發光二極體燈驅動電源的製作方法

2023-10-05 07:43:59

專利名稱：發光二極體燈驅動電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源電路領域，具體涉及一種發光二極體(LED)燈驅動電源。
背景技術：
發光二極體(LED)燈具有耗電量少、壽命長、色彩豐富、耐震動、可控性強等特點， 是繼白熾燈、螢光燈之後照明光源的又一次革命。由於LED屬於直流電流型元件，根據LED 正向電壓-電流電氣特性，電壓的微小變化就會引起電流很大變化。因此由市電供電時，若要充分發揮LED燈的優點，其驅動電源電路需要滿足如下的性能要求1.輸入功率因數高，輸入電流諧波因數小，減少電網「公害」；2. LED工作電流脈動係數小、穩定度高，充分提高LED的壽命；3.工作效率高，節能；4.線路簡單、可靠，成本低，滿足民用需求。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種發光二極體燈驅動電源，其具有輸入功率因數高、輸出電流穩定、結構簡單和可靠性高等特點。為解決上述問題，本實用新型所設計的一種發光二極體燈驅動電源，其主要由自恢復保險電阻、瞬時過電壓抑制器、整流橋、控制單元、輸入側電感、功率開關管、能量傳送電容、續流二極體、高頻降壓變壓器、輸出整流二極體、輸出續流二極體、輸出濾波電感和發光二極體燈組成。其中輸入側電感、功率開關管、能量傳送電容、續流二極體和高頻降壓變壓器的一次側繞組構成Cuk變換器。市電經過自恢復保險電阻輸入到瞬時過電壓抑制器； 瞬時過電壓抑制器的輸出端接入整流橋的交流輸入側。整流橋的正輸出端分為2路，其中一路接入控制單元的正輸入端，另一路則經過Cuk變換器的輸入側電感接至Cuk變換器的功率開關管的集電極和Cuk變換器的能量傳送電容的輸入端；整流橋的負輸出端分別與 Cuk變換器的功率開關管的發射極和控制單元的負輸入端相接；控制單元的輸出控制脈衝信號端接至Cuk變換器的功率開關管的控制極；Cuk變換器的能量傳送電容的輸出端同時與Cuk變換器的續流二極體的陽極和高頻降壓變壓器的一次側繞組的非標識端相接；Cuk 變換器的續流二極體的陰極與高頻降壓變壓變壓器的一次側繞組的標識端並接後再接至整流橋負輸出端；高頻降壓變壓器的二次側繞組的非標識端與輸出續流二極體的陽極和發光二極體燈的陰極相接。高頻降壓變壓器的二次側繞組的標識端接至輸出整流二極體的陽極；輸出整流二極體的陰極同時與輸出續流二極體的陰極和輸出濾波電感的輸入端相接； 輸出濾波電感的輸出端與發光二極體燈的陽極相接。上述方案中，所述瞬時過電壓抑制器由相互並聯的壓敏電阻和高頻電容組成。上述方案中，所述控制單元包括555時基電路、穩壓二極體、電位器、4個電阻和3 個電容。第一電容和穩壓二極體並聯後的電路與第一電阻串聯組成陽5時基電路的穩壓供電電源，其中第一電阻的輸入端接至整流橋的正輸出端，第一電阻的輸出端分別與穩壓二極體的陰極、555時基電路的第4和第8管腳相連，穩壓二極體的陽極與整流橋的負輸出端相連；555時基電路及其外接元件第二電阻、第三電阻、電位器和第二電容組成多諧振動器，其中第二電阻的輸入端與整流橋的正輸出端連接，第二電阻的輸出端與555時基電路的第7管腳相連；第三電阻的一端連接在555時基電路的第7管腳上，另一端則同時與電位器的其中一個固定端和調節端相連；電位器的另一個固定端連接至陽5時基電路的第6和第2管腳上；555時基電路的第6和第2管腳經過第二電容與整流橋的負輸出端連接。555 時基電路的第1管腳和整流橋的負輸出端；555時基電路的第5管腳通過第三電容與整流橋的負輸出端相連；555時基電路的第3管腳通過第四電阻與功率開關管的控制極連接。與現有技術相比，本實用新型電源採用市電全波不控整流供電、Cuk變換器調節電路和高頻變壓器變流構成，其結構簡單、造價低廉，特別是無需電解電容器，有效提高了電路的可靠性和使用壽命；全波不控整流以及Cuk變換技術，使得交流側電流波形連續，接近正弦波，且功率因數接近1 ;Cuk變換器採用高頻脈寬調製(PWM)技術，輸出採用電感濾波， 使得流過發光二極體的直流電流的紋波係數很小；Cuk變換器的佔空比受瞬時輸入電壓幅值控制，自動抑制電網波動對輸出的影響，穩定了輸出電流；Cuk變換器為開關變換控制方式較其它電阻限流、線性控制調節、充電泵升壓等控制方式效率要高。

圖1為一種發光二極體燈驅動電源的電路原理圖；1-自恢復保險電阻，2-瞬時過電壓抑制器，3-整流橋，4-控制單元，5-輸入側電感，6-功率開關管，7-能量傳送電容，8-續流二極體，9-高頻降壓變壓器，10-輸出整流二極體，11-輸出續流二極體，12-輸出濾波電感，13-發光二極體燈。圖2為圖1所示控制單元的電路原理圖；401-第一電阻，402-第一電容，403-穩壓二極體，404-第二電阻，405-第三電阻， 406-電位器，407-第二電容，408-第三電容，409-第四電阻，410-555時基電路。圖3為圖2所示控制單元中G端的輸出波形。
具體實施方式
參見圖1，一種發光二極體燈驅動電源，主要由自恢復保險電阻1、瞬時過電壓抑制器2、整流橋3、控制單元4、輸入側電感5、功率開關管6、能量傳送電容7、續流二極體8、 高頻降壓變壓器9、輸出整流二極體10、輸出濾波電感11和發光二極體燈12組成。其中輸入側電感5、功率開關管6、能量傳送電容7、續流二極體8和高頻降壓變壓器9的一次側繞組構成Cuk變換器。市電經過自恢復保險電阻1輸入到瞬時過電壓抑制器2 ；瞬時過電壓抑制器2的輸出端接入整流橋3的交流輸入側；整流橋3的正輸出端 分為2路，其中一路接入控制單元4的正輸入端 ，另一路則經過Cuk變換器的輸入側電感5接至Cuk變換器的功率開關管6的集電極和Cuk變換器的能量傳送電容7的輸入端；整流橋3的負輸出端￡)分別與Cuk變換器的功率開關管6的發射極和控制單元4的負輸入端0相接；控制單元4的輸出控制脈衝信號端接至Cuk變換器的功率開關管6的控制極G ；Cuk變換器的能量傳送電容7的輸出端同時與Cuk變換器的續流二極體8的陽極和高頻降壓變壓器9的一次側繞組的非標識端相接；Cuk變換器的續流二極體8的陰極與高頻降壓變壓變壓器9的一次側繞組的標識端並接後再接至整流橋3負輸出端0 ；高頻降壓變壓器9的二次側繞組的非標識端與輸出續流二極體11的陽極和發光二極體燈13的陰極相接；高頻降壓變壓器 9的二次側繞組的標識端接至輸出整流二極體10的陽極；輸出整流二極體10的陰極同時與輸出續流二極體11的陰極和輸出濾波電感12的輸入端相接；輸出濾波電感12的輸出端與發光二極體燈13的陽極相接。上述瞬時過電壓抑制器2由相互並聯的壓敏電阻和高頻電容組成。上述控制單元4如圖2所示，包括第一電阻401、第一電容402、穩壓二極體403、第二電阻404、第三電阻405、電位器406、第二電容407、第三電容408、第四電阻409和555時基電路410。第一電容402和穩壓二極體403並聯後的電路與第一電阻401串聯組成555 時基電路410的穩壓供電電源，其中第一電阻401的輸入端接至整流橋3的正輸出端 ， 第一電阻401的輸出端分別與穩壓二極體403的陰極、555時基電路410的第4和第8管腳相連，穩壓二極體403的陽極與整流橋3的負輸出端0相連。555時基電路410及其外接元件第二電阻404、第三電阻405、電位器406和第二電容407組成多諧振動器，其中第二電阻404的輸入端與整流橋3的正輸出端 連接，第二電阻404的輸出端與555時基電路 410的第7管腳相連；第三電阻405的一端連接在555時基電路410的第7管腳上，另一端則同時與電位器406的其中一個固定端和調節端相連；電位器406的另一個固定端連接至 555時基電路410的第6和第2管腳上；555時基電路410的第6和第2管腳經過第二電容 407與整流橋3的負輸出端0連接；555時基電路410的第1管腳和整流橋3的負輸出端 O ； 555時基電路410的第5管腳通過第三電容408與整流橋3的負輸出端0相連；555 時基電路410的第3管腳通過第四電阻409與功率開關管6的控制極G連接。上述發光二極體燈與現有技術相同，即可以由2個或2個以上的發光二極體相互串聯而成。本實用新型的工作原理如下在Cuk變換器的功率開關管6導通時間段t。n，整流器3的輸出電源給Cuk變換器的輸入側電感5充電，同時Cuk變換器的能量傳送電容7通過功率開關管6給高頻降壓變壓器9的一次側放電，Cuk變換器的續流二極體8承受反壓而截止，高頻降壓變壓器9的二次側感應出電動勢通過輸出整流二極體10和輸出濾波電感12給發光二極體燈13供電，同時輸出濾波電感12充電貯存能量。在Cuk變換器的功率開關管6截止時間段t。ff，整流器3的輸出電源和Cuk變換器的輸入側電感5的貯存能量共同作用，通過Cuk變換器的續流二極體8形成迴路給Cuk變換器的能量傳送電容7充電；輸出濾波電感12通過輸出續流二極體11給發光二極體燈燈 13放電。參見圖3，控制單元4控制佔空比D = ^"
lOn^1Off )而t。ff = (R405+R406)C407ln2,改變電位器406，就可以改變t。ff時間的大小，固定電位器406阻值，則t。ff時間就保持不變。3UKn = (^404 + ^405 + ^406 )Qo7 H ^ ^jj )其中UI為整流橋3直流輸出電壓值，Uz為
1 Z ？
穩壓二極體403的穩壓值。U1升高時，t。n減少，佔空比D減小，反之亦然。Cuk變換器的功率開關管6截止時間段t。ff，Cuk變換器的續流二極體8的電流連
TT kD ττ
續時，輸出電壓^ =U1升高時，佔空比D減小，有利於穩定輸出電壓隊。Cuk變換器的功率開關管6截止時間段t。ff，Cuk變換器的續流二極體8的電流斷
jf'jj2 D2
續時，輸出電壓仏=『flo U1升高時，佔空比D減小，亦有利於穩定輸出電壓Utl。發光二極體燈13負載的特殊性，其工作電壓基本保持不變，同時Cuk變換器的負載端無濾波電容器，實際電路與上述分析有些差異，但通過優化選擇控制單元4的電路參數，對輸入發光二極體燈13的電流有較好的穩流功效。在Cuk變換器的功率開關管6截止和導通兩種狀態下，整流橋3都有電流輸出，保證交流側電流波形連續，且接近正弦波。Cuk變換器的工作頻率IOkHz 50kHz，選擇適當的輸出濾波電感12的電感值，使得流過發光二極體燈13的直流電流的紋波係數小於15% (額定工作點)；Cuk變換器的佔空比受瞬時輸入電壓幅值控制，自動抑制電網波動對輸出的影響，穩定了輸出電流；Cuk變換器為開關變換控制方式較其它電阻限流、線性控制調節、充電泵升壓等控制方式效率要高；控制線路結構簡單，造價低廉，特別是整個電路無電解電容器，進一步提高了電路的可靠性和使用壽命。
權利要求1.發光二極體燈驅動電源，其特徵在於主要由自恢復保險電阻(1)、瞬時過電壓抑制器(2)、整流橋(3)、控制單元(4)、輸入側電感( 、功率開關管(6)、能量傳送電容(7)、續流二極體(8)、高頻降壓變壓器(9)、輸出整流二極體(10)、輸出濾波電感(11)和發光二極體燈(1 組成；其中輸入側電感(5)、功率開關管(6)、能量傳送電容(7)、續流二極體(8)和高頻降壓變壓器(9)的一次側繞組構成 Cuk變換器；市電經過自恢復保險電阻(1)輸入到瞬時過電壓抑制器O)；瞬時過電壓抑制器O) 的輸出端接入整流橋(3)的交流輸入側；整流橋(3)的正輸出端分為2路，其中一路接入控制單元的正輸入端，另一路則經過輸入側電感( 接至功率開關管(6)的集電極和能量傳送電容(7)的輸入端；整流橋 (3)的負輸出端分別與功率開關管(6)的發射極和控制單元的負輸入端相接；控制單元的輸出控制脈衝信號端接至功率開關管(6)的控制極；能量傳送電容(7)的輸出端同時與續流二極體(8)的陽極和高頻降壓變壓器(9)的一次側繞組的非標識端相接；續流二極體(8)的陰極與高頻降壓變壓變壓器(9)的一次側繞組的標識端並接後再接至整流橋 (3)負輸出端；高頻降壓變壓器(9)的二次側繞組的非標識端與輸出續流二極體(11)的陽極和發光二極體燈(1 的陰極相接；高頻降壓變壓器(9)的二次側繞組的標識端接至輸出整流二極體(10)的陽極；輸出整流二極體(10)的陰極同時與輸出續流二極體(11)的陰極和輸出濾波電感(1 的輸入端相接；輸出濾波電感(1 的輸出端與發光二極體燈(1 的陽極相接。
2.根據權利要求1所述的一種發光二極體燈驅動電源，其特徵在於所述瞬時過電壓抑制器O)由相互並聯的壓敏電阻和高頻電容組成。
3.根據權利要求1或2所述的一種發光二極體燈驅動電源，其特徵在於控制單元包括第一電阻(401)、第一電容(402)、穩壓二極體(403)、第二電阻(404)、第三電阻(405)、 電位器006)、第二電容(407)、第三電容008)、第四電阻(409)和555時基電路010)；第一電阻G01)的輸入端接至整流橋(3)的正輸出端，第一電阻G01)的輸出端分別與穩壓二極體(40 的陰極、555時基電路(410)的第4和第8管腳相連，穩壓二極體003) 的陽極與整流橋(3)的負輸出端相連；第一電容(40 並聯在穩壓二極體003)的兩端；第二電阻G04)的輸入端與整流橋(3)的正輸出端連接，第二電阻G04)的輸出端與 555時基電路010)的第7管腳相連；第三電阻(405)的一端連接在555時基電路010)的第7管腳上，另一端則同時與電位器006)的調節端和其中一個固定端相連；電位器006) 的另一個固定端連接至555時基電路010)的第6和第2管腳上；555時基電路010)的第6和第2管腳經過第二電容007)與整流橋(3)的負輸出端連接；555時基電路010)的第1管腳直接連接整流橋(3)的負輸出端；555時基電路010) 的第5管腳通過第三電容(408)與整流橋(3)的負輸出端相連；555時基電路010)的第3 管腳通過第四電阻(409)與功率開關管(6)的控制極連接。
專利摘要本實用新型公開一種發光二極體燈驅動電源，其主要由自恢復保險電阻、瞬時過電壓抑制器、整流橋、控制單元、輸入側電感、功率開關管、能量傳送電容、續流二極體、高頻降壓變壓器、輸出整流二極體、輸出續流二極體、輸出濾波電感和發光二極體燈組成。其中輸入側電感、功率開關管、能量傳送電容、續流二極體和高頻降壓變壓器的一次側繞組構成Cuk變換器。本實用新型具有輸入功率因數高、輸出電流穩定、結構簡單和可靠性高等特點。
文檔編號H05B37/02GK202310215SQ20112041617
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者李震, 王斌, 韋壽祺 申請人:桂林電子科技大學