電容式線性輸出led驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電工技術(shù)領(lǐng)域的變流器，具體的講是一種利用電容器充放電產(chǎn)生 線性輸出功率的LED驅(qū)動(dòng)電源，特別涉及到利用電力電子技術(shù)控制電容器充放電使直流輸 出功率隨著交流輸入電壓變化呈現(xiàn)線性關(guān)系的高功率因數(shù)的LED驅(qū)動(dòng)電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)的白熾燈、日光燈和市售的節(jié)能燈相比LED照明燈在發(fā)光效率、節(jié)能環(huán)保以 及使用壽命等多方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此被譽(yù)為二十一世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色光源。 為了使LED照明燈能夠正常工作，LED驅(qū)動(dòng)電源必須將交流電轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED照明燈所要求的直 流電。由于LED照明燈的驅(qū)動(dòng)電壓與電流的關(guān)系是非線性的，電流隨驅(qū)動(dòng)電壓的升高呈現(xiàn)指 數(shù)增長(zhǎng)，引起LED燈內(nèi)的溫度升高，極易導(dǎo)致LED燈損壞，另一方面，LED照明燈的溫度變化也 會(huì)影響LED照明燈的工作功率;基于效率和體積角度的考慮，現(xiàn)有LED照明燈多采用恒壓或 恒流開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)頻率一般在20-100千周。為適應(yīng)電源電壓變化，開(kāi)關(guān)電源都是采用電流 閉環(huán)或電壓閉環(huán)進(jìn)行閉環(huán)PWM脈寬控制的，在實(shí)際工作過(guò)程中，偶爾閉環(huán)響應(yīng)慢會(huì)造成LED 照明燈瞬間電流或電壓過(guò)高，導(dǎo)致LED燈不可逆轉(zhuǎn)的光衰，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)損壞LED照明燈。為了 進(jìn)行恒壓或恒流控制，開(kāi)關(guān)電源調(diào)制的脈寬都留有很大寬度，即在窄脈沖工作，對(duì)電源的輸 出濾波電容器沖擊大，導(dǎo)致濾波電解電容器使用壽命變短。且開(kāi)關(guān)電源大多由變壓器和儲(chǔ) 能電感進(jìn)行變壓和降壓驅(qū)動(dòng)LED燈珠組的工作，效率低；尤其是小功率輸出時(shí)，效率只有 70%-87%，功率因數(shù)為0.5-0.85。另一種LED照明燈的驅(qū)動(dòng)電源為線性穩(wěn)壓電源，采用一個(gè) 1C或多個(gè)1C來(lái)分配電壓，電子元器件種類(lèi)少，不需要電解電容。1C驅(qū)動(dòng)電源具有高可靠性、 高功率因數(shù)、高效率、低成本優(yōu)勢(shì);但該電源只適合電壓高的數(shù)十個(gè)燈珠場(chǎng)合使用，且輸出 高壓，有頻閃。第三種LED照明燈的驅(qū)動(dòng)電源是阻容壓降電源，雖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu) 點(diǎn)，但穩(wěn)定性差，功率和功率因數(shù)(0.2左右)低。專(zhuān)利申請(qǐng)（201420291297.7)無(wú)極性電容器 降分壓整流線性LED驅(qū)動(dòng)電源，雖然解決了輸入電壓與輸出功率線性輸出的問(wèn)題，但功率因 數(shù)僅為0.5-0.6。因此，尋找一種功率因數(shù)高、輸入電壓與輸出功率在一定使用范圍內(nèi)呈線 性關(guān)系且節(jié)能環(huán)保的LED照明燈驅(qū)動(dòng)電源是當(dāng)前電力電子技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的課題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種電容式線性輸 出LED驅(qū)動(dòng)電源。該電源在整流后的直流100HZ脈動(dòng)電壓波形內(nèi)由一只充電管(M0SFET)控制 對(duì)至少一只充電電容器進(jìn)行充電后，由一只放電管控制釋放充電電容器存儲(chǔ)的電荷對(duì)放 電輸出電容器和負(fù)載進(jìn)行放電。充電和放電頻率在20KHZ-200KHZ，在無(wú)變壓器的條件下實(shí) 現(xiàn)了電壓轉(zhuǎn)換，提高了電源的交流電功率因數(shù)和交流電到直流電的轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 本實(shí)用新型的工作原理和物理過(guò)程是：交流電整流后，由一只充電管經(jīng)一只限流 電阻(或電感)控制至少一只充電電容器進(jìn)行充電；一只放電管經(jīng)同一只限流電阻（或電感） 控制至少一只充放電電容器對(duì)放電輸出電容器進(jìn)行并聯(lián)式放電，放電輸出電容器兩端電壓 為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電壓;一只充電管與一只放電管以互補(bǔ)方式交替導(dǎo)通，中間設(shè)有死區(qū)，實(shí)現(xiàn)了對(duì) LED負(fù)載的交流輸入電壓與直流輸出功率的線性輸出，其工作頻率為20KHZ-200KHZ。本實(shí)用 新型的工作原理和物理過(guò)程是：交流電整流后，由一只充電管經(jīng)一只限流電阻（或電感)控 制至少一只充電電容器進(jìn)行充電；另一只放電管經(jīng)同一只限流電阻（或電感)控制至少一只 充放電電容器對(duì)放電輸出電容器進(jìn)行并聯(lián)式放電，放電輸出電容器兩端電壓為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電 壓;一只充電管與一只放電管以互補(bǔ)方式交替導(dǎo)通，中間設(shè)有死區(qū)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED負(fù)載的交 流輸入電壓與直流輸出功率的線性輸出，其工作頻率為20KHZ-200KHZ。由電容器所做的功Q = UXI = 2U2JifC可知，在充放電頻率f?為定值時(shí)，Q與電壓的平方成正比。當(dāng)電壓升高時(shí)，充 放電的能量增加。由能量守恒可知，供給LED燈的能量沒(méi)有突變，從而限制電流突變，減少了 LED照明燈因輸入交流電壓的變化而導(dǎo)致電流突變發(fā)生損壞的幾率，可適應(yīng)LED照明燈驅(qū)動(dòng) 的要求，提高了 LED照明燈的使用壽命。該電源可作為L(zhǎng)ED燈珠數(shù)量在100 % -200 %范圍內(nèi)變 化的恒功率輸出的LED驅(qū)動(dòng)電源，滿足各種規(guī)格燈具要求。為了適應(yīng)各種電壓輸出，本實(shí)用 新型可采用多只充放電電容與多只充電二極管和放電二極管組合進(jìn)行多級(jí)分壓，制成多級(jí) 分壓式電容線性輸出LED驅(qū)動(dòng)電源。直流輸出電壓E、電流I和限流電阻R的關(guān)系為：
式中U為輸入交流電壓，R為限流電阻，I為通過(guò)限流電阻的電流平均 值，N為分壓級(jí)數(shù)。從式中可以看出，合理的選取N，可以減小限流電阻的損耗。當(dāng)電流較大 時(shí)，應(yīng)采用電感利用感抗進(jìn)行限流，以利于提高電源轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種電容式線性輸出LED驅(qū)動(dòng) 電源由輸入端L和N、整流電路、控制電路、充放電電路、輸出電路構(gòu)成。所述的整流電路由橋 式整流器DQ和濾波電容Cb構(gòu)成;所述的控制電路由自帶振蕩器的M0SFET管半橋式驅(qū)動(dòng)控制 芯片K (其內(nèi)部設(shè)有高端懸浮驅(qū)動(dòng)器)和啟動(dòng)電阻RJ構(gòu)成;所述的充放電電路由充電管BG1、 放電管BG2、限流電阻R、充電電容器C2和放電輸出電容器C1構(gòu)成;所述的輸出電路由輸出端 +、輸出端-和負(fù)載串聯(lián)燈組LEDZ構(gòu)成。
[0006] 在上述方案中，所述控制電路由自帶振蕩器的M0SFET管半橋式驅(qū)動(dòng)控制芯片K(內(nèi) 部設(shè)有高端懸浮驅(qū)動(dòng)器），通過(guò)自舉電容和二極管為自舉式高端懸浮柵極驅(qū)動(dòng)器功能供 電?？刂菩酒部刹捎米詭д袷幤鞯腗0SFET管推挽驅(qū)動(dòng)控制芯片，其一路由芯片驅(qū)動(dòng)，另外 一路由自舉高端懸浮柵極驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)。
[0007] 在上述方案中，所述的充放電電路中充電管BG1和放電管BG2,可選擇IGBT、M0SFET 和功率晶體三極管中的一種。
[0008] 當(dāng)所述的電容式線性輸出LED驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)LED照明燈電流較大時(shí)，為了降低損 耗，限流電阻R應(yīng)用電感進(jìn)行替代。
[0009] -種電容式線性輸出LED驅(qū)動(dòng)電源的各電路連接關(guān)系如下：輸入端L和N分別連接 到整流電路內(nèi)的橋式整流器DQ的兩個(gè)交流端，橋式整流器DQ的輸出正極+接濾波電容器Cb 的一端，橋式整流器DQ的負(fù)極-接濾波電容器Cb的另一端;整流電路內(nèi)的橋式整流器DQ的正 極與控制電路內(nèi)的啟動(dòng)電阻RJ的一端相接，啟動(dòng)電阻RJ的另一端與控制芯片K的啟動(dòng)a端連 接，橋式整流器DQ的輸出負(fù)極-和控制電路內(nèi)控制芯片K內(nèi)的c端以及充放電電路內(nèi)的充電 管BG1的陰極相連接;所述的充放電電路內(nèi)的充電管BG1的柵極與控制電路內(nèi)的控制芯片K 的b端相連接，充電管BG1的陽(yáng)極與充放電電路內(nèi)的充電電容器C2的一端和放電管BG2的陰 極以及控制電路內(nèi)的控制芯片的e端相連接，充電電容器C2的另一端與限流電阻R的一端相 連，限流電阻R的另一端與充放電電路內(nèi)的放電輸出電容器C1的一端和整流電路的橋式整 流器DQ正極相連接，放電輸出電容器C1的另一端與放電管BG2的陽(yáng)極、輸出電路內(nèi)的輸出 端-以及負(fù)載LEDZ的負(fù)極相連接，放電管BG2的柵極與控制芯片K的d端相連;輸出電路內(nèi)的 輸出端+與負(fù)載LEDZ的正極和充放電電路內(nèi)的放電輸出電容器C1的一端相連接。
[0010] 本實(shí)用新型有益效果在于，由于采用電容器降壓，在交流電的正負(fù)半周期內(nèi)進(jìn)行 20KHZ-200KZ高次充放電，提高了電源的利用率和功率因數(shù);利用電容器存儲(chǔ)能量為定值， 使輸入交流電壓與直流輸出功率為線性關(guān)系;延長(zhǎng)了 LED照明燈的使用壽命，縮小了電源體 積。尤其是去