一种带PFC功能的恒流驱动型LED背光板的制作方法

一种带pfc功能的恒流驱动型led背光板
技术领域
1.本实用新型涉及导光板技术领域，尤其涉及一种恒流驱动型led背光板。


背景技术：

2.随着led制造技术的发展成熟和开关电源技术在社会诸多领域的广泛应用，人们的日常生活对led的使用越加广泛，例如大型广告灯牌等，这些大功率电路一般需要使用整流桥将输入交流转为直流即ac-dc，伴随而来的是输入电流的畸变。输入电流中不但有基波分量，而且存在着大量谐波,谐波-方面会降低电源设备输入端功率因数(pf)值；另一方面，还会造成电网的谐波“污染”，影响供电质量、损坏变电设备、造成仪器仪表的误测量、保护装置的误动作等。考虑到由畸变电流产生的“谐波污染”给电力系统及用电设备带来负面影响，必须采取一些行之有效的措施来减小畸变的影响。
3.现在改善功率因数的方法有多脉冲整流器、无源功率因数校正(ppfc)、有源功率因数校正(apfc)等。这些方法中apfc拓扑电路中的boost apfc电路因输入电流高频纹波小、变换效率高、工作可靠度高，应用最为广泛。虽然boost apfc的控制方法有很多种(dcm、 ccm等)，但实现起来都比较困难，模拟ic不但要采样整流后的输入正弦半波电压，而且还要检测方向时刻都在变化的输入电流。而上世纪90年代出现的一种新颖控制策略单周期控制 (occ)同其他传统控制策略相比较occ控制电路省去了使用较为繁琐的乘法器:同时，该方法具有控制与调制的双重功能。采用occ控制具备策略的显著特点是动态响应快、鲁棒性强、电路易于实现；因此，单周期控制在apfc技术上的应用前景十分广阔。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种带pfc功能的恒流驱动型led背光板，采用单周期pfc 改善功率因数，后级以恒流输出驱动led背光板。该电路先通过单周期控制实现boost pfc 功率因数校正的功能，然后再通过buck变换电路提供恒定电流稳定驱动led背光板，另外该电路也具有保护功能，防止电路异常输出。
5.为了实现上述目的，本实用新型其中一实施例中提供一种恒流驱动型led背光板，包括boost pfc功率因数矫正电路、辅助电源、buck变换电路以及保护电路；所述boost pfc功率因数矫正电路的输入端连接市电vin，所述保护电路的输出端连接led背光板；其中所述 boost pfc功率因数矫正电路包括整流桥、后端lc电路和第一控制回路，市电vin经所述整流桥进行整流从而得到直流电，该直流电经过所述后端lc电路滤波后得到稳定的电源电压 vbus，该电源电压vbus从所述boost pfc功率因数矫正电路的输出端输出；所述辅助电源连接至所述boost pfc功率因数矫正电路及所述buck变换电路；所述buck变换电路包括buck 变换器及第二控制回路，所述buck变换器将所述电源电压vbus作为输入电压，该电源电压 vbus经过buck变换器及第二控制回路调节后得到输出电压vo；所述保护电路输入所述buck 变换电路的输出电压vo和输出电流io，所述保护电路包括逻辑运算电路、连接至所述逻辑运算电路输出端的mos管q4、以及连接至所述mos管q4上的常闭继电器ry1，所述逻辑
运算电路输入所述输出电压vo和所述输出电流io，并输出控制所述mos管q4的开通与关断的信号，所述mos管q4控制所述常闭继电器ry1的开通与关断，所述常闭继电器ry1控制所述buck变换电路的输出电压的开通与关断。
6.进一步地，在所述boost pfc功率因数矫正电路中，所述后端lc电路包括电感l1和电容c1；所述整流桥为桥式整流电路，设有整流正极输出端、整流负极输出端、第一交流输入端和第二交流输入端；所述市电的一端连接至所述第一交流输入端，所述市电的另一端连接至所述第二交流输入端；在所述整流正极输出端和所述整流负极输出端之间依次串联所述电感l1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3，且所述电容c1与所述电阻r2和电阻r3串联构成的支路并联连接，在所述电阻r2和所述电阻r3之间输出电压采样至所述第一控制回路，在所述电阻r3和所述电阻r1之间输出电流采样至所述第一控制回路；所述整流正极输出端还连接至所述电感l1；在所述电感l1和所述二极管d2的连接节点和所述整流负极输出端之间还设有开关管q1，所述第一控制回路的输出端连接至所述开关管q1的栅极。
7.进一步地，所述第一控制回路所采用的电源芯片为ir1150；所述辅助电源连接至所述第一控制回路。
8.进一步地，在所述buck变换电路中，所述buck变换器设有vbus+输入端、vbus-输入端、电流采样点、电压采样点；在所述vbus+输入端和所述电流采样点之间串联设置晶体管q2 和电感l2，所述晶体管q2的栅极连接至所述控制回路的输出端，在所述晶体管q2和所述电感l2之间连接二极管d3的负极，二极管d3的正极连接至所述vbus-输入端，在所述电感 l2远离所述晶体管q2的一端为所述电压采样点，在所述电流采样点和所述vbus-输入端之间连接电容c2，在所述电流采样点和所述电压采样点之间还设有电阻r5；在所述vbus-输入端和所述电流采样点之间还设有电阻r4，所述电阻r4位于所述电容c2和所述二极管d3之间；在所述电压采样点获取输出电压vo，在所述电流采样点获取输出电流io。
9.进一步地，在所述buck变换电路中，所述第二控制回路的芯片采用ncp1034芯片；所述辅助电源连接至所述第二控制回路。
10.进一步地，所述辅助电源包括变压器t1，所述变压器t1设有输入线圈w1和输出线圈 w2；所述输入线圈w1的两端连接至所述市电vin；所述输出线圈w2的一端连接至二极管d4 的正极，所述二极管d4的负极和所述输出线圈w2的另一端之间连接电容c4，所述输出线圈 w2的另一端接地，所述二极管d4与由电容c3和电阻r6串联构成的支路并联连接，所述二极管d4的负极输出第一辅助电压。
11.进一步地，在所述辅助电源中，所述变压器t1还设有输出线圈w3；所述输出线圈w3 的一端与所述输出线圈w2串联；所述输出线圈w3的另一端连接至二极管d5的正极，所述二极管d5的负极连接电容c6的一侧，所述电容c6的另一侧接地，所述二极管d5与由电容 c5和电阻r7串联构成的支路并联连接，所述二极管d5的负极输出第二辅助电压。
12.进一步地，所述输入线圈w1的一端通过一晶体管q3连接至所述市电vin。
13.进一步地，所述第一辅助电压为15v；所述第二辅助电压为5v。
14.进一步地，在所述保护电路中，所述逻辑运算电路包括比较器u1c和比较器u1d；所述比较器u1c的正相输入端连接至所述输出电压vo通过电阻r8和电阻r9间的分压点，所述比较器u1c的输出端通过电阻r15连接至或门or1的一输入端，所述比较器u1d的正相输入端连接至所述输出电流io通过电阻r10和电阻r11之间的分压点，所述比较器u1d的输出端通
过电阻r16连接至所述或门or1的一输入端，所述或门or1的输出端通过电阻r17连接至所述开关管q4的栅极；所述开关管q4的第一电极与蜂鸣器(buzzer)并联连接并接入第二辅助电压；市电vin接入由所述常闭继电器ry1和二极管d6并联连接构成的支路并与所述开关管q4的第二电极连接；所述比较器u1c和所述比较器u1d的反相输入端分别连接到串联连接的电阻r12、电阻r13、电阻r14上的分压点va和分压点vb，所述分压点va位于电阻r12和电阻r13之间，所述分压点vb位于电阻r13和电阻r14之间。
15.本实用新型提供一种恒流驱动型led背光板，具有以下有益效果：1)该电路设计方案采用ir1150芯片实现单周期pfc控制方式，具有动态响应快、鲁棒性高的特点。在达到功率校正目的的同时，大大简化了apfc电路的设计过程。2)该电路设计方案后级采用buck 降压恒流输出，防止网络波动，稳定驱动led背光板。3)该电路设计方案具有输出过流保护和输出过压保护，具有较高的安全性。
附图说明
16.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，呈现本技术的技术方案及其它有益效果。
17.图1为本技术实施例提供的恒流驱动型led背光板的电路结构示意图。
18.图2为本技术实施例提供的boost pfc功率因数矫正电路的电路结构示意图。
19.图3为本技术实施例提供的buck变换电路的电路结构示意图。
20.图4为本技术实施例提供的辅助电源电路的电路结构示意图。
21.图5为本技术实施例提供的保护电路的电路结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
25.如图1至图5所示，本实用新型其中一实施例中提供一种恒流驱动型led背光板，该电路先通过单周期控制实现boost pfc功率因数校正的功能，然后再通过buck变换电路提
供恒定电流稳定驱动led背光板，另外该电路也具有保护功能，防止电路异常输出。
26.如图1至图5所示，为了实现上述规划的功能，本电路拓扑在传统boost变换器的基础上，加入了一些必要的硬件电路。具体硬件架构包含如下部分：
27.1)单周期控制boost pfc电路：该电路作为前级，主要将220v的交流输入整流为直流输出，并采样ir1150芯片作为控制芯片实现单周期pfc控制，来改善电路功率因数。
28.2)buck恒流输出电路：该电路作为后级，主要将前级的直流输出作为输入进行降压恒流输出，并采样ncp1034芯片作为控制芯片实现降压恒流输出，稳定驱动led背光板。
29.3)辅助电源电路：辅助绕组w2和w3通过与变压器一次侧w1的耦合产生两路辅助电源电压。主要为控制电路中的电源芯片ir1150、ncp1034、运放lm358以及其他电路提供所需的15v和5v供电电压，以便于电路稳定的运行。
30.4)保护电路：通过采样输出电压vo、输出电流io来判断是否触发了电路过压保护或输出过流保护，逻辑运算电路可输出对应的控制信号，最终通过控制mos管q4的开通与关断来实现对电路的保护和报警作用。
31.具体的，如图1至图5所示，本实施例中提供的恒流驱动型led背光板，包括boost pfc 功率因数矫正电路、辅助电源、buck变换电路以及保护电路；所述boost pfc功率因数矫正电路的输入端连接市电vin，所述保护电路的输出端连接led背光板；其中所述boost pfc 功率因数矫正电路包括整流桥、后端lc电路和第一控制回路，市电vin经所述整流桥进行整流从而得到直流电，该直流电经过所述后端lc电路滤波后得到稳定的电源电压vbus，该电源电压vbus从所述boost pfc功率因数矫正电路的输出端输出；所述辅助电源连接至所述boost pfc功率因数矫正电路及所述buck变换电路；所述buck变换电路包括buck变换器及第二控制回路，所述buck变换器将所述电源电压vbus作为输入电压，该电源电压vbus 经过buck变换器及第二控制回路调节后得到输出电压vo；所述保护电路输入所述buck变换电路的输出电压vo和输出电流io，所述保护电路包括逻辑运算电路、连接至所述逻辑运算电路输出端的mos管q4、以及连接至所述mos管q4上的常闭继电器ry1，所述逻辑运算电路输入所述输出电压vo和所述输出电流io，并输出控制所述mos管q4的开通与关断的信号，所述mos管q4控制所述常闭继电器ry1的开通与关断，所述常闭继电器ry1控制所述buck 变换电路的输出电压的开通与关断。
32.如图2所示，进一步地，在所述boost pfc功率因数矫正电路中，所述后端lc电路包括电感l1和电容c1；所述整流桥为桥式整流电路，设有整流正极输出端、整流负极输出端、第一交流输入端和第二交流输入端；所述市电的一端连接至所述第一交流输入端，所述市电的另一端连接至所述第二交流输入端；在所述整流正极输出端和所述整流负极输出端之间依次串联所述电感l1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3，且所述电容c1与所述电阻r2 和电阻r3串联构成的支路并联连接，在所述电阻r2和所述电阻r3之间输出电压采样至所述第一控制回路，在所述电阻r3和所述电阻r1之间输出电流采样至所述第一控制回路；所述整流正极输出端还连接至所述电感l1；在所述电感l1和所述二极管d2的连接节点和所述整流负极输出端之间还设有开关管q1，所述第一控制回路的输出端连接至所述开关管q1的栅极。
33.如图2所示，进一步地，所述第一控制回路所采用的电源芯片为ir1150；所述辅助电源连接至所述第一控制回路。
34.如图3所示，进一步地，在所述buck变换电路中，所述buck变换器设有vbus+输入端、 vbus-输入端、电流采样点、电压采样点；在所述vbus+输入端和所述电流采样点之间串联设置晶体管q2和电感l2，所述晶体管q2的栅极连接至所述控制回路的输出端，在所述晶体管 q2和所述电感l2之间连接二极管d3的负极，二极管d3的正极连接至所述vbus-输入端，在所述电感l2远离所述晶体管q2的一端为所述电压采样点，在所述电流采样点和所述vbus
‑ꢀ
输入端之间连接电容c2，在所述电流采样点和所述电压采样点之间还设有电阻r5；在所述 vbus-输入端和所述电流采样点之间还设有电阻r4，所述电阻r4位于所述电容c2和所述二极管d3之间；在所述电压采样点获取输出电压vo，在所述电流采样点获取输出电流io。
35.如图3所示，进一步地，在所述buck变换电路中，所述第二控制回路的芯片采用ncp1034 芯片；所述辅助电源连接至所述第二控制回路。
36.如图4所示，进一步地，所述辅助电源包括变压器t1，所述变压器t1设有输入线圈 w1和输出线圈w2；所述输入线圈w1的两端连接至所述市电vin；所述输出线圈w2的一端连接至二极管d4的正极，所述二极管d4的负极和所述输出线圈w2的另一端之间连接电容c4，所述输出线圈w2的另一端接地，所述二极管d4与由电容c3和电阻r6串联构成的支路并联连接，所述二极管d4的负极输出第一辅助电压。
37.如图4所示，进一步地，在所述辅助电源中，所述变压器t1还设有输出线圈w3；所述输出线圈w3的一端与所述输出线圈w2串联；所述输出线圈w3的另一端连接至二极管d5的正极，所述二极管d5的负极连接电容c6的一侧，所述电容c6的另一侧接地，所述二极管d5与由电容c5和电阻r7串联构成的支路并联连接，所述二极管d5的负极输出第二辅助电压。
38.如图4所示，进一步地，所述输入线圈w1的一端通过一晶体管q3连接至所述市电vin。
39.进一步地，所述第一辅助电压为15v；所述第二辅助电压为5v。
40.如图5所示，进一步地，在所述保护电路中，所述逻辑运算电路包括比较器u1c和比较器u1d；所述比较器u1c的正相输入端连接至所述输出电压vo通过电阻r8和电阻r9间的分压点，所述比较器u1c的输出端通过电阻r15连接至或门or1的一输入端，所述比较器u1d 的正相输入端连接至所述输出电流io通过电阻r10和电阻r11之间的分压点，所述比较器 u1d的输出端通过电阻r16连接至所述或门or1的一输入端，所述或门or1的输出端通过电阻r17连接至所述开关管q4的栅极；所述开关管q4的第一电极与蜂鸣器(buzzer)并联连接并接入第二辅助电压；市电vin接入由所述常闭继电器ry1和二极管d6并联连接构成的支路并与所述开关管q4的第二电极连接；所述比较器u1c和所述比较器u1d的反相输入端分别连接到串联连接的电阻r12、电阻r13、电阻r14上的分压点va和分压点vb，所述分压点va位于电阻r12和电阻r13之间，所述分压点vb位于电阻r13和电阻r14之间。
41.如图1所示，在所述buck变换电路前端连接所述boost pfc功率因数矫正电路，在vbus+ 输入端和所述boost pfc功率因数矫正电路之间还设有熔断器fuse，在vbus-输入端还接地。
42.本实用新型提供一种恒流驱动型led背光板，具有以下有益效果：1)该电路设计方案采用ir1150芯片实现单周期pfc控制方式，具有动态响应快、鲁棒性高的特点。在达到功率校正目的的同时，大大简化了apfc电路的设计过程。2)该电路设计方案后级采用buck 降
压恒流输出，防止网络波动，稳定驱动led背光板。3)该电路设计方案具有输出过流保护和输出过压保护，具有较高的安全性。
43.根据以上所给出的硬件架构图，电路大致工作过程如下：220v的交流输入经boost pfc 变换电路后产生直流电压vbus，同时采样ir1150控制芯片实行单周期pfc控制改善电路的功率因数。vbus在经过buck变换器降压恒流输出，buck变换器的输出经过保护电路后稳定驱动led背光板。保护电路的继电器两端分别连接到输出端vo+和输入正向端vin+，当输出过流或过压时将通过保护电路断开常闭继电器nc relay以达到保护电路的目的，同时电路中的有源蜂鸣器发出响声报警。
44.boost pfc功率因数矫正电路(boost pfc ac-dc电路)工作原理如下：220v交流输入经整流桥后变为直流，输入boost pfc校正电路。控制芯片ir1150采样输出侧电压和电流，通过合适变量的控制，使电网提供给电路的输入电流与电网输入的电压同相位且波形相同，以此来达到功率因数校正的目的。
45.保护电路工作原理如下：5v电压经电阻r12、r13、r14分压后产生基准电压va和vb，并分别连接到u1c和u1d的反向输入端；输出电压vo和输出电流io经电阻分压后分别连接到u1c和u1d的正向输入端。电路上电瞬间：当输出电压vo和输出电流io其中之一过冲时，或门or1输出高电平，q4导通，常闭继电器ry1动作，输出端与led背光板之间电路被断开；当电路输出稳定后：或门or1输出低电平，q4关断，常闭继电器ry1复位，电路继续为led 背光板供电。
46.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
47.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。