管d5-功率开关管s2-功率二极管d2-输入交流电源vin的回路对电感l1充电，谐振电流ir等于励磁电流im，高频变压器t原边电流ip降为零，高频变压器t副边的功率二极管d10零电流关断，励磁电感lm参与谐振，谐振周期远大于开关周期，励磁电流im恒定。

步骤三、在同一个开关周期内，所述功率开关管s2保持关断，功率开关管s1零电压开通，功率二极管d9导通，励磁电感lm不参与谐振；

具体实施时，如图4所示，输入交流电源vin为正半周期，功率开关管s2保持关断，功率开关管s1零电压开通(zvs)，电感l1通过输入交流电源vin-电感l1-功率二极管d3-母线电容cbus-功率二极管d2-输入交流电源vin的回路放电；励磁电流im线性上升，谐振电流ir逐渐从负变成正，高频变压器t原边电流ip由上想下流，高频变压器t副边的功率二极管d9导通，高频变压器t原边电压被输出电压钳位，励磁电感lm不参与谐振。

步骤四、在同一个开关周期内，所述功率开关管s2保持关断，功率开关管s1保持开通，功率二极管d9零电流关断，励磁电感lm参与谐振，谐振电流恒定；

具体实施时，如图5所示，输入交流电源vin为正半周期，功率开关管s2保持关断，功率开关管s1保持开通，电感l1上的电流降到零，功率二极管d2和功率二极管d3反向截止，谐振电流ir等于励磁电流im，高频变压器t原边电流ip降为零，励磁电感lm参与谐振，谐振周期远大于开关周期，谐振电流ir恒定。

步骤五、在下一个开关周期内，重复步骤一～步骤四，实现led负载rl的恒流驱动。

具体实施时，通过功率开关管s2零电流开通、功率二极管d10零电流关断、功率开关管s1零电压开通和功率二极管d9零电流关断的循环交替工作，实现了led负载rl的驱动电流io的恒定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。