照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源，包括主電路、穩(wěn)壓恒流控制電路和發(fā)光二極管電源接口；主電路是一種在輸入交流電正半周時(shí)通過若干間隔設(shè)置的整流二極管和分壓電容串聯(lián)分壓并在濾波蓄能電容產(chǎn)生直流輸出、在輸入交流電負(fù)半周時(shí)由各分壓電容依次通過相應(yīng)的隔離二極管、共用的第一電子開關(guān)和電感對濾波蓄能電容補(bǔ)充放電產(chǎn)生直流輸出的電路；穩(wěn)壓恒流控制電路是通過將取樣電壓信號和取樣電流信號進(jìn)行處理后反饋?zhàn)饔糜谥麟娐芬员ＷC發(fā)光二極管工作電壓及電流穩(wěn)定的電路。本發(fā)明省略了常見的發(fā)光二極管照明電源具有的變壓器從而使電源體積減小，重量減輕，成本降低。
【專利說明】照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01210109725.5，申請日為2012年4月13日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“無變壓器照明用發(fā)光二極管電源”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種照明用的電源，特別是涉及一種無變壓器的用于給發(fā)光二極管供電的直流穩(wěn)壓電源。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，常見的給照明用的發(fā)光二極管(簡稱LED)提供電源的直流穩(wěn)壓電源都含有一個(gè)用于降壓的變壓器，因而體積不能做到很小，顯得笨重，且變壓器在直流穩(wěn)壓電源中占有很大的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:克服現(xiàn)有常見的含變壓器的直流穩(wěn)壓電源存在的體積大、笨重、成本高等不足，提供一種給照明用的發(fā)光二極管供電的無變壓器的直流穩(wěn)壓電源。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:包括主電路、穩(wěn)壓恒流控制電路和LED電源接口 Jl ；LED電源接口 Jl具有正極和負(fù)極；上述的主電路設(shè)置有交流電輸入端、直流電源輸出端、第一控制信號輸入端、第二控制信號輸入端和穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端；上述的穩(wěn)壓恒流控制電路設(shè)置有取樣電壓輸入端、第一控制信號輸出端、第二控制信號輸出端、電源端、取樣電流輸入端以及取樣電流輸出端；上述的穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電壓輸入端與主電路的直流電源輸出端電連接；主電路的第一控制信號輸入端與穩(wěn)壓恒流控制電路的第一控制信號輸出端電連接；主電路的第二控制信號輸入端與穩(wěn)壓恒流控制電路的第二控制信號輸出端電連接；主電路的穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端與穩(wěn)壓恒流控制電路的電源端電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電流輸入端與LED電源接口 Jl的負(fù)極電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電流輸出端接地；LED電源接口的正極與與主電路的直流電源輸出端電連接；上述的主電路是一種在輸入交流電正半周時(shí)通過若干間隔設(shè)置的整流二極管和分壓電容串聯(lián)分壓并在濾波蓄能電容Co產(chǎn)生直流輸出、在輸入交流電負(fù)半周時(shí)由各分壓電容依次通過相應(yīng)的隔離二極管、共用的第一電子開關(guān)Ql和電感線圈LI對濾波蓄能電容Co補(bǔ)充放電產(chǎn)生直流輸出的電路；上述的穩(wěn)壓恒流控制電路是通過將取樣電壓信號和取樣電流信號進(jìn)行處理后反饋?zhàn)饔糜谏鲜鲋麟娐芬员ＷC主電路輸出的直流電壓及直流電流穩(wěn)定的電路。
[0006]上述的主電路包括分壓放電電路、濾波蓄能電容Co、第一電子開關(guān)Ql)、第二電子開關(guān)Q2、二極管Do2、續(xù)流二極管Dol和電感線圈LI ；
分壓放電電路有η級，各級分壓放電電路依次電連接；各級分壓放電電路均由分壓電容、整流二級管和2個(gè)隔離二極管組成；各級分壓放電電路均具有輸入端、第一共線端、第一輸出端、第二輸出端和接地端；分壓電容為電解電容；2個(gè)隔離二極管分為第一隔離二極管和第二隔離二極管；整流二級管的正極即為輸入端；整流二級管的負(fù)極，第二隔離二極管的正極、分壓電容的正極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一共線端；分壓電容的負(fù)極和第一隔離二極管的負(fù)極電連接而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一輸出端；第二隔離二極管的負(fù)極即為第二輸出端；第一隔離二極管的正極即為接地端；其中，主電路的第I級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管D12、作為分壓電容的電解電容Cl、作為第一隔離二極管的二極管Dll和作為第二隔離二極管的二極管D13組成；二極管D12的正極既為第I級分壓放電電路的輸入端，也是主電路的交流電輸入端，主電路的第η級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管Dn2、作為分壓電容的電解電容Cn、作為第一隔離二極管的二極管Dnl和作為第二隔離二極管的二極管Dn3組成；二極管Dn2的正極即為第η級分壓放電電路的輸入端，該輸入端與上一級也即第n-Ι級分壓放電電路的第一輸出端電連接；二極管Dn2的負(fù)極、電解電容Cn的正極以及二極管Dn3的正級共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一共線端，也是主電路的穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端；
各級分壓放電電路的第二輸出端均連接于第一電子開關(guān)Ql的輸入端；第一電子開關(guān)Ql的輸出端、電感線圈LI的一端以及續(xù)流二極管Dol的負(fù)極共線；續(xù)流二極管Dol的正極接地；電感線圈LI的另一端、濾波蓄能電容Co的正極以及二極管Do2的負(fù)極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為主電路的直流電源輸出端；濾波蓄能電容Co的負(fù)極和第二電子開關(guān)Q2的輸出端均接地；二極管Do2的正極和第二電子開關(guān)Q2的輸入端均與第η級分壓放電電路的第一輸出端電連接；第一電子開關(guān)Ql的控制端即為主電路的第一控制信號輸入端；第二電子開關(guān)Q2的控制端即為主電路的第二控制信號輸入端；
主電路的分壓放電電路的級數(shù)η根據(jù)計(jì)算式n = ( Vac - Vout ) / (mXVout )算出，其中Vac為向二極管D12的正極輸入的交流電壓，Vout為在濾波蓄能電容Co的正極輸出的直流電壓，m的取值范圍為I至6。
[0007]上述的第一電子開關(guān)Ql為NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該P(yáng)NP型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該復(fù)合管電路的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該復(fù)合管電路的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該復(fù)合管電路的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；
所述的第二電子開關(guān)Q2為NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該P(yáng)NP型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該復(fù)合管電路的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該復(fù)合管電路的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該復(fù)合管電路的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端。
[0008]上述的各級分壓放電電路的分壓電容Cl至Cn和濾波蓄能電容Co的電容值均相
坐寸ο
[0009]進(jìn)一步的方案是:上述的穩(wěn)壓恒流控制電路包括雙電壓比較器U1、三極管Q3、二極管Dl、二極管D2、電阻R1、電阻R3、電阻R9、采樣電阻Rf和基準(zhǔn)電壓電路；所述基準(zhǔn)電壓電路由三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2、電阻R2以及依次串聯(lián)的電阻R4、電阻R5和電阻R6組成；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陽極、三極管Q3的基極、電阻R6的一端以及采樣電阻Rf的一端共享而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電流輸入端；三極管Q3的發(fā)射極與采樣電阻Rf的另一端共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電流輸出端；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陰極、電阻R2的一端、電阻R4的一端以及雙電壓比較器Ul的第二同相輸入端共線；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的參考級、電阻R6的另一端以及電阻R5的一端共線；雙電壓比較器Ul的第一反相輸入端、二極管Dl的正極以及電阻R9的一端共線；電阻R9的另一端、電阻R4的另一端以及電阻R5的另一端共線；雙電壓比較器Ul的電源端與基準(zhǔn)電壓電路的電阻R2的另一端共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路的電源端；電阻Rl的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路的第一控制信號輸出端；電阻Rl的另一端與雙電壓比較器Ul的第一輸出端電連接；電阻R3的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路的第二控制信號輸出端；電阻R3的另一端、二極管D2的正極以及雙電壓比較器Ul的第二輸出端共線；二極管D2的負(fù)極、二極管Dl的負(fù)極以及三極管Q3的集電極共線；雙電壓比較器Ul的第一同相輸入端和第二反相輸入端共同作為穩(wěn)壓恒流控制電路的取樣電壓輸入端。
[0010]本發(fā)明的積極效果是:本發(fā)明用常規(guī)的晶體三級管、晶體二級管、比較器、穩(wěn)壓管及電阻、電容等元器件，通過電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了不帶變壓器即能提供穩(wěn)壓恒流直流輸出帶動照明用的LED或串聯(lián)LED組工作的電源，由于省略了變壓器從而使電源體積減小，重量減輕，成本降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的一種電路框圖；
圖2是圖1的電原理圖；
圖3是圖2中的各級分壓放電電路在交流電正半周期時(shí)的等效電路圖；
圖4是圖2中的各級分壓放電電路在交流電負(fù)半周期時(shí)的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013]見圖1，本發(fā)明的照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源由主電路1、穩(wěn)壓恒流控制電路2和LED電源接口 Jl組成。LED電源接口 Jl具有正極和負(fù)極；主電路I設(shè)置有交流電輸入端Al、直流電源輸出端A2、第一控制信號輸入端A3、第二控制信號輸入端A4和穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端A5 ;穩(wěn)壓恒流控制電路2設(shè)置有取樣電壓輸入端B2、第一控制信號輸出端B3、第二控制信號輸出端B4、電源端B5、取樣電流輸入端B6以及取樣電流輸出端B7 ；穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電壓輸入端B2與主電路I的直流電源輸出端A2電連接；主電路I的第一控制信號輸入端A3與穩(wěn)壓恒流控制電路2的第一控制信號輸出端B3電連接；主電路I的第二控制信號輸入端A4與穩(wěn)壓恒流控制電路2的第二控制信號輸出端B4電連接；主電路I的穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端A5與穩(wěn)壓恒流控制電路2的電源端B5電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電流輸入端B6與LED電源接口 Jl的負(fù)極電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電流輸出端B7接地；LED電源接口 Jl的正極與主電路I的直流電源輸出端A2電連接。
[0014]見圖2，前述的主電路I由分壓放電電路、濾波蓄能電容Co、第一電子開關(guān)Ql、第二電子開關(guān)Q2、二極管Do2、續(xù)流二極管Dol和電感線圈LI組成；
分壓放電電路有η級，各級分壓放電電路依次電連接；各級分壓放電電路均由分壓電容、整流二級管和2個(gè)隔離二極管組成。各級分壓放電電路均具有輸入端、第一共線端、第一輸出端、第二輸出端和接地端。分壓電容為電解電容；2個(gè)隔離二極管分為第一隔離二極管和第二隔離二極管。整流二級管的正極即為輸入端；整流二級管的負(fù)極，第二隔離二極管的正極、分壓電容的正極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一共線端；分壓電容的負(fù)極和第一隔離二極管的負(fù)極電連接而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一輸出端；第二隔離二極管的負(fù)極即為第二輸出端；第一隔離二極管的正極即為接地端。各級分壓放電電路的接地端共同組成主電路I的接地端。其中，主電路I的第I級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管D12、作為分壓電容的電解電容Cl、作為第一隔離二極管的二極管Dll和作為第二隔離二極管的二極管D13組成。二極管D12的正極既為第I級分壓放電電路的輸入端，也是主電路I的交流電輸入端Al。主電路I的第2級分壓放電電路由作為分壓電容的電解電容C2、作為整流二極管的二極管D22、作為第一隔離二極管的二極管D21和作為第二隔離二極管的二極管D23組成。二極管D22的正極為第2級分壓放電電路的輸入端，該輸入端與第I級分壓放電電路的第一輸出端電連接。主電路I的第η級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管Dn2、作為分壓電容的電解電容Cn、作為第一隔離二極管的二極管Dnl和作為第二隔離二極管的二極管Dn3組成。二極管Dn2的正極為第η級分壓放電電路的輸入端，該輸入端與上一級也即第n-Ι級分壓放電電路的第一輸出端電連接。二極管Dn2的負(fù)極、電解電容Cn的正極以及二極管Dn3的正級共線而形成公共接點(diǎn)該公共接點(diǎn)即為第一共線端，也是主電路I的穩(wěn)壓控制電路電源輸出端A5。
[0015]各級分壓放電電路的第二輸出端均連接于第一電子開關(guān)Ql的輸入端；第一電子開關(guān)Ql的輸出端、電感線圈LI的一端以及續(xù)流二極管Dol的負(fù)極共線；續(xù)流二極管Dol的正極接地；電感線圈LI的另一端、濾波蓄能電容Co的正極以及二極管Do2的負(fù)極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為主電路I的直流電源輸出端A2 ;濾波蓄能電容Co的負(fù)極和第二電子開關(guān)Q2的輸出端均接地；二極管Do2的正極和第二電子開關(guān)Q2的輸入端均與第η級分壓放電電路的第一輸出端電連接；第一電子開關(guān)Ql的控制端即為主電路I的第一控制信號輸入端A3 ;第二電子開關(guān)Q2的控制端即為主電路I的第二控制信號輸入端Α4。
[0016]前述的第一電子開關(guān)Ql可以是NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路；本實(shí)施例優(yōu)選由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路。當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該P(yáng)NP型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該復(fù)合管電路的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該復(fù)合管電路的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該復(fù)合管電路的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；
所述的第二電子開關(guān)Q2可以是NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路。本實(shí)施例優(yōu)選由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路。當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該P(yáng)NP型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該復(fù)合管電路的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該復(fù)合管電路的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該復(fù)合管電路的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端。前述的穩(wěn)壓恒流控制電路2由雙電壓比較器U1、NPN型三極管Q3、二極管D1、二極管D2、電阻Rl、電阻R3、電阻R9、采樣電阻Rf和基準(zhǔn)電壓電路組成，基準(zhǔn)電壓電路由三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2、電阻R2以及依次串聯(lián)的電阻R4、電阻R5和電阻R6組成。
[0017]本實(shí)施例中，雙電壓比較器Ul的型號優(yōu)選LM393。三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的型號優(yōu)選LM431A。LM393的雙電壓比較器Ul內(nèi)置兩個(gè)比較器，具有I到8個(gè)腳，其VCC端為8腳，VSS端為4腳,第一同相輸入端為3腳,第一反相輸入端為2腳，第一輸出端為I腳；第二同相輸入端為5腳，第二反相輸入端為6腳，第二輸出端為7腳。
[0018]三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陽極、三極管Q3的基極、電阻R6的一端以及采樣電阻Rf的一端具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電流輸入端B6 ;三極管Q3的發(fā)射極與采樣電阻Rf的另一端具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電流輸出端B7 ;三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陰極與電阻R2的一端、電阻R4的一端以及雙電壓比較器Ul的第二同相輸入端5腳具有公共接點(diǎn)；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的參考級、電阻R6的另一端以及電阻R5的一端共線；雙電壓比較器Ul的第一反相輸入端2腳、二極管Dl的正極以及電阻R9的一端共線；電阻R9的另一端、電阻R4的另一端以及電阻R5的另一端共線；雙電壓比較器Ul的電源端也即VCC端8腳與基準(zhǔn)電壓電路的電阻R2的另一端具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路2的電源端B5 ;電阻Rl的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路2的第一控制信號輸出端B3 ;電阻Rl的另一端與雙電壓比較器Ul的第一輸出端I腳電連接；電阻R3的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路2的第二控制信號輸出端B4 ;電阻R3的另一端、二極管D2的正極以及雙電壓比較器Ul的第二輸出端7腳共線；二極管D2的負(fù)極、二極管Dl的負(fù)極以及三極管Q3的集電極共線；雙電壓比較器Ul的第一同相輸入端3腳和第二反相輸入端6腳共同為穩(wěn)壓恒流控制電路2的取樣電壓輸入端B2。雙電壓比較器Ul的VSS端4腳接地。
[0019]本實(shí)施例中，前述的分壓電容Cl、C2……Cn和濾波蓄能電容Co的均為電解電容，且電容值均相等。
[0020] 見圖2，參看圖3和圖4，本實(shí)施例的照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源工作原理和方式如下述:LED燈珠或串聯(lián)的LED燈珠組通過與本實(shí)施例的照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源的LED電源接口 Jl電連接。
[0021]外接的220V的交流電AC通過主電路I的交流電輸入端Al輸入，在交流電AC的正半周期時(shí)，電流經(jīng)過 D12、Cl、D22、C2、…Dn2、Cn、Do2、Co 對 Cl、C2、…Cn-U Cn、Co 電容進(jìn)行充電，在充電周期，根據(jù)電路原理可知，電路中的DlU D13、D21、D23、…Dnl、Dn3不起作用，充電等效電路如圖3所示。
[0022]充電時(shí)濾波蓄能電容Co上的輸出電壓為LED提供工作電壓并且為穩(wěn)壓恒流控制電路2提供取樣電壓，濾波蓄能電容Co上的輸出電壓的限壓控制通過雙電壓比較器Ul對輸出電壓Vout和參考電壓Vrefl進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)的:當(dāng)Vout > Vrefl時(shí)雙電壓比較器Ul的第一輸出端I腳輸出低電平，同時(shí)，當(dāng)充電電流大于設(shè)定電流時(shí)，米樣電阻Rf上的壓降增大也即三極管基極電壓升高使三極管Q3導(dǎo)通，兩者都導(dǎo)致三極管Q2導(dǎo)通，而三極管Q2導(dǎo)通后旁路二極管Do2和電容Co，從而停止對電容Co的充電，保證輸出電壓Vout不會大于Vrefl和輸出電流不會大于設(shè)定電流。
[0023]當(dāng)220V的交流電AC在負(fù)半周期時(shí)，電路停止對各個(gè)電容的充電，進(jìn)入電流消耗周期，在電流消耗周期，根據(jù)電路原理，分壓電容轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián)電路，其等效電路圖如圖4所示。濾波蓄能電容Co上的輸出電壓為LED提供工作電壓并且為穩(wěn)壓恒流控制電路提供取樣電壓，濾波蓄能電容Co上的輸出電壓的限壓控制通過雙電壓比較器Ul對Vout和Vref2進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)Vout < Vref2時(shí)雙電壓比較器Ul的第一輸出端I腳輸出低電平，使得Ql導(dǎo)通，接通分壓電容CfCn使其并聯(lián)對Co進(jìn)行補(bǔ)充充電，分壓電容Cl從其正極經(jīng)D13、Q1、Ll、Co、Dll到電容Cl的負(fù)極形成一個(gè)放電回路對Co補(bǔ)充電流，其它分壓電容C2-Cn工作原理與Cl相同，以確保Vout輸出電壓穩(wěn)定或輸出電流恒定，保證Vout輸出不會小于Vref2。補(bǔ)充充電時(shí)直流電源輸 出電流的恒流控制是通過Q3來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)采樣電阻Rf上流過的電流超過設(shè)定電流時(shí)，其電壓壓降達(dá)到0.7V，Q3導(dǎo)通，與Q3的集電極相接的二極管Dl將雙電壓比較器Ul的第一負(fù)輸入端拉低,禁止雙電壓比較器Ul的第一輸出端輸出低電壓，阻止三極管Ql導(dǎo)通，停止對電源濾波蓄能電容Co的補(bǔ)充充電，由于雙電壓比較器Ul的第一負(fù)輸入端與參考電壓Vref 2之間是通過R9相連接的，拉低雙電壓比較器Ul的第一負(fù)輸入端，不會影響到參考電壓Vref2 ;同時(shí)與Q3的集電極相接的二極管D2將Q2的基極拉低，使得Q2導(dǎo)通，旁路Do2、Co，停止對電源濾波蓄能電容Co的補(bǔ)充充電。恒流控制的權(quán)限高于限壓控制，當(dāng)Q3導(dǎo)通時(shí)限壓控制不起作用。
[0024]根據(jù)以下步驟，確定如圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例的無變壓器照明用LED電源相關(guān)參數(shù)選擇:
首先確定照明用LED電源的輸出電壓值Vout和電流值1:
Vout = LEDs * 3.5(I)
I = 0.3 A(2)
Vout為直流電源輸出電壓值，LEDs為需要驅(qū)動多少個(gè)照明用LED的數(shù)量，I瓦特照明用LED的正向壓降一般為3.5V，電流I為300mA。
[0025]通過LED恒流控制值I可以確定采樣電阻Rf的電阻值，根據(jù)公式(3)計(jì)算得出Rf為2.3歐姆
Rf = 0.7 / I(3)參考電壓由三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2提供，選擇R4、R5、R6阻值確定參考電壓Vrefl、Vref2電壓值。應(yīng)用中R6 —般可選擇為2.5K歐姆，R4確定直流輸出電壓Vout允許誤差差值，應(yīng)用中一般可選擇為200歐姆，R5可根據(jù)公式(4)計(jì)算得出。Vrefl、Vref2電壓值依計(jì)算公式(5)、(6)確定。
[0026]R5 = R6 * Vout / 2.5 - R6 - R4 / 2(4)
Vrefl = 2.5 * ( R4+R5+R6 ) / R6(5)
Vref2 = 2.5 * ( R5+R6 ) / R6(6)
主電路I的分壓放電電路的級數(shù)n，也即分壓電容級數(shù)選擇，選擇多少級分壓電容可根據(jù)公式(I)所確定的Vout，通過公式(7)算出:n = ( Vac - Vout) / (m* Vout ) (7)
其中的系數(shù)m的取值范圍為I至6。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇分壓電容Cl、C2……Cn和濾波蓄能電容Co的容值均相等，分壓電容電壓最佳的選擇范圍是輸出電壓Vout的1.5至3倍之間，可以得到性能較好的直流恒流和限壓輸出，也即m的最佳取值范圍為1.5至3之間，從而可以確定分壓電容的個(gè)數(shù)η。以輸入交流電壓為220V為例，如果需要驅(qū)動的LED數(shù)量為4個(gè)，則根據(jù)公式(I)算出輸出直流電壓Vout為14V，若m取1，則可算出η為15 ;若m取6，則可算出η為2 ;在111的最佳取值范圍1.5至3之間確定m取2，則可算出η為7，也就是說,主電路I中選用7個(gè)分壓電容，通過本實(shí)施例的電路，可以驅(qū)動本實(shí)施例4個(gè)LED，并且工作電流電壓最為穩(wěn)定。
[0027]以上實(shí)施例是對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源，其特征在于:包括主電路(I)、穩(wěn)壓恒流控制電路(2)和LED電源接口(Jl);所述的LED電源接口(Jl)具有正極和負(fù)極；所述的主電路(I)設(shè)置有交流電輸入端(Al)、直流電源輸出端(A2)、第一控制信號輸入端(A3)、第二控制信號輸入端(A4)和穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端(A5);所述的穩(wěn)壓恒流控制電路(2)設(shè)置有取樣電壓輸入端(B2)、第一控制信號輸出端(B3)、第二控制信號輸出端(B4)、電源端(B5)、取樣電流輸入端(B6)以及取樣電流輸出端(B7);所述的穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電壓輸入端(B2)與主電路(I)的直流電源輸出端(A2)電連接；主電路(I)的第一控制信號輸入端(A3)與穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的第一控制信號輸出端(B3)電連接；主電路(I)的第二控制信號輸入端(A4)與穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的第二控制信號輸出端(B4)電連接；主電路(I)的穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端(A5)與穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的電源端(B5)電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電流輸入端(B6)與LED電源接口(Jl)的負(fù)極電連接；穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電流輸出端(B7)接地；LED電源接口(Jl)的正極與主電路(I)的直流電源輸出端(A2)電連接；所述的主電路(I)是一種在輸入交流電正半周時(shí)通過若干間隔設(shè)置的整流二極管和分壓電容串聯(lián)分壓并在濾波蓄能電容Co產(chǎn)生直流輸出、在輸入交流電負(fù)半周時(shí)由各分壓電容依次通過相應(yīng)的隔離二極管、共用的第一電子開關(guān)Ql和電感線圈LI對濾波蓄能電容Co補(bǔ)充放電產(chǎn)生直流輸出的電路；所述穩(wěn)壓恒流控制電路(2)是通過將取樣電壓信號和取樣電流信號進(jìn)行處理后反饋?zhàn)饔糜谒鲋麟娐?I)以保證主電路(I)輸出的直流電壓及直流電流穩(wěn)定的電路； 所述的主電路(I)包括分壓放電電路、濾波蓄能電容Co、第一電子開關(guān)Q1、第二電子開關(guān)Q2、二極管Do2、續(xù)流二極管Dol和電感線圈LI ； 分壓放電電路有η級，各級分壓放電電路依次電連接；各級分壓放電電路均由分壓電容、整流二級管和2 個(gè)隔離二極管組成；各級分壓放電電路均具有輸入端、第一共線端、第一輸出端、第二輸出端和接地端；分壓電容為電解電容；2個(gè)隔離二極管分為第一隔離二極管和第二隔離二極管；整流二級管的正極即為輸入端；整流二級管的負(fù)極，第二隔離二極管的正極、分壓電容的正極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一共線端；分壓電容的負(fù)極和第一隔離二極管的負(fù)極電連接而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一輸出端；第二隔離二極管的負(fù)極即為第二輸出端；第一隔離二極管的正極即為接地端；其中，主電路(I)的第I級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管D12、作為分壓電容的電解電容Cl、作為第一隔離二極管的二極管Dll和作為第二隔離二極管的二極管D13組成；二極管D12的正極既為第I級分壓放電電路的輸入端，也是主電路(I)的交流電輸入端(Al);主電路(I)的第η級分壓放電電路由作為整流二極管的二極管Dn2、作為分壓電容的電解電容Cn、作為第一隔離二極管的二極管Dnl和作為第二隔離二極管的二極管Dn3組成；二極管Dn2的正極即為第η級分壓放電電路的輸入端，該輸入端與上一級也即第η-1級分壓放電電路的第一輸出端電連接；二極管Dn2的負(fù)極、電解電容Cn的正極以及二極管Dn3的正極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為第一共線端，也是主電路(I)的穩(wěn)壓恒流控制電路電源輸出端(A5)； 各級分壓放電電路的第二輸出端均連接于第一電子開關(guān)Ql的輸入端；第一電子開關(guān)Ql的輸出端、電感線圈LI的一端以及續(xù)流二極管Dol的負(fù)極共線；續(xù)流二極管Dol的正極接地；電感線圈LI的另一端、濾波蓄能電容Co的正極以及二極管Do2的負(fù)極共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為主電路(I)的直流電源輸出端(A2);濾波蓄能電容Co的負(fù)極和第二電子開關(guān)Q2的輸出端均接地；二極管Do2的正極和第二電子開關(guān)Q2的輸入端均與第η級分壓放電電路的第一輸出端電連接；第一電子開關(guān)Ql的控制端即為主電路(I)的第一控制信號輸入端(A3);第二電子開關(guān)Q2的控制端即為主電路(I)的第二控制信號輸入端(Α4)； 主電路(I)的分壓放電電路的級數(shù)η根據(jù)計(jì)算式n = ( Vac - Vout ) / (mXVout )算出，其中Vac為向二極管D12的正極輸入的交流電壓,Vout為在濾波蓄能電容Co的正極輸出的直流電壓，m的取值范圍為I至6 ; 所述的第一電子開關(guān)Ql為NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該P(yáng)NP型三極管的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)Ql為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的基極即為第一電子開關(guān)Ql的控制端，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的發(fā)射極即為第一電子開關(guān)Ql的輸入端，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的集電極即為第一電子開關(guān)Ql的輸出端； 所述的第二電子開關(guān)Q2為NPN型三極管、PNP型三極管或者是由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為NPN型三極管時(shí)，該NPN型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該NPN型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該NPN型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為PNP型三極管時(shí)，該P(yáng)NP型三極管的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該P(yáng)NP型三極管的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該P(yáng) NP型三極管的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端；當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)Q2為由2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路時(shí)，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的基極即為第二電子開關(guān)Q2的控制端，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的發(fā)射極即為第二電子開關(guān)Q2的輸入端，該2個(gè)PNP型三極管組成的共集-共集電路的集電極即為第二電子開關(guān)Q2的輸出端； 所述的各級分壓放電電路中的作為分壓電容的電解電容Cl至Cn和濾波蓄能電容Co的電容值均相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用發(fā)光二極管的無變壓器電源，其特征在于:所述的穩(wěn)壓恒流控制電路(2)包括雙電壓比較器U1、三極管Q3、二極管D1、二極管D2、電阻R1、電阻R3、電阻R9、采樣電阻Rf和基準(zhǔn)電壓電路；所述基準(zhǔn)電壓電路由三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2、電阻R2以及依次串聯(lián)的電阻R4、電阻R5和電阻R6組成；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陽極、三極管Q3的基極、電阻R6的一端以及采樣電阻Rf的一端共享而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電流輸入端(B6);三極管Q3的發(fā)射極與采樣電阻Rf的另一端共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電流輸出端(B7);三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的陰極、電阻R2的一端、電阻R4的一端以及雙電壓比較器Ul的第二同相輸入端共線；三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U2的參考級、電阻R6的另一端以及電阻R5的一端共線；雙電壓比較器Ul的第一反相輸入端、二極管Dl的正極以及電阻R9的一端共線；電阻R9的另一端、電阻R4的另一端以及電阻R5的另一端共線；雙電壓比較器Ul的電源端與基準(zhǔn)電壓電路的電阻R2的另一端共線而形成公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)即為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的電源端(B5);電阻Rl的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的第一控制信號輸出端(B3);電阻Rl的另一端與雙電壓比較器Ul的第一輸出端電連接；電阻R3的一端即為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的第二控制信號輸出端(B4);電阻R3的另一端、二極管D2的正極以及雙電壓比較器Ul的第二輸出端共線；二極管D2的負(fù)極、二極管Dl的負(fù)極以及三極管Q3的集電極共線；雙電壓比較器Ul的第一同相輸入端和第二反相輸入端共同作為穩(wěn)壓恒流控制電路(2)的取樣電壓輸入端(B2)。
【文檔編號】H05B37/02GK104010425SQ201410277860
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】趙良, 貝紹軼, 馮俊萍, 趙景波 申請人:江蘇理工學(xué)院