Buck變換電路、本安開關(guān)電源及燈具的制作方法
【專利摘要】一種BUCK變換電路、本安開關(guān)電源以及燈具，其包括：BUCK變換模塊，其用于對(duì)輸入電源進(jìn)行變換，BUCK變換模塊的輸入端連接電源的正極，BUCK變換模塊的第二輸出端連接電源的負(fù)極，BUCK變換模塊的第一輸出端，BUCK變換模塊的第一輸出端輸出第一級(jí)電壓；以及LC模塊，其用于對(duì)第一級(jí)電壓進(jìn)行濾波，LC模塊的輸入連接BUCK變換模塊的第一輸出端，LC模塊的第一輸出端連接負(fù)載，LC模塊的第二輸出端連接BUCK變換模塊的第二輸出端，LC模塊的第一輸出端輸出第二級(jí)電壓。本發(fā)明既滿足電氣性能指標(biāo)，又能滿足本質(zhì)安全性能指標(biāo)，還能有效提高輸出功率。
【專利說(shuō)明】BUCK變換電路、本安開關(guān)電源及燈具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，尤其涉及BUCK變換電路、本安開關(guān)電源及燈具。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦井照明智能化的不斷推進(jìn)及照明安全級(jí)別的不斷提高，本質(zhì)安全型電氣電設(shè)備正被越來(lái)越多的礦區(qū)使用，電源控制芯片的電壓越來(lái)越低，低壓本安電源的需求越來(lái)越大。而現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)開關(guān)電源使用傳統(tǒng)的BUCK型降壓變換器。
[0003]請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)的BUCK變換器電路主要由開關(guān)管S '，續(xù)流二極管D'，儲(chǔ)能電感L'以及第一濾波電容C'組成，下面在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)分析其工作原理:當(dāng)開關(guān)管S ,導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管D'因承受反向電壓而截止，流過電感L '上的電流iL逐漸增大，負(fù)載RL上的電流為1，RL兩端的輸出電壓為Vo。當(dāng)iL>1時(shí)，第一濾波電容充電。當(dāng)開關(guān)管S'斷開時(shí)，續(xù)流二極管D'因承受正向電壓而導(dǎo)通，iL逐漸減小，在iL〈1時(shí)，電容C ’處于放電狀態(tài)，維持輸出電流1和輸出電壓No不變。
[0004]隨著對(duì)大功率低電壓本安電源的需求增大，基本本安Buck變換器就需要進(jìn)一步提高輸出功率。但是要想提高輸出功率，增大輸出電流，可以使變換器輸出端電感以及電容的容量增加，但是這樣很容易引燃爆炸型環(huán)境的易爆物質(zhì)，降低本質(zhì)安全性能；再者可以通過提高開關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，一方面能夠減小為滿足輸出紋波電壓要求所需的電感和電容取值，因此也有利于本質(zhì)安全，但另一方面提高開關(guān)頻率卻降低了變換器的效率，導(dǎo)致電感中電流增大而不利于本質(zhì)安全。此外提高開關(guān)頻率還會(huì)導(dǎo)致電容器的實(shí)際工作有效容量顯著下降而影響濾波效果，這樣就無(wú)法滿足電氣性能方面的要求，并且過高的開關(guān)頻率不僅不易實(shí)現(xiàn)，而且電路抗干擾能力下降，對(duì)周圍環(huán)境的干擾也增強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提出一種BUCK變換電路、本安開關(guān)電源及燈具，能夠解決無(wú)法同時(shí)兼顧電路的電氣性能指標(biāo)以及本質(zhì)安全性指標(biāo)的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種BUCK變換電路，其包括:BUCK變換模塊，其用于對(duì)輸入電源進(jìn)行變換，其包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，BUCK變換模塊的輸入端連接電源的正極，BUCK變換模塊的第二輸出端連接電源的負(fù)極，BUCK變換模塊的第一輸出端輸出第一級(jí)電壓；以及LC模塊,其用于對(duì)第一級(jí)電壓進(jìn)行濾波,其包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，LC模塊的輸入端連接BUCK變換模塊的第一輸出端，LC模塊的第一輸出端連接負(fù)載，LC模塊的第二輸出端連接BUCK變換模塊的第二輸出端，LC模塊的第一輸出端輸出第二級(jí)電壓。
[0007]優(yōu)選地，BUCK變換模塊包括控制器、受控于控制器的開關(guān)管、續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電感以及第一輸出濾波電容；開關(guān)管包括輸入端、控制端以及輸出端，開關(guān)管的輸入端連接BUCK變換模塊的輸入端，開關(guān)管的控制端連接控制器，開關(guān)管的輸出端連接續(xù)流二極管的陰極，續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接BUCK變換模塊的第二輸出端，儲(chǔ)能電感的一端連接續(xù)流二極管的陰極，儲(chǔ)能電感的另一端連接BUCK變換模塊的第一輸出端，第一輸出濾波電容連接在BUCK變換模塊的第一輸出端以及第二輸出端之間。
[0008]優(yōu)選地，控制器為PWM控制器。
[0009]優(yōu)選地，開關(guān)管為MOS管，MOS管的柵極為開關(guān)管的控制端，MOS管的源極為開關(guān)管的輸入端，MOS管的漏極為開關(guān)管的輸出端。
[0010]優(yōu)選地，LC模塊包括輸出濾波電感以及第二輸出濾波電容，輸出濾波電感的一端連接LC模塊的輸入端，其另一端連接LC模塊的第一輸出端，第二輸出濾波電容連接在LC模塊的第一輸出端以及第二輸出端之間。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出一種本安開關(guān)電源，其包括如上所述的BUCK變換電路。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出一種燈具，其包括如上所述的本安開關(guān)電源。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的BUCK變換電路、本安開關(guān)電源以及燈具，通過LC模塊能夠在小電感、小電容的情況下工作，既滿足電氣性能指標(biāo)，又能滿足本質(zhì)安全性能指標(biāo)，還能有效提高輸出功率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的BUCK變換電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的BUCK變換電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0016]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:BUCK變換模塊I開關(guān)管S續(xù)流二極管D儲(chǔ)能電感L第一輸出濾波電容Cl LC模塊2輸出濾波電感LI第二輸出濾波電容C2。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的原理和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]BUCK奪換電路實(shí)施例
本發(fā)明提出一種BUCK變換電路，其包括:BUCK變換模塊I以及LC模塊2。BUCK變換模塊I用于對(duì)輸入電源進(jìn)行變換輸出第一級(jí)電壓，LC模塊2用于對(duì)第一級(jí)電壓進(jìn)行濾波輸出端第二級(jí)電壓。
[0019]BUCK變換模塊I包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端。BUCK變換模塊I的輸入端連接電源的正極，BUCK變換模塊I的第二輸出端連接電源，BUCK變換模塊I的第一輸出端輸出第一級(jí)電壓。LC模塊2包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端。LC模塊2的輸入端連接BUCK變換模塊I的第一輸出端，LC模塊2的第二輸出端連接BUCK變換模塊I的第二輸出端，LC模塊2的第一輸出端連接負(fù)載，LC模塊2的第一輸出端輸出第二級(jí)電壓。
[0020]BUCK變換模塊I包括:控制器、受控于控制器的開關(guān)管S、續(xù)流二極管D、儲(chǔ)能電感L以及第一輸出濾波電容Cl。開關(guān)管S包括輸入端、控制端以及輸出端，開關(guān)管S的輸入端連接BUCK變換模塊I的輸入端，開關(guān)管S的控制端連接控制器(未圖示)，開關(guān)管S的輸出端連接續(xù)流二極管D的陰極。續(xù)流二極管D的陽(yáng)極連接BUCK變換模塊I的第二輸出端。儲(chǔ)能電感L的一端連接續(xù)流二極管D的陰極，儲(chǔ)能電感L的另一端連接BUCK變換模塊I的第一輸出端。第一輸出濾波電容Cl連接在BUCK變換模塊I的第一輸出端以及第二輸出端之間。
[0021]LC模塊2包括輸出濾波電感LI以及第二輸出濾波電容C2。輸出濾波電感LI的一端連接LC模塊2的輸入端，其另一端連接LC模塊2的第一輸出端，第二輸出濾波電容C2連接在LC模塊2的第一輸出端以及第二輸出端之間。
[0022]本實(shí)施例中，控制器為PWM控制器。該P(yáng)WM控制器是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的。
[0023]本實(shí)施例中，開關(guān)管S為MOS管，MOS管的柵極為開關(guān)管S的控制端，MOS管的源極為開關(guān)管S的輸入端，MOS管的漏極為開關(guān)管S的輸出端。在其它實(shí)施例中，開關(guān)管S為三極管。
[0024]下面以一個(gè)開關(guān)周期為例分析本發(fā)明的Buck變換器的工作原理。
[0025]當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管D因承受反向電壓而截止，流過儲(chǔ)能電感L的電流iLl逐漸增加，儲(chǔ)能電感L將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)iLl>1時(shí)，第一輸出濾波電容Cl進(jìn)入充電狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管S斷開時(shí)，由于第一輸出濾波電容Cl電流不能突變，所以在儲(chǔ)能電感L兩端便感應(yīng)出一個(gè)左負(fù)右正的自感電動(dòng)勢(shì)，使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L便把原先儲(chǔ)存起來(lái)的磁能轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載。此時(shí)，儲(chǔ)能電感L電流iLl逐漸減小，當(dāng)iLl〈1時(shí)，第二輸出濾波電容C2進(jìn)入放電狀態(tài)。BUCK變換器在整個(gè)動(dòng)態(tài)工作范圍內(nèi)，由輸出濾波電感L2和第二輸出濾波電容C2組成二階低通濾波器，對(duì)第一級(jí)輸出電壓Vo上的紋波電壓進(jìn)行衰減，使得第二級(jí)電壓Vol紋波電壓在小電感、小電容濾波的情況下能達(dá)到本安規(guī)定的電氣性能指標(biāo)要求。
[0026]在輸入電壓、開關(guān)頻率、等效電容和等效電感都相同的情況下，本發(fā)明的Buck變換電路的最大輸出功率要比現(xiàn)有技術(shù)的Buck變換器的最大輸出功率大，且能有效降低儲(chǔ)能元件電感、電容的容量，降低了單個(gè)元件的儲(chǔ)能，提高了電路安全性。
[0027]本安開關(guān)電源實(shí)施例
本發(fā)明還提出一種本安開關(guān)電源，其包括如上所述的BUCK變換電路。該本安開關(guān)電源可以作為礦用開關(guān)電源，或者礦井下的燈具驅(qū)動(dòng)電源。
[0028]燈具實(shí)施例
本發(fā)明還提出一種燈具，其包括如上所述的本安開關(guān)電源。該燈具可以應(yīng)用在礦井下，符合燈具使用的電氣性能要求以及安全性的要求。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的BUCK變換電路、本安開關(guān)電源以及燈具，通過LC模塊就能夠在小電感、小電容的情況下工作，易于實(shí)現(xiàn)，既滿足電氣性能指標(biāo)，又能滿足本質(zhì)安全性能指標(biāo)，還能有效提高輸出功率。
[0030]以上僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種BUCK變換電路，其特征在于，其包括: BUCK變換模塊,其用于對(duì)輸入電源進(jìn)行變換,其包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，所述BUCK變換模塊的輸入端連接電源的正極，所述BUCK變換模塊的第二輸出端連接所述電源的負(fù)極，所述BUCK變換模塊的第一輸出端輸出第一級(jí)電壓；以及 LC模塊,其用于對(duì)所述第一級(jí)電壓進(jìn)行濾波,其包括:輸入端、第一輸出端以及第二輸出端，所述LC模塊的輸入端連接所述BUCK變換模塊的第一輸出端，所述LC模塊的第一輸出端連接負(fù)載，所述LC模塊的第二輸出端連接所述BUCK變換模塊的第二輸出端，所述LC模塊的第一輸出端輸出第二級(jí)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的BUCK變換電路，其特征在于，所述BUCK變換模塊包括控制器、受控于所述控制器的開關(guān)管、續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電感以及第一輸出濾波電容；所述開關(guān)管包括輸入端、控制端以及輸出端，所述開關(guān)管的輸入端連接所述BUCK變換模塊的輸入端，所述開關(guān)管的控制端連接所述控制器，所述開關(guān)管的輸出端連接所述續(xù)流二極管的陰極，所述續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接所述BUCK變換模塊的第二輸出端，所述儲(chǔ)能電感的一端連接所述續(xù)流二極管的陰極，所述儲(chǔ)能電感的另一端連接所述BUCK變換模塊的第一輸出端，所述第一輸出濾波電容連接在所述BUCK變換模塊的第一輸出端以及第二輸出端之間。
3.如權(quán)利要求2所述的BUCK變換電路，其特征在于，所述控制器為PWM控制器。
4.如權(quán)利要求2所述的BUCK變換電路，其特征在于，所述開關(guān)管為MOS管，所述MOS管的柵極為所述開關(guān)管的控制端，所述MOS管的源極為所述開關(guān)管的輸入端，所述MOS管的漏極為所述開關(guān)管的輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述的BUCK變換電路，其特征在于，所述LC模塊包括輸出濾波電感以及第二輸出濾波電容，所述輸出濾波電感的一端連接所述LC模塊的輸入端，其另一端連接所述LC模塊的第一輸出端,所述第二輸出濾波電容連接在所述LC模塊的第一輸出端以及第二輸出端之間。
6.一種本安開關(guān)電源，其特征在于，其包括如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的BUCK變換電路。
7.一種燈具，其特征在于，其包括如權(quán)利要求6所述的本安開關(guān)電源。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK104426369SQ201310400484
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】周明杰, 張飛 申請(qǐng)人:深圳市海洋王照明工程有限公司, 海洋王照明科技股份有限公司