[发明专利]基于GaN器件的单级隔离型LED驱动电源

说明书

本发明提供一种基于GaN器件的单级隔离型LED驱动电源，包括图腾柱PFC电路、半桥LLC谐振电路、隔离变压器T、全波整流器；所述图腾柱PFC电路的输入接交流电源，输出接半桥LLC谐振电路的输入；半桥LLC谐振电路接在隔离变压器T的原边侧，全波整流器接在隔离变压器T的副边侧；图腾柱PFC电路受控于工频方波信号和高频PWM信号，其中工频方波信号用于控制图腾柱PFC电路中的MOSFET管交替导通，高频PWM信号用于控制PFC电路中的GaN HEMT器件交替导通。本发明中GaN HEMT器件桥臂为图腾柱PFC电路和半桥LLC谐振电路共享桥臂。本发明具有开关损耗小，效率高，电源的功率密度高，体积小的优点。

技术领域

本发明属于LED灯的驱动电源技术领域，尤其是一种基于GaN器件的LED灯电源。

背景技术

近年来，LED灯因其低损耗、长寿命、绿色节能的优点而得到了广泛的推广和应用。作为LED灯具“心脏”的驱动电源成为目前LED照明推广和发展的重要组成部分。随着科技日新月异的发展，LED驱动电源虽然也得到了快速的发展，但现阶段主要有三段式恒流式和三段式稳压式电源，其体积较大，效率低，采用常规技术很难更好提升其效果。

随着现代技术的飞跃发展，新型GaN器件性能不断提高，较常规硅基MOSFET，其开关频率越来越高，因此，超小体积、超低功耗，高可靠性等成为LED灯电源发展的一个趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于GaN器件的单级隔离型LED驱动电源，开关损耗小，效率高，电源的功率密度高，体积小。

本发明采用的技术方案是：

一种基于GaN器件的单级隔离型LED驱动电源，包括图腾柱PFC电路、半桥LLC谐振电路、隔离变压器T、全波整流器；

所述图腾柱PFC电路的输入接交流电源，输出接半桥LLC谐振电路的输入；半桥LLC谐振电路接在隔离变压器T的原边侧，全波整流器接在隔离变压器T的副边侧；图腾柱PFC电路受控于工频方波信号和高频PWM信号，其中工频方波信号用于控制图腾柱PFC电路中的MOSFET管交替导通，高频PWM信号用于控制PFC电路中的GaN HEMT器件交替导通。

具体地，图腾柱PFC电路包括输入滤波电感Lb、两只工频运行的MOSFET管M1、M2、两只高频运行的GaN HEMT器件H1、H2；其中M1和M2组成PFC电路的左桥臂，M1的D端连接高压侧直流正母线P，M1的S端连接M2的D端，组成中性点O1，中性点O1连接电感Lb的一端，电感Lb的另外一端连接交流电源的一端，M2的S端连接高压侧直流负母线N；其中H1和H2组成PFC电路的右桥臂，H1的D端连接高压侧正母线P，H1的S端连接H2的D端，组成中性点O2，中性点O2同时连接交流电源的另一端，H2的S端连接高压侧直流负母线N；此外高压侧直流正负母线PN间还连接电容C；其中GaN HEMT器件桥臂为图腾柱PFC电路和半桥LLC谐振电路共享桥臂。

进一步地，M1和M2的G端分别受控于一个工频方波信号，其中电网电压正半周时，控制M1的工频方波信号为高电平，控制M2的工频方波信号为低电平，电网电压负半周时，控制M1的工频方波信号为低电平，控制M2的工频方波信号为高电平。

具体地，半桥LLC谐振电路包括谐振电感Lr、谐振电容器Cr和隔离变压器励磁电感Lm；其中谐振电容器Cr一端连接中性点O2，谐振电容器Cr另一端连接谐振电感Lr一端，谐振电感Lr另一端连接隔离变压器T原边侧的同名端，隔离变压器T原边侧的非同名端连接至高压侧直流负母线N；此外，隔离变压器T原边侧的同名端和非同名端并联隔离变压器T自身的励磁电感Lm；

隔离变压器T包含原边侧线圈L2、励磁电感Lm，以及副边侧2个线圈L3、L4，线圈L3和L4依次串联组成具有中心抽头O的二次侧；线圈L2匝数为n1，线圈L3、L4匝数均为n2。