一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源的制作方法

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源。

背景技術(shù)：

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，節(jié)能減排成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。LED燈具因有長(zhǎng)壽命、低功耗、易調(diào)光、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代白熾燈、高壓鈉燈、熒光燈成為第四代綠色光源。與傳統(tǒng)燈具的電源不同，LED具有非線性的光-電-熱特性，因此，高質(zhì)量的LED驅(qū)動(dòng)電源是推廣LED照明的關(guān)鍵因素。

然而隨著技術(shù)發(fā)展，照明市場(chǎng)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的要求更加嚴(yán)格，如高可靠性、高效率、無(wú)頻閃、長(zhǎng)壽命等。傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電源采用電解電容進(jìn)行濾波和穩(wěn)壓，而一般電解電容的壽命只有5k～10kh，與半導(dǎo)體器件LED的80k～100kh的工作壽命相差甚遠(yuǎn)，所以LED驅(qū)動(dòng)電源中的電解電容嚴(yán)重制約了其整體壽命，限制了LED照明產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，在不影響可靠性、效率、無(wú)頻閃的前提下，使用長(zhǎng)壽命、容值小的CBB電容或金屬膜電容是LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)有的解決方法有采用諧波電流注入減小輸入功率的脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)電解電容的目的，而注入諧波幅值越大，功率因數(shù)PF就越小，無(wú)法滿足相關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電源存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源，在保證高可靠性、高效率、無(wú)頻閃的同時(shí)，消除了LED驅(qū)動(dòng)電源中的電解電容，有效延長(zhǎng)LED驅(qū)動(dòng)電源的使用壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源，包括：一交流輸入單元、一整流濾波單元、一隔離式Zeta電路、一輸出整流單元、一紋波補(bǔ)償單元、一集成控制單元和LED負(fù)載；其特征在于：交流輸入單元依次連接整流濾波單元、隔離式zeta電路、輸出整流單元、紋波補(bǔ)償單元和LED負(fù)載，LED負(fù)載同時(shí)與集成控制單元連接。

所述整流濾波單元由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4及電容C1組成；所述二極管D1陰極與二極管D2陰極、電容C1正極相連，二極管D1陽(yáng)極與二極管D3陰極相連，二極管D2陽(yáng)極與二極管D4陰極相連，二極管D3陽(yáng)極與二極管D4陽(yáng)極、電容C1負(fù)極相連；所述隔離式Zeta電路由開關(guān)管S1、電感L1、電容C2、變壓器T1、電阻R1組成；所述開關(guān)管S1的漏極與電容C1正極相連，開關(guān)管S1源極與電感L1一端、電容C2負(fù)極相連，電容C2正極與變壓器T1原邊Np的同名端相連，電感L1另一端與電阻R1、變壓器T1原邊Np的非同名端相連；所述輸出整流單元由開關(guān)管S2、二極管D5組成；所述開關(guān)管S2漏極與變壓器T1副邊Ns的同名端相連，開關(guān)管S2源極與二極管D5陰極、電感L2一端相連，二極管D5陽(yáng)極與變壓器T1副邊Ns的非同名端相連；所述紋波補(bǔ)償單元由電感L2、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C4、電容C5、放大器A1、PNP型三極管Q1、NPN型三極管Q2組成，其中三極管Q1和三極管Q2組成擴(kuò)流電路，對(duì)放大器A1的輸出電流進(jìn)行放大；所述電感L2一端與二極管D5陰極相連，電感L2另一端與電阻R2、電容C4正極相連，電阻R2右端與電阻R4、電阻R6、電容C3正極、LED負(fù)載正極相連，放大器A1反相端與電阻R3、電阻R5相連，放大器A1同相端與電阻R4、電容C5正極相連，放大器A1輸出端與三極管Q1基極、三極管Q2的基極相連，三極管Q1發(fā)射極與三極管Q2的發(fā)射極、電阻R5、電阻R6相連，電容C5負(fù)極、三極管Q2集電極接地；所述輸出單元(7)由n個(gè)LED燈串聯(lián)、電容C3組成；所述LED陽(yáng)極與電阻R2、電阻R4、電阻R6、電容C3正極相連，LED陰極與電容C3負(fù)極、二極管D5陽(yáng)極相連；所述集成控制單元由光耦和PWM控制芯片HV9930組成。

所述由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4和電容C1組成的整流濾波單元實(shí)現(xiàn)交流-直流變換以及對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波。

所述由開關(guān)管S1、電感L1、電容C2、變壓器T1、電阻R1組成的隔離式Zeta電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)及功率因數(shù)校正，變壓器T1起到隔離輸入和輸出的作用，保證在工頻電壓工作下驅(qū)動(dòng)電源的安全性。

所述由開關(guān)管S2、二極管D5組成的輸出整流單元實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓整流，采用與開關(guān)管S1同步的PWM信號(hào)控制開關(guān)管S2的導(dǎo)通和關(guān)斷，減小驅(qū)動(dòng)電源的整流損耗。

所述由電感L2、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C4、電容C5、放大器A1、PNP型三極管Q1、NPN型三極管Q2組成的紋波補(bǔ)償單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電感L2電流紋波檢測(cè)及補(bǔ)償輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

與其他現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源，通過(guò)采用隔離式Zeta電路，很容易實(shí)現(xiàn)輸入輸出隔離、滿足PF要求及驅(qū)動(dòng)電源的工作條件；采用電阻檢測(cè)電感電流及用放大器對(duì)電感電流進(jìn)行檢測(cè)補(bǔ)償，能夠使得產(chǎn)品的壽命更長(zhǎng)，穩(wěn)定性更好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源的原理圖；

圖2為本發(fā)明的一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源的主要工作波形；

圖3為本發(fā)明的一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的等效電路；

圖4為本發(fā)明的一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路。

具體實(shí)施方式

為了更為具體的描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖1-4對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1所示，為一種基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源的原理圖，包括：交流輸入單元、整流濾波單元、隔離式Zeta電路、輸出整流單元、紋波補(bǔ)償單元、集成控制單元和LED負(fù)載；其中，交流輸入單元依次連接整流濾波單元、隔離式Zeta電路、輸出整流單元、紋波補(bǔ)償單元和LED負(fù)載，LED負(fù)載同時(shí)與集成控制單元連接。其中，所述整流濾波單元由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4及電容C1組成；所述二極管D1陰極與二極管D2陰極、電容C1正極相連，二極管D1陽(yáng)極與二極管D3陰極相連，二極管D2陽(yáng)極與二極管D4陰極相連，二極管D3陽(yáng)極與二極管D4陽(yáng)極、電容C1負(fù)極相連；所述隔離式Zeta電路由開關(guān)管S1、電感L1、電容C2、變壓器T1、電阻R1組成；所述開關(guān)管S1的漏極與電容C1正極相連，開關(guān)管S1源極與電感L1一端、電容C2負(fù)極相連，電容C2正極與變壓器T1原邊Np的同名端相連，電感L1另一端與電阻R1、變壓器T1原邊Np的非同名端相連；所述輸出整流單元由開關(guān)管S2、二極管D5組成；所述開關(guān)管S2漏極與變壓器T1副邊Ns的同名端相連，開關(guān)管S2源極與二極管D5陰極、電感L2一端相連，二極管D5陽(yáng)極與變壓器T1副邊Ns的非同名端相連；所述紋波補(bǔ)償單元由電感L2、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C4、電容C5、放大器A1、PNP型三極管Q1、NPN型三極管Q2組成，其中三極管Q1和三極管Q2組成擴(kuò)流電路，對(duì)放大器A1的輸出電流進(jìn)行放大；所述電感L2一端與二極管D5陰極相連，電感L2另一端與電阻R2、電容C4正極相連，電阻R2右端與電阻R4、電阻R6、電容C3正極、LED負(fù)載正極相連，放大器A1反相端與電阻R3、電阻R5相連，放大器A1同相端與電阻R4、電容C5正極相連，放大器A1輸出端與三極管Q1基極、三極管Q2的基極相連，三極管Q1發(fā)射極與三極管Q2的發(fā)射極、電阻R5、電阻R6相連，電容C5負(fù)極、三極管Q2集電極接地；所述輸出單元(7)由n個(gè)LED燈串聯(lián)、電容C3組成；所述LED陽(yáng)極與電阻R2、電阻R4、電阻R6、電容C3正極相連，LED陰極與電容C3負(fù)極、二極管D5陽(yáng)極相連；所述集成控制單元有光耦和PWM控制芯片HV9930組成。

圖2為基于紋波補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電源主要工作波形，從圖中可以看出電路有兩個(gè)工作模態(tài)。電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電感電流i_L2可以分解為直流分量I_L2和交流分量之和，即

流過(guò)LED負(fù)載的電流為

如果

那么i_O＝I_L2。 (4)

因此，只要滿足式(3)，有源紋波補(bǔ)償電路可使流過(guò)LED負(fù)載的電流為恒定值。

1.工作過(guò)程分析

1)開關(guān)模態(tài)1[0-t₁]:開關(guān)管S1和開關(guān)管S2同時(shí)導(dǎo)通，二極管D5因兩端承受反相電壓而關(guān)斷，其等效電路如圖3所示。電路中形成三個(gè)回路：Vin-D1-S1-L1-R1-D4構(gòu)成一回路，電源Vin向電感L1充電；C2-Np-R1-D4-Vin-D1-S1構(gòu)成一回路，電容C2經(jīng)變壓器T1向電感Ns傳遞能量；Ns-S2-L2-R2-LED構(gòu)成一回路，電感Ns向電感L2、LED負(fù)載供電，電感L2電流i_L2線性上升。假設(shè)變壓器T1副邊Ns兩端電壓為Us，輸出電壓為Uo，開關(guān)周期為Ts，開關(guān)管導(dǎo)通占空比為D，則電感L2的電流增量為：

2)開關(guān)模態(tài)2[t₁-t₂]:開關(guān)管S1和開關(guān)管S2同時(shí)關(guān)斷，二極管D5導(dǎo)通為電感電流i_L2續(xù)流，其等效電路如圖4所示。電路中形成兩個(gè)回路：L1-Np-C2形成一回路，電感L1向電容C2充電；L2-LED-D5形成另一回路，電感L2向LED負(fù)載供電，電感L2電流i_L2線性下降，電感L2的電流增量為：

模態(tài)2結(jié)束后就進(jìn)入下一工作周期。由于在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)Δi_L2(on)+Δi_L2(off)＝0，因此LED驅(qū)動(dòng)電源工作的條件為：

以上僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所做出的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。