專利名稱：一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及大功率LED驅(qū)動電源，尤其涉及一種驅(qū)動類似LED路燈的高效率 電源裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，為了抑制在開啟電源的瞬間，浪涌電流過大而對整流二極管等器件 所形成的沖擊，傳統(tǒng)的做法是在主回路中串接一功率較大的電阻，這種抑制浪涌電流的方 法有其缺陷若選用阻值較大的熱敏電阻、開機浪涌電流較小，可對電源產(chǎn)生有效保護，但 是由于熱敏電阻串接在主電路中，在電路正常工作期間，損耗功率非常大，導致電源整體效 率下降；若選用阻值較小的熱敏電阻，可以減少電路損耗，但開機浪涌電流較大，電源經(jīng)多 次大浪涌電流沖擊日益損壞，LED驅(qū)動電源壽命短?？梢?，對于LED驅(qū)動電源來說，無論熱 敏電阻如何取值，都會產(chǎn)生致命缺陷。述有，當大功率的LED燈具應用到某些應用場合的時候，可能需要其具有大范圍 的調(diào)光功能。比如大功率LED路燈，當夜幕降臨，道路交通的繁忙的時候，一般要求LED燈 發(fā)出的光通量最大，以使得道路得到充分照明，保障交通順暢、安全；而在深夜時分，道路人 流、車流稀少，這時候可以降低LED燈的發(fā)光通量，以減少能耗，進一步發(fā)揮LED燈的節(jié)能潛 力。然而，當LED燈亮度降低、功耗下降時，驅(qū)動電源處于輕載狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)的LED驅(qū)動電源，當電源輕載時，效率下降。目前，一般大功率LED驅(qū)動 電源的滿載效率只有85%左右，輕載時效率更低，這不符合LED照明的發(fā)展需求。再有，現(xiàn)有技術(shù)中的二次整流中，若使用二極管整流，則二極管的管壓降為0. 7V， 損耗較大?，F(xiàn)有技術(shù)還有一個缺陷實際應用中要求LED照明燈具有調(diào)光功能。目前，線性調(diào) 光的實質(zhì)是通過調(diào)節(jié)控制回路信號的大小，改變輸出電流大小，從而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光通量。 采用線性調(diào)光時，輸出電流是恒定、連續(xù)的，隨著輸出電流的變小，LED器件發(fā)光減弱，發(fā)光 效率降低，將會產(chǎn)生燈光不落地，即瞬間光強度不足，不能照射到地面的問題。尤其是當LED燈具應用在路燈照明時，將會對交通安全產(chǎn)生嚴重影響。而且，在不同照明領(lǐng)域，對LED調(diào)光的要求是不同的，線性調(diào)光已經(jīng)不適應形勢需 要。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種場效應管抑制浪涌大功率智 能型調(diào)光多路輸出電源。所述電源包括一抑涌單元；一 LLC諧振變換單元；一同步整流單元；
4[0014]一個以上的恒流輸出智能調(diào)光單元；所述抑涌單元中場效應晶體管的柵極通過一電阻接在輔助電源的正極，主橋式整 流器的負極端與場效應晶體管的源極連接，場效應晶體管的漏極接電源地，一只功率電阻 器與場效應晶體管的源極和漏極并接在一起；所述LLC諧振變換單元中諧振芯片采用L6599型號或其兼容型號的集成電路，連 接諧振芯片的Css腳和Rfmin腳之間的電阻的阻值為4. 7 10ΚΩ，諧振電感L7的電感值 為 80 120 μ H，最佳 ΙΟΟμΗ ；所述同步整流單元的變壓器的次級TlA和TlC串接，其連接點為輸出電壓正極V+， TlA和TlC的另一端頭分別接兩場效應晶體管的源極，兩場效應晶體管的漏極接輸出負極， 即電源地；兩場效應晶體管的柵極分別接第一控制芯片和第二控制芯片的引腳4，所述第一 控制芯片和第二控制芯片的引腳1分別連接兩場效應晶體管的源極；當?shù)谝豢刂菩酒偷诙刂菩酒囊_1的電位為-340mv -50mv時，第一控制 芯片和第二控制芯片的引腳4輸出高電平，使兩場效應晶體管導通；當?shù)谝豢刂菩酒偷诙刂菩酒囊_1的電位為-12mv以上時，第一控制芯片 和第二控制芯片的引腳4輸出低電平，使兩場效應晶體管關(guān)斷；兩場效應晶體管各工作在50%周期；所述恒流輸出智能調(diào)光單元由智能調(diào)光芯片、脈寬驅(qū)動芯片為主構(gòu)成，所述智能 調(diào)光芯片的信號輸入引腳1，連接紅外感應電路的輸出端；所述智能調(diào)光芯片的電源引入 腳4、紅外感應電路的電源引入端都連接輸出電壓正極V+，脈寬驅(qū)動芯片的輸出引腳1通過 電感器、濾波器輸出驅(qū)動電壓Vout。所述智能調(diào)光芯片選用yPD78F9202，所述智能調(diào)光芯片的輸出驅(qū)動信號是占空 比在0% 100%的脈沖寬度調(diào)制輸出。所述抑涌單元中場效應晶體管選用AP6680或兼容型號，所述功率電阻器選用 SCK1312412R/4A 熱敏電阻。本實用新型的第一個優(yōu)點在于在開機瞬間，抑涌單元中場效應晶體管處于關(guān)斷 狀態(tài)，此時利用阻值較大的熱敏電阻來抑制浪涌電流，保證浪涌電流的大小在電路可承受 范圍之內(nèi)；開機過后，輔助電源給抑涌單元中場效應晶體管柵極提供驅(qū)動信號，使抑涌單元 中場效應晶體管飽和導通并維持在飽和導通狀態(tài)。由于抑涌單元中場效應晶體管的導通電 阻非常小，因此可以認為熱敏電阻被短路，整個浪涌抑制電路損耗非常低，在獲得良好的浪 涌抑制效果的同時提高了電源的總體效率。本實用新型的第二個優(yōu)點在于通過對LLC諧振網(wǎng)絡參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，使得電源 無論是輕載還是滿載，都實現(xiàn)主開關(guān)管的零電壓開關(guān)轉(zhuǎn)換和輸出整流二極管的零電流開關(guān) 轉(zhuǎn)換，電磁干擾小，開關(guān)損耗低，電能轉(zhuǎn)換效率高，尤其適合作為具有調(diào)光功能的大功率LED 驅(qū)動電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)；最終本實用新型的驅(qū)動電源獲得高達95%輸出效率。本實用新型的第三個優(yōu)點在于輸出端采用自激式同步整流方式，利用場效應管 導通內(nèi)阻很小的原理，將整流導通期間的損失降到最低，以達到提高整機效率的目的。本實用新型的第四個優(yōu)點在于本實用新型的恒流輸出電路接有智能調(diào)光單元， 并采用時序調(diào)光加紅外調(diào)光的工作方式。即，在人流密集時段，通過調(diào)光，使得LED發(fā)光亮度高，保證道路得到充分照明；在人流逐漸減少時，使LED發(fā)光亮度逐步降低；在人流稀少 時段，啟動紅外感應調(diào)光功能。啟動紅外調(diào)光后，智能調(diào)光芯片不停地檢測紅外感應電路產(chǎn)生的輸出信號，對驅(qū) 動信號的占空比進行調(diào)整當感應到人體紅外線時，紅外感應電路的輸出信號“OUT”為 “1”，智能調(diào)光芯片輸出占空比為0%的脈沖寬度調(diào)制，恒流電路輸出100%的額定功率， 并維持該狀態(tài)一定時間；當在上述時間內(nèi)沒有感應到人體紅外光時，紅外感應電路輸出 “OUT”為“0”，智能調(diào)光芯片輸出為一定占空比的脈寬調(diào)制電壓，保證道路最基本的照明需 要。恒流輸出智能調(diào)光單元輸出電流是斷續(xù)的，通過改變輸出電流的占空比來改變輸 出電流平均值的大小來實現(xiàn)調(diào)光，這樣，LED導通時，流過其電流時額定電流，發(fā)光效率高， 不會產(chǎn)生燈光不落地問題。

圖1是本實用新型一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源中抑 制浪涌電流部分的原理示意圖；圖2是本實用新型一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源中LLC 諧振變換單元部分的示意圖；圖3是本實用新型一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源中同 步整流單元部分的示意圖；圖4是本實用新型一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源中恒 流輸出智能調(diào)光單元部分的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明及具體實施方式
對本實用新型進一步說明。設(shè)計制造一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，所述電源包 括一抑涌單元10 ；一 LLC諧振變換單元20 ；一同步整流單元30;一個以上的恒流輸出智能調(diào)光單元40 ；如圖1所示，所述抑涌單元10中場效應晶體管QlO的柵極通過一電阻R2接在輔 助電源的正極Vcc，主橋式整流器BDl的負極端與場效應晶體管QlO的源極連接，場效應晶 體管QlO的漏極接電源地PGND，一只功率電阻器RTl與場效應晶體管QlO的源極和漏極并
接在一起；以輸出功率為300W的LED驅(qū)動電源為例，其輸入電壓為交流85V，穩(wěn)態(tài)輸入電流有 效值:3· 4A。只利用熱敏電阻作為浪涌抑制電路時，開機過后，浪涌抑制電路的損耗為Ps = UXI = 0. 92X3.4 = 3. 128W，其中，I為流過熱敏電阻的穩(wěn)態(tài)電流；U為熱敏電阻在穩(wěn)態(tài)電 流下的壓降，可由該型號的熱敏電阻電壓一電流特性曲線查得。
6[0044]利用本實用新型的方案作為浪涌電流抑制電路時，開機過后，浪涌抑制電路的損 耗為:Ps = I2XRlison = 3. 42X0. Oil = 0. 127W。其中，Rnson為場效應晶體管QlO的導通電阻。由以上分析可知，在采用本實用新型的浪涌抑制方案后，可減少約3W的損耗，可 將電源效率提高1個百分點，效果顯著。所述LLC諧振變換單元20中諧振芯片U2采用L6599型號或其兼容型號的集成電 路，連接U2的Css腳和Rfmin腳之間的電阻R26和R13相加后的阻值為4. 7ΚΩ IOKΩ , 諧振電感L7的電感值為80 120 μ H，最佳100 μ H ；如圖3所示，所述同步整流單元30的變壓器Tll的次級TlA和TlC串接，其連接 點為輸出電壓正極V+，TlA和TlC的另一端頭分別接場效應晶體管Q18和Q19的源極，Q18 和Q19的漏極接輸出負極，即電源地；Q18和Q19的柵極分別接第一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4，所述第一 控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳1分別連接Q18和Q19的源極；當?shù)谝豢刂菩酒琔6和第二控制芯片U4的引腳1的電位為-340mv -50mv時，第 一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4輸出高電平，使Q18和Q19導通；當?shù)谝豢刂菩酒琔6和第二控制芯片U4的引腳1的電位為-12mv以上時，第一控 制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4輸出低電平，使Q18和Q19關(guān)斷；Q18和Q19各工作在50%周期；如圖4所示，所述恒流輸出智能調(diào)光單元40由智能調(diào)光芯片Ull、UlO為主構(gòu)成， 所述智能調(diào)光芯片Ull的信號輸入引腳3，連接紅外感應電路41的輸出端；所述智能調(diào)光 芯片Ull的電源引入腳4、紅外感應電路41的電源引入端都連接輸出電壓正極V+，脈寬驅(qū) 動芯片UlO的輸出引腳1通過電感器L88輸出驅(qū)動電壓Vout。所述智能調(diào)光芯片UlO選用μ PD78F9202，所述智能調(diào)光芯片UlO的輸出驅(qū)動信號 為脈沖寬度調(diào)制占空比在0% 100%間變化的恒定電流以驅(qū)動LED，因此，LED燈的出射光 線仍然可以照射到地面。所述抑涌單元中場效應晶體管QlO選用AP6680或兼容型號，所述功率電阻器RTl 選用SCK1312412R/4A或相近型號。如圖2所示的LLC諧振變換單元20 LLC諧振變換器是利用各百分之五十的工作周期驅(qū)動兩功率開關(guān)Q8和Q9，因此 在中性點將會產(chǎn)生0到Vin的方波，諧振組件分別為諧振電容Cr、變壓器一次側(cè)漏電感 Lr(L7)與變壓器的激磁電感Lm(Lm為變壓器勵磁電感量，集成在變壓器中)。通過對LLC 諧振網(wǎng)絡參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，使得電源無論是輕載還是滿載，都可以實現(xiàn)主開關(guān)管的零電壓 開關(guān)轉(zhuǎn)換和輸出整流二極管的零電流開關(guān)轉(zhuǎn)換。本實用新型所采的諧振網(wǎng)絡優(yōu)化設(shè)計方法為與現(xiàn)有技術(shù)的磁元件集成法設(shè)計諧振電感不同，本實用新型的電源設(shè)計采用磁元 件分立法設(shè)計兩諧振電感Lr和Lm，這樣使得電路易于調(diào)試，容易使諧振電路工作在主開關(guān) 管和整流管都工作在軟開關(guān)狀態(tài)，提高了工作效率，而且避免了集成法設(shè)計電路時變壓器 發(fā)熱嚴重的現(xiàn)象。現(xiàn)有技術(shù)的磁元件集成法是指通過對變壓器的勵磁電感和漏感進行設(shè)計，使得LLC諧振電路中所需兩個諧振電感全部集成于開關(guān)變壓器中，本實用新型的磁元件分立法是指，通過特別設(shè)計，使開關(guān)變壓器的漏感非常小，以 致可以忽略不計，利用其勵磁電感作為LLC諧振電路中的諧振電感Lm，而LLC諧振電路的諧 振電感Lr采用外接的方式，如本實用新型的L7來實現(xiàn)。在實現(xiàn)主開關(guān)管零電壓開關(guān)轉(zhuǎn)換和輸出整流二極管的零電流開關(guān)轉(zhuǎn)換的前提下， 優(yōu)化兩個諧振電感Lr和Lm參數(shù)的設(shè)計，使得Lr/Lm的比值為0. 2 0. 3，這個比值較小，這 樣，電路在獲得相同功率輸出的情況下，減小了流過開關(guān)變壓器原邊電流有效值，降低了主 開關(guān)管的導通損耗和電源輸入電路部分的損耗，進一步提高該驅(qū)動電源的效率。本實用新型的恒流輸出智能調(diào)光單元40可以有多個或是其中的后級電路有多 個。恒流輸出智能調(diào)光單元40中的智能調(diào)光芯片Ull可以寫入程序確定在夜間的不 同時段，不同環(huán)境，有不同的脈寬信號，使輸出電流在0% 100%脈沖寬度調(diào)制值之間變 化。圖4所示的最佳實施例中，電路包括兩部分前級由單片機μ PD78F9202構(gòu)成智能 調(diào)光芯片U11、紅外感應電路41及電源組成；后級是恒流輸出電路為主電路的一部分，主要 由LM3404構(gòu)成脈寬驅(qū)動芯片U10，以及濾波電路組成，后級為多組輸出形式，可以共同利用 單片機輸出的脈沖寬度調(diào)制信號進行調(diào)光。其輸入電源V+即為LLC諧振變換器的輸出。該電路總的工作方式為時序調(diào)光+紅外調(diào)光，即，在應用于LED路燈的驅(qū)動時，在 人流密集時段，通過調(diào)光，使得LED發(fā)光亮度高，保證道路得到充分照明；在人流逐漸減少 時，使LED發(fā)光亮度逐步降低。在人流稀少時段，啟動紅外感應調(diào)光功能，減少光照。當無人經(jīng)過道路時，只維持最基本的照明需要，這樣，LED發(fā)光亮度降低，減少能
^^ ο當重新有人經(jīng)過時，增加LED的發(fā)光亮度并維持一段時間，保證交通安全。根據(jù)圖4具體說明在啟動紅外感應調(diào)光時段，人體紅外感應電路將通過對環(huán)境 進行不停的檢測，檢測有人或者無人路過，并將相關(guān)信號輸入到單片機引腳1中，單片機根 據(jù)該信號的變化對引腳10輸出的脈沖寬度調(diào)制信號進行控制。當紅外感應器感應到有人經(jīng)過時，此時，單片機根據(jù)引腳10輸出所需占空比的脈 沖寬度調(diào)制信號來驅(qū)動三極管Q90，這樣脈寬驅(qū)動芯片UlO的引腳3獲得100%脈沖寬度調(diào) 制占空比驅(qū)動，恒流輸出智能調(diào)光單元40的輸出電流平均值得到相應的調(diào)整，LED發(fā)光亮 度也相應改變，并維持此亮度一定時間。當無人經(jīng)過時，紅外感應電路41也發(fā)送信號至智能調(diào)光芯片U11，單片機根據(jù)該 信號輸出所需占空比的脈沖寬度調(diào)制波對LED進行調(diào)光。以上參數(shù)是本實用新型針對150W電源所計算確定，當設(shè)計300W電源時，可根據(jù)本 實用新型的計算方法另行計算。由于本實用新型的轉(zhuǎn)換效率達95%，所以本實用新型的電源基本不發(fā)熱。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，述可以做出若干簡單推演或替換，都應當視 為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，其特征在于，所述電源包括一抑涌單元(10)；一LLC諧振變換單元(20)；一同步整流單元(30)；一個以上的恒流輸出智能調(diào)光單元(40)；所述抑涌單元(10)中場效應晶體管Q10的柵極通過一電阻R2接在輔助電源的正極Vcc，主橋式整流器BD1的負極端與場效應晶體管Q10的源極連接，場效應晶體管Q10的漏極接電源地PGND，一只功率電阻器RT1與場效應晶體管Q10的源極和漏極并接在一起；所述LLC諧振變換單元(20)中諧振芯片U2采用L6599型號或其兼容型號的集成電路，連接U2的Css腳和Rfmin腳之間的電阻R26和R13相加后的阻值為4.7～10KΩ，諧振電感L7的電感值為34～40μH；所述同步整流單元(30)的變壓器T11的次級T1A和T1C串接，其連接點為輸出電壓正極V+，T1A和T1C的另一端頭分別接場效應晶體管Q18和Q19的源極，Q18和Q19的漏極接輸出負極，即電源地；Q18和Q19的柵極分別接第一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4，所述第一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳1分別連接Q18和Q19的源極；當?shù)谝豢刂菩酒琔6和第二控制芯片U4的引腳1的電位為 340mv～ 50mv時，第一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4輸出高電平，使Q18和Q19導通；當?shù)谝豢刂菩酒琔6和第二控制芯片U4的引腳1的電位為 12mv以上時，第一控制芯片U6和第二控制芯片U4的引腳4輸出低電平，使Q18和Q19關(guān)斷；Q18和Q19各工作在50％周期；所述恒流輸出智能調(diào)光單元(40)由智能調(diào)光芯片U11、脈寬驅(qū)動芯片U10為主構(gòu)成，所述智能調(diào)光芯片U11的信號輸入引腳1連接紅外感應電路(41)的輸出端；所述智能調(diào)光芯片U10的電源引入腳4、紅外感應電路(41)的電源引入端都連接輸出電壓正極V+，脈寬驅(qū)動芯片U10的輸出引腳1通過電感器L88，濾波器L88輸出驅(qū)動電壓Vout。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，其特征 在于所述智能調(diào)光芯片Ull選用少引腳低成本單片機μ PD78F9202，所述智能調(diào)光芯片Ull 的輸出驅(qū)動信號是占空比在0% 100%的脈沖寬度調(diào)制輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，其特征 在于所述QlO選用ΑΡ6680 ； 所述功率電阻器RTl選用SCK1312412R/4A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，其特征 在于所述諧振電感L7的電感值為80 120 μ H。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，其特征 在于所述L7/Lm的比值為0. 2 0. 3。
專利摘要本實用新型提供了一種場效應管抑制浪涌大功率智能型調(diào)光多路輸出電源，所述電源包括一抑涌單元；一LLC諧振變換單元；一同步整流單元；一個以上的恒流輸出智能調(diào)光單元；所述抑涌單元中一功率電阻器與場效應晶體管的源極和漏極并接在一起，由于場效應晶體管的導通電阻非常小，使得浪涌抑制電路損耗很低，因而提高了電源的總體效率。本實用新型通過對LLC諧振網(wǎng)絡參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，獲得高達95％輸出效率。本實用新型的恒流輸出智能調(diào)光單元電路在感應到人體紅外線時，提高輸出電流的占空比來提高輸出電流平均值；反之，無人路過時，降低輸出電流的占空比但不降低峰值，這樣在保證LED發(fā)光效率的同時，不會產(chǎn)生燈光不落地問題。
文檔編號H05B37/02GK201750601SQ201020280329
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者龐里生, 於紅峰, 朱合進, 王堅, 藍天, 鄧玉峰, 黃子田 申請人:東莞市石龍富華電子有限公司