本发明涉及一种高功率因数长寿命led驱动电源及控制方法。
背景技术：
发光二极管led（lightemittingdiode）是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后的第4代照明光源，它具有效率高、寿命长、体积小、色彩丰富、可动态控制等优点，越来越被广泛应用于道路、商业和工业等领域。驱动电源是led照明的核心部件，它是保证led发光品质和整体性能的关键。
在led驱动电源中，为了匹配瞬时输入输出功率的不平衡，一般需要一个容量较大的储能电容，该电容一般选用电解电容。而相对于长寿命的led灯，电解电容的使用寿命较短，是影响led驱动电源整体寿命的主要元件。而其他种类电容的耐压值和容值一般较小，无法简单替换电解电容。目前，已有的无电解电容led驱动电源方案中，向输入电流注入谐波的方法，虽然实现了无电解电容化，但是降低了电路的功率因数；用电感代替电容做存储元件，虽然可靠性高，但是体积增大，成本增加。因此研究如何利用其他类型电容替代led驱动电源中的电解电容，对提高用电质量，延长led灯具的使用寿命具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高功率因数长寿命led驱动电源及控制方法，能够有效地减少pfc电路输出端储能电容的容量，实现无电解电容化，具有体积小、寿命长和可靠性高等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高功率因数长寿命led驱动电源，包括整流电路、pfc电路、半桥恒流谐振电路、led负载电路和控制电路，电网电源经整流电路与pfc电路的输入端连接；pfc电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接led负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与led负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。
在本发明一实施例中，所述控制电路包括基准电压源、误差放大器、比较器、乘法器、减法器、第一非门、第二非门、第一与门、第二与门、或门、驱动器、第一方波信号发生器、第二方波信号发生器、第一至第三电阻、电容，乘法器用于检测整流电路的输出功率，乘法器的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端作为led负载电路电压采样端，比较器的输出端与第二与门的第一输入端连接，比较器的输出端还经第一非门与第一与门的第一输入端连接，第一与门的第二输入端、第二与门的第二输入端分别与输出频率为f2的第一方波信号发生器输出端、输出频率为f1的第二方波信号发生器的输出端连接，第一与门的输出端、第二与门的输出端分别与或门的第一输入端、第二输入端连接，或门的输出端与驱动器的第一输入端连接，还经第二非门与驱动器的第二输入端连接，驱动器的第一输出端、第二输出端分别与半桥恒流谐振电路的第一开关管的控制端、第二开关管的控制端连接，误差放大器的反相输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端作为led负载电路电流采样端，误差放大器的反相输入端还经第二电阻、电容与误差放大器的输出端连接，误差放大器的同相输入端经基准电压源连接至gnd，误差放大器的输出端还与减法器的一输入端连接，减法器的另一输入端作为pfc电路的电压采样端，减法器的输出端经第一电阻与pfc电路的pfc控制芯片连接。。
在本发明一实施例中，所述半桥恒流谐振电路还包括第二至第六电容、第一至第二电感、变压器、第一至第二二极管，第一开关管的一端作为半桥恒流谐振电路的第一输入端，第一开关管的另一端、第二开关管的一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第一电感的一端、第三电容的一端连接，第一电感的另一端与变压器原边的一端、第二开关管的另一端连接，第三电容的另一端经第二电感与变压器原边的另一端连接，变压器副边的一端经第四电容与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，变压器副边的另一端分别经第五电容、第六电容与第二二极管的阳极、第一二极管的阴极连接，第二开关管的另一端作为半桥恒流谐振电路的第二输入端，第五电容的两端与led负载电路的第一led灯串并联连接、第六电容的两端与led负载电路的第二led灯串并联连接。
在本发明一实施例中，工作频率f1、f2求取方式如下：
设
根据上述计算出谐振网络输出电流
本发明还提供了一种基于上述所述led驱动电源的控制方法，根据控制电路采集的整流电路输出功率与led负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够有效地减少pfc电路输出端储能电容的容量，实现无电解电容化，具有体积小、寿命长和可靠性高等优点。
附图说明
图1是本发明实施例一种高功率因数长寿命led驱动电源及控制原理图。
图2是半桥恒流谐振网络的交流等效电路图。
图3是不同负载电阻时输出电流与工作频率关系曲线。
图4是pfc输出电压和led负载电流仿真波形。
图5是工作频率由f1变为f2时开关管驱动与led负载电流波形。
图6是工作频率由f2变为f1时开关管驱动与led负载电流波形。
具体实施方式
下面结合附图1-6，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明的一种高功率因数长寿命led驱动电源，包括整流电路、pfc电路、半桥恒流谐振电路、led负载电路和控制电路，电网电源经整流电路与pfc电路的输入端连接；pfc电路的输出端与半桥恒流谐振电路的输入端连接；半桥恒流谐振电路的输出端连接led负载电路；控制电路通过采集整流电路输出功率与led负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。
所述控制电路包括基准电压源、误差放大器、比较器、乘法器、减法器、第一非门、第二非门、第一与门、第二与门、或门、驱动器、第一方波信号发生器、第二方波信号发生器、第一至第三电阻、电容，乘法器用于检测整流电路的输出功率，乘法器的输出端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端作为led负载电路电压采样端，比较器的输出端与第二与门的第一输入端连接，比较器的输出端还经第一非门与第一与门的第一输入端连接，第一与门的第二输入端、第二与门的第二输入端分别与输出频率为f2的第一方波信号发生器输出端、输出频率为f1的第二方波信号发生器的输出端连接，第一与门的输出端、第二与门的输出端分别与或门的第一输入端、第二输入端连接，或门的输出端与驱动器的第一输入端连接，还经第二非门与驱动器的第二输入端连接，驱动器的第一输出端、第二输出端分别与半桥恒流谐振电路的第一开关管的控制端、第二开关管的控制端连接，误差放大器的反相输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端作为led负载电路电流采样端，误差放大器的反相输入端还经第二电阻、电容与误差放大器的输出端连接，误差放大器的同相输入端经基准电压源连接至gnd，误差放大器的输出端还与减法器的一输入端连接，减法器的另一输入端作为pfc电路的电压采样端，减法器的输出端经第一电阻与pfc电路的pfc控制芯片连接。
所述半桥恒流谐振电路还包括第二至第六电容、第一至第二电感、变压器、第一至第二二极管，第一开关管的一端作为半桥恒流谐振电路的第一输入端，第一开关管的另一端、第二开关管的一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第一电感的一端、第三电容的一端连接，第一电感的另一端与变压器原边的一端、第二开关管的另一端连接，第三电容的另一端经第二电感与变压器原边的另一端连接，变压器副边的一端经第四电容与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，变压器副边的另一端分别经第五电容、第六电容与第二二极管的阳极、第一二极管的阴极连接，第二开关管的另一端作为半桥恒流谐振电路的第二输入端，第五电容的两端与led负载电路的第一led灯串并联连接、第六电容的两端与led负载电路的第二led灯串并联连接。
工作频率f1、f2求取方式如下：
设
根据上述计算出谐振网络输出电流
本发明还提供了一种基于上述所述led驱动电源的控制方法，根据控制电路采集的整流电路输出功率与led负载电路电压控制半桥恒流谐振电路工作，当整流电路输出功率大于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f1工作；当整流电路输出功率小于led负载电路功率值时半桥恒流谐振电路以工作频率f2工作，其中，f1＜f2。
以下为本发明的具体实现过程。
如图2所示，
由式（1）计算出的谐振网络输出电流
图1是本发明实施例一种高功率因数长寿命led驱动电源及控制原理图。pfc电路采用boost变换器，由pfc控制芯片l6562控制，pfc电路输出电压采样信号由分压比为kv的两个电阻串联得到；半桥恒流谐振电路由开关管q1、q2，电感l1、l2，电容c1、c2和变压器t1组成，开关管q1、q2分别由占空比为0.5的互补驱动信号控制，半桥恒流谐振电路工作在恒流频率f1或f2附近，如图3虚线所示。led负载由两路均流电路驱动，一路由d1、c10和led1组成，另一路由d2、c20和led2组成，c3为两路led负载的均流电容。
图1控制电路中，ki1、ki2为整流输出电流和led负载电流的采样系数，kv、kv1、kv2分别为pfc输出电压、整流输出电压和led负载电压的采样系数。乘法器u12用于检测整流电路的输出功率；比较器u2用于比较整流电路输出功率与led负载电压大小，第一非门u3、第一与门u4、第一方波信号发生器u5、第二方波信号发生器u6、第二与门u7、或门u9、第二非门u10、驱动器u11用于产生频率分别为f1和f2的半桥谐振电路开关管q1、q2的互补驱动信号。led负载电流经采样系数ki2隔离放大后与基准信号vref进行比较，误差放大器u1输出与pfc输出电压采样信号通过减法器u8加权相减后送入pfc控制芯片l6562的电压反馈端，由pfc控制芯片l6562产生pfc电路开关管的驱动信号，以控制pfc电路的输出电压，从而实现了对led负载的恒流控制。
本发明采用pfc输出电压与led负载电流加权反馈的闭环控制方法，使led负载电流保持恒定，具有恒流精度高的优点。半桥谐振电路采用恒频控制，工作频率设在两个恒流谐振频率附近，控制简单、便于变压器、电感等的优化设计。
图4至图6为本发明高功率因数长寿命led驱动电路仿真波形图。其中pfc电路输出储能电容采用4.7u的薄膜电容。从图4可以看出储能电容虽然减小了，但通过高低频率切换使得pfc电路输出电压纹波得到了有效控制，既可满足pfc电路输出电压始终高于输入电压以实现高功率因数，又可抑制输出电压峰值以减小储能电容和开关管的电压应力。led负载电流在两个恒流值之间切换，其平均电流为led额定工作电流。图5和图6为工作频率变化时开关管驱动与led负载电流波形，可以看出，当工作频率由f1变为f2时led负载电流快速地由大变小，当工作频率由f2变为f1时led负载电流快速地由小变大，可以实现有效切换。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。