一種led燈脈沖式驅動電源的制作方法

專利名稱：一種led燈脈沖式驅動電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED燈領域，尤其涉及一種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，本實用新型要迖到的目標是1、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；[0015]2、所設計的LED驅動電源輸出的是脈寬(pulse width)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”)的功倉泛;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，本實用新型設計的技術方案是一種LED燈脈沖式驅動電源，所述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)的第一端連接單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS)的負極；所述負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第二端作為第一輸出端(3)，而所述單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS)的正極作為第二輸出端(4)并與線路地連接；所述的整流橋由橋臂一、橋臂二、橋臂三及橋臂四組成；其中，橋臂一和橋臂二分別由第四整流二極管(D4)和第三整流二極管(D3)構成，所述第四整流二極管(D4)和第三整流二極管(D3)的負極相連后連接所述第一輸出端(3)；橋臂三由負極相連的第二整流二極管(D2)和第六整流二極管(D6)組成；橋臂四由負極相連的第一整流二極管(Dl)和第五整流二極管(D5)組成；所述第六整流二極管(D6)的正極和第四整流二極管(D4)的正極相連接后作為第一輸入端(I);所述第五整流二極管(D5)的正極與第三整流二極管(D3)的正極相連接后作為第二輸入端(2)；所述第二整流二極管(D2)的正極和第一整流二極管(Dl)的正極相連后連接所述第二輸出端(4)。在所述第一輸入端(I)和第二輸入端(2)之間接入AC電壓；在第一輸出端(3)和第二輸出端(4)之間接入LED。理論分析和實驗樣機的長時間的運行結果(本實用新型電子元件少，樣機很容易做)均證明，應用本實用新型，可以取得以下有益效果1、價廉本實用新型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，本實用新型提升了 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。[0037]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。

圖1為本實用新型的原理方框圖；圖2為實施例1的電路原理圖；圖3為本實用新型輸出的脈沖電壓UO之波形圖；圖4為AC電壓的波形圖；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；圖7為實施例3的電路原理圖；圖8為實施例4的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖，說明本實用新型的實施方式。圖1為本實用新型的原理方框圖，圖中，虛線方框代表整流橋100。本實用新型由整流橋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是本實用新型實施例1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、第五整流二極管D5、第六整流二極管D6共同組成了本實用新型的整流橋100 ;其中第一整流二極管D1、第五整流二極管D5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D5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、第六整流二極管D6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D6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與單極型瞬態電壓抑制二極管TVS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TVS之負極相連接，所述的TVS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1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。本實用新型的工作過程為:結合圖1、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=Umsimcot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為整流二極管的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1、輸入端2之間的電壓值U=Umsimco t的值小于整流二極管D6的反向擊穿電壓uBl的值，S卩:u < uBl，所述的D5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D5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—D5 — 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D5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D5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1、輸入端2之間的電壓值u大于或等于整流二極管D6的反向擊穿電壓uBl的值，即u ^ uBl時，所述的D5導通，橋臂一 101也隨之導通；反之，當u < uBl時,所述的D5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。[0071]在tOl t3的時域內，整流橋100的輸入端2、輸入端I之間的電壓U=Umsimco t的值小于整流二極管D6的反向擊穿電壓uB2的值，即u < uB2，所述的D6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D6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 — D6 — 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D6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D6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大于或等于整流二極管D6的反向擊穿電壓uB2的值，即u > uB2時，所述的D6導通，橋臂二 102也隨之導通；反之，當u < uB2時，所述的D6截止，橋臂二 102也隨之截止；在AC電壓過零點tOl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1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1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1的限幅電路200中的單極型瞬態電壓抑制二極管TVS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TVS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TVS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TVS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TVS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1的技術特征1、結合圖3，整流二極管D6反向擊穿電壓uB的值，決定了脈沖電壓UO的脈沖寬度T，整流二極管D6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，整流二極管D6反向擊穿電圧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，本實用新型輸出的脈沖電壓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燈應用本實用新型，也不會給人產生閃爍的印象。[0085]3、LED燈應用本實用新型之后，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(I)、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1中的橋臂1、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1中的橋臂1、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1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1相同。
權利要求1.一種LED燈脈沖式驅動電源，所述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)的第一端連接單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS)的負極；所述負溫度系數熱敏電阻(NTC)的第二端作為第一輸出端(3)，而所述單極型瞬態電壓抑制二極管(TVS)的正極作為第二輸出端(4)并與線路地連接； 所述的整流橋由橋臂一、橋臂二、橋臂三及橋臂四組成；其中， 橋臂一和橋臂二分別由第四整流二極管(D4)和第三整流二極管(D3)構成，所述第四整流二極管(D4)和第三整流二極管(D3)的負極相連后連接所述第一輸出端(3)； 橋臂三由負極相連的第二整流二極管(D2)和第六整流二極管(D6)組成； 橋臂四由負極相連的第一整流二極管(Dl)和第五整流二極管(D5)組成； 所述第六整流二極管(D6)的正極和第四整流二極管(D4)的正極相連接后作為第一輸入端(I)； 所述第五整流二極管(D5)的正極與第三整流二極管(D3)的正極相連接后作為第二輸入端(2)； 所述第二整流二極管(D2)的正極和第一整流二極管(Dl)的正極相連后連接所述第二輸出端(4)。
2.如權利要求1所述的LED燈脈沖式驅動電源，其特征在于: 在所述第一輸入端(I)和第二輸入端(2)之間接入AC電壓；在第一輸出端(3)和第二輸出端(4)之間接入LED。
專利摘要本實用新型公開了一種LED燈脈沖式驅動電源，所述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。
文檔編號H05B37/02GK202918564SQ20122062651
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者汪孟金 申請人:寧波市鎮海華泰電器廠