一種高效高電流調整率非隔離開關電源的制作方法
【專利摘要】由整流濾波電路、開關電源電路、電感儲能回收電路和輸出恒定電流電路組成最基本的一種高效高電流調整率非隔離開關電源(以下簡稱本電源)，只用15個元件構成。在此基礎上，在開關電源電路中用4個元件構成的恒流源線路代替一個負載電阻形成第二種本電源，總共由18個元件構成。在此基礎上，在整流濾波電路的市電輸入端串接一只電容形成第三種本電源，總共由19只元件構成。本電源效率高達98％，遠超過目前開關電源90％的電源效率，最具特色的是本電源輸出電流調整率達到了十萬分之五每伏，遠遠超過了目前同類型電源水平，可以不用散熱片，輸出功率可達到150瓦，輸出電壓最高可達300伏，最低為0伏即可以短路。
【專利說明】
一種高效高電流調整率非隔離開關電源
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種高效高電流調整率非隔離開關電源裝置，其效率特別高，穩流效果良好，可做多種電器的電源，特別適合作LED燈具的驅動電源。
【背景技術】
[0002]使用最廣泛的開關電源是隔離式開關電源，其效率一般在80-90%之間，這意味著發熱嚴重，浪費能量多，散熱負擔重;而且體積也很大。目前已有集成化的非隔離開關電源HA22004PB面市(網上可查)，并被認為是同類型中最好的電源，其最佳輸出電壓范圍是150-180伏，在此電壓范圍外電流隨電壓變化而快速變化，說不上是真正的恒流電源;最大輸出電流是60毫安，折合最大輸出功率約為10瓦，可見其指標并無優勢。本專利權人曾申請過類似專利(ZL201420732224.7，ZL201220391624.7)，但不夠理想，特別是功率因數和輸出電流調整率都遠低于本專利。
【發明內容】
[0003]為了解決目前LED燈具驅動電源存在的所述問題，本實用新型的目的在于:為人們提供一種高效高電流調整率非隔離開關電源，它的線路簡單，使用元件少，體積小，基本沒有多少能量損耗，不需要使用散熱片，效率可達到98%。
[0004]本實用新型提供實施的基本技術方案如下:
[0005]—種高效高電流調整率非隔離開關電源(見圖1)，其特征在于:包括有整流濾波電路、開關電源電路、電感儲能回收電路和輸出恒定電流電路;其中:
[0006]由整流橋堆組成的整流電路中，整流橋堆Brl的輸入兩端連接220伏交流市電，其輸出的兩端有一端接地而另一端輸出電壓V+，在該輸出電壓線V+與地線之間接裝有濾波電容C2，組成了所述整流濾波電路；
[0007]開關電源電路，由電感L3、電阻R5、場效應管F8、穩壓二極管D9、電容C10、三極管!11、電阻1?12、電阻1?13、電容(:14組成。其中，電感1^的一端與￥+電壓線連接，其另一端與電壓線V2連接，與電壓線V2連接的還有電容C6的一端、電容C1的一端、場效應管F8的漏極;電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接，電壓線V4還與場效應管F8的源極、穩壓二極管的D9的陽極、電阻R12的一端、電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端連接；電容C1的另一端與三極管T11的基極和電阻Rl 2的另一端連接，電阻Rl 3的低壓端與輸出端OUT連接，輸出端OUT還與電容C14的低壓端、三極管T11的發射極和電容C15的高壓端連接，電容C15的低壓端接地。場效應管F8的刪極連接電壓線VI，電壓線Vl還與電阻R5的低壓端和穩壓二極管D9的陰極連接，電阻R5的高壓端與電壓線V+連接。開關電源電路中的電阻R5和三極管Tll組成場效應管F8的刪極電路，電阻R5是三極管Tll集電極的負載電阻，此集電極的電壓變化通過場效應管刪極控制著場效應管的電流變化。
[0008]電感儲能回收電路由電容C6、二極管D4、二極管D7組成，其中:
[0009]電容C6的一端與電壓線V2連接，電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接。
[0010]輸出恒定電流電路由電阻R13、電容C14和電容C15組成，其中:電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端與電壓線V4連接，電阻R13的低壓端和電容C14的低壓端與輸出端OUT電壓線連接。輸出端OUT與地線間接裝有LED燈具D16的電路。
[0011]附加技術特征是:
[0012](1)(見圖2)將場效應管F8柵極電路中的負載電阻R5替換成由電阻R17、穩壓二極管D18、三極管T19和電阻R20組成的恒流源，其中三極管T19的集電極連接到Vl電壓線，其發射極通過電阻Rl 7連接到整流電路的輸出電壓線V+上，其基極一一路通過電阻R20接地GND，該基極另一路通過穩壓二極管D17連接到整流電路的輸出電壓線V+上，這樣將可提高本電源輸出電流調整率。
[0013](2)(見圖3)不僅將場效應管F8柵極與輸出電壓線V+連接的電阻R5替換成由電阻R17、穩壓二極管D18、三極管T19和電阻R20組成的恒流源，而且在橋堆Brl的一個輸入臂與220伏市電之間串接一只降低橋堆輸入電壓的電容C21，使本電源輸出電壓很容易降低到很低，以滿足要求較低電壓負載如燈具的要求。
[0014]本實用新型的工作原理如下:
[0015]220伏市電在整流濾波電路中被轉變成直流輸出電壓V+，其一般值為310伏，經過電感L3輸入至場效應管F8的漏極。剛加電時電容C14未充電，電壓線V4與三極管Tl的基極都與三極管T11的發射極等電位，三極管T11截止，因恒流源的恒定電流供電使電壓線VI的電壓升高到穩壓二極管D9的穩壓值(我們選為15V)，場效應管F8導通，電流從場效應管F8的漏極流到其源極，一方面使電容C14開始充電且電壓逐漸升高，另方面也經電阻R13流到輸出端0UT，此逐漸升高的電壓又通過電阻R12使得對電壓很敏感的三極管Tll的基極電壓逐漸升高，很快就使得三極管Tll導通，并使得電壓線Vl降低到接近場效應管F8的源極電壓，使場效應管F8截止，儲存在電容C14上的電荷也經電阻R13流出到OUT輸出端，經電容C15濾波，提供給LED燈具D16照明所需電流。當流過電阻R13的電流所建立的電壓升高到三極管Tl基極的偏壓值(約0.7伏)時此三極管開始導通。由此形成了周期性的導通與截止振蕩過程。電容ClO起著正反饋作用，以加速振蕩的翻轉過程。這里，改變電阻R13的阻值，就可以改變本電源輸出電流大小。這個電阻R13也可用兩根導線引出到外面接一個可變電阻手動調節電阻值或者外加線路調節電阻值來改變電流大小，從而實現調光。
[0016]輸出電壓V+與LED燈具D16所需的電壓，這兩個電壓的壓差是由場效應管F8、電感L3共同承受的:當場效應管F8導通時，此壓差基本上由電感L3承受;在場效應管F8截止時，此壓差基本上由場效應管F8承受，且此時電感L3中的電流產生的儲能是由電感儲能回收電路回收的:本電源線路產生振蕩過程中，在電壓線V2上產生一系列矩形波并通過電容C6傳送到電壓線V3，在矩形波正半周電容C6充電，充電電流經二極管D7對電容C14充電和經電阻R13流到輸出端OUT;在矩形波負半周電容C6放電，放電電流和流經電感的電流一起經導通的場效應管F8流到電壓線V4，這樣，電感L3中的儲能變成電能被返回到電容C14并最后流到輸出端OUT中被利用，大大減少了能量損耗。
[0017]穩壓二極管D9用來把場效應管F8的刪極相對于源極的電壓被鉗制在該穩壓管的穩壓值，以保證該場效應管不會因刪極電壓過高而損壞。
[0018]本實用新型的有益效果是，本電源的電流調整率遠遠超過了目前同類型電源的高度，到達了萬分之幾每伏甚至十萬分之幾每伏(這里，“萬分之幾每伏”的意思是電源輸出電壓每變化I伏，對應的輸出電流的相對變化是萬分之幾的意思，其余類推)，這比號稱目前最高水平的HP2200PB電源指標已經高出不是百分之幾十或幾倍，而是高出幾個量級了，SP比HAPPY20XXPB系列好多了。本電源效率已經提高到了遠超過目前開關電源90%的效率水平，經實驗測試表明本電源效率已達到98%，其發熱量已大大減小，在實際電源裝置中已可不需要散熱片了，制造成的電源裝置體積大大減小，所需元件很少，成本明顯降低了，但輸出的功率已經達到150瓦，輸出的直流電壓最高可達近300伏，最低為O伏即可以短路而不損壞電路，還具有調光功能，解決了目前LED燈具驅動電源所存在的實際問題。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型高效高電流調整率非隔離開關電源的基本電路原理結構圖
[0020]圖2是在圖1基礎上將場效應管刪極電路負載電阻換成恒流源電路的本實用新型電路圖
[0021]圖3是在圖2基礎上在整流橋堆一輸入臂上設有電容的本實用新型電路圖
[0022]圖中標記:Brl為整流橋堆，C2為濾波電容，L3為電感，D4為二極管，R5為電阻，C6為電容，D7為二極管，F8為場效應管，D9為穩壓二極管，ClO為電容，Tl I為三極管，R12為電阻，R13為電阻，C14為電容，C15為電容，D16.為發光二極管D16a、D16b、D16n，屬于電源負載，R17為電阻，D18為穩壓二極管，T19為三極管、R20為電阻，C21為設置在橋堆一輸入臂上的電容。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型作詳細描述。
[0024]實施例1:一種新型的一種高效高電流調整率非隔離開關電源
[0025]如圖1所示:一種高效高電流調整率非隔離開關電源，包括有整流濾波電路、開關電源電路、電感儲能回收電路和輸出恒定電流電路;其中:
[0026]由整流橋堆組成的整流電路中，整流橋堆Brl的輸入兩端連接220伏交流市電，其輸出的兩端有一端接地而另一端輸出電壓V+，在該輸出電壓線V+與地線之間接裝有濾波電容C2，組成了所述整流濾波電路；
[0027]開關電源電路，由電感L3、電阻R5、場效應管F8、穩壓二極管D9、電容C10、三極管!11、電阻1?12、電阻1?13、電容(:14組成。其中，電感1^的一端與￥+電壓線連接，其另一端與電壓線V2連接，與電壓線V2連接的還有電容C6的一端、電容C1的一端、場效應管F8的漏極;電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接，電壓線V4還與場效應管F8的源極、穩壓二極管D9的陽極、電阻R12的一端、電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端連接；電容ClO的另一端與三極管Tll的基極和電阻R12的另一端連接，電阻R13的低壓端與輸出端OUT連接，輸出端OUT還與電容C14的低壓端、三極管Tll的發射極和電容C15的高壓端連接，電容C15的低壓端接地。場效應管F8的刪極連接電壓線Vl，電壓線Vl還與電阻R5的低壓端和穩壓二極管D9的陰極連接，電阻R5的高壓端與電壓線V+連接。開關電源電路中的電阻R5和三極管Tll組成場效應管F8的刪極電路，電阻R5是三極管Tll集電極的負載電阻，此集電極的電壓變化通過場效應管刪極控制著場效應管的電流變化。
[0028]電感儲能回收電路由電容C6、二極管D4、二極管D7組成，其中:
[0029]電容C6的一端與電壓線V2連接，電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接。
[0030]輸出恒定電流電路由電阻R13、電容C14和電容C15組成，其中:電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端與電壓線V4連接，電阻R13的低壓端和電容C14的低壓端與輸出端OUT連接。輸出端OUT與地線間接裝有LED燈具D16的電路。
[0031]本實施例線路最簡單，電流調整率能達到千分之一每伏，對要求不太高的場合可以滿足要求。
[0032]實施例2:場效應管刪極電路負載為恒流源電路的高效非隔離開關電源
[0033]如圖2所示，將場效應管F8柵極電路中的負載電阻R5替換成由電阻R17、穩壓二極管D18、三極管T19和電阻R20組成的恒流源，其中三極管T19的集電極連接到Vl電壓線，其發射極通過電阻R17連接到整流電路的輸出電壓線V+上，其基極一路通過電阻R20接地GND，該基極另一路通過穩壓二極管D17連接到整流電路的輸出電壓線V+上，這樣將可提高本電源輸出電流調整率。
[0034]本實施例線路較復雜，但電流調整率很高，能達到十萬分之五每伏，對要求較高的場合可以滿足要求。
[0035]實施例3:整流橋堆一輸入臂上設有電容的一種高效高電流調整率非隔離開關電源
[0036]如圖3所示，既將場效應管F8柵極與輸出電壓線V+連接的電阻R5替換成由電阻R17、穩壓二極管D18、三極管T19和電阻R20組成的恒流源，而且在橋堆Brl的一個輸入臂與220伏市電之間串接一只降低橋堆輸入電壓的電容C21，本實施例線路最復雜，不但電流調整率極高，能達到十萬分之五每伏，輸出電壓很容易降低到很低，甚至輸出短路也不會損毀電路，對技術要求較高或者對較低電壓供電的場合非常實用。
【主權項】
1.一種高效高電流調整率非隔離開關電源，其特征在于:包括有整流濾波電路、開關電源電路、電感儲能回收電路和輸出恒定電流電路;其中: 由整流橋堆組成的整流電路中，整流橋堆Brl的輸入兩端連接220伏交流市電，其輸出的兩端有一端接地而另一端輸出電壓V+，在此電壓線V+與地線之間接裝有濾波電容C2，組成了所述整流濾波電路； 開關電源電路，由電感L3、電阻R5、場效應管F8、穩壓二極管D9、電容Cl O、三極管T11、電阻R12、電阻R13、電容C14組成；其中，電感L3的一端與V+電壓線連接，其另一端與電壓線V2連接，與電壓線V2連接的還有電容C6的一端、電容C1的一端、場效應管F8的漏極;電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接，電壓線V4還與場效應管F8的源極、穩壓二極管D9的陽極、電阻R12的一端、電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端連接；電容ClO的另一端與三極管Tl I的基極和電阻R12的另一端連接，電阻R13的低壓端與輸出端OUT連接，輸出端OUT還與電容C14的低壓端、三極管Tll的發射極和電容C15的高壓端連接，電容C15的低壓端接地;場效應管F8的刪極連接電壓線VI，電壓線Vl還與電阻R5的低壓端和穩壓二極管D9的陰極連接，電阻R5的高壓端與電壓線V+連接;開關電源電路中的電阻R5和三極管Tll組成場效應管F8的刪極電路，電阻R5是三極管Tll集電極的負載電阻，此集電極的電壓變化通過場效應管刪極控制著場效應管的電流變化； 電感儲能回收電路由電容C6、二極管D4、二極管D7組成，其中: 電容C6的一端與電壓線V2連接，電容C6的另一端與V3電壓線連接，二極管D4的陰極、二極管D7的陽極也與V3電壓線連接，二極管D4的陽極與電壓線V+連接，二極管D7的陰極與電壓線V4連接； 輸出恒定電流電路由電阻R13、電容C14和電容C15組成，其中: 電阻R13的高壓端、電容C14的高壓端與電壓線V4連接，電阻R13的低壓端和電容C14的低壓端與輸出端OUT電壓線連接。2.按照權利要求1所述的一種高效高電流調整率非隔離開關電源，其特征在于:所述場效應管F8柵極電路中的負載電阻R5替換成由電阻R17、穩壓二極管D18、三極管T19和電阻R20組成的恒流源線路，其中三極管T19的集電極連接到Vl電壓線，其發射極通過電阻R17連接到整流電路的輸出電壓線V+上，其基極一路通過電阻R20接地GND，該基極另一路通過穩壓二極管D18連接到整流電路的輸出電壓線V+上。3.按照權利要求2所述的一種高效高電流調整率非隔離開關電源，其特征在于:還可在其橋堆Br I的一個輸入臂與220伏市電之間串接一只降低橋堆輸入電壓的電容C21。
【文檔編號】H02M1/42GK205544988SQ201620017282
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月11日
【發明人】張光陽
【申請人】張光陽