專利名稱：抗浪涌電壓的led燈脈沖式驅動電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED燈領域，尤其涉及一種具有抗浪涌電壓功能的“抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源”。
背景技術：
LED燈因具有節能、環保、長壽命、響應快、色彩豐富、可控等系列優點，被人們認定為推廣LED燈，是燈具節電降耗的最佳實現途徑。日本估計如果用LED燈替代日本一半的白熾燈和熒光燈、則等效每年為日本國節約60億升原油！有人甚至認為LED燈是人類繼愛迪生發明白熾燈泡后最重大的發明之一。燈外殼(或稱燈罩)、發光二極管(LightEmitting Diode)組件(本文簡稱LED組件)、LED組件的驅動電源(本文簡稱驅動電源)即夕卜殼、LED組件、驅動電源是LED燈的三大組成部份。驅動電源是LED燈的重要部件，只有驅動電源性能優越，LED燈才能呈現節電、長壽命的優點。針對驅動電源重要性，電子、電器行業內的技術人員研究、設計了多種LED燈驅動電源。中國專利申請號為201020214658. X的“可調LED燈電源驅動電路”、申請號為201120309550. 3的“一種LED燈電源供電系統”、申請號為200710037934. 2的“ LED驅動電源”、申請號為201110031371. 2的“一種多路恒流大功率LED驅動電源”公開了各自專利申請人的研究成果。上述公開技術的共同特點是電子線路復雜、所用的電子元器件太多。LED燈畢竟僅是一種要與白熾燈和熒光燈相竟爭的低價位燈具，非價值千萬元的軍用雷達。電子線路太復雜、所用的電子元器件太多的LED燈驅動電源，將因造價高、可靠性低(所用的電子元器件多，就意味著造價高、可靠性低)而無實用價值。目前在燈具市場較為流行的“阻容降壓、整流橋整流、電容濾波”之LED燈驅動電源，雖然具有電子線路簡單、所用的電子元器件少、造價低的優點，但也存在以下的缺點
1、電子線路中使用了無極性電容和有極性的電解電容，而電解電容是壽命遠低于LED組件的器件，故LED燈因其而受到縮短使用壽命的威脅；
2、由于所述的驅動電源中存在電容，使LED燈變成AC電源的“容性負載”，導致功率因素(Power factors )降低；
3、所述的上述驅動電源為直流輸出，使LED組件從開燈到關燈一直持續通電工作，導
致
(I)、不能利用發光二極管中“熒光粉”的余輝；
(2 )、使LED燈溫升增加，壽命縮短；
4、無抗雷擊、防浪涌電壓的功能。
發明內容
針對現有技術的現狀，本發明要達到的目標是
I、秉著“至精必須至簡，唯有簡單實用才能長久流傳”的出發點，應用電子技術，設計一個電子線路盡量簡單的、所用器件盡量少的、價格盡量廉的LED驅動電源；
2、所設計的LED驅動電源輸出的是脈寬(pulsewidth)可調、具有一定脈沖占空比(Duty Cycle)的脈沖式電源，在輸出高電平的脈沖“占”期間，LED組件通電發光；在輸出低電平的脈沖“空”期間，LED組件斷電休息、且LED燈利用發光二極管中“熒光粉”的余輝發光；即LED組件為間歇工作的模式，故其溫升可降低、壽命能延長；
3、所設計的LED驅動電源兼具抗浪涌、抗雷擊(雷擊也可理解為強“浪涌”)的功能；
4、所設計的LED驅動電源兼具對LED組件熱保護的功能。為了達到上述目標，本發明設計的技術方案是
一種抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源，所述抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源具有整流橋和限幅電路兩部份，其特征在于
所述限幅電路由負溫度系數熱敏電阻(NTC)與第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)串聯而成，所述負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第一端連接第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)的負極；
所述的整流橋由橋臂一、橋臂二、橋臂三及橋臂四組成；其中，
橋臂一由負極相連的第一整流二極管(Dl)和第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVSl)組成；
橋臂二由負極相連的第二整流二極管(D2)和第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2)組成；
橋臂三和橋臂四分別由第三整流二極管(D3)和第四整流二極管(D4)組成；
所述第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVSl)和第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2)的正極相連接后與作為第一輸出端(3)的負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第二端連接；
所述第三整流二極管(D3)的正極和第四整流二極管(D4)的正極相連后電連接至作為第二輸出端(4)的第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)的正極，該第二輸出端(4)連接線路地；
作為第一輸入端(I)的所述第三整流二極管(D3)的負極和作為第二輸入端(2)的第四整流二極管(D4)的負極分別連接第一整流二極管(Dl)的正極和第二整流二極管(D2)的正極。所述的單極型瞬態電壓抑制二極管TVS1、TVS2、TVS3可用壓敏電阻(VoltageDependent Resistor)替代,但優先采用單極型瞬態電壓抑制二極管。理論分析和實驗樣機的長時間的運行結果(本發明電子元件少，樣機很容易做)均證明，應用本發明，可以取得以下有益效果
I、價廉本發明僅用采購價約為一元的八個電子元件組成，低廉的價格為LED燈大面積推廣創造了條件。2、物美上述八個電子元件可以與LED組件集成在一起，生產出價廉物美的LED燈。3、延壽基于以下的原因，本發明提升了 LED燈的工作壽命
(I)、無壽命遠低于LED組件的電解電容，故LED燈因其而受到縮短工作壽命的威脅被解除；(2)、設有溫度負反饋器件熱敏電阻NTC，可防止LED燈溫度過高；
(3)、具有防雷擊抗浪涌電壓的功能，可使LED燈免遭雷擊和浪涌的損傷；
(4)、LED燈按間歇工作的脈沖模式運行，降低了溫升。4、節電間歇工作的脈沖運行模式，是節電的工作方式，LED燈因此而節省了電能；在兩個脈沖之間，利用發光二極管中“熒光粉”的余輝發光，使LED燈進一步節省了電倉泛。5、功率因素高電路中無感性與容性器，因此功率因素高。\
6、抗浪涌本發明采用了單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS)結合整流二極管來構成輸入端的橋式整流電路，該單極型瞬態電壓抑制二極管是一種高效能保護器件，當TVS兩極受到反向瞬態高壓沖擊時，其能夠以10_12秒量級的速度，將TVS兩極間的高阻抗瞬時變為低阻抗，并且能夠吸收高達數千瓦的浪涌功率，從而使得TVS兩極間的電壓箝位于固定值， 從而有效保護后端的LED器件。
圖I為本發明的原理方框 圖2為實施例I的電路原理 圖3為本發明輸出的脈沖電壓UO之波形 圖4為AC電壓的波形 圖5為單極型瞬態電壓抑制二極管的V— I特性曲線；
圖6為實施例2的電路原理 圖7為實施例3的電路原理 圖8為實施例4的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖，說明本發明的實施方式。圖I為本發明的原理方框圖，圖中，虛線方框代表整流橋100。本發明由整流橋100及限幅電路200組成，其中，整流橋100包括橋臂一 101、橋臂二 102、橋臂三103及橋臂四104;并且，所述的橋臂一 101、橋臂三103各自的一端連接在一起成為所述的整流橋100之輸入端1，所述的橋臂二 102、橋臂四104各自的一端連接在一起成為所述的整流橋100之輸入端2 ;所述的橋臂一 101、橋臂二 102各自的另一端連接在一起成為所述的整流橋100之輸出端3，所述的橋臂三103、橋臂四104各自的另一端連接在一起成為所述的整流橋100之輸出端4 ;所述的整流橋100之輸出端4與線路地相連接；所述的限幅電路200與LED組件300相并聯，它們并聯后，一端與所述的整流橋100之輸出端3相連接，另一端與所述的線路地相連接；AC電壓的一端即Pl端與所述的整流橋100之輸入端I相連接，另一端即P2端與所述的整流橋100之輸入端2相連接。圖2是本發明實施例I的電路原理圖，圖中第一整流二極管D1、第二整流二極管D2、第三整流二極管D3、第四整流二極管D4、第一單極型瞬態電壓抑制二極管TVS1、第二單極型瞬態電壓抑制二極管TVS2共同組成了本發明的整流橋100 ;其中
第一整流二極管D1、第一單極型瞬態電壓抑制二極管TVSl各自的負極連接在一起相串聯后組成所述的橋臂一 101，并且，所述的Dl之正極與所述的整流橋100的輸入端I相連接，所述的TVSl之正極與所述的整流橋100的輸出端3相連接；
第二整流二極管D2、第二單極型瞬態電壓抑制二極管TVS2各自的負極連接在一起相串聯后組成所述的橋臂二 102，并且，所述的D2之正極與所述的整流橋100的輸入端2相連接，所述的TVS2之正極與所述的整流橋100的輸出端3相連接；
所述的橋臂三103由第三整流二極管D3構成，并且，所述的D3之正極與所述的整流橋100的輸出端4即線路地相連接，負極與所述的整流橋100的輸入端I相連接；
所述的橋臂四104由第四整流二極管D4構成，并且，所述的D4之正極與所述的整流橋100的輸出端4即線路地相連接，負極與所述的整流橋100的輸入端2相連接；
負溫度系數熱敏電阻NTC與第三單極型瞬態電壓抑制二極管TVS3相串聯后構成了所 述的限幅電路200，并且，所述的NTC的一端與所述的整流橋100的輸出端3相連接，另一端與所述的TVS3之負極相連接，所述的TVS3的正極則與所述的整流橋100的輸出端4即線路地相連接；
本實施例I輸出的脈沖電壓UO之正端與所述的整流橋100的輸出端3及LED組件300的正極端相連接，負端與所述的整流橋100的輸出端4及LED組件300的負極端相連接。本發明的工作過程為
結合圖I、圖2、圖3、圖4 :從P1、P2端輸入的AC電壓的數學表達式為
U=Umsim ( ω t + Φ )
上式中u為AC電壓的瞬時值，Um為AC電壓的的振幅值，ω為AC電壓的角頻率，Φ為AC電壓的初相角。為簡便說明，現假設初相角Φ=0，則AC電壓的瞬時值、即施加在所述的整流橋100之輸入端1、2之間的電壓u的表達式為
U=Umsimco t
其波形如圖4所示。在O t01的時域內，AC電壓為正半周，電壓u為整流橋100之輸入端I處于高電平、整流橋100之輸入端2處于低電平的狀態，橋臂二 102中的第二整流二極管D2和橋臂三103中的第三整流二極管D3均因反向偏置而截止，等效為開路。換言之在AC電壓為正半周時，橋臂二與橋臂三均截止。圖5為單極型瞬態電壓抑制二極管的V— I特性曲線，圖中UB為其反向擊穿電壓。在O tl的時域內，整流橋100的輸入端I、輸入端2之間的電壓值U=Umsimcot的值小于單極型瞬態電壓抑制二極管TVSl的反向擊穿電壓uBl的值，即u < uBl，所述的TVSl等效為開路，故輸出的脈沖電壓U0=0、脈沖電流IO = O ;
在t = tl時，u = uBl,所述的TVSl反向擊穿,等效為短路,形成脈沖電壓UO陸直的上升沿，脈沖電流IO沿著Pl—Dl—TVSl—LED組件一D4 — P2的路徑流動，LED組件300通電發光;
在tl t2的時域內，u > uBl，所述的TVSl保持等效短路，LED組件300保持通電發
光;
在t2 t01的時域內，u < uBl，所述的TVSl恢復截止，等效為開路，脈沖電流IO = O、脈沖電壓U0=0，LED組件300斷電，進入休息散熱的狀態；綜上所述當整流橋100的輸入端I、輸入端2之間的電壓值u大于或等于單極型瞬態電壓抑制二極管TVSl的反向擊穿電壓uBl的值，即u彡uBl時，所述的TVSl導通，橋臂一101也隨之導通；反之，當u < uBl時，所述的TVSl截止，橋臂一 101也隨之截止；
在t01 t02的時域內，AC電壓為負半周，電壓u為整流橋100之輸入端I處于低電平、整流橋100之輸入端2處于高電平的狀態，橋臂一 101中的第一整流二極管Dl和橋臂四104中的第四整流二極管D4均因反向偏置而截止，等效為開路；換言之在AC電壓為負半周時，橋臂一 101與橋臂四104均截止。在t01 t3的時域內，整流橋100的輸入端2、輸入端I之間的電壓U=Umsimcot的值小于單極型瞬態電壓抑制二極管TVS2的反向擊穿電壓uB2的值，即u < uB2，所述的TVS2等效為開路，故輸出的脈沖電壓U0=0、脈沖電流IO = O ；LED組件300繼續斷電，仍保持休息散熱的狀態；
在t = t3時，u = uB2，所述的TVS2反向擊穿，等效為短路，形成脈沖電壓UO的第二個 脈沖之陡直的上升沿，脈沖電流IO沿著P2 — D2 — TVS2 — LED組件一D3 — Pl的路徑流動，LED組件300通電發光；
在t3 t4的時域內，u > uB2，所述的TVS2保持等效短路，LED組件保持通電發光；在t4 t02的時域內，u < uB2，所述的TVS2恢復截止，等效為開路，脈沖電流IO = O、脈沖電壓U0=0，LED組件300斷電，進入休息散熱的狀態；
綜上所述當整流橋100的輸入端2、輸入端I之間的電壓值u大于或等于單極型瞬態電壓抑制二極管TVS2的反向擊穿電壓uB2的值，即u彡uB2時，所述的TVS2導通，橋臂二102也隨之導通；反之，當u < uB2時，所述的TVS2截止，橋臂二 102也隨之截止；
在AC電壓過零點t01附近的t2 t3時域內，脈沖電流IO = O、脈沖電壓U0=0，LED組件300斷電，為休息散熱的狀態。在此狀態下，發光二極管中“熒光粉”的“余輝”將保持LED組件300生輝發光。以上闡述了本實施例I在AC電壓一個周期內的工作過程，t = t02之后，AC電壓進入下一個周期，本實施例I的工作過程與以上闡述的工作過程相同。結合圖2，在正常情況下，本實施例I的限幅電路200中的單極型瞬態電壓抑制二極管TVS3兩端電壓U3的值小于其反向擊穿電壓uB3的值，即U3 <uB3，所述的TVS3等效開路，所述的限幅電路200不工作。當浪涌或雷擊電壓到來時，脈沖電壓UO上升，導致U3 > uB3的條件成立，所述的TVS3反向擊穿，等效短路，從而保護了 LED組件，使其不受浪涌或雷擊而損壞；
溫度過高是造成LED組件300損壞的重要原因。當LED燈的溫度過高時，負溫度系數熱敏電阻NTC的阻值減小，其對脈沖電壓UO的分壓減小，導致U3 > uB3的條件成立，所述的TVS3反向擊穿，等效短路，流經LED組件300的脈沖電流就急驟減小，其溫升也隨之減小，從而保護了 LED組件，其溫升過度而損壞的威肋便被解除。綜上所述，在正常情況下，限幅電路200中的單極型瞬態電壓抑制二極管TVS3等效開路；當浪涌或雷擊電壓到來或LED燈的溫度過高時，所述的TVS3反向擊穿，等效短路。本實施例I的技術特征
I、結合圖3，單極型瞬態電壓抑制二極管TVSl、TVS2反向擊穿電壓uB的值，決定了脈沖電壓UO的脈沖寬度T，單極型瞬態電壓抑制二極管TVS1、TVS2反向擊穿電壓uB的值越高，脈沖電壓UO的脈沖寬度T越小，反之，單極型瞬態電壓抑制二極管TVS1、TVS2反向擊穿電壓UB的值越低，脈沖電壓UO的脈沖寬度T越大。換言之可以通過選取不同反向擊穿電壓uB的單極型瞬態電壓抑制二極管來達到調整LED組件300功率的目的；
2、結合圖3、圖4，本發明輸出的脈沖電壓UO的重復頻率為AC電壓頻率的二倍，對50Hz的交流電，所述的脈沖電壓UO的重復頻率為100Hz，對60Hz的交流電，所述的脈沖電壓UO的重復頻率則為120Hz。人類可以感受到的最高閃爍頻率是70Hz，因此，即使不計發光二極管中“熒光粉”的“余輝”效益，LED燈應用本發明，也不會給人產生閃爍的印象。3,LED燈應用本發明之后，按間歇工作的脈沖模式運行，即所述的脈沖電壓UO輸出高電平時，其通電發光，所述的脈沖電壓UO輸出低電平時，其斷電休息、散熱并利用“余 輝”生光。LED燈這種間歇工作并利用“余輝”效益的脈沖方式，帶來了以下優點
(1)、降低了電耗；
(2)、降低了溫升，延長了其使用壽命；
(3)、“余輝”效益，使其光線更柔和。圖6為實施例2的電路原理圖，本實施例2是將實施例I中的橋臂I、橋臂4，橋臂
2、橋臂3同時互易而設計成的“抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源”。圖7為實施例3的電路原理圖，本實施例3是將實施例I中的橋臂I、橋臂4互易而設計成的“抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源”。圖8為實施例4的電路原理圖，本實施例4是將實施例I中的橋臂2、橋臂3互易而設計成的“抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源”。本專業的技術人員應該清楚，作上述互易后設計的實施例2、實施例3、實施例4的工作原理、工作過程均與實施例I相同。
權利要求
1.一種抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源，所述抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源具有整流橋和限幅電路兩部份，其特征在于所述限幅電路由負溫度系數熱敏電阻(NTC)與第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)串聯而成，所述負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第一端連接第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)的負極；所述的整流橋由橋臂一、橋臂二、橋臂三及橋臂四組成；其中，橋臂一由負極相連的第一整流二極管(Dl)和第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVSl)組成；橋臂二由負極相連的第二整流二極管(D2)和第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2)組成；橋臂三和橋臂四分別由第三整流二極管(D3)和第四整流二極管(D4)組成；所述第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVSl)和第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2)的正極相連接后與作為第一輸出端(3)的負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第二端連接；所述第三整流二極管(D3)的正極和第四整流二極管(D4)的正極相連后電連接至作為第二輸出端(4)的第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)的正極，該第二輸出端(4)連接線路地；作為第一輸入端(I)的所述第三整流二極管(D3)的負極和作為第二輸入端(2)的第四整流二極管(D4)的負極分別連接第一整流二極管(Dl)的正極和第二整流二極管(D2)的正極。
2.如權利要求I所述的抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源，其特征在于所述的第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS1)、第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2 )和第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3 )可以由壓敏電阻替代。
全文摘要
本發明公開了一種抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源，所述抗浪涌電壓的LED燈脈沖式驅動電源具有整流橋和限幅電路兩部份,所述限幅電路由負溫度系數熱敏電阻(NTC)與第三單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS3)組成，所述的整流橋由橋臂一、橋臂二、橋臂三及橋臂四組成,其中橋臂一由第一整流二極管(D1)和第一單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS1)組成，橋臂二由第二整流二極管(D2)和第二單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS2)組成；橋臂三和橋臂四分別由第三整流二極管(D3)和第四整流二極管(D4)組成。
文檔編號H05B37/02GK102938958SQ20121047170
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者汪孟金 申請人:寧波市鎮海華泰電器廠