改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容L邸驅(qū)動(dòng) 電源，屬于交流/直流（AC/DC)、直流/直流值C/DC)變換器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高亮度發(fā)光二極管（li曲t-emittingdiode,LED)因其高光效、長(zhǎng)壽命、環(huán)保及 小體積等優(yōu)點(diǎn)，有望成為繼白巧燈、巧光燈和高壓鋼燈之后的第四代照明光源。LED照明由 LED巧片、燈具和驅(qū)動(dòng)電源S部分構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電源是LED照明的核屯、部分，其輸出電流決 定L邸的亮度、光通量和發(fā)光效率等光度學(xué)性能指標(biāo)，故L邸驅(qū)動(dòng)電源的好壞直接影響LED 的發(fā)光品質(zhì)及整體照明性能。
[0003] 交流供電LED驅(qū)動(dòng)電源必須具備功率因數(shù)校正和恒流輸出兩大功能。當(dāng)輸入電 流與輸入電壓為同頻同相的正弦電流時(shí)，輸入瞬時(shí)功率為兩倍工頻脈動(dòng)功率，而LED負(fù)載 功率理論上為恒定值，該就導(dǎo)致輸入輸出瞬時(shí)功率不平衡。因此，一般都采用大容量電解電 容平衡輸入輸出瞬時(shí)功率之間的脈動(dòng)功率。然而，電解電容在額定工作條件下的壽命只有 幾千小時(shí)，該與LED的理論壽命（10萬(wàn)小時(shí)）不匹配，無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源的研究成 為了目前的研究熱點(diǎn)。Flyback反激變換器在隔離的應(yīng)用中是最常見(jiàn)的拓?fù)洌_(kāi)關(guān)管電壓 應(yīng)力較高，必須加入吸收電容來(lái)抑制變壓器漏感引起的振蕩和尖峰；更為重要的是變壓器 工作于第一象限，變壓器磁利用率不高，導(dǎo)致效率較低；并且LED驅(qū)動(dòng)電源通常包含多個(gè) 開(kāi)關(guān)管，提高了成本，同時(shí)使得控制電路的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，并不適合LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展趨 勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)電源壽命短、體積大、開(kāi)關(guān)元件多等缺點(diǎn)，克服 化k電路低頻功率回路，克服隔離式電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源效率低、開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力高的缺 點(diǎn)，提供一種改進(jìn)型化k的長(zhǎng)壽命L邸驅(qū)動(dòng)電源，具有整機(jī)效率高、集成度高、無(wú)電解電容、 長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容L邸驅(qū)動(dòng)電源，包括橋式整流電路Xuk電路、輔助二極管、 輸出濾波電容及L邸負(fù)載；所述橋式整流電路依次接化k電路、輸出濾波電容及L邸負(fù)載， 所述輔助二極管連接在化k電路內(nèi)。
[0006] 所述橋式整流電路由第一二極管、第二二極管、第=二極管和第四二極管組成；所 述第一二極管的陽(yáng)極連接所述第=二極管的陰極，所述第二二極管的陽(yáng)極連接所述第四二 極管的陰極，所述第一二極管與所述第二二極管的陰極對(duì)接，所述第=二極管與所述第 四二極管的陽(yáng)極對(duì)接。
[0007] 所述化k電路由第一電感、開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電容、第五二極管、第二電感組成；所述第 一電感的一端連接第一二極管與第二二極管的陰極的公共節(jié)點(diǎn)，另一端連接開(kāi)關(guān)管漏極與 儲(chǔ)能電容的正極的公共節(jié)點(diǎn)，所述第五二極管的陽(yáng)極連接儲(chǔ)能電容的負(fù)極與第二電感，第 五二極管的陰極與開(kāi)關(guān)管源極、第=二極管與所述第四二極管的陽(yáng)極的公共節(jié)點(diǎn)、輸出濾 波電容正極、L邸負(fù)載的正極相連；第二電感的一端與輸出濾波電容負(fù)極、L邸負(fù)載的負(fù)極 相連；所述的輔助二極管的陰極連接開(kāi)關(guān)管漏極與儲(chǔ)能電容的正極的公共節(jié)點(diǎn)，陽(yáng)極與第 一電感相連。
[000引由所述第一二極管、第二二極管、第S二極管和第四二極管組成的橋式整流電路 實(shí)現(xiàn)交流/直流變換。所述輔助二極管打破傳統(tǒng)化k變換器的低頻功率回路，當(dāng)?shù)谝浑姼?電流減為零時(shí)，輔助二極管能夠快速反向截止，承受反向電壓，W保護(hù)整流橋。
[0009] 所述儲(chǔ)能電容的電壓設(shè)計(jì)為直流電壓疊加大脈動(dòng)紋波電壓的工作形式，可W使用 容值較小的高壓薄膜電容替代電解電容，因而LED驅(qū)動(dòng)電源具有長(zhǎng)壽命特點(diǎn)。所述輸出濾 波電容可W濾除開(kāi)關(guān)頻率的輸出電壓諧波。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)： 本發(fā)明輔助二極管打破傳統(tǒng)Cuk變換器的低頻功率回路，具有承受反向電壓，保護(hù)整 流橋的作用；通過(guò)增大儲(chǔ)能電容紋波電壓，采用容值較小的高壓薄膜電容替代電解電容，并 實(shí)現(xiàn)功率解禪的功能；該改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容L邸驅(qū)動(dòng)電源具有整機(jī)效率高、集成度高、 無(wú)電解電容、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源主電路。
[0012] 圖2為本發(fā)明的一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源主電路的一個(gè)工頻周期 主要工作波形。
[0013] 圖3為本發(fā)明的一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源主電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 內(nèi)主要工作波形。
[0014] 圖4為本發(fā)明的一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源主電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 內(nèi)各開(kāi)關(guān)模態(tài)等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[001引如圖1所示，一種改進(jìn)型化k無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于泡括橋式整 流電路IXuk電路2、輔助二極管3、輸出濾波電容4及LED負(fù)載5 ;所述橋式整流電路1依 次接化k電路2、輸出濾波電容4及L邸負(fù)載5,所述輔助二極管3連接在化k電路2內(nèi)。 [0017] 所述橋式整流電路1由第一二極管町1、第二二極管町2、第S二極管Df3和第四二 極管町4組成；所述第一二極管D的陽(yáng)極連接所述第=二極管D,3的陰極，所述第二二極管 町2的陽(yáng)極連接所述第四二極管D的陰極，所述第一二極管D與所述第二二極管D的陰 極對(duì)接，所述第=二極管町3與所述第四二極管D,4的陽(yáng)極對(duì)接。
[001引所述化k電路2由第一電感A、開(kāi)關(guān)管S、儲(chǔ)能電容C。、第五二極管02、第二電感么 組成；所述第一電感A的一端連接第一二極管D與第二二極管D,2的陰極的公共節(jié)點(diǎn)，另 一端連接開(kāi)關(guān)管S漏極與儲(chǔ)能電容C。的正極的公共節(jié)點(diǎn)，所述第五二極管D,的陽(yáng)極連接儲(chǔ) 能電容C。的負(fù)極與第二電感么，第五二極管化的陰極與開(kāi)關(guān)管S源極、第S二極管D。與所 述第四二極管町4的陽(yáng)極的公共節(jié)點(diǎn)、輸出濾波電容4正極、L邸負(fù)載5的正極相連；第二電 感么的一端與輸出濾波電容4負(fù)極、L邸負(fù)載5的負(fù)極相連；所述的輔助二極管3的陰極 連接開(kāi)關(guān)管S漏極與儲(chǔ)能電容Ca的正極的公共節(jié)點(diǎn)，陽(yáng)極與第一電感A相連。
[0019] 下面結(jié)合附圖1-4敘述本實(shí)施例的具體工作原理、設(shè)計(jì)原理： 從圖1的主電路拓?fù)錁?gòu)成可見(jiàn)；主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是改進(jìn)型化k電路，利用快恢復(fù)二極 管打破傳統(tǒng)的低頻功率回路，使得在電感電流斷續(xù)后反向阻斷二極管能夠快速反向截止， 承受反向電壓，W保護(hù)整流橋；同時(shí)由于輔助二極管3的反向阻止作用，使得第一電感A電 流山能夠繼續(xù)保持為零。
[0020] 從圖2的主要工作波形可見(jiàn)；理論上輸入電流與輸入電壓為同頻同相的正弦電 流，輸入瞬時(shí)功率為兩倍工頻脈動(dòng)功率，LED負(fù)載5功率理論上為恒定值，從而導(dǎo)致輸入輸 出瞬時(shí)功率不平衡。因此，采用長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能電容Ca平衡輸入輸出瞬時(shí)功率之間的差值。 由開(kāi)關(guān)管S控制儲(chǔ)能電容C。的平均電壓，并將儲(chǔ)能電容C。的電壓設(shè)計(jì)為直流電壓疊加大脈 動(dòng)紋波電壓的工作形式。
[0021] 本發(fā)明的主電路工作原理分析如下： 圖3為主電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的主要工作波形，共有4種開(kāi)關(guān)模態(tài)，對(duì)應(yīng)的等效電路 如圖4所示。
[0022] 1)開(kāi)關(guān)模態(tài)1 U。，弓];等效電路如圖4(a)所示。在仁巧]，開(kāi)關(guān)管S，輔助二極 管3導(dǎo)通，第五二極管因反偏而截止，第一電感A，第二電感么電流線性上升。此時(shí)形成 兩條回路；一為輸入電壓Ki。，第一電感A，輔助二極管3和開(kāi)關(guān)管S回路，在輸入電壓Ki。的 作用下，第一電感A電流山線性增長(zhǎng)；二為儲(chǔ)能電容C開(kāi)關(guān)管S，輸出濾波電容4和第二 電感么回路，第二電感么電流心線性增長(zhǎng)，同時(shí)儲(chǔ)能電容C。向負(fù)載供電，對(duì)應(yīng)圖3所示電 流波形的qrs段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于：包括橋式整流電路（l)、Cuk 電路（2)、輔助二極管（3)、輸出濾波電容（4)及LED負(fù)載（5);所述橋式整流電路（1)依次接 Cuk電路（2)、輸出濾波電容（4)及LED負(fù)載（5)，所述輔助二極管（3)連接在Cuk電路（2) 內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于：所 述橋式整流電路（1)由第一二極管（Drt)、第二二極管（化2)、第三二極管（Drt)和第四二極管 (Drt)組成；所述第一二極管（Drt)的陽(yáng)極連接所述第三二極管（Dri)的陰極，所述第二二極 管（W2)的陽(yáng)極連接所述第四二極管（Drt)的陰極，所述第一二極管（Drt)與所述第二二極管 (Drf)的陰極對(duì)接，所述第三二極管（Drt)與所述第四二極管（Drt)的陽(yáng)極對(duì)接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于：所 述Cuk電路（2)由第一電感（A)、開(kāi)關(guān)管（S)、儲(chǔ)能電容（Ca)、第五二極管（D2)、第二電感（Z2) 組成；所述第一電感（Z1)的一端連接第一二極管（Drt)與第二二極管（Drt)的陰極的公共節(jié) 點(diǎn)，另一端連接開(kāi)關(guān)管（S)漏極與儲(chǔ)能電容（Ca)的正極的公共節(jié)點(diǎn)，所述第五二極管（D2)的 陽(yáng)極連接儲(chǔ)能電容（Ca)的負(fù)極與第二電感（Z2),第五二極管（D2)的陰極與開(kāi)關(guān)管（S)源極、 第三二極管（Dri)與所述第四二極管（Drt)的陽(yáng)極的公共節(jié)點(diǎn)、輸出濾波電容（4)正極、LED 負(fù)載（5)的正極相連；第二電感（Z2)的一端與輸出濾波電容（4)負(fù)極、LED負(fù)載（5)的負(fù)極 相連；所述的輔助二極管（3)的陰極連接開(kāi)關(guān)管（S)漏極與儲(chǔ)能電容（Ca)的正極的公共節(jié) 點(diǎn)，陽(yáng)極與第一電感U1)相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源，包括橋式整流電路、Cuk電路、輔助二極管、輸出濾波電容及LED負(fù)載；所述橋式整流電路依次接Cuk電路、輸出濾波電容及LED負(fù)載，所述輔助二極管連接在Cuk電路內(nèi)。本發(fā)明輔助二極管打破傳統(tǒng)Cuk變換器的低頻功率回路，具有承受反向電壓，保護(hù)整流橋的作用；通過(guò)增大儲(chǔ)能電容紋波電壓，采用容值較小的高壓薄膜電容替代電解電容，并實(shí)現(xiàn)功率解耦的功能；該改進(jìn)型Cuk無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源具有整機(jī)效率高、集成度高、無(wú)電解電容、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H05B37-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104768291
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510135349
【發(fā)明人】汪飛, 李林, 雷志方, 鐘元旭
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日