一種單級(jí)式無電解電容led驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
【專利摘要】一種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其本質(zhì)是一個(gè)AC/DC變換器，由輸入濾波整流電路、反激原邊開關(guān)電路、輔助繞組全橋雙向電路、副邊整流濾波電路組成。其通過固定主開關(guān)MOS管Q1占空比實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正；工作在電流斷續(xù)模式，避免副邊二極管QR的反向恢復(fù)；其主電路為1、2、4部分組成的反激變換器，在反激變換器的隔離變壓器增加一個(gè)繞組，輔助繞組側(cè)采用功率雙向流動(dòng)的全橋變換器來平衡輸入和輸出功率瞬時(shí)脈動(dòng)之差，通過增加輔助儲(chǔ)能電容的平均電壓和電壓脈動(dòng)來減小輔助儲(chǔ)能電容容值大?。蝗コ敵鲭娏鞯膬杀豆ゎl交流分量，減小輸出濾波電容容值大小，可用薄膜電容代替電解電容，實(shí)現(xiàn)體積小，長(zhǎng)壽命；LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出電流為恒流。
【專利說明】—種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其屬于開關(guān)電源尤其是LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
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[0002]隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展，能源消費(fèi)需求迅速增加，能源危機(jī)日益嚴(yán)重。解決能源危機(jī)主要有兩個(gè)途徑，途徑之一是開發(fā)可再生能源，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴；另一條途徑是尋求新的節(jié)能技術(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。其中照明是人類消耗能源的一個(gè)重要方面，傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品如白熾燈，熒光燈，高壓鈉燈等，存在著功耗高效率低的嚴(yán)重問題。因此降低照明所需要的電能，將有利于降低全球能源消耗。近年來，綠色節(jié)能照明已成為世界各國關(guān)注的重要問題，對(duì)新型光源的需求也越來越迫切。
[0003]LED (Light Emitting D1de)發(fā)光二極管憑借其清潔高效、光效高、壽命長(zhǎng)、模擬自然光等優(yōu)點(diǎn)，在這幾年得到了高速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。LED很重要的優(yōu)點(diǎn)之一是使用壽命很長(zhǎng)，約3萬?10萬小時(shí)。傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)電源在輸入功率因數(shù)為I時(shí)，其輸入電流是與其輸入電壓為相位相同的正弦波，因此其輸入功率的形式為正弦的平方。而由于其恒壓負(fù)載特性且需要恒流驅(qū)動(dòng)，因此其輸出功率是平直的。所以其驅(qū)動(dòng)電源需要容值很大的儲(chǔ)能電容來均衡輸入功率和輸出功率，該儲(chǔ)能電容多采用電解電容。而電解電容的壽命一般只有5000小時(shí)，LED本體的壽命有100000小時(shí)，兩者之間的工作壽命相差甚遠(yuǎn)，因此電解電容是限制LED驅(qū)動(dòng)電源壽命的關(guān)鍵因素。并且電解電容體積較大，影響了驅(qū)動(dòng)電源功率密度的進(jìn)一步提高。為此，需要去除LED驅(qū)動(dòng)電源中的電解電容。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，由于LED驅(qū)動(dòng)電源功率較小，且輸出電壓較低，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的反激變換器作為功率因數(shù)校正的主電路，通過在反激變換器的隔離變壓器上增加一個(gè)輔助繞組，輔助繞組側(cè)采用功率雙向流動(dòng)全橋變換器來平衡輸入和輸出功率瞬時(shí)脈動(dòng)之差，使得輸出濾波電容可采用容值較小的薄膜電容。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其包括輸入濾波整流電路、反激原邊開關(guān)電路、輔助繞組全橋雙向電路、副邊整流濾波電路及隔離變壓器。
[0006]進(jìn)一步地，隔離變壓器T1由一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組組成，包括隔離變壓器T1原邊電感Lm和漏感；
[0007]輸入濾波整流電路I的濾波電路由輸入濾波電感L1和輸入濾波電容C1并聯(lián)在電網(wǎng)輸入兩端組成，輸入濾波整流電路I的整流部分采用四個(gè)二極管D1、D2、D3、D4組成的全橋不控整流電路并聯(lián)在濾波電路兩端；
[0008]反激原邊開關(guān)電路2由隔離變壓器T1原邊繞組的異名端與主開關(guān)MOS管Q1的漏極相連組成，主開關(guān)MOS管Q1包括其寄生二極管和寄生電容；
[0009]輔助繞組全橋雙向電路3由第一、第二輔助IGBT管Qsl、Qs2及第一、第二輔助MOS管Qs3、Qs4，第一、第二輔助二極管Ds1、Ds2及輔助儲(chǔ)能電容Cb組成，其中第一輔助IGBT管Qsl和第一輔助二極管Dsl以及第一輔助MOS管Qs3依次串聯(lián)，第二輔助IGBT管Qs2和第二輔助二極管Ds2以及第二輔助MOS管Qs4依次串聯(lián)后組成兩個(gè)橋臂并聯(lián)，并且并聯(lián)在隔離變壓器T1第二個(gè)副邊繞組兩端，隔離變壓器T1第二個(gè)副邊繞組的異名端與第一、第二輔助IGBT管Qsl>Qs2的集電極相連，同名端與第一、第二輔助MOS管Qs3、Qs4的源級(jí)相連，輔助儲(chǔ)能電容Cb的一端連在第一輔助IGBT管Qsl與第一輔助二極管Dsl的中點(diǎn)，另一端連在第二輔助IGBT管Qs2與第二輔助二極管Ds2的中點(diǎn)，第一、第二輔助IGBT管Qsl、Qs2各自包含其寄生電容，第一、第二輔助MOS管Qs3、Qs4各自包含其寄生二極管和寄生電容；
[0010]副邊整流濾波電路4由整流二極管DK，整流MOS管Qk以及輸出濾波電容C2和輸出濾波電感L2組成，隔離變壓器T1第一個(gè)副邊繞組的異名端連于整流二極管Dk的陽極，整流二極管Dk與整流MOS管Qk、輸出濾波電感L2串聯(lián)后連于LED負(fù)載的正輸出端，隔離變壓器T1第一個(gè)副邊繞組的同名端與LED負(fù)載的負(fù)輸出端相連,輸出濾波電容C2并聯(lián)于整流MOS管Qk的源級(jí)與LED負(fù)載的負(fù)輸出端之間，整流MOS管Qk包含其寄生二極管和寄生電容。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0012](I)采用固定主開關(guān)MOS管Q1的方式實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正；
[0013](2)變換器工作在斷續(xù)模式，避免了副邊二極管的反向恢復(fù)；反激變換器的隔離變壓器增加一個(gè)繞組，輔助繞組側(cè)采用功率雙向流動(dòng)全橋變換器來平衡輸入和輸出功率脈動(dòng)之差，通過增加輔助儲(chǔ)能電容的平均電壓和電壓脈動(dòng)來減小輔助電容容值大小，去除LED驅(qū)動(dòng)電源中的驅(qū)動(dòng)電流的兩倍工頻交流分量，減小輸出濾波電容容值大小，使其可以用薄膜電容代替電解電容，實(shí)現(xiàn)體積小，長(zhǎng)壽命；
[0014](3)增加的輔助電路不影響主電路工作，輔助電路只處理輸入輸出瞬時(shí)功率脈動(dòng)之差;
[0015](4)LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出電流為恒流,適用于需要恒流輸出的LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用場(chǎng)入口 ο

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0016]圖1為本發(fā)明單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的主要波形示意圖。
[0018]圖3-圖7為各開關(guān)模態(tài)的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]上述附圖中的主要符號(hào)名稱:vin—電網(wǎng)電壓山一輸入濾波電感K1 一輸入濾波電容A、D2, D3> D4+二極管說一主開關(guān)MOS管；Qsl—第一輔助IGBT管；Qs2—第二輔助IGBT管；Qs3—第一輔助MOS管；Qs4—第二輔助MOS管；Dsl—第一輔助二極管；Ds2—第二輔助二極管；Cb—輔助儲(chǔ)能電容J1 一隔離變壓器；DK—整流二極管；QK—整流MOS管；C2—輸出濾波電容山2—輸出濾波電感；V。一輸出電壓；1。一輸出電流；Cb—輔助儲(chǔ)能電容；pin—輸入功率；P。一輸出功率—輸入功率與輸出功率瞬時(shí)功率脈動(dòng)之差；TliM—工頻周期；Lm—原邊電感；is2—第二個(gè)副邊繞組上的電流；isl—第一個(gè)副邊繞組上的電流；iin—電網(wǎng)輸入電流；ip—變壓器T1原邊電流；Vd3—輔助儲(chǔ)能電容兩端電壓；vab—A點(diǎn)和B點(diǎn)間電壓?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源由輸入濾波整流電路1、反激原邊開關(guān)電路2、輔助繞組全橋雙向電路3、副邊整流濾波電路4組成。其主電路為1、
2、4部分組成的反激變換器。
[0021]隔離變壓器T1由一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組組成，包括原邊電感(由自感產(chǎn)生)和漏感。輸入濾波整流電路I的濾波電路由輸入濾波電感L1和輸入濾波電容C1并聯(lián)在電網(wǎng)輸入兩端組成，整流部分采用四個(gè)二極管01、02、隊(duì)、04組成的全橋不控整流電路并聯(lián)在濾波電路兩端。反激原邊開關(guān)電路2由隔離變壓器T1原邊繞組的異名端與主開關(guān)MOS管Q1的漏極相連組成。主開關(guān)MOS管Q1包括其寄生二極管和寄生電容。輔助繞組全橋雙向電路3的組成是，將第一輔助IGBT管Qsl和第一輔助二極管Dsl以及第一輔助MOS管Qs3依次串聯(lián)，第二輔助IGBT管Qs2和第二輔助二極管Ds2以及第二輔助MOS管Qs4依次串聯(lián)后組成兩個(gè)橋臂并聯(lián)，并且并聯(lián)在隔離變壓器T1第二個(gè)副邊繞組兩端。隔離變壓器T1第二個(gè)副邊繞組的異名端與第一、第二輔助IGBT管Qs1、Qs2的集電極相連，同名端與第一、第二輔助MOS管Qs3、Qs4的源級(jí)相連。輔助儲(chǔ)能電容Cb的一端連在第一輔助IGBT管Qsl與第一輔助二極管Dsl的中點(diǎn)，另一端連在第二輔助IGBT管Qs2與第二輔助二極管Ds2的中點(diǎn)。第一、第二輔助IGBT管Qs1、Qs2各自包含其寄生電容，第一、第二輔助MOS管Qs3、Qs4各自包含其寄生二極管和寄生電容。
[0022]副邊整流濾波電路4由整流二極管DK，整流MOS管Qk以及輸出濾波電容C2和輸出濾波電感L2組成。隔離變壓器T1第一個(gè)副邊繞組的異名端連于整流二極管Dk的陽極。整流二極管Dk與整流MOS管Qk、輸出濾波電感L2串聯(lián)后連于LED負(fù)載的正輸出端。隔離變壓器T1第一個(gè)副邊繞組的同名端與LED負(fù)載的負(fù)輸出端相連。輸出濾波電容C2并聯(lián)于整流MOS管Qk的源級(jí)與LED負(fù)載的負(fù)輸出端之間。整流MOS管Qk包含其寄生二極管和寄生電容。
[0023]交流市電經(jīng)過由輸入濾波電感L1和輸入濾波電容C1組成的濾波電路連接由二極管Dp D2, D3、D4組成的整流橋，其正極與隔離變壓器T1原邊繞組的同名端相連。隔離變壓器T1原邊繞組的異名端連接主開關(guān)MOS管Q1的漏極，主開關(guān)MOS管Q1的源級(jí)與整流橋負(fù)極相連。
[0024]輔助繞組全橋雙向電路3由兩個(gè)輔助IGBT管Qsl、Qs2及兩個(gè)輔助MOS管Qs3、Qs4,兩個(gè)輔助二極管ds1、ds2及輔助儲(chǔ)能電容Cb組成。其中輔助儲(chǔ)能電容Cb的作用是用來平衡輸入功率與輸出功率脈動(dòng)之差。
[0025]隔離變壓器T1的副邊采用整流二極管Dk和整流MOS管Qk整流，通過輸出濾波電容C2和輸出濾波電感L2濾波。
[0026]下面結(jié)合圖1單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)和圖2單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的主要波形示意圖說明單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源實(shí)現(xiàn)無電解電容的基本方法。由圖2可以看出，當(dāng)功率因數(shù)為I時(shí)，輸入電壓與輸入電流相位相同，因此輸入功率為
[0027]Pin = Vhi{I(Z) = KiSin (Ot XIm sinω? =匕八(丨 ^losuot^(I)
[0028]式中Vm為電網(wǎng)輸入電壓的有效值，Im為輸入電流的有效值。
[0029]由于LED的恒壓負(fù)載特性，以及需要恒流驅(qū)動(dòng)，因此輸出功率是平直的，記為P。。假設(shè)變換器的效率為100%，則平均輸入功率與輸出功率應(yīng)該相等。由此可以得到輸入功率與輸出功率瞬時(shí)功率脈動(dòng)之差
[0030]prip = pin(t)_P。=-P0cos2cot (2)
[0031]使得輔助儲(chǔ)能電容上的瞬時(shí)功率與輸入功率輸出功率瞬時(shí)脈動(dòng)之差相等，即可平衡輸入功率與輸出功率脈動(dòng)之差。在[Tliny8，3Tiinys]內(nèi)，輔助儲(chǔ)能電容cb吸收的能量為

【權(quán)利要求】
1.一種單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于:包括輸入濾波整流電路(I)、反激原邊開關(guān)電路(2)、輔助繞組全橋雙向電路(3)、副邊整流濾波電路(4)及隔離變壓器(T1)。
2.如權(quán)利要求1所述的單級(jí)式無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于:隔離變壓器(T1)由一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組組成，包括隔離變壓器(T1)原邊電感(Lm)和漏感； 輸入濾波整流電路(I)的濾波電路由輸入濾波電感(L1)和輸入濾波電容(C1)并聯(lián)在電網(wǎng)輸入兩端組成，輸入濾波整流電路(I)的整流部分采用四個(gè)二極管(D1、D2、D3、D4)組成的全橋不控整流電路并聯(lián)在濾波電路兩端； 反激原邊開關(guān)電路(2)由隔離變壓器(T1)原邊繞組的異名端與主開關(guān)MOS管(Q1)的漏極相連組成，主開關(guān)MOS管(Q1)包括其寄生二極管和寄生電容； 輔助繞組全橋雙向電路(3)由第一、第二輔助IGBT管(Qsl、Qs2)及第一、第二輔助MOS管(Qs3、Qs4)，第一、第二輔助二極管(Ds1、Ds2)及輔助儲(chǔ)能電容(Cb)組成，其中第一輔助IGBT管(Qsl)和第一輔助二極管(Dsl)以及第一輔助MOS管(Qs3)依次串聯(lián)，第二輔助IGBT管(Qs2)和第二輔助二極管(Ds2)以及第二輔助MOS管(Qs4)依次串聯(lián)后組成兩個(gè)橋臂并聯(lián)，并且并聯(lián)在隔離變壓器(T1)第二個(gè)副邊繞組兩端，隔離變壓器(T1)第二個(gè)副邊繞組的異名端與第一、第二輔助IGBT管(Qsl)、(Qs2)的集電極相連，同名端與第一、第二輔助MOS管(Qs3、Qs4)的源級(jí)相連，輔助儲(chǔ)能電容(Cb)的一端連在第一輔助IGBT管(Qsl)與第一輔助二極管(Dsl)的中點(diǎn)，另一端連在第二輔助IGBT管(Qs2)與第二輔助二極管(Ds2)的中點(diǎn)，第一、第二輔助IGBT管(Qs1、Qs2)各自包含其寄生電容，第一、第二輔助MOS管(Qs3、Qs4)各自包含其寄生二極管和寄生電容； 副邊整流濾波電路⑷由整流二極管(Dk)，整流MOS管(Qk)以及輸出濾波電容(C2)和輸出濾波電感(L2)組成，隔離變壓器(T1)第一個(gè)副邊繞組的異名端連于整流二極管(Dk)的陽極，整流二極管(Dk)與整流MOS管(Qk)、輸出濾波電感(L2)串聯(lián)后連于LED負(fù)載的正輸出端，隔離變壓器(T1)第一個(gè)副邊繞組的同名端與LED負(fù)載的負(fù)輸出端相連，輸出濾波電容(C2)并聯(lián)于整流MOS管(Qk)的源級(jí)與LED負(fù)載的負(fù)輸出端之間，整流MOS管(Qk)包含其寄生二極管和寄生電容。
【文檔編號(hào)】H05B37/00GK104202862SQ201410371111
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】金科, 張藝文, 沈志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)