電容式線性輸出led驅動電源的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電工技術領域的變流器，具體的講是一種利用電容器充放電產生 線性輸出功率的LED驅動電源，特別涉及到利用電力電子技術控制電容器充放電使直流輸 出功率隨著交流輸入電壓變化呈現線性關系的高功率因數的LED驅動電源。
【背景技術】
[0002] 與傳統的白熾燈、日光燈和市售的節能燈相比LED照明燈在發光效率、節能環保以 及使用壽命等多方面具有明顯的優勢，因此被譽為二十一世紀最有發展前景的綠色光源。 為了使LED照明燈能夠正常工作，LED驅動電源必須將交流電轉換為LED照明燈所要求的直 流電。由于LED照明燈的驅動電壓與電流的關系是非線性的，電流隨驅動電壓的升高呈現指 數增長，引起LED燈內的溫度升高，極易導致LED燈損壞，另一方面，LED照明燈的溫度變化也 會影響LED照明燈的工作功率;基于效率和體積角度的考慮，現有LED照明燈多采用恒壓或 恒流開關電源，開關頻率一般在20-100千周。為適應電源電壓變化，開關電源都是采用電流 閉環或電壓閉環進行閉環PWM脈寬控制的，在實際工作過程中，偶爾閉環響應慢會造成LED 照明燈瞬間電流或電壓過高，導致LED燈不可逆轉的光衰，嚴重時則會損壞LED照明燈。為了 進行恒壓或恒流控制，開關電源調制的脈寬都留有很大寬度，即在窄脈沖工作，對電源的輸 出濾波電容器沖擊大，導致濾波電解電容器使用壽命變短。且開關電源大多由變壓器和儲 能電感進行變壓和降壓驅動LED燈珠組的工作，效率低；尤其是小功率輸出時，效率只有 70%-87%，功率因數為0.5-0.85。另一種LED照明燈的驅動電源為線性穩壓電源，采用一個 1C或多個1C來分配電壓，電子元器件種類少，不需要電解電容。1C驅動電源具有高可靠性、 高功率因數、高效率、低成本優勢;但該電源只適合電壓高的數十個燈珠場合使用，且輸出 高壓，有頻閃。第三種LED照明燈的驅動電源是阻容壓降電源，雖具有結構簡單、成本低等優 點，但穩定性差，功率和功率因數(0.2左右)低。專利申請（201420291297.7)無極性電容器 降分壓整流線性LED驅動電源，雖然解決了輸入電壓與輸出功率線性輸出的問題，但功率因 數僅為0.5-0.6。因此，尋找一種功率因數高、輸入電壓與輸出功率在一定使用范圍內呈線 性關系且節能環保的LED照明燈驅動電源是當前電力電子技術領域亟待解決的課題。 【實用新型內容】
[0003] 針對現有技術的不足，本實用新型要解決的技術問題是，提供一種電容式線性輸 出LED驅動電源。該電源在整流后的直流100HZ脈動電壓波形內由一只充電管(M0SFET)控制 對至少一只充電電容器進行充電后，由一只放電管控制釋放充電電容器存儲的電荷對放 電輸出電容器和負載進行放電。充電和放電頻率在20KHZ-200KHZ，在無變壓器的條件下實 現了電壓轉換，提高了電源的交流電功率因數和交流電到直流電的轉換效率。
[0004] 本實用新型的工作原理和物理過程是：交流電整流后，由一只充電管經一只限流 電阻(或電感)控制至少一只充電電容器進行充電；一只放電管經同一只限流電阻（或電感） 控制至少一只充放電電容器對放電輸出電容器進行并聯式放電，放電輸出電容器兩端電壓 為LED驅動電壓;一只充電管與一只放電管以互補方式交替導通，中間設有死區，實現了對 LED負載的交流輸入電壓與直流輸出功率的線性輸出，其工作頻率為20KHZ-200KHZ。本實用 新型的工作原理和物理過程是：交流電整流后，由一只充電管經一只限流電阻（或電感)控 制至少一只充電電容器進行充電；另一只放電管經同一只限流電阻（或電感)控制至少一只 充放電電容器對放電輸出電容器進行并聯式放電，放電輸出電容器兩端電壓為LED驅動電 壓;一只充電管與一只放電管以互補方式交替導通，中間設有死區，實現了對LED負載的交 流輸入電壓與直流輸出功率的線性輸出，其工作頻率為20KHZ-200KHZ。由電容器所做的功Q = UXI = 2U2JifC可知，在充放電頻率f?為定值時，Q與電壓的平方成正比。當電壓升高時，充 放電的能量增加。由能量守恒可知，供給LED燈的能量沒有突變，從而限制電流突變，減少了 LED照明燈因輸入交流電壓的變化而導致電流突變發生損壞的幾率，可適應LED照明燈驅動 的要求，提高了 LED照明燈的使用壽命。該電源可作為LED燈珠數量在100 % -200 %范圍內變 化的恒功率輸出的LED驅動電源，滿足各種規格燈具要求。為了適應各種電壓輸出，本實用 新型可采用多只充放電電容與多只充電二極管和放電二極管組合進行多級分壓，制成多級 分壓式電容線性輸出LED驅動電源。直流輸出電壓E、電流I和限流電阻R的關系為：
式中U為輸入交流電壓，R為限流電阻，I為通過限流電阻的電流平均 值，N為分壓級數。從式中可以看出，合理的選取N，可以減小限流電阻的損耗。當電流較大 時，應采用電感利用感抗進行限流，以利于提高電源轉換效率。
[0005] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是，一種電容式線性輸出LED驅動 電源由輸入端L和N、整流電路、控制電路、充放電電路、輸出電路構成。所述的整流電路由橋 式整流器DQ和濾波電容Cb構成;所述的控制電路由自帶振蕩器的M0SFET管半橋式驅動控制 芯片K (其內部設有高端懸浮驅動器)和啟動電阻RJ構成;所述的充放電電路由充電管BG1、 放電管BG2、限流電阻R、充電電容器C2和放電輸出電容器C1構成;所述的輸出電路由輸出端 +、輸出端-和負載串聯燈組LEDZ構成。
[0006] 在上述方案中，所述控制電路由自帶振蕩器的M0SFET管半橋式驅動控制芯片K(內 部設有高端懸浮驅動器），通過自舉電容和二極管為自舉式高端懸浮柵極驅動器功能供 電。控制芯片也可采用自帶振蕩器的M0SFET管推挽驅動控制芯片，其一路由芯片驅動，另外 一路由自舉高端懸浮柵極驅動芯片驅動。
[0007] 在上述方案中，所述的充放電電路中充電管BG1和放電管BG2,可選擇IGBT、M0SFET 和功率晶體三極管中的一種。
[0008] 當所述的電容式線性輸出LED驅動電源驅動LED照明燈電流較大時，為了降低損 耗，限流電阻R應用電感進行替代。
[0009] -種電容式線性輸出LED驅動電源的各電路連接關系如下：輸入端L和N分別連接 到整流電路內的橋式整流器DQ的兩個交流端，橋式整流器DQ的輸出正極+接濾波電容器Cb 的一端，橋式整流器DQ的負極-接濾波電容器Cb的另一端;整流電路內的橋式整流器DQ的正 極與控制電路內的啟動電阻RJ的一端相接，啟動電阻RJ的另一端與控制芯片K的啟動a端連 接，橋式整流器DQ的輸出負極-和控制電路內控制芯片K內的c端以及充放電電路內的充電 管BG1的陰極相連接;所述的充放電電路內的充電管BG1的柵極與控制電路內的控制芯片K 的b端相連接，充電管BG1的陽極與充放電電路內的充電電容器C2的一端和放電管BG2的陰 極以及控制電路內的控制芯片的e端相連接，充電電容器C2的另一端與限流電阻R的一端相 連，限流電阻R的另一端與充放電電路內的放電輸出電容器C1的一端和整流電路的橋式整 流器DQ正極相連接，放電輸出電容器C1的另一端與放電管BG2的陽極、輸出電路內的輸出 端-以及負載LEDZ的負極相連接，放電管BG2的柵極與控制芯片K的d端相連;輸出電路內的 輸出端+與負載LEDZ的正極和充放電電路內的放電輸出電容器C1的一端相連接。
[0010] 本實用新型有益效果在于，由于采用電容器降壓，在交流電的正負半周期內進行 20KHZ-200KZ高次充放電，提高了電源的利用率和功率因數;利用電容器存儲能量為定值， 使輸入交流電壓與直流輸出功率為線性關系;延長了 LED照明燈的使用壽命，縮小了電源體 積。尤其是去