專利名稱：一種無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種驅(qū)動(dòng)電源，具體而言屬于LED驅(qū)動(dòng)電源。
背景技術(shù)：
隨著LED的發(fā)展，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的要求也越來越高，高性能，高可靠性，長壽命是LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特性。LED的使用壽命可達(dá)3萬 10萬小時(shí)，傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電源中含有電解電容，而電解電容存在以下缺點(diǎn)I.壽命比較短,約為5000小時(shí)，且體積較大。2.電解電容會(huì)發(fā)生電解液泄漏。3.電解電容隨環(huán)境溫度的升高性能逐漸惡化。4.電解電容的耐溫性能和耐沖擊新能很差，降低了可靠性。電解電容的本身特性造成了 LED與驅(qū)動(dòng)電源壽命不匹配的問題。為了解決以上問題，可以采用陶瓷電容直接代替電解電容。陶瓷電容的壽命要遠(yuǎn)高于電解電容，且陶瓷電容的體積較小。但是，這種用陶瓷電容代替電解電容的方法是以犧牲紋波性能和PFC性能為代價(jià)的。同時(shí)，就陶瓷電容大小的選擇而言，紋波大則相應(yīng)電容會(huì)減小，但是過大的紋波引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和頻閃等問題，因此需合理選擇陶瓷電容的大小。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)以上用陶瓷電容直接代替電解電容的驅(qū)動(dòng)方式的不足，提供一種同時(shí)具有很好的紋波性能與PFC性能的使用陶瓷電容的無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源，包括市電整流電路、PFC電路、DC/DC電路、雙向變換器、陶瓷電容、數(shù)字控制電路，其中市電信號(hào)經(jīng)過市電整流電路整流后輸入PFC電路，PFC電路后接入陶瓷電容、DC/DC電路和雙向變換器分別與陶瓷電容并聯(lián)，DC/DC電路后接入LED負(fù)載，LED負(fù)載輸出電流采樣信號(hào)給數(shù)字控制電路，數(shù)字控制電路分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述PFC電路為Boost電路，包括第一開關(guān)管、第一二極管、第一電感，所述陶瓷電容連接在第一二極管負(fù)端和PFC電路電源負(fù)端之間。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述市電整流電路為整流橋。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述DC/DC電路為反激變換器電路，包括
第二開關(guān)管、變壓器、第二二極管、反激變換器電容。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述雙向變換器包括第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第三二極管、第四二極管、雙向變換器電感、雙向變換器電容。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述數(shù)字控制電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制模塊、PWM調(diào)制模塊及驅(qū)動(dòng)模塊，LED負(fù)載輸出的電流采樣信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出到數(shù)字控制模塊，數(shù)字控制模塊輸出數(shù)字控制信號(hào)到PWM調(diào)制模塊，PWM調(diào)制模塊輸出PWM調(diào)制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為所述數(shù)字控制模塊為DSP控制電路或單片機(jī)控制電路。上述的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步優(yōu)化為還包括保護(hù)電路，用于提供過壓保護(hù)、過溫保護(hù)。因陶瓷電容代替電解電容是以PFC性能為代價(jià)的，因此該無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源采用兩級(jí)式驅(qū)動(dòng)方式，兩級(jí)式驅(qū)動(dòng)可在全電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率因素校正和恒流輸出。前級(jí)為PFC電路，后級(jí)為DC/DC電路。 PFC電路選用Boost電路作為主電路，調(diào)節(jié)功率因素，使電流始終跟蹤電壓，使得功率因素趨近于I。該電路工作在CCM模式下。陶瓷電容平衡PFC電路的輸入功率和輸出功率，電壓平均值和電壓最大值決定陶瓷電容的大小。雙向變換器與陶瓷電容并聯(lián)，作為引出和引入倍頻紋波，同時(shí)平衡輸入輸出功率，其作用于儲(chǔ)能電容的作用相似。DC/DC電路選用反激變換器作為主電路，通過調(diào)節(jié)占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，保證恒流驅(qū)動(dòng)LED。反激變換器工作在DCM模式下，使開關(guān)管軟啟動(dòng)，避免電流尖峰和浪涌電壓對(duì)開關(guān)管的沖擊。數(shù)字控制電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制模塊、PWM調(diào)制模塊及驅(qū)動(dòng)模塊，通過數(shù)字控制分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，根據(jù)數(shù)字控制方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的控制。同時(shí)數(shù)字控制電路提供PWM調(diào)制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。本實(shí)用新型的有益效果為在傳統(tǒng)的電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源中，電解電容主要起濾波及儲(chǔ)能的作用。在本實(shí)用新型中，用陶瓷電容代替電解電容起到濾除高頻紋波的作用，但不能代替電解電容的儲(chǔ)能作用。因此在陶瓷電容后端并聯(lián)雙向變換器，平衡輸入和輸出功率。同時(shí)陶瓷電容又能吸收雙向變換器反向流出的高頻紋波。通過用陶瓷電容代替電解電容，并在陶瓷電容兩端并聯(lián)雙向變換器的方式，延長了 LED驅(qū)動(dòng)電源的壽命，減小LED驅(qū)動(dòng)電源體積。同時(shí)使用了 PFC電路，可以有效的提升本電路的PFC性能。

圖I為無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源的電路原理圖。圖2為輸入電壓電流及輸出功率波形圖。圖3為無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源PFC和DC/DC電路連接圖。圖4為雙向變換器電路原理圖。圖5為PFC電路原理圖。圖6為DC/DC電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖I所示，本實(shí)用新型的無 電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源，包括市電整流電路、PFC電路、陶瓷電容Cb、雙向變換器、DC/DC電路、數(shù)字控制電路、保護(hù)電路。市電不整流電路由四個(gè)整流二極管D5、D6、D7、D8組成。PFC電路包括第一開關(guān)管Q1、第一二極管D1、第一電感LI。第一電感LI正端連接PFC電路電源正端，第一二極管Dl正端連接第一開關(guān)管Ql的漏極，第一二極管Dl與第一開關(guān)管Ql的漏極分別連接第一電感LI的負(fù)端。PFC電路工作在CCM模式，保證在全功率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。陶瓷電容Cb接入PFC電路后，第一二極管Dl負(fù)端與陶瓷電容Cb連接，陶瓷電容Cb另一端與第一開關(guān)管Ql源極同時(shí)接PFC電路電源負(fù)端。陶瓷電容Cb濾除高頻紋波，降低LED驅(qū)動(dòng)電流的峰值。陶瓷電容大小選擇AE = -Cb (Vc max2 - Vc min2)AE為恒定的電容能量脈動(dòng)，Vc為陶瓷電容Cb端的電壓。假設(shè)電容能量脈動(dòng)不變，陶瓷電容Cb的大小由PFC電路輸出平均電壓及紋波電壓最大值決定，紋波電壓越大，則陶瓷電容Cb越小，但此時(shí)電壓最大值會(huì)相應(yīng)增大，對(duì)陶瓷電容的儲(chǔ)能提出了更高的要求。因此，電壓最大值和電壓平均值必須控制在一定范圍內(nèi)，確保陶瓷電容濾波性能都能夠滿足LED穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)條件。陶瓷電容Cb濾除高頻紋波，同時(shí)還需平衡輸入和輸出功率裝置，即儲(chǔ)能。如圖2所示，為系統(tǒng)的輸入電壓電流及輸出功率的波形圖，輸入電壓電流均為工頻正弦波，基于LED的恒壓負(fù)載特性，輸出電壓應(yīng)為平直電壓，因此系統(tǒng)存在兩倍的工頻能量，將陶瓷電容Cb與雙向變換器并聯(lián)，平衡輸入輸出功率。如圖4所示，雙向變換器為Buck-Boost結(jié)構(gòu)，包括第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第三二極管D3、第四二極管D4、雙向變換器電感、雙向變換器電容。從陶瓷電容Cb側(cè)到雙向變換器電容側(cè)工作在Buck模式，定義為模式I。從雙向變換器電容側(cè)到陶瓷電容側(cè)Cb工作在Boost模式，定義為模式2。引入倍頻電流時(shí)，第三開關(guān)管Q3工作。將雙向變換器能量注入驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，第四開關(guān)管Q4工作。雙向變換器工作在模式I時(shí)，流入雙向變換器的電流is為PFC電路輸出電流中的兩倍工頻電流?？赏ㄟ^電流互感器采樣PFC輸出電流，然后通過濾波電路和隔直電容采樣兩倍工頻電流分量。雙向變換器工作在模式2時(shí)，陶瓷電容Cb可吸收高頻紋波分量。陶瓷電容Cb后級(jí)接入DC/DC電路，DC/DC電路包括第二開關(guān)管Q2、變壓器、第二二極管D2、反激變換器電容。通過調(diào)節(jié)DC/DC電路的占空比，調(diào)節(jié)輸出電壓，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)LED電流。DC/DC電路工作在DCM模式，使得開關(guān)管為軟啟動(dòng)，減小開通損耗，避免電流尖峰及浪涌電壓。數(shù)字控制電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制模塊、PWM調(diào)制模塊及驅(qū)動(dòng)模塊，通過數(shù)字控制分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，根據(jù)數(shù)字控制方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的控制。同時(shí)數(shù)字控制電路提供PWM調(diào)制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。可選用DSP或者單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，對(duì)控制芯片的選擇不作特別說明，根據(jù)實(shí)際需求選擇。[0043]雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例和附圖并不是用來限定本實(shí)用新型的。在不脫離本實(shí)用新型之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本實(shí)用新型之保護(hù)范圍。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于包括市電整流電路、PFC電路、DC/DC電路、雙向變換器、陶瓷電容、數(shù)字控制電路，其中市電信號(hào)經(jīng)過市電整流電路整流后輸入PFC電路，PFC電路后接入陶瓷電容、DC/DC電路和雙向變換器分別與陶瓷電容并聯(lián)，DC/DC電路后接入LED負(fù)載，LED負(fù)載輸出電流采樣信號(hào)給數(shù)字控制電路，數(shù)字控制電路分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述PFC電路為Boost電路，包括第一開關(guān)管、第一二極管、第一電感，所述陶瓷電容連接在第一二極管負(fù)端和PFC電路電源負(fù)端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述市電整流電路為整流橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述DC/DC電路為反激變換器電路，包括第二開關(guān)管、變壓器、第二二極管、反激變換器電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述雙向變換器包括第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第三二極管、第四二極管、雙向變換器電感、雙向變換器電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述數(shù)字控制電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制模塊、PWM調(diào)制模塊及驅(qū)動(dòng)模塊，LED負(fù)載輸出的電流采樣信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出到數(shù)字控制模塊，數(shù)字控制模塊輸出數(shù)字控制信號(hào)到PWM調(diào)制模塊，PWM調(diào)制模塊輸出PWM調(diào)制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述數(shù)字控制模塊為DSP控制電路或單片機(jī)控制電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1飛任一所述的無電解電容的驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于還包括保護(hù)電路，用于提供過壓保護(hù)、過溫保護(hù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源，屬于LED驅(qū)動(dòng)電源領(lǐng)域。一種無電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源，包括市電整流電路、PFC電路、DC/DC電路、雙向變換器、陶瓷電容、數(shù)字控制電路，其中市電信號(hào)經(jīng)過市電整流電路整流后輸入PFC電路，PFC電路后接入陶瓷電容、DC/DC電路和雙向變換器分別與陶瓷電容并聯(lián)，DC/DC電路后接入LED負(fù)載，LED負(fù)載輸出電流采樣信號(hào)給數(shù)字控制電路，數(shù)字控制電路分別控制PFC電路、DC/DC電路和雙向變換器。本實(shí)用新型用陶瓷電容代替電解電容，電源使用壽命高，體積小，同時(shí)具有很好的紋波性能和PFC性能。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202514138SQ20122013866
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者孫邦伍, 尹文嬌, 張海波, 李鴿, 王兆明 申請(qǐng)人:南京冠亞電源設(shè)備有限公司