本發(fā)明涉及一種單級led驅(qū)動電路，尤其涉及高效率、高功率因數(shù)、軟開關的一種集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路。

背景技術：

隨著半導體技術的快速發(fā)展，第四代電光源led得到了大面積的推廣與使用。與傳統(tǒng)的電光源相比，led具有很多不可比擬的優(yōu)勢，如壽命長、效率高、功耗低、亮度高、體積小等優(yōu)點，因此在照明領域的應用顯得尤為突出。led照明系統(tǒng)包含led驅(qū)動電源與led燈具兩部分，其核心是led驅(qū)動電源。高效節(jié)能的大功率led驅(qū)動電源成為業(yè)界的一個重要研究方向。

高頻化、小型化是目前開關電源設計的一個重要指標。如果驅(qū)動電源工作在硬開關模式，其開關頻率的提高會產(chǎn)生很大的開關損耗，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。因此旨在減小開關損耗的軟開關技術也成為電力電子研究領域里重要的一個研究熱點。

諧振變換器，包括串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)諧振變換器等都是常見的軟開關變換器。諧振變換器經(jīng)過合理設計就能夠在較寬負載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關管的零電壓開通，副邊整流二極管的零電流關斷，從而減小開關管損耗，提高效率。而ac-dc變換采用buck-boost拓撲，電路工作在斷續(xù)模式下，自動實現(xiàn)pfc功能，是一個單開關低階可升可降變換器電路，實現(xiàn)中間直流母線電壓可升可降，降低后級llc開關管和電容的應力，上述為本發(fā)明的背景。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路，使電路達到高效率、高功率因數(shù)，并且提高可靠性，降低成本。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路，包括交流輸入電源uin、第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3、第四功率二極管d4、第五功率二極管d5、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8、第九功率二極管d9、第一功率開關管s1、第二功率開關管s2、直流母線電容c1、輸出電容co、諧振電容cr、儲能電感l(wèi)、諧振電感l(wèi)r、勵磁電感l(wèi)m、變壓器t、led負載；

所述第一功率二極管d1的陽極以及第三功率二極管d3的陰極與交流輸入電源uin的一端連接，第二功率二極管d2的陽極以及第四功率二極管d4的陰極與交流輸入電源uin的另一端連接；第一功率二極管d1的陰極、第二功率二極管d2的陰極以及第五功率二極管d5的陰極與儲能電感l(wèi)的一端連接，儲能電感l(wèi)的另一端與第一功率開關管s1的漏極、直流母線電容c1的正端以及第七功率二極管d7的陰極連接；第三功率二極管d3的陽極、第四功率二極管d4的陽極以及第六功率二極管d6的陽極與第一功率開關管s1的源極連接，第一功率開關管s1的柵極接收第一pfm控制信號以控制開關管進行通斷；第六功率二極管d6的陰極以及第七功率二極管d7的陽極與第二功率開關管s2的漏極連接，直流母線電容c1的負端以及第五功率二極管d5的陽極與第二功率開關管s2的源極連接，第二功率開關管s2的柵極接收第二pfm控制信號以控制開關管進行通斷；第二功率開關管s2的漏極通過諧振電容cr與諧振電感l(wèi)r的一端連接，勵磁電感l(wèi)m的一端以及變壓器t的原邊繞組np的同名端與諧振電感l(wèi)r的另一端連接，勵磁電感l(wèi)m的另一端以及變壓器t的原邊繞組np的非同名端與第二功率開關管s2的源極連接；變壓器t的副邊繞組ns1的同名端與第八功率二極管d8的陽極連接，變壓器t的副邊繞組ns2的非同名端與第九功率二極管d9的陽極連接，第八功率二極管d8的陰極、第九功率二極管d9的陰極以及輸出電容co的正端與led負載的正極連接，變壓器t的副邊繞組ns1的非同名端、變壓器t的副邊繞組ns2的同名端以及輸出電容co的負端與led負載的負極連接。

進一步地，所述交流輸入電源uin、第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3、第四功率二極管d4、第五功率二極管d5、直流母線電容c1、第一功率開關管s1構成ac-dcbuck-boost電路；直流母線電容c1、第一功率開關管s1、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8、第九功率二極管d9、第二功率開關管s2、直流母線電容c1、輸出電容co、諧振電容cr、儲能電感l(wèi)、諧振電感l(wèi)r、勵磁電感l(wèi)m、變壓器t構成dc-dcllc恒流電路，其中，第一功率開關管s1為buck-boost電路和llc恒流電路的復用功率開關管，buck-boost電路工作于斷續(xù)模式下，llc恒流電路工作于區(qū)域，

（1）

（2）

其中，為llc恒流電路的諧振頻率，為諧振電感l(wèi)r的電感值，為勵磁電感l(wèi)m的電感值，為諧振電容cr的電容值。

進一步地，所述第一功率開關管s1、第二功率開關管s2是mosfet開關管。

進一步地，所述第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3和第四功率二極管d4是工頻整流二極管，所述第五功率二極管d5、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8和第九功率二極管d9是快恢復二極管。

進一步地，所述變壓器t是高頻變壓器,其原邊繞組np與副邊繞組ns1、副邊繞組ns2的同名端是同向的。

進一步地，所述直流母線電容c1和輸出電容co是電解電容，所述諧振電容cr是高頻電容。

進一步地，所述勵磁電感l(wèi)m是變壓器t的等效勵磁電感,所述諧振電感l(wèi)r是變壓器t的漏感或外加電感。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路只用一套控制電路，減少半導體功率器件，提高可靠性，降低成本；

2、本發(fā)明集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路，中間直流母線電壓可升可降。

附圖說明

圖1是本發(fā)明單級led驅(qū)動電路原理圖；

圖2是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路正半周期7個模態(tài)對應的關鍵波形；

圖3是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)1；

圖4是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)2；

圖5是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)3；

圖6是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)4；

圖7是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)5；

圖8是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)6；

圖9是本發(fā)明實施例中單級led驅(qū)動電路工作模態(tài)7。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本實施例提供了一種集成buck-boost和llc電路的單級led驅(qū)動電路，包括交流輸入電源uin、第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3、第四功率二極管d4、第五功率二極管d5、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8、第九功率二極管d9、第一功率開關管s1、第二功率開關管s2、直流母線電容c1、輸出電容co、諧振電容cr、儲能電感l(wèi)、諧振電感l(wèi)r、勵磁電感l(wèi)m、變壓器t、led負載；

在本實施例中，所述第一功率二極管d1的陽極以及第三功率二極管d3的陰極與交流輸入電源uin的一端連接，第二功率二極管d2的陽極以及第四功率二極管d4的陰極與交流輸入電源uin的另一端連接；第一功率二極管d1的陰極、第二功率二極管d2的陰極以及第五功率二極管d5的陰極與儲能電感l(wèi)的一端連接，儲能電感l(wèi)的另一端與第一功率開關管s1的漏極、直流母線電容c1的正端以及第七功率二極管d7的陰極連接；第三功率二極管d3的陽極、第四功率二極管d4的陽極以及第六功率二極管d6的陽極與第一功率開關管s1的源極連接，第一功率開關管s1的柵極接收pfm控制信號以控制開關管進行通斷；第六功率二極管d6的陰極以及第七功率二極管d7的陽極與第二功率開關管s2的漏極連接，直流母線電容c1的負端以及第五功率二極管d5的陽極與第二功率開關管s2的源極連接，第二功率開關管s2的柵極接收pfm控制信號以控制開關管進行通斷；第二功率開關管s2的漏極通過諧振電容cr與諧振電感l(wèi)r的一端連接，勵磁電感l(wèi)m的一端以及變壓器t的原邊繞組np的同名端與諧振電感l(wèi)r的另一端連接，勵磁電感l(wèi)m的另一端以及變壓器t的原邊繞組np的非同名端與第二功率開關管s2的源極連接；變壓器t的副邊繞組ns1的同名端與第八功率二極管d8的陽極連接，變壓器t的副邊繞組ns2的非同名端與第九功率二極管d9的陽極連接，第八功率二極管d8的陰極、第九功率二極管d9的陰極以及輸出電容co的正端與led負載的正極連接，變壓器t的副邊繞組ns1的非同名端、變壓器t的副邊繞組ns2的同名端以及輸出電容co的負端與led負載的負極連接。

在本實施例中，所述交流輸入電源uin、第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3、第四功率二極管d4、第五功率二極管d5、直流母線電容c1、第一功率開關管s1構成ac-dcbuck-boost電路；直流母線電容c1、第一功率開關管s1、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8、第九功率二極管d9、第二功率開關管s2、直流母線電容c1、輸出電容co、諧振電容cr、儲能電感l(wèi)、諧振電感l(wèi)r、勵磁電感l(wèi)m、變壓器t構成dc-dcllc恒流電路，其中，第一功率開關管s1為buck-boost電路和llc恒流電路的復用功率開關管，buck-boost電路工作于斷續(xù)模式下，llc恒流電路工作于區(qū)域，

（1）

（2）

其中，為llc恒流電路的諧振頻率，為諧振電感l(wèi)r的電感值，為勵磁電感l(wèi)m的電感值，為諧振電容cr的電容值。

在本實施例中，所述第一功率開關管s1、第二功率開關管s2是mosfet開關管。

在本實施例中，所述第一功率二極管d1、第二功率二極管d2、第三功率二極管d3和第四功率二極管d4是工頻整流二極管，所述第五功率二極管d5、第六功率二極管d6、第七功率二極管d7、第八功率二極管d8和第九功率二極管d9是快恢復二極管。

在本實施例中，所述變壓器t是高頻變壓器,其原邊繞組np與副邊繞組ns1、副邊繞組ns2的同名端是同向的。

在本實施例中，所述直流母線電容c1和輸出電容co是電解電容，所述諧振電容cr是高頻電容。

在本實施例中，所述勵磁電感l(wèi)m是變壓器t的等效勵磁電感,所述諧振電感l(wèi)r是變壓器t的漏感或外加電感。

在本實施例中，buck-boost電路工作在斷續(xù)模式，llc恒流電路工作在fr1<fs<fr區(qū)域。在交流電源工頻正負周期內(nèi)，電路的工作狀態(tài)是對稱的，這里以正半周期為例說明，負半周期不一一贅述，圖2為對應的關鍵波形，圖3至圖9為正半周期7個模態(tài)等效圖。

模態(tài)1[t0<t<t1]:在t0之前，電感l(wèi)的電流il已經(jīng)下降為0。t0時刻，mosfets1零電流開通，交流電源uin通過mosfets1給電感l(wèi)充電，電感l(wèi)的電流值il以斜率uin／l線.性增大。同時，直流母線電容c1通過mosfets1給dc-dc后級的llc電路提供能量。此階段，諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr參與諧振，其諧振頻率為，由于諧振電流ilr大于勵磁電流ilm，副邊二極管d8導通，對led燈負載供電。變壓器原邊繞組兩端電壓被箝位在nvo，其中n為變壓器t的變比，vo為輸出電容co兩端的輸出電壓，勵磁電流ilm以斜率nvo／lm線性上升。

模態(tài)2[t1<t<t2]:在t1時刻，諧振電流與勵磁電流相等，此時副邊二極管d8零電流關斷。變壓器原邊繞組不再被輸出電壓箝位，勵磁電感l(wèi)m、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr組成一個串聯(lián)諧振回路，此階段，諧振頻率為，由于勵磁電感很大，所以諧振周期很大，諧振電流在此階段與勵磁電流保持一致，近似為恒定值。mosfets1仍然導通，電感l(wèi)的電流值il繼續(xù)線性增大。。

模態(tài)3[t2<t<t3]:在t2時刻，mosfets1關斷，進入死區(qū)時間。電感l(wèi)開始放電，其電流il通過第一功率二極管d1和第四功率二極管d4對開關管s1的結電容充電。與模態(tài)2一樣，勵磁電感l(wèi)m、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr組成一個串聯(lián)諧振回路，以諧振頻率諧振，諧振電流對mosfets2的結電容放電，直到mosfets2的結電容兩端電壓下降到0。此階段，諧振電流還是等于勵磁電流，副邊二極管繼續(xù)關斷。

模態(tài)4[t3<t<t4]:在t3時刻，諧振電流全部流過mosfets2的體二極管，為mosfets2的零電壓開通做準備。電感電流il通過二極管d5以斜率vc1／l對直流母線電容c1充電，電感電流il線性減小，其中vc1為直流母線電容c1兩端的電壓。在此階段，諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr以諧振頻率諧振，諧振電流大于勵磁電流，副邊二極管d9導通。變壓器原邊繞組兩端電壓被箝位在-nvo，勵磁電流以斜率nvo／lm線性上升。

模態(tài)5[t4<t<t5]:此階段，mosfets2零電壓導通。在t4時刻，buck-boost電路中電感l(wèi)的電流il下降為零。變壓器被輸出電壓箝位，lm在此過程中恒壓充電，只有諧振電感l(wèi)r和諧振電容cr參與諧振。諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr以諧振頻率諧振，lr中的電流，依然小于lm中的電流，二者差值流過變壓器原邊，副邊整流二極管d9導通仍然導通。

模態(tài)6[t5<t<t6]:在t5時刻，lr中的電流與lm中的電流相等，沒有電流流過變壓器原邊，副邊整流二極管d9零電流關斷。輸出被變壓器隔離，輸出電壓不再對變壓器箝位，lm成為自由的諧振電感，參與到諧振中，勵磁電感l(wèi)m、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr組成一個串聯(lián)諧振回路，由于勵磁電感很大，所以諧振周期很大，諧振電流在此階段與勵磁電流保持一致，近似為恒定值。

模態(tài)7[t6<t<t7]:在t6時刻，mosfets2關斷。進入死區(qū)時間，與模態(tài)6一樣，勵磁電感l(wèi)m、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr以諧振頻率諧振，此階段，諧振電流還是等于勵磁電流，副邊整流二極管關斷。諧振電流給mosfets2的結電容充電，同時為開關管s1開通準備。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。