高效高电流调整率非隔离开关电源的制作方法
【专利摘要】本电源为用户提供一种高效高电流调整率非隔离开关电源，其电源效率高达98％，远超过目前开关电源90％的电源效率，最具特色的是本电源输出电流调整率达到了甚至是十万分之五每伏，远远超过了目前同类型电源水平。本电源具有体积小，所用元件少到甚至只有15个，可以无需散热片，因而成本低廉。其输出功率可达到150瓦，输出电压最高可达300伏，最低为0伏即可以短路，还具有潜在的调光功能及使能功能。若用于LED灯，则解决了目前LED灯具驱动电源存在的能耗较大，电源效率不够高，需使用散热片，稳定性差，易损坏等技术问题。
【专利说明】
高效高电流调整率非隔离开关电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种高效高电流调整率非隔离开关电源装置，其效率特别高，稳流效果良好，可做多种电器的电源，特别适合作LED灯具的驱动电源。
【背景技术】
[0002]使用最广泛的开关电源是隔离式开关电源，其效率一般在80-90%之间，这意味着发热严重，浪费能量多，散热负担重;而且体积也很大。目前已有集成化的非隔离开关电源HA22004PB(属于HA220XXro系列)面市(网上可查)，并被认为是同类型中最好的电源，其最佳输出电压范围是150-180伏，在此电压范围外电流随电压变化而快速变化，说不上是真正的恒流电源，最大输出电流是60毫安，折合最大输出功率约为10瓦，可见其指标并无优势。本专利权人曾申请过类似专利(ZL201420732224.7，ZL201220391624.7)，但不够理想，特别是功率因数和输出电流调整率都远低于本专利。
【发明内容】
[0003]为了解决目前LED灯具驱动电源存在的所述问题，本实用新型的目的在于:为人们提供一种高效高电流调整率非隔离开关电源，它的线路简单，使用元件少，体积小，基本没有多少能量损耗，可不必使用散热片，效率可达到98%。
[0004]本实用新型提供实施的基本技术方案如下:
[0005]—种高效高电流调整率非隔离开关电源(见图1)，其特征在于:包括有整流滤波电路、开关电源电路、电感储能回收电路和输出恒定电流电路;其中:
[0006]整流滤波电路由整流桥堆Brl和电容C2组成，整流桥堆Brl的两个输入端连接220伏交流市电，其输出的两端有一端接地GND而另一端输出电压V+，在该输出电压线V+与地线之间接装有滤波的电容C2，组成了所述整流滤波电路。
[0007]开关电源电路，由电感L3、电阻R5、场效应管F8、稳压二极管D9、电容C10、三极管!11、电阻1?12、电阻1?13、电容(:14组成；其中，电感1^的一端与￥+电压线连接，其另一端与电压线V2连接，与电压线V2连接的还有电容ClO的一端、场效应管F8的漏极。场效应管F8的源极与电压线V4连接，电压线V4还与稳压二极管D9的阳极、电阻R12的一端连接。电容ClO的另一端与三极管Tl I的基极和电阻Rl2的另一端连接;三极管Tl I的发射极连接输出端OUT电压线。场效应管F8的删极连接电压线VI，电压线Vl还与电阻R5的低压端和稳压二极管D9的阴极连接，电阻R5的高压端与电压线V+连接；电阻R5是三极管T11集电极的负载电阻，此集电极的电压变化通过相连的场效应管删极控制着场效应管的电流变化。
[0008]电感储能回收电路由电容C6、二极管D4、二极管D7组成；其中:电容C6的一端与电压线V2连接，电容C6的另一端与V3电压线连接，V3电压线还与二极管D4的阴极、二极管D7的阳极连接;二极管D4的阳极与地线连接，二极管D7的阴极与电压线V4连接。
[0009]输出恒定电流电路由电阻R13、电容C14和电容C15组成；其中:电阻R13的高压端、电容C14的高压端与电压线V4连接，电阻R13的低压端和电容C14的低压端与输出端OUT电压线连接;输出端OUT还与电容Cl 5的高压端连接，电容Cl 5的低压端接地GND。输出端OUT与地线间可外接负载比如LED灯具D16。
[0010]附加技术特征是:
[0011](1)(见图2)所述场效应管F8栅极电路中的负载电阻R5更可以替换成由电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源线路;其中三极管T19的集电极连接到Vl电压线，其发射极通过电阻R17连接到整流电路的输出电压线V+上，其基极一路通过电阻R20接地GND，该基极另一路通过稳压二极管D17的阳极到达其阴极而连接到整流电路的输出电压线V+上。这样将可提高本电源输出电流调整率。
[0012](2)(见图3)不仅将场效应管F8栅极电路中与输出电压线V+连接的电阻R5替换成由电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源，而且在桥堆Brl的一个输入臂与220伏市电之间串接一只降低桥堆输入电压的电容C21。这样不但可提高本电源输出电流调整率，还使本电源输出电压很容易降低到很低，甚至输出短路也不会损毁电路，以满足技术要求高以及供电电压较低的负载如灯具等的要求。
[0013]本实用新型的工作原理如下:
[0014]220伏市电在整流滤波电路中被转变成直流输出电压V+，其一般值约为310伏，经过电感L3输入至场效应管F8的漏极。刚加电时电容C14未充电，电压线V4与三极管Tll的基极都与三极管Tll的发射极等电位，三极管Tll截止，后因恒流源的恒定电流供电使电压线Vl的电压升高到稳压二极管D9的稳压值(我们选为15伏)，场效应管F8导通，电流从场效应管F8的漏极流到其源极，一方面使电容C14开始充电且电压逐渐升高，另方面此电流也经电阻R13流到输出端0UT，此逐渐升高的电压又通过电阻R12使得对电压很敏感的三极管Tll的基极电压逐渐升高，很快就使得三极管Tll导通，并使得电压线Vl降低到接近场效应管F8的源极电压，使场效应管F8截止，V4电压线以及三极管Tll基极的电压开始下降，使得Vl电压线的电压开始升高，以至又会使场效应管F8开始导通。当流过电阻R13的电流所建立的电压升高到三极管Tll基极的偏压值(约0.7伏)时此三极管开始导通。由此形成了周期性的导通与截止振荡过程。另方面，储存在电容C14上的电荷也经电阻Rl 3流出到OUT输出端，经电容C15滤波，提供给负载如LED灯具D16照明所需电流。电容ClO起着正反馈作用，以加速振荡的翻转过程。这里，改变电阻R13的阻值，就可以改变本电源输出电流大小。这个电阻R13也可用两根导线引出到外面接一个可变电阻手动调节电阻值或者外加线路调节电阻值来改变电流大小，从而实现调光。若使用一机械开关或电子线路使外接的电阻R13实现断开与闭合，则还可实现外部使能。
[0015]输出电压V+与LED灯具D16所需的电压这两电压的压差是由场效应管F8、电感L3共同承受的:当场效应管F8导通时，此压差基本上由电感L3承受;在场效应管F8截止时，此压差基本上由场效应管F8承受，且此时电感L3中的电流产生的储能是由电感储能回收电路回收的:本电源线路产生振荡过程中，在电压线V2上产生一系列矩形波并通过电容C6传送到电压线V3，在矩形波正半周电容C6充电，充电电流经二极管D7对电容C14充电和经电阻R13流到输出端OUT;在矩形波负半周电容C6放电，放电电流和流经电感的电流经导通的场效应管F8流到电压线V4，这样，电感L3中的储能变成电能被返回到电容C14并最后流到输出端OUT中被利用，大大减少了能量损耗，提高了电源效率。
[0016]稳压二极管D9用来把场效应管F8的删极相对于源极的电压被钳制在该稳压管的稳压值，以保证该场效应管不会因删极电压过高而损坏。
[0017]电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源，用来代替三极管T11的负载电阻R5，这样能提高输出的电流调整率。电容C21用于降低电源的交流输入电压、更有利于降低电源的输出电压。
[0018]本实用新型的有益效果是，本电源的电流调整率远远超过了目前同类型电源的高度，到达了万分之几每伏甚至十万分之几每伏(这里，“万分之几每伏”的意思是电源输出电压每变化I伏，对应的输出电流的相对变化是万分之几的意思，其余类推)，这比号称目前最高水平的HP2200PB电源指标已经高出不是百分之几十或几倍，而是高出几个量级了，SP比HA220XXPB系列电源优越多了。本电源效率已经提高到了远超过目前开关电源90%的效率水平，经实验测试表明本电源效率已达到98%，其发热量已大大减小，在实际电源装置中已可不需要散热片了，制造成的电源装置体积减小了，所需元件很少，最少可到15只，成本明显降低，但输出的功率已经达到150瓦。输出的直流电压最高可达近300伏，最低为O伏即可以短路而不损坏电源，还具有潜在的调光和使能功能，解决了目前LED灯具驱动电源所存在的实际问题。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型高效高电流调整率非隔离开关电源的基本电路原理结构图
[0020]图2是图1基础上将场效应管删极电路负载电阻换成恒流源的实用新型电路图
[0021]图3是在图2基础上在整流桥堆一输入臂上设有电容的本实用新型电路图
[0022]图中标记:Brl为整流桥堆，C2为滤波用电容，L3为电感，D4为二极管，R5为电阻，C6为电容，D7为二极管，F8为场效应管，D9为稳压二极管，ClO为电容，Tll为三极管，R12为电阻，R13为电阻，C14为电容，C15为电容，D16.为发光二极管D16a、D16b、D16n，属于电源负载，R17为电阻，D18为稳压二极管，T19为三极管、R20为电阻，C21为设置在桥堆一输入臂上的电容。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型作详细描述。
[0024]实施例1:一种高效高电流调整率非隔离开关电源
[0025]如图1所示:一种高效高电流调整率非隔离开关电源，包括有整流滤波电路、开关电源电路、电感储能回收电路和输出恒定电流电路;其中:
[0026]—种高效高电流调整率非隔离开关电源(见图1)，包括有整流滤波电路、开关电源电路、电感储能回收电路和输出恒定电流电路;其中:
[0027]整流滤波电路由整流桥堆Brl和电容C2组成；其中，整流桥堆Brl的两个输入端连接220伏交流市电，其输出的两端有一端接地而另一端输出电压V+，在该输出电压线V+与地线之间接装有滤波的电容C2，组成了所述整流滤波电路。
[0028]开关电源电路，由电感L3、电阻R5、场效应管F8、稳压二极管D9、电容C10、三极管!11、电阻1?12、电阻1?13、电容(:14组成；其中，电感1^的一端与￥+电压线连接，其另一端与电压线V2连接，与电压线V2连接的还有电容ClO的一端、场效应管F8的漏极;场效应管F8的源极与电压线V4连接，电压线V4还与稳压二极管D9的阳极、电阻R12的一端连接。电容ClO的另一端与三极管Tl I的基极和电阻Rl2的另一端连接;三极管Tl I的发射极连接输出端OUT电压线；场效应管F8的删极连接电压线VI，电压线Vl还与电阻R5的低压端和稳压二极管D9的阴极连接。电阻R5的高压端与电压线V+连接；电阻R5是三极管T11集电极的负载电阻，此集电极的电压变化通过相连的场效应管删极控制着场效应管的电流变化。
[0029]电感储能回收电路由电容C6、二极管D4、二极管D7组成；其中:电容C6的一端与电压线V2连接，电容C6的另一端与V3电压线连接，V3电压线还与二极管D4的阴极、二极管D7的阳极连接;二极管D4的阳极与地线连接，二极管D7的阴极与电压线V4连接。
[0030]输出恒定电流电路由电阻R13、电容C14和电容C15组成；其中:电阻R13的高压端、电容C14的高压端与电压线V4连接；电阻R13的低压端和电容C14的低压端与输出端OUT电压线连接，输出端OUT还与电容C15的高压端连接，电容C15的低压端接地。输出端OUT与地线间可外接负载比如LED灯具D16。
[0031]本实施例线路最简单，电流调整率能达到千分之一每伏，对要求不太高的场合可以满足要求。
[0032]实施例2:场效应管删极电路负载为恒流源的高效高电流调整率非隔离开关电源
[0033]如图2所示，场效应管F8栅极电路中的负载电阻R5更可以替换成由电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源线路，其中三极管T19的集电极连接到Vl电压线，其发射极通过电阻R17连接到整流电路的输出电压线V+上，其基极一路通过电阻R20接地GND，该基极另一路通过稳压二极管D17的阳极到达其阴极而连接到整流电路的输出电压线V+上。这样将可提高本电源输出电流调整率。
[0034]本实施例线路较复杂一点，但电流调整率很高，能达到十万分之五每伏，可以满足要求较高的场合。
[0035]实施例3:整流桥堆一输入臂上设有电容的高效高电流调整率非隔离开关电源
[0036]如图3所示，不仅将场效应管F8栅极电路中与输出电压线V+连接的电阻R5替换成由电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源，而且在桥堆Brl的一个输入臂与220伏市电之间串接一只降低桥堆输入电压的电容C21。这样不但可提高本电源输出电流调整率达十万分之五，还使本电源输出电压很容易降低到很低，甚至输出短路也不会损毁电路，以满足技术要求高以及供电电压较低的负载如灯具等的要求。
【主权项】
1.一种高效高电流调整率非隔离开关电源，其特征在于:包括有整流滤波电路、开关电源电路、电感储能回收电路和输出恒定电流电路;其中: 整流滤波电路由整流桥堆Brl和电容C2组成;其中，整流桥堆Brl的两个输入端连接220伏交流市电，其输出的两端有一端接地GND而另一端输出电压V+，在该输出电压线V+与地线之间接装有滤波的电容C2，组成了所述整流滤波电路； 开关电源电路，由电感L3、电阻R5、场效应管F8、稳压二极管D9、电容Cl O、三极管T11、电阻R12、电阻R13、电容C14组成；其中:电感L3的一端与V+电压线连接，其另一端与电压线V2连接，与电压线V2连接的还有电容Cl O的一端、场效应管F8的漏极;场效应管F8的源极与电压线V4连接，电压线V4还与稳压二极管D9的阳极、电阻R12的一端连接；电容ClO的另一端与三极管T11的基极和电阻Rl 2的另一端连接;三极管T11的发射极连接输出端OUT电压线；场效应管F8的删极连接电压线VI，电压线Vl还与电阻R5的低压端和稳压二极管D9的阴极连接，电阻R5的高压端与电压线V+连接；电阻R5是三极管Tll集电极的负载电阻，此集电极的电压变化通过相连的场效应管删极控制着场效应管的电流变化: 电感储能回收电路由电容C6、二极管D4、二极管D7组成；其中:电容C6的一端与电压线V2连接，电容C6的另一端与V3电压线连接，V3电压线还与二极管D4的阴极、二极管D7的阳极连接，二极管D4的阳极与地线连接，二极管D7的阴极与电压线V4连接； 输出恒定电流电路由电阻R13、电容C14和电容C15组成，其中:电阻R13的高压端、电容C14的高压端与电压线V4连接，电阻R13的低压端和电容C14的低压端与输出端OUT电压线连接，输出端OUT还与电容Cl 5的高压端连接，电容Cl 5的低压端接地GND。2.按照权利要求1所述的高效高电流调整率非隔离开关电源，其特征在于:所述场效应管F8栅极电路中的负载电阻R5更可以替换成由电阻R17、稳压二极管D18、三极管T19和电阻R20组成的恒流源线路，其中三极管T19的集电极连接到Vl电压线，其发射极通过电阻R17连接到整流电路的输出电压线V+上，其基极一路通过电阻R20接地GND，该基极另一路通过稳压二极管D17的阳极到达其阴极而连接到整流电路的输出电压线V+上。3.按照权利要求2所述的高效高电流调整率非隔离开关电源，其特征在于:还可在其桥堆Brl的一个输入臂与220伏市电之间串接一只降低桥堆输入电压的电容C21，这样不但可提高本电源输出电流调整率，还使本电源输出电压很容易降低到很低，甚至输出短路也不会损毁电路。
【文档编号】H02M1/42GK205544989SQ201620125161
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】张光阳
【申请人】张光阳