灯具控制系统中的llc谐振变换器电路的制作方法

文档序号:11020248阅读:608来源:国知局
灯具控制系统中的llc谐振变换器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,所述灯具控制系统包含有PFC升压电路,所述PFC升压电路中设置供电变压器PFC T1,所述供电变压器PFC T1的辅助绕组一端通过整流二极管引出取压点A,该电路包括:谐振控制单元,包括谐振控制芯片,芯片具有供电端口,所述取压点A通过一串稳单元连接至所述供电端口,所述串稳单元包括开关管Q10;所述开关管Q10的集电极连接至取压点A、且通过电阻R22连接至自身的基极;所述开关管Q10的基极通过稳压管ZD10接入地、且稳压管ZD10的阳极为接地端;开关管Q10的发射极通过电容C17接入稳压管ZD10的阳极、且通过电阻J11接入供电端口。本实用新型提出的LLC谐振变换器电路设计了串稳单元,使串稳单元能够给芯片提供稳定的供电电压。
【专利说明】
灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及灯具控制技术领域,具体涉及一种用于灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路。
【背景技术】
[0002]目前,在许多开关电源中,通常都会设计LLC谐振变换器电路来提高电源转换效率,并且具有输出波纹小、滤波简单、负载可调范围大等特点。比如,类似于LED路灯等给道路提供照明功能的灯具而言,其灯具控制系统中就会涉及到LLC谐振电路,因为LED路灯并不能直接从市电电网中吸取能量,需要配套的驱动电源。在LED灯具控制系统中,市电经过功率因素校正单元升压(PFC升压)后得到较高的电压信号,然后通过LLC谐振变换器转换成为满足LED路灯驱动要求的低压直流电。对于LLC谐振变换器电路在电源设计领域有很多种结构,有采用分立元件进行半桥驱动的,也有采用控制芯片进行半桥驱动的。由LLC谐振控制芯片构成的谐振半桥控制电路中,芯片的供电通常直接经整流二极管连接到PFC升压电路中的供电变压器辅助绕组,而一旦该辅助绕组上感应的电压信号出现不稳定情况甚至波动较大时,芯片工作便会受到影响,进而使得谐振半桥处于不稳定工作状态。进一步的是,对于谐振半桥的两只功率管而言,其栅极有的直接与芯片的相应端口相连,这使得功率管的通断快慢驱动受到一定影响,而且还会出现同时导通的异常,影响了电源的转换效率。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术中所存在的不足,本实用新型提供了一种灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,该电路以谐振控制芯片为主进行设计,并在芯片的供电端口设计了串稳单元,使串稳单元能够给芯片提供稳定的供电电压,以保证LLC谐振变换电路的正常运行。
[0004]为实现上述目的,本实用新型采用了如下的技术方案:
[0005]—种灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,所述灯具控制系统包含有PFC升压电路,所述PFC升压电路中设置供电变压器,所述供电变压器的辅助绕组一端通过整流二极管引出取压点A,所述LLC谐振变换器电路包括:
[0006]谐振控制单元,其包括谐振控制芯片,所述谐振控制芯片具有供电端口,所述取压点通过一串稳单元连接至所述供电端口,所述串稳单元包括开关管Q10;所述开关管QlO的集电极连接至取压点、且通过电阻R22连接至自身的基极;所述开关管QlO的基极通过稳压管ZDlO接入地、且稳压管ZDlO的阳极为接地端;所述开关管QlO的发射极通过电容C17接入稳压管ZDlO的阳极、且通过电阻Jll接入供电端口。
[0007]相比于现有技术,本实用新型具有如下有益效果:
[0008]本实用新型提供的LLC谐振变换器电路应用在灯具控制系统中,通过从PFC升压电路的供电变压器辅助绕组获取电压信号,并利用该电压信号作为谐振控制芯片的供电电源,且通过串稳单元送入到谐振控制芯片的电源管脚,使得谐振控制芯片能够稳定地控制谐振半桥,从而使连接在谐振半桥后侧的LC谐振网络、同步整流单元输出灯具所需要的稳定直流电压。
【附图说明】

[0009]图1为本实用新型所述灯具控制系统在LLC谐振变换器电路前侧的PFC升压电路原理简图;
[0010]图2为本实用新型所述LLC谐振变换器电路的原理图。
【具体实施方式】
[0011]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解,下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步阐述:
[0012]参见图1,其给出了本实用新型所述灯具控制系统在LLC谐振变换器电路前侧的PFC升压电路原理简图。该部分电路为升压型的功率因素校正电路,其主要是通过专用的功率因素校正控制IC芯片去调整输入电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿,进而提高电网的功率因素,保障电网高效的利用率。在图1中,PFC Vout为PFC升压电路的信号输出端,其输出电压在420V左右。变压器Tl即为PFC供电变压器,从图1中看到,Tl的原边绕组一端(pinlO)与交流输入整流滤波单元的信号输出端相连,另一端(pin8)向外引出构成该电路的信号输出,所述供电变压器Tl的辅助绕组一端(pin4)通过D1、D2、R18引出取压点A。
[0013]参见图2,其给出了本实用新型所述LLC谐振变换器电路的原理图。结合图1-2,本实用新型提供了一种灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,所述灯具控制系统包含有PFC升压电路,所述PFC升压电路中设置供电变压器PFC Tl,所述供电变压器PFC Tl的辅助绕组一端通过整流二极管引出取压点A,所述LLC谐振变换器电路包括:谐振控制单元,其包括谐振控制芯片U900,所述谐振控制芯片U900具有供电端口 VCC,所述取压点A通过一串稳单元连接至所述供电端口(VCC管脚),所述串稳单元包括开关管Q10;所述开关管QlO的集电极连接至取压点A、且通过电阻R22连接至自身的基极;所述开关管QlO的基极通过稳压管ZDlO接入地、且稳压管ZDlO的阳极为接地端;所述开关管QlO的发射极通过电容C17接入稳压管ZD1的阳极、且通过电阻J11接入供电端口 VCC管脚。
[0014]上述方案中,A点电压送入到开关管QlO的集电极,此时由于稳压管ZDlO的存在使得开关管QlO的基极稳压到13V,开关管QlO的输出3脚(即发射极)丨旦在13-0.3V左右,然后通过电阻JlI施加到谐振控制芯片U900的供电端口,以此保证谐振控制芯片U900的供电端口VCC恒工作在12.5V左右。此时不论电路电压如何波动,电压/电流冲击都承受在开关管QlO上,对芯片U900起到了很好的保护作用。其中稳压管ZDlO的工作电流只需要ImA不到,就可以给芯片U900提供工作所需电流,稳压管ZDlO功耗低,电路工作稳定可靠。在一些灯具控制系统中,稳压电路并没有设计开关管,那电压/电流便会完全加载稳压管上,使得稳压管功耗高,易损坏。其中,电阻R22优先取值在3.9K,稳压管ZD1的稳定电压取值在13V。电阻J11优先取值在4.7欧。电容C17的额定工作电压取值在50V,其在这里的作用是滤高频杂波。
[0015]本实用新型中,所述开关管QlO的集电极与发射极之间还设置有二极管D13,所述二极管Dl 3的阳极与开关管QlO的发射极相连,所述二极管Dl 3的阴极与开关管QlO的集电极相连。这里设置二极管D13的作用是LLC的VCC可以正常给U3的4脚反馈,A点电压受PFC的VCC干扰。
[0016]其中,所述串稳单元还包括有滤波电容组,如图2所示,所述滤波电容组包括:连接在所述取压点A与地之间电容C16,和连接在供电端口与地之间的电容C60和电容C61,其中电容C16、电容C61采用有极性电容。这里,电容C16对A点信号(即进入串稳单元前的信号)进行滤波,电容C61和电容C60对串稳单元输出的信号进行滤波,以保证输入到芯片U900VCC的电压稳定无干扰。
[0017]由于本实用新型涉及的是LLC谐振变换器控制电路,因此与传统LLC谐振变换器类似的是也包括有谐振半桥,芯片U900通过控制谐振半桥中两个开关管的导通与关闭来调节它们的工作频率(简称开关频率),以此调节输出电压大小,而两个开关管在整个控制过程中占空比是保持不变的。这与PWM控制器的能量传输方式是不同的,PffM控制器的能量传输是由主开关的占空比来控制的。在轻负载时,工作频率逐渐升高,工作在降压区域内;而在重负载时,工作频率逐渐降低,工作在升压区域内。
[0018]如图2所示,所述LLC谐振变换器电路还包括由开关管Q5和开关管Q6构成的谐振半桥;其中,开关管Q5的源极与开关管Q6的漏极相连构成串联结构、且串接点向外引出连接至LC谐振网络;所述开关管Q5的漏极接收从PFC升压电路输出的电压信号(即图1中的PFCVout),栅极通过第一开关管加速单元与谐振控制芯片的高端驱动输出管脚(HVG管脚)相连;所述开关管Q6的源极接地,栅极通过第二开关管加速单元与谐振控制芯片的低端驱动输出管脚(LVG管脚)相连。芯片U900通过控制Q5和Q6的导通与关闭,使得LC谐振网络不断将电能传输到次级输出端,再经过次级输出端的同步整流单元转换成直流电,加载到灯具负载上。而在开关管Q5和开关管Q6的栅极与芯片的相应驱动管脚之间设计开关管加速单元的目的是防止Q5,Q6同时导通。
[0019]从图2可以看到,LC谐振网络由谐振变压器LLC Tl的原边绕组L(pinl2_pinl3)和C33构成,而在谐振变压器LLC Tl的次级绕组侧设置了同步整流I(pin2-pin5)和同步整流2(pinl-pin4),以对谐振变压器LLC Tl的次级感应电压信号进行整流后输送给路灯。这里的同步整流I和同步整流2均采用TEA1791A同步整流芯片构成。属于应用比较广泛的同步整流技术,故省去具体的电路设计。同时,谐振变压器LLC Tl还设计有初级辅助电源绕组pin9-pinlO,以及次级辅助电源绕组pin6-pin7,其中初级辅助电源绕组pin9-pinl0设计有二极管D11、电容C15和C18,二极管Dll阴极经过电阻R81接入到A点。而次级辅助电源绕组pin6-Pin7所设计电路与本实用新型无关,这里不做详细介绍。
[0020]在上述方案中,提到的第一开关管加速单元包括稳压管ZD50、二极管D56、电阻R13、电阻R9和开关管Q51;参见图2,谐振控制芯片U900的高端驱动输出管脚(HVG管脚即15脚)连接至稳压管ZD50的阴极、二极管D56的阳极和开关管Q51的基极,所述稳压管ZD50的阳极连接至谐振控制芯片的高端驱动浮地管脚(OUT管脚即14脚),所述二极管D56的阴极通过电阻Rl 3与开关管Q5的栅极相连,所述开关管Q51的发射极通过电阻R9与开关管Q5的栅极相连,所述开关管Q51的集电极连接至开关管Q5的源极。所述开关管Q5的栅极和源极之间还设置有阻值大小在1K欧姆的电阻R10,用以保护开关管Q5。
[0021]当控制Q5导通时,芯片U900的HVG管脚输出的控制信号经过D56和R13,送至Q5栅极,Rl3阻值较小,促使Q5快速导通,上升沿时间短;当控制Q5断开时,芯片U900的HVG管脚输出的控制信号加载到开关管Q51的基极,使得Q51导通,此时MOS管Q5栅极信号经过二极管D56,电阻R13,R9,开关管Q51得到释放,进而加快关断。这里开关管Q51优先采用PNP型三极管。
[0022]在上述方案中,提到的第二开关管加速单元具有与第一开关管加速单元相同的结构,即第二开关管加速单元包括稳压管ZD51、二极管D55、电阻R15、电阻RlI和开关管Q50;参见图2,谐振控制芯片的低端驱动输出管脚(LVG管脚)连接至稳压管ZD51的阴极、二极管D55的阳极和开关管Q50的基极,所述稳压管ZD51的阳极接地,所述二极管D55的阴极通过电阻R15与开关管Q6的栅极相连,所述开关管Q50的发射极通过电阻Rll与开关管Q6的栅极相连,所述开关管Q50的集电极连接至开关管Q6的源极。所述开关管Q6的栅极和源极之间还设置有阻值大小在1K欧姆的电阻R12,用以保护开关管Q6。
[0023]当控制Q6导通时,芯片U900的LVG管脚输出的控制信号经过D55和R15,送至Q6栅极,Rl5阻值较小,促使Q6快速导通,上升沿时间短;当控制Q6断开时,芯片U900的LVG管脚输出的控制信号加载到开关管Q50的基极,使得Q50导通,此时MOS管Q6栅极信号经过二极管D55,电阻R15、R11,开关管Q50得到释放,进而加快关断。这里开关管Q50优先采用PNP型三极管。
[0024]在上述的第一开关管加速单元和第二开关管加速单元中,稳压管ZD50、ZD51的稳定电压优先选取在39V; 二极管D56、D55的优先参数取值在30V/0.2A(其中30V为二极管承受的最大反向电压,0.2A为二极管流过的最大正向电流);三极管Q51、Q50的选型也相同。但是,在第一开关管加速单元中,R13优先取值10欧姆,R9优先取值在15欧;而在第二开关管加速单元中,R15优先取值为15欧姆,RU优先取值在10欧姆。对比图2,这样设计阻值大小使得上下半桥驱动和泄放电阻值不一样,以此来保证上下桥导通死区时间,有效避免出现上下MOS管同时导通的异常。
[0025]在图2中可以看到,本实用新型中所提到的谐振控制芯片U900除了上述已经涉及到的VCC管脚(12脚)、HVG管脚(I 5脚)、LVG管脚(11脚)和OUT管脚(14脚)以外,还具有其他的管脚,具体如下:
[0026]I脚一 CSS管脚:软启动管脚。该管脚通过R61、C57接地,并与4脚之间设置电容R57,用以确定软启动时的最高工作频率。通常软启动的目的在于,在启动过程中使变换器的功率逐渐增加,以消除过大的开机涌流。
[0027]2脚一DELAY管脚:过载电流延迟关断管脚。该管脚对地接入R59、C53,以设置过载电流的最长持续时间。
[0028]3脚一 CF管脚:定时电容管脚。该管脚对地连接电容C54,并与4脚对地的电阻R58配合可设定振荡器的开关频率。
[0029]4脚一 RFMIN管脚:最低振荡频率设置管脚。该管脚提供2V基准电压,其负载网络包括有三个分支:①在4脚和地之间设置的电阻R58,用于设置最低振荡频率;②从4脚接电阻R60,通过反馈环路控制的光耦(U4)接地,用于调整交换器的振荡频率,当工作时,光耦通过这个支路调整电流,因此调整振荡频率,使得输出电压得以变化,当光电晶体管饱和时,电阻R60决定半桥振荡的最大频率。③在4脚-1脚-地之间设置的R57、C57网络实现软启动。
[0030]5脚一STBY管脚:间歇工作模式门限管脚(〈1.25V),即待机模式。从图2可以看到,该管脚通过电阻R63、R64接入光耦U4。其受后级反馈电压控制,和内部的1.25V基准电压进行比较,如果5脚电压小于1.25V,则芯片进入到静止状态,并且只有较小的静态工作电流。当5脚电压超过基准电压50mV时,芯片重新开始工作。
[0031]6脚一ISEN管脚:电流检测信号输入管脚。从图2看到,该管脚使用电容分流的无损电流检测方法检测主回路中电流大小。在图2中,C63、C62、R66、D53、D54、C56和R65构成无损电流检测电路。
[0032]7脚一LINE管脚:输入电压检测管脚。从图2看到,该管脚由分压电阻连接到PFC电路的输出部分,以进行保护。当检测电压低于1.25V时,关闭输出并释放软启动电容器。当检测电压高于1.25V时,重新软启动。
[0033]8脚一DIS管脚:闭锁式驱动关闭管脚。该管脚内部连接一种比较器,当该脚电压超过1.85V时,芯片闭锁式关机,只有当芯片工作电压Vcc降低到UVLO门限之下时才能够重新开始工作。由图2看到,该管脚连接到光耦U3,而光耦U3组成输出过压保护单元(具体电路未示出)。当后级输出电压过大时,便会通过光耦反馈到该DIS管脚,使芯片驱动关闭。
[0034]9脚一 PFC-STOP管脚:打开PFC控制器的控制管脚。在本实用新型中不作用。
[0035]10脚一 GND管脚:芯片地管脚。
[0036]16脚一VBOOT管脚:高端门极驱动浮动电源管脚。该管脚与14脚(OUT)之间连接一只自举电容CbootS卩C59,被芯片内部的一个自举二极管与低端门极驱动器同步驱动。
[0037]最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其连接在灯具控制系统的PFC升压电路后侧,所述PFC升压电路中设置供电变压器,所述供电变压器的辅助绕组一端通过整流二极管引出取压点A,其特征在于,所述LLC谐振变换器电路包括: 谐振控制单元,其包括谐振控制芯片,所述谐振控制芯片具有供电端口,所述取压点A通过一串稳单元连接至所述供电端口,所述串稳单元包括开关管QlO;所述开关管QlO的集电极连接至取压点A、且通过电阻R22连接至自身的基极;所述开关管QlO的基极通过稳压管ZDlO接入地、且稳压管ZDlO的阳极为接地端;所述开关管QlO的发射极通过电容C17接入稳压管ZDlO的阳极、且通过电阻Jll接入供电端口。2.如权利要求1所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,所述开关管QlO的集电极与发射极之间还设置有二极管Dl 3,所述二极管Dl 3的阳极与开关管QlO的发射极相连,所述二极管D13的阴极与开关管QlO的集电极相连。3.如权利要求1或2所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,所述串稳单元还包括有滤波电容组,所述滤波电容组包括: 连接在所述取压点A与地之间电容C16,和连接在供电端口与地之间的电容C60和电容C61,其中电容C16、电容C61采用有极性电容。4.如权利要求1所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,还包括由开关管Q5和开关管Q6构成的谐振半桥;其中, 所述开关管Q5的源极与所述开关管Q6的漏极相连构成串联结构、且串接点向外引出连接至LC谐振网络; 所述开关管Q5的漏极接收从PFC升压电路输出的电压信号,栅极通过第一开关管加速单元与谐振控制芯片的高端驱动输出管脚相连; 所述开关管Q6的源极接地,栅极通过第二开关管加速单元与谐振控制芯片的低端驱动输出管脚相连。5.如权利要求4所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,第一开关管加速单元包括稳压管ZD50、二极管D56、电阻Rl 3、电阻R9和开关管Q51 ; 其中,谐振控制芯片的高端驱动输出管脚连接至稳压管ZD50的阴极、二极管D56的阳极和开关管Q51的基极,所述稳压管ZD50的阳极连接至谐振控制芯片的高端驱动浮地管脚,所述二极管D56的阴极通过电阻R13与开关管Q5的栅极相连,所述开关管Q51的发射极通过电阻R9与开关管Q5的栅极相连,所述开关管Q51的集电极连接至开关管Q5的源极。6.如权利要求5所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,所述开关管Q5的栅极和源极之间还设置有阻值大小在1K欧姆的电阻R10。7.如权利要求5或6所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,第二开关管加速单元包括稳压管ZD51、二极管D55、电阻Rl 5、电阻Rl I和开关管Q50 ; 其中,谐振控制芯片的低端驱动输出管脚连接至稳压管ZD51的阴极、二极管D55的阳极和开关管Q50的基极,所述稳压管ZD51的阳极接地,所述二极管D55的阴极通过电阻R15与开关管Q6的栅极相连,所述开关管Q50的发射极通过电阻Rll与开关管Q6的栅极相连,所述开关管Q50的集电极连接至开关管Q6的源极。8.如权利要求7所述的灯具控制系统中的LLC谐振变换器电路,其特征在于,所述开关管Q6的栅极和源极之间还设置有阻值大小在1K欧姆的电阻R12。
【文档编号】H05B33/08GK205726618SQ201620659588
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】张彬, 胡特奇, 王科, 李长建, 朱黎丽
【申请人】重庆灿源电子有限公司
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