一种谐振软开关单级式LED驱动电路的制作方法

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种谐振软开关单级式LED驱动电路。

背景技术：

LED是一种会发光的半导体器件，属于一种全新的发光光源。它具有节能环保、高光效、长寿命、色彩多样等诸多优点，逐渐取代传统照明灯具，成为新一代的照明工具。中国质量认证中心（英文缩写CQC）于2014年研发并推出了LED模块用交流电子控制装置节能认证业务，其LED模块交流电子控制装置需依据的标准为CQC3146-2014《LED模块用交流电子控制装置节能认证技术规范》。该规范要求，在隔离式的LED驱动电源功率小于5W时，效率需大于78.5%，无功率因数要求；当LED驱动电源的功率在5W与25W之间，效率需大于84%，功率因数需大于0.8。随着LED驱动电源的功率越大，对其效率和功率因数要求更高。

在现有的中小功率LED驱动电路常采用两级式或单级式。两级式：前级（PFC级）实现功率因数校正，后级（DC/DC级）实现稳压恒流输出，需要两套处理元件和相应控制电路，其电路复杂，成本高、效率低。于是单级式电路成为研究的热点：它将PFC级和DC/DC级集成在一起，共用开关管和控制电路，元器件少、成本低、效率和功率密度都得到了提升。但绝大多数单级式LED驱动电路都处于硬开关状态，限制了电路效率的提升。而且由于实际电路中变压器存在漏感，会于电路中的寄生电容谐振，往往又会增加其他的吸收电路来抑制谐振，这会牺牲单级式LED驱动电路性能。因而，设计开发出一种高效率、高功率因数、电路结构简单的全软开关单级式LED驱动电路具有重大的意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种谐振软开关单级式LED驱动电路，电路结构简单，并且能够提高效率，提高功率因数。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种谐振软开关单级式LED驱动电路，包括AC输入端、整流电路、PFC电路、DC/DC电路、LED负载以及控制电路，其特征在于：

所述整流电路，用于将AC输入端交流电转换成直流电；

所述PFC电路包括电感LB、二极管D1、二极管D2、电容CB和开关管S1，其中：所述电感LB的一端与整流电路的一输出端相连，电感LB的另一端同时与二极管D1和二极管D2的阳极相连；二极管D1的阴极与开关管S1的源极相连，二极管D2的阴极与电容CB的一端相连；电容CB的另一端、开关管S1的漏极以及整流电路的另一输出端同时接地；

所述DC/DC电路包括电感Lr、电容Cr、电容Cs、电容Co、开关管S2，变压器T、二极管Do1和二极管Do2，其中：所述电容Cr和电感Lr的一端同时与二极管D2阴极相连，电感Lr的另一端与变压器T的初级绕组的一端相连，变压器T的初级绕组的另一端和开关管S2的漏极同时与开关管S1的源极相连；电容Cr的另一端端与开关管S2的源极相连；变压器T的次级绕组的一端与电容Cs的一端相连，电容Cs的另一端同时与二极管Do1的阴极和二极管Do2的阳极相连，二极管Do2的阴极同时与电容Co和LED负载的一端相连；变压器T的次级绕组的另一端同时与二极管Do1阳极、电容Co以及LED负载的一端等电位相连；

所述开关管S1和开关管S2的栅极同时与控制电路的驱动信号输出端相连。

进一步地，控制电路输出的开关管S1和开关管S2的驱动信号，为互补的脉宽驱动信号，用于分别控制开关管S1和开关管S2的导通和关断。

进一步地，所述LED负载为若干LED灯相连形成的LED灯列。

进一步地，所述电感Lr为谐振电感，所述电容Cs为谐振电容。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：结构简单，元器件更少，效率高；在单级式LED驱动电路上，结合了谐振软开关技术，利用变压器的励磁电感参与谐振，实现软开关，减少传统硬开关引起EMI干扰，可高频工作，并且能够同时获得较高的功率因数；同时能在较高交流电压输入下，保持中间直流电容电压在可承受的范围内。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为电感LB在半个工频周期内平均输入电流波形。

图3为DC/DC电路的等效原理图。

图4为本发明的电路仿真波形图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1，一种谐振软开关单级式LED驱动电路，包括AC输入端、整流电路、PFC电路、DC/DC电路、LED负载以及控制电路。所述LED负载为若干LED灯相连形成的LED灯列。

所述整流电路，用于将AC输入端交流电转换成直流电；具体实施时，其包括DR1、DR2、DR3以及DR4，AC输入端（Vac）的一端同时与DR1的阳极和DR3的阴极相连，AC输入端的另一端同时与DR2的阳极和DR4的阴极相连，DR1和DR2的阳极相连后作为整流电路的一输出端，DR3和DR4的阴极相连后作为整流电路的另一输出端。

所述PFC电路包括电感LB、二极管D1、二极管D2、电容CB和开关管S1。其中：所述电感LB的一端与整流电路的一输出端相连，电感LB的另一端同时与二极管D1和二极管D2的阳极相连。二极管D1的阴极与开关管S1的源极相连，二极管D2的阴极与电容CB的一端相连。电容CB的另一端、开关管S1的漏极以及整流电路的另一输出端同时接地；以此来实现功率因数校正功能。

所述DC/DC电路包括电感Lr、电容Cr、电容Cs、电容Co、开关管S2，变压器T、二极管Do1和二极管Do2。其中：所述电容Cr和电感Lr的一端同时与二极管D2阴极相连，电感Lr的另一端与变压器T的初级绕组的一端相连，变压器T的初级绕组的另一端和开关管S2的漏极同时与开关管S1的源极相连；实际实施过程中，所述电感Lr为谐振电感，所述电容Cs为谐振电容；该电感Lr根据电路的工作情况可以由变压器T所存在的漏感代替。电容Cr的另一端端与开关管S2的源极相连；变压器T的次级绕组的一端与电容Cs的一端相连，电容Cs的另一端同时与二极管Do1的阴极和二极管Do2的阳极相连，二极管Do2的阴极同时与电容Co和LED负载的一端相连；变压器T的次级绕组的另一端同时与二极管Do1阳极、电容Co以及LED负载的一端等电位相连（通常接地）；以此来实现对输出电压、电流的调节。

所述开关管S1和开关管S2的栅极同时与控制电路的驱动信号输出端相连；其中，控制电路输出的开关管S1和开关管S2的驱动信号，为互补的脉宽驱动信号，用于分别控制开关管S1和开关管S2的导通和关断。

由电感LB、二极管D1、二极管D2、电容CB和开关管S1组成的PFC电路，通过确定电感LB的值和控制电路向开关管S1栅极输入的驱动信号的占空比可以使PFC单元的Boost拓扑工作于DCM模式，在该模式下Boost拓扑能自动实现PFC功能。如图2所示，on代表开关管导通，off代表开关管断开；ILB,avg为电感LB中半个工频周期的平均输入电流波形，Q1为开关管S1的栅极驱动波形。

如图3所示，在DC/DC电路中，可以把电容CB看作直流电压源Vg，当开管S2处于关断状态，开关管S1开始导通期间（t0~t1），开关管S1的寄生电容（Coss）与电感Lr和变压器T的励磁电感Lm开始谐振，当开关管S1的寄生电容电压（Vcoos）从当前值下降到零，在此时刻（t1）导通开关管S1即能实现ZVS（零电压开关）。

在开关管S1开始导通和二极管Do1关断期间（t1~t2），直流电压Vg加在变压器励磁电感Lm和电感Lr上，同时变压器副边侧仅有二极管Do1开始正向偏置，此时变压器励磁电感Lm、电感Lr与电容Cs开始谐振，当电容Cs电压升高到最大值时，通过二极管Do1的电流为零，于是，二极管Do1实现ZCS（零电流开关）。

在开关管S1关断，开关管S2导通前时段（t3~t4），流过电感Lr的电流对开关管S1的寄生电容Coss充电，当电压升高到直流电压Vg与电容Cr的电压和时，在此时刻（t4）导通开关管S2，即能实现ZVS（零电压开关）。

在开关管S2开始导通和二极管Do2断开期间（t4~t5），可以理解为电容Cr上的电压Vr加在变压器励磁电感Lm和电感Lr上，同时变压器副边侧仅有二极管Do2开始正向偏置，此时变压器励磁电感Lm和电感Lr与电容Cs开始谐振，当电容Cs电压下降到最小值时，通过二极管Do1的电流为零，于是，二极管Do2实现ZCS（零电流开关）。

如图4所示，Vcoss和VS2分别为开关管S1和开关管S2的漏源间电压波形，Q1和Q2分别为开关管S1和开关管S2的栅极驱动波形，IDo1和IDo2分别为二极管Do1和二级管Do2的电流波形。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。