無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率led燈恒流電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，包括交流供電電路、控制電路、耦合輸出電路和紋波抑平電路；交流供電電路包括分別受控于交流電源Uin正、負(fù)半波的恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和U2，及交流電正、負(fù)半波電流回路，上述電流回路的電流均流經(jīng)磁集成變壓器TR的原邊繞組N11和N12，以在副邊繞組NV1和NV2分別感應(yīng)電壓經(jīng)控制電路提供恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和U2的工作電壓，在中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生感應(yīng)次級(jí)電流經(jīng)耦合輸出電路輸出到負(fù)載LED燈；紋波抑平電路平抑電流紋波；本發(fā)明的恒流電源不使用橋式整流和電解電容而提升電功功率、提高可靠性、擴(kuò)流提升芯片驅(qū)動(dòng)能力、降低芯片工作溫度提高壽命、恒流精度高、電流紋波小、LED燈不閃爍、電路符合環(huán)保原則。
【專利說(shuō)明】無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED燈恒流電源技術(shù)，特別涉及無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源。
【背景技術(shù)】
[0002]上海占空比電子科技有限公司的DU系列芯片，是把成熟的低成本的模擬技術(shù)以及高精度的數(shù)碼編程技術(shù)相結(jié)合，其中，DU8966芯片是性價(jià)比優(yōu)秀的LED恒流電源驅(qū)動(dòng)芯片之一，基于每個(gè)脈沖閉環(huán)恒流控制技術(shù)，適應(yīng)于寬電源電壓、寬負(fù)載電壓和電感參數(shù)較寬的條件，恒流精度為3 %，高PF功率因數(shù)，低諧波THD ；DU8966內(nèi)置準(zhǔn)諧振TRUQR技術(shù)，使電力電子開關(guān)每個(gè)脈沖都實(shí)現(xiàn)真正的“谷底開關(guān)”，降低了 EMI平擾電平、電力電子開關(guān)損耗和溫升，提升電功效率。DU8966芯片作為高效源極驅(qū)動(dòng)，電路簡(jiǎn)潔，大批量生產(chǎn)的通過(guò)率、對(duì)輸入交流電源寬范圍適應(yīng)性、對(duì)負(fù)載電感量誤差的適應(yīng)性都很好，成品率穩(wěn)定。但是，局限于內(nèi)置MOSFET的驅(qū)動(dòng)能力有限，DU8966只適用于45W以下的中小功率LED燈，難以驅(qū)動(dòng)百瓦級(jí)以上的大功率LED燈。再者，目前應(yīng)用DU8966的LED燈恒流電源都采用橋式整流，橋式整流不僅損失了低壓電源的電功功率，而且橋式整流二極管的本身未導(dǎo)通時(shí)造成“工作死區(qū)”，降低恒流電源可靠性；在負(fù)載端采用電解電容進(jìn)行濾波實(shí)現(xiàn)LED燈的低紋波，由于電解電容的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于LED燈的壽命，減少了恒流電源的使用壽命，降低了可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不使用橋式整流和電解電容的提升電功功率、提高可靠性、提高芯片驅(qū)動(dòng)能力、降低芯片工作溫度的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，從而實(shí)現(xiàn)提高其工作壽命、恒流精度高、電流紋波小、LED燈不閃爍、電路環(huán)保。
[0004]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題:
[0005]無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，包括:交流供電電路、控制電路、耦合輸出電路和紋波抑平電路；
[0006]所述交流供電電路連接交流電源Uin，包括分別受控于交流電源Uin正半波和負(fù)半波極性控制交替工作或休息半個(gè)波的恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和高電壓大電流電子開關(guān)Tl、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2和高電壓大電流電子開關(guān)T2，以及，由恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2分別控制導(dǎo)通的交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路，上述電流回路的電流均流經(jīng)磁集成變壓器TR的原邊繞組Nll和原邊繞組N12，以在磁集成變壓器TR的副邊繞組NVl和副邊繞組NV2分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓，在磁集成變壓器TR的中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生感應(yīng)次級(jí)電流；
[0007]所述控制電路包括交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路、恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路、自供電電路和恒流控制電路；
[0008]所述耦合輸出電路把上述中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生的感應(yīng)次級(jí)電流經(jīng)整流、濾波后輸出到負(fù)載LED燈；
[0009]所述紋波抑平電路用于回收交流電源和交流供電電路中產(chǎn)生的諧波THD和電磁干擾EMI，經(jīng)整流后輸出到負(fù)載LED燈；
[0010]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2均采用型號(hào)為DU8966的集成芯片。
[0011]所述磁集成變壓器TR包括“日”字型磁芯柱，以及，原邊繞組Nll和原邊繞組N12分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，副邊繞組NVl和副邊繞組NV2分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，中柱次級(jí)繞組N2繞在“日”字型磁芯柱的中柱上，附加繞組N31和附加繞組N32分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上。
[0012]所述交流電正半波電流回路為:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nll的異名端和同名端、高電壓大電流電子開關(guān)Tl的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；受控于該交流電正半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2不工作；
[0013]所述交流電負(fù)半波電流回路為:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組N12的同名端和異名端、高電壓大電流電子開關(guān)T2的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D1、原邊繞組Nll的同名端和異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F，回到交流電源Uin的正極性L端；受控于該交流電負(fù)半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul不工作。
[0014]所述交流電正半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cjl的一端連接原邊繞組Nll的同名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C71的一端、低電壓大電流MOSFET管T51的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C71的另一端連接公共零電位OV ;低電壓大電流MOSFET管T51的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)Tl的柵極和電阻R51的一端，電阻R51的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的DRN引腳；當(dāng)穩(wěn)壓電容C71兩端的電壓為正15伏時(shí)，高電壓大電流電子開關(guān)Tl導(dǎo)通，交流電正半波電流回路導(dǎo)通；
[0015]所述交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cj2的一端連接原邊繞組N12的異名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C72的一端、低電壓大電流MOSFET管T52的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C72的另一端連接公共零電位0V，低電壓大電流MOSFET管T52的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)T2的柵極和電阻R52的一端，電阻R52的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的DRN引腳；當(dāng)穩(wěn)壓電容C72兩端的電壓為正15伏時(shí)，高電壓大電流電子開關(guān)T2導(dǎo)通，交流電負(fù)半波電流回路導(dǎo)通。
[0016]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的啟動(dòng)電路包括:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nll的異名端和同名端、啟動(dòng)電容Cjl、貯能電容Cv、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCC引腳連接在啟動(dòng)電容Cjl和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul啟動(dòng)工作；
[0017]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路包括:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組NI2的同名端和異名端、啟動(dòng)電容Cj2、貯能電容Cv、公共零電位OV、二極管D1、原邊繞組Nll的同名端異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F、回到交流電源Uin的正極性L端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳連接在啟動(dòng)電容Cj2和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)工作；
[0018]所述自供電電路，用于在恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)后，提供恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的工作電壓；該自供電電路包括:副邊繞組NVl的同名端經(jīng)限流電阻R13連接二極管D13的正極，二極管D13的負(fù)極連接二極管D14的負(fù)極，二極管D14的正極經(jīng)限流電阻R14連接副邊繞組NV2的異名端，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCC引腳、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳和貯能電容Cv的一端同時(shí)連接在二極管D13和二極管D14之間，貯能電容Cv的另一端、副邊繞組NVl的異名端、副邊繞組NV2的同名端、恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的GND引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的GND引腳均連接公共零電位OV。
[0019]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的恒流控制電路包括:副邊繞組NVl輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻Rll和電阻rll的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的FB引腳，副邊繞組NV2輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻R12與電阻rl2的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的FB引腳；采樣電阻RCS的一端同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的CS引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的CS引腳，另一端連接公共零電位OV。
[0020]所述耦合輸出電路包括:中柱次級(jí)繞組N2的一端同時(shí)連接貯能電容COl的一端和貯能電容C02的一端，中柱次級(jí)繞組N2的另一端同時(shí)連接整流二極管DOl的正極和整流二極管D02的負(fù)極，貯能電容COl的另一端和整流二極管DOl的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，貯能電容C02的另一端和整流二極管D02的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端；負(fù)載LED燈的的兩端還并聯(lián)RC并聯(lián)濾波電路；通過(guò)設(shè)計(jì)中柱次級(jí)繞組N2的匝數(shù)，適配各電壓等級(jí)的負(fù)載LED燈。
[0021]所述紋波抑平電路包括:附加繞組N31的一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L31后同時(shí)連接二極管D311的正極和二極管D312的負(fù)極，另一端連接附加繞組N32的一端并同時(shí)連接在貯能電容COl和貯能電容C02之間，附加繞組N32的另一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L32后同時(shí)連接二極管D321的正極和二極管D322的負(fù)極，二極管D311的負(fù)極和二極管D321的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，二極管312的正極和二極管D322的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端。
[0022]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:
[0023]1、利用輸入交流電源過(guò)零之后正半波或者負(fù)半波的半波時(shí)段的極性控制兩片DU8966集成芯片交替工作或休息半個(gè)波高頻PWM恒流控制主回路電流，通過(guò)低電壓大電流MOSFET管源極驅(qū)動(dòng)控制高電壓大電流電子開關(guān)導(dǎo)通形成大電流流通回路，代替整流橋?qū)崿F(xiàn)無(wú)橋式整流，直接產(chǎn)生高頻RF的AC-AC工作模式，提高了功率因數(shù)PF值，有效提升交流電源的電功效率，降低了成本。
[0024]2、不用電解電容，提升LED恒流電源可靠性。
[0025]3、運(yùn)用磁集成技術(shù)，在普通三柱磁芯的兩邊柱設(shè)置初級(jí)繞組NI I和N12 ;中柱次級(jí)繞組N2安排在磁芯中柱，在兩邊柱邊角處設(shè)置附加繞組N31和N32，充分利用繞組漏電感也參與正能量的工作。原邊繞組Nll和N12經(jīng)啟動(dòng)電容Cjl和Cj2及安規(guī)電容Cx構(gòu)成LC閉合回路，當(dāng)交流電源Uin過(guò)零，或內(nèi)部電力電子開關(guān)的“死區(qū)時(shí)段”瞬間，該LC閉合回路回收雜散電磁場(chǎng)原本有害的諧波負(fù)能量，轉(zhuǎn)化為中柱次級(jí)繞組N2、附加繞組N31和N32的正能量，回饋給負(fù)載LED燈，既提升電功功率，又降低了 THD和EMI。
[0026]4、因不用電解電容，對(duì)于無(wú)濾波之高紋波問(wèn)題，本發(fā)明利用邊柱磁通與中柱合成磁通之間存在相位差作用，在兩邊柱邊角處設(shè)置附加繞組N31和N32，并分別串入電感L31、電感L32，與電容COl及與電容C02分別構(gòu)成“串聯(lián)諧振回路”，分別調(diào)諧在電源諧波THD中存在諧波能量較大的兩個(gè)頻率，于是把原本有害的諧波交流能量，化害為利，回收轉(zhuǎn)化為直流電流源，向?yàn)V波電容CO供電，起到抑平LED電流紋波的作用，所以，不必用大電容量的電解電容作濾波電容，就可以實(shí)現(xiàn)LED低紋波，既避免了使用電解電容導(dǎo)致的可靠性問(wèn)題，也避免了電解質(zhì)污染，實(shí)現(xiàn)電路環(huán)保，提高了恒流電源的可靠性和工作壽命；
[0027]5、在交流供電電路的大電流流通回路，大電流不再象現(xiàn)有技術(shù)那樣流經(jīng)DU8966集成芯片內(nèi)置的MOSFET管，能降低芯片工作溫度，提高其使用壽命；
[0028]6、DU8966芯片通過(guò)低電壓大電流MOSFET管源極輸出驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)，低電壓大電流MOSFET管起了擴(kuò)流作用，實(shí)現(xiàn)小功率芯片DU8966驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)的目的，從而實(shí)現(xiàn)把DU8966芯片從45瓦以內(nèi)小功率控制運(yùn)用到百瓦級(jí)大功率LED燈電源；
[0029]7、發(fā)揮了 DU8966高功率因數(shù)、適應(yīng)寬電源、適應(yīng)寬負(fù)載電壓、適應(yīng)貯能電感較寬公差但仍有恒流精度高、電流紋波小、LED燈不閃爍、成本低的優(yōu)點(diǎn)；
[0030]8、用啟動(dòng)電容Cjl和Cj2的容抗作為不消耗有功功率的啟動(dòng)方案，取代傳統(tǒng)的電阻降壓?jiǎn)?dòng)方案。
[0031 ] 9、電路中的公共零電位懸空，實(shí)現(xiàn)等電位，可以降低雷電的影響。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0034]如圖1所示，無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，包括:交流供電電路、控制電路、耦合輸出電路和紋波抑平電路；
[0035]本發(fā)明的恒流電源采用磁集成變壓器TR，包括“日”字型磁芯柱，以及，原邊繞組Nll和原邊繞組N12分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，副邊繞組NVl和副邊繞組NV2分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，中柱次級(jí)繞組N2繞在“日”字型磁芯柱的中柱上，附加繞組N31和附加繞組N32分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上。
[0036]所述交流供電電路連接交流電源Uin，包括分別受控于交流電源Uin正半波和負(fù)半波極性控制交替工作或休息半個(gè)波的恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和高電壓大電流電子開關(guān)Tl、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2和高電壓大電流電子開關(guān)T2，以及，由恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2分別控制導(dǎo)通的交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路，上述電流回路的電流均流經(jīng)磁集成變壓器TR的原邊繞組Nll和原邊繞組N12，以在磁集成變壓器TR的副邊繞組NVl和副邊繞組NV2分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓，在磁集成變壓器TR的中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生感應(yīng)次級(jí)電流；恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2均采用型號(hào)為DU8966的集成芯片。
[0037]所述交流電正半波電流回路為:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nll的異名端和同名端、高電壓大電流電子開關(guān)Tl的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；受控于該交流電正半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2不工作；
[0038]所述交流電負(fù)半波電流回路為:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組N12的同名端和異名端、高電壓大電流電子開關(guān)T2的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D1、原邊繞組Nll的同名端和異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F，回到交流電源Uin的正極性L端；受控于該交流電負(fù)半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul不工作。
[0039]所述控制電路包括交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路、自供電電路和恒流控制電路；
[0040]所述交流電正半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cjl的一端連接原邊繞組Nll的同名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C71的一端、低電壓大電流MOSFET管T51的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C71的另一端連接公共零電位OV ;低電壓大電流MOSFET管T51的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)Tl的柵極和電阻R51的一端，電阻R51的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的DRN引腳；忽略低電壓大電流MOSFET管T51的導(dǎo)通內(nèi)阻res (on)，相當(dāng)于穩(wěn)壓電容C71兩端的電壓為正15伏直接驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)Tl導(dǎo)通，交流電正半波電流回路導(dǎo)通；
[0041]所述交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cj2的一端連接原邊繞組N12的異名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C72的一端、低電壓大電流MOSFET管T52的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C72的另一端連接公共零電位0V，低電壓大電流MOSFET管T52的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)T2的柵極和電阻R52的一端，R52的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的DRN引腳；忽略低電壓大電流MOSFET管T52的導(dǎo)通內(nèi)阻res (on)，相當(dāng)于穩(wěn)壓電容C72兩端的電壓為正15伏直接驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)T2導(dǎo)通，交流電負(fù)半波電流回路導(dǎo)通。
[0042]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的啟動(dòng)電路包括:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nll的異名端和同名端、啟動(dòng)電容Cjl、貯能電容Cv、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCC引腳連接在啟動(dòng)電容Cjl和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul啟動(dòng)工作；
[0043]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路包括:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組NI2的同名端和異名端、啟動(dòng)電容Cj2、貯能電容Cv、公共零電位0V、二極管D1、原邊繞組Nll的同名端異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F、回到交流電源Uin的正極性L端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳連接在啟動(dòng)電容Cj2和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)工作；
[0044]所述自供電電路，用于在恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)后，提供恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的工作電壓；該自供電電路包括:副邊繞組NVl的同名端經(jīng)限流電阻R13連接二極管D13的正極，二極管D13的負(fù)極連接二極管D14的負(fù)極，二極管D14的正極經(jīng)限流電阻R14連接副邊繞組NV2的異名端，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCC引腳、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳和貯能電容Cv的一端同時(shí)連接在二極管D13和二極管D14之間，貯能電容Cv的另一端、副邊繞組NVl的異名端、副邊繞組NV2的同名端、恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的GND引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的GND引腳均連接公共零電位0V。
[0045]所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的恒流控制電路包括:副邊繞組NVl輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻Rll和電阻rll的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的FB引腳，副邊繞組NV2輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻R12與電阻rl2的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的FB引腳；采樣電阻RCS的一端同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的CS引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的CS引腳，另一端連接公共零電位OV。
[0046]在交流電源Uin串聯(lián)熔斷保險(xiǎn)絲F的串聯(lián)支路兩端還分別并聯(lián)壓敏電阻Rv和安規(guī)電容Cx，用以保護(hù)電路；在高電壓大電流電子開關(guān)Tl的發(fā)射極和柵極之間連接15V的保護(hù)二極管DZ1，在高電壓大電流電子開關(guān)T2的發(fā)射極和柵極之間連接15V的保護(hù)二極管DZ2。
[0047]所述耦合輸出電路包括:中柱次級(jí)繞組N2的一端同時(shí)連接貯能電容COl的一端和貯能電容C02的一端，中柱次級(jí)繞組N2的另一端同時(shí)連接整流二極管DOl的正極和整流二極管D02的負(fù)極，貯能電容COl的另一端和整流二極管DOl的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，貯能電容C02的另一端和整流二極管D02的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端；負(fù)載LED燈的的兩端還并聯(lián)RC并聯(lián)濾波電路。RC并聯(lián)濾波電路包括并聯(lián)的濾波電容CO和電阻R0。通過(guò)設(shè)計(jì)中柱次級(jí)繞組N2的匝數(shù)，適配目前市場(chǎng)上各電壓等級(jí)的負(fù)載LED燈。
[0048]所述紋波抑平電路包括:附加繞組N31的一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L31后同時(shí)連接二極管D311的正極和二極管D312的負(fù)極，另一端連接附加繞組N32的一端并同時(shí)連接在貯能電容COl和貯能電容C02之間，附加繞組N32的另一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L32后同時(shí)連接二極管D321的正極和二極管D322的負(fù)極，二極管D311的負(fù)極和二極管D321的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，二極管312的正極和二極管D322的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端。
[0049]所述交流電正半波電流回路的導(dǎo)通控制電路的工作原理為:由于啟動(dòng)電容Cjl的容抗限流，對(duì)恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的Vgs引腳供電，發(fā)揮該Vgs引腳內(nèi)置15伏、8毫安的穩(wěn)壓管的作用，使穩(wěn)壓電容C71兩端有穩(wěn)定電壓正15±1伏。當(dāng)恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的DRN引腳和CS引腳內(nèi)部對(duì)通，視為該DRN引腳與CS引腳之間有0.5歐姆小電阻接通，源極驅(qū)動(dòng)低電壓大電流MOSFET管T51導(dǎo)通，相當(dāng)于把高電壓大電流電子開關(guān)Tl的柵極接通恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的Vgs引腳穩(wěn)壓15± I伏，于是高電壓大電流電子開關(guān)Tl導(dǎo)通，有大電流流通所述交流電正半波電流回路，且該大電流不再流經(jīng)恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul內(nèi)置的MOS管，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul減少發(fā)熱。交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路的工作原理同上。從而，實(shí)現(xiàn)了無(wú)橋式整流的“無(wú)橋”工作，直接實(shí)現(xiàn)低頻AF的交流電源轉(zhuǎn)為恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul控制高電壓大電流電子開關(guān)Tl的高頻RF的AC-AC工作模式，節(jié)約了橋式整流器，降低成本，提升了電功效率。
[0050]對(duì)于50赫茲的工業(yè)電源而言，交流電每半個(gè)波占10毫秒。在交流電正半波，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul啟動(dòng)工作；上述10毫秒正半波時(shí)段，二極管D2導(dǎo)通，使高電壓大電流電子開關(guān)T2失控不工作休息10毫秒；當(dāng)恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul啟動(dòng)工作后，由自供電電路向恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul提供工作電壓，當(dāng)供電電容Cv兩端電端在7.5至27伏之間，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul正常工作；當(dāng)供電電容Cv兩端電端低于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul欠壓保護(hù)；當(dāng)供電電容Cv兩端電端高于27伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul過(guò)壓保護(hù)。同理，在交流電負(fù)半波，二極管Dl導(dǎo)通，高電壓大電流電子開關(guān)Tl失控不工作休息10毫秒，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2工作原理同上。
[0051]當(dāng)交流電源Uin輸入的交流電過(guò)零時(shí)，供電電容Cv兩端電壓大于7.5伏的時(shí)間大于10ms，則恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2均工作，但此時(shí)無(wú)交流電源能量輸入，稱為“死區(qū)”。
[0052]所述耦合輸出電路的工作原理為:當(dāng)在交流電正半波10毫秒時(shí)段，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)Tl工作，50赫芝的交流轉(zhuǎn)變?yōu)?0千赫芝超音頻脈沖，這時(shí)磁集成變壓器TR的邊柱磁通從右向左流向中柱，而中柱磁通由左向右流動(dòng)；反之，當(dāng)在交流電負(fù)半波10毫秒時(shí)段，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2驅(qū)動(dòng)高電壓大電流電子開關(guān)T2工作，50赫芝的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?0千赫芝超音頻脈沖，這時(shí)邊柱磁通從左向右流向中柱，而中柱磁通由右向左流動(dòng)；雙向流動(dòng)的磁通切割中柱次級(jí)繞組N2，產(chǎn)生感應(yīng)次級(jí)電流ILED，經(jīng)整流二極管DOl和整流二極管D02整流，成為直流電流貯存在貯能電容COl和貯能電容C02，同時(shí)向RC并聯(lián)濾波電路的濾波電容CO充電并向負(fù)載LED燈供電。由于整流二極管DOI和整流二極管D02，與貯能電容COl和貯能電容C02之間組合成為“倍電壓整流”，具有自動(dòng)倍頻作用，所以，RC并聯(lián)濾波電路的濾波電容CO不必使用大電容量的電解電容，就可以得到較低的紋波；優(yōu)于常見傳統(tǒng)反激式半波整流向LED供電發(fā)生較大紋波。
[0053]在交流電正半波，無(wú)論恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul是否工作，當(dāng)采樣電阻RCS兩端壓降達(dá)1.2伏時(shí)，該脈沖截止；恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul的FB引腳檢測(cè)電感電流為零，符合“谷底開關(guān)”原則時(shí)，恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul才輸出下一個(gè)脈沖啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)的逐個(gè)脈沖占空比調(diào)控，實(shí)現(xiàn)3%恒流精度。同理，在交流電負(fù)半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2也實(shí)現(xiàn)精細(xì)的逐個(gè)脈沖占空比調(diào)控，實(shí)現(xiàn)3%恒流精度。
[0054]從伏安特性看負(fù)載LED燈，其實(shí)質(zhì)是一串三伏穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，所以，須用直流電流源恒流向負(fù)載LED燈供電，區(qū)別于傳統(tǒng)的以直流電壓源穩(wěn)壓向負(fù)載LED燈供電，明顯提升了負(fù)載LED燈工作的可靠性。
[0055]由于交流電源本身存在諧波，更由于恒流驅(qū)動(dòng)芯片Ul和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2交替工作分別控制高電壓大電流電子開關(guān)Tl和和高電壓大電流電子開關(guān)T2的高頻開關(guān)運(yùn)行，力口上磁特性B = f (H)曲線的非線性，必然存在THD諧波，這些THD諧波及EMI干擾均屬于有害的負(fù)能量；為此，由附加繞組N31和附加繞組N32回收這些負(fù)能量，分別由二極管D311、二極管D312、二極管D321和二極管D322把回收的負(fù)能量轉(zhuǎn)化為直流電流源正能量，向?yàn)V波電容CO充電同時(shí)向負(fù)載LED燈供電，抑平負(fù)載LED燈的電流紋波，所以不必使用電解電容也有低紋波，提升了性價(jià)比。
[0056]還可以進(jìn)一步地，在附加繞組N31的一端與二極管D311的正極之間增加調(diào)諧電感L31，以及在附加繞組N32的一端與二極管D321的正極之間增加調(diào)諧電感L32，調(diào)諧THD諧波之中能量較集中的諧波頻率，使上述化害為利的作用更有效。
[0057]優(yōu)選低電壓大電流MOSFET管T51和低電壓大電流MOSFET管T52為約20V的低電壓MOSFET、Ugs4.5v飽和導(dǎo)通的高靈敏度、大電流約為5安至20安的MOSFET管，價(jià)格很低廉。由于低電壓大電流MOSFET管T51和低電壓大電流MOSFET管T52工作在源極輸出工作狀況，其輸出阻抗很低，能夠高效率可靠地分別控制高電壓大電流電子開關(guān)Tl和高電壓大電流電子開關(guān)T2。本實(shí)施例的低電壓大電流MOSFET管T51和低電壓大電流MOSFET管T52采用20伏10安的MOSFET管10N02，高電壓大電流電子開關(guān)Tl和高電壓大電流電子開關(guān)T2采用650伏24A的IGBT24N65，穩(wěn)壓電容C71和C72為105/25V電容，通過(guò)靈活設(shè)計(jì)采樣電阻RCS的值可以使本發(fā)明的恒流電源有1000W以下輸出功率，于是，本發(fā)明的恒流電源能使DU8966集成芯片從只有45瓦以下小功率驅(qū)動(dòng)能力，擴(kuò)展為數(shù)百瓦以上大功率驅(qū)動(dòng)能力，極大提升了恒流電源的性價(jià)比，滿足了大功率LED燈對(duì)大功率恒流電源的需求。
【權(quán)利要求】
1.無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，包括:交流供電電路、控制電路、耦合輸出電路和紋波抑平電路； 所述交流供電電路連接交流電源Uin，包括分別受控于交流電源Uin正半波和負(fù)半波極性控制交替工作或休息半個(gè)波的恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和高電壓大電流電子開關(guān)T1、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2和高電壓大電流電子開關(guān)T2，以及，由恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2分別控制導(dǎo)通的交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路，上述電流回路的電流均流經(jīng)磁集成變壓器TR的原邊繞組Nl 1和原邊繞組N12，以在磁集成變壓器TR的副邊繞組NV1和副邊繞組NV2分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓，在磁集成變壓器TR的中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生感應(yīng)次級(jí)電流； 所述控制電路包括交流電正半波電流回路和交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路、自供電電路和恒流控制電路； 所述耦合輸出電路把上述中柱次級(jí)繞組N2產(chǎn)生的感應(yīng)次級(jí)電流經(jīng)整流、濾波后輸出到負(fù)載LED燈； 所述紋波抑平電路用于回收交流電源和交流供電電路中產(chǎn)生的諧波THD和電磁干擾EMI，經(jīng)整流后輸出到負(fù)載LED燈； 所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2均采用型號(hào)為DU8966的集成芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述磁集成變壓器TR包括“日”字型磁芯柱，以及，原邊繞組Nil和原邊繞組N12分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，副邊繞組NV1和副邊繞組NV2分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上，中柱次級(jí)繞組N2繞在“日”字型磁芯柱的中柱上，附加繞組N31和附加繞組N32分別對(duì)稱地繞在“日”字型磁芯柱的兩個(gè)邊柱上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述交流電正半波電流回路為:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nil的異名端和同名端、高電壓大電流電子開關(guān)T1的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；受控于該交流電正半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2不工作； 所述交流電負(fù)半波電流回路為:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組N12的同名端和異名端、高電壓大電流電子開關(guān)T2的集電極和發(fā)射極、公共零電位0V、二極管D1、原邊繞組Nil的同名端和異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F，回到交流電源Uin的正極性L端；受控于該交流電負(fù)半波，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2工作，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1不工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述交流電正半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cjl的一端連接原邊繞組Nil的同名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C71的一端、低電壓大電流MOSFET管T51的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C71的另一端連接公共零電位0V ;低電壓大電流MOSFET管T51的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)T1的柵極和電阻R51的一端，電阻R51的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的DRN引腳；當(dāng)穩(wěn)壓電容C71兩端的電壓為正15伏時(shí)，高電壓大電流電子開關(guān)T1導(dǎo)通，交流電正半波電流回路導(dǎo)通； 所述交流電負(fù)半波電流回路的導(dǎo)通控制電路包括:啟動(dòng)電容Cj2的一端連接原邊繞組N12的異名端，另一端連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極經(jīng)電阻R6同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的Vgs引腳、穩(wěn)壓電容C72的一端、低電壓大電流MOSFET管T52的柵極和漏極，穩(wěn)壓電容C72的另一端連接公共零電位0V，低電壓大電流MOSFET管T52的源極同時(shí)連接高電壓大電流電子開關(guān)T2的柵極和電阻R52的一端，電阻R52的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的DRN引腳；當(dāng)穩(wěn)壓電容C72兩端的電壓為正15伏時(shí)，高電壓大電流電子開關(guān)T2導(dǎo)通，交流電負(fù)半波電流回路導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的啟動(dòng)電路包括:在交流電正半波，電流從交流電源Uin的正極性L端流出，依次流經(jīng)熔斷保險(xiǎn)絲F、原邊繞組Nil的異名端和同名端、啟動(dòng)電容Cjl、貯能電容Cv、公共零電位0V、二極管D2、原邊繞組N12的異名端和同名端，回到交流電源Uin的負(fù)極性N端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的VCC弓丨腳連接在啟動(dòng)電容Cj 1和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1啟動(dòng)工作； 所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的啟動(dòng)電路包括:在交流電負(fù)半波，電流從交流電源Uin的負(fù)極性N端流出，依次流經(jīng)原邊繞組N12的同名端和異名端、啟動(dòng)電容C j2、貯能電容Cv、公共零電位0V、二極管D1、原邊繞組Nil的同名端異名端、熔斷保險(xiǎn)絲F、回到交流電源Uin的正極性L端；恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳連接在啟動(dòng)電容Cj2和貯能電容Cv之間，當(dāng)貯能電容Cv兩端電壓大于7.5伏，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)工作； 所述自供電電路，用于在恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2啟動(dòng)后，提供恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1或恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的工作電壓；該自供電電路包括:副邊繞組NV1的同名端經(jīng)限流電阻R13連接二極管D13的正極，二極管D13的負(fù)極連接二極管D14的負(fù)極，二極管D14的正極經(jīng)限流電阻R14連接副邊繞組NV2的異名端，恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的VCC引腳、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的VCC引腳和貯能電容Cv的一端同時(shí)連接在二極管D13和二極管D14之間，貯能電容Cv的另一端、副邊繞組NV1的異名端、副邊繞組NV2的同名端、恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的GND引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的GND引腳均連接公共零電位0V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的恒流控制電路包括:副邊繞組NV1輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻R11和電阻rll的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的FB引腳，副邊繞組NV2輸出的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)電阻R12與電阻rl2的分壓反饋到恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的FB引腳；采樣電阻RCS的一端同時(shí)連接恒流驅(qū)動(dòng)芯片U1的CS引腳和恒流驅(qū)動(dòng)芯片U2的CS引腳，另一端連接公共零電位0V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)橋無(wú)電解電容低紋波大功率LED燈恒流電源，其特征在于，所述耦合輸出電路包括:中柱次級(jí)繞組N2的一端同時(shí)連接貯能電容C01的一端和貯能電容C02的一端，中柱次級(jí)繞組N2的另一端同時(shí)連接整流二極管D01的正極和整流二極管D02的負(fù)極，貯能電容C01的另一端和整流二極管D01的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，貯能電容C02的另一端和整流二極管D02的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端；負(fù)載LED燈的的兩端還并聯(lián)RC并聯(lián)濾波電路；通過(guò)設(shè)計(jì)中柱次級(jí)繞組N2的匝數(shù)，適配各電壓等級(jí)的負(fù)載LED 燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅調(diào)光低壓無(wú)閃爍LED燈恒流電源，其特征在于，所述紋波抑平電路包括:附加繞組N31的一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L31后同時(shí)連接二極管D311的正極和二極管D312的負(fù)極，另一端連接附加繞組N32的一端并同時(shí)連接在貯能電容C01和貯能電容C02之間，附加繞組N32的另一端經(jīng)過(guò)調(diào)諧電感L32后同時(shí)連接二極管D321的正極和二極管D322的負(fù)極，二極管D311的負(fù)極和二極管D321的負(fù)極均連接負(fù)載LED燈的正極端，二極管312的正極和二極管D322的正極均連接負(fù)載LED燈的負(fù)極端。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104284481SQ201410425933
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李明峰, 野娜, 常小霞, 石常青, 王希天 申請(qǐng)人:上海占空比電子科技有限公司, 李明峰, 野娜, 常小霞, 石常青, 王希天