一种无桥式无电解电容LED驱动电源及切换方法与流程

本发明涉及电力电子应用技术领域，具体涉及一种无桥式无电解电容led驱动电源及切换方法，适用于开关电源尤其是led驱动电源，属于交流/直流(ac/dc)变换器领域。

背景技术

led具有高效节能等优点，已广泛应用于室内、街道、景观照明等领域。高品质的led驱动电源是构成led照明系统的关键部分，直接影响led发光品质及照明系统的整体性能。

当输入功率因数pf＝1时，输入电流与电压为同相位的正弦波，输入功率呈现两倍输入功率的脉动形式。为保证led的输出功率恒定，通常会选用容量较大的电解电容来匹配瞬时输入功率和输出功率的不平衡。但电解电容的寿命有限，极大地限制了led驱动电源的寿命，不能与led本体寿命相匹配。要提高led驱动电源的使用寿命，必须去除电解电容。

技术实现要素：

针对传统的led驱动电源存在的驱动电源寿命短、体积大，非隔离式驱动电源效率低等问题，本发明在已经优化了传统boost-buck驱动电源，将boost-buck变换器交错并联的基础上，提出了一种无桥式无电解电容led驱动电源及其切换方法。

本发明电路采用的技术方案为：一种无桥式无电解电容led驱动电源，包括交流电源、输入滤波电路、boost与buck改进电路，所述交流路电源依次连接输入滤波电路、boost与buck改进电路。

进一步，所述输入滤波电路由输入滤波电感和输入滤波电容组成；所述输入滤波电感正极连接交流电源正极，输入滤波电感负极连接输入滤波电容正极，所述滤波电容负极连接交流电源负极。

进一步，所述boost与buck改进电路中，二极管dr1阳极连接输入滤波电路的一端，二极管dr1阴极分别连接q1漏极、二极管d1阴极、二极管d2阳极，二极管dr2阴极连接二极管dr1阳极，二极管dr2阳极分别连接开关管q2源极、电容ca负极，开关管q1源极连接交流电源负极，开关管q2漏极连接开关管q1源极；二极管d1阳极连接电感l2一端，电感l2另一端连接输出滤波电容co负极、负载rl一端，二极管d2阴极分别连接输出滤波电容co正极、电容ca正极以及负载rl另一端。

进一步，电路在交流输入正半周时由交流电源、输入滤波电路、电感l1、二极管dr1、二极管d2、电容ca和开关管q2组成boost电路，在交流输入负半周时由交流电源、开关管q1、二极管d2、电容ca、二极管dr2、输入滤波电路组成boost电路。

进一步，所述二极管d1、电感l2、开关管q1、开关管q2、二极管d2、电容ca和输出滤波电容co组成buck电路。

进一步，输出滤波电容co、电容ca均为无电解电容。

本发明的方法的技术方案为：一种无桥式无电解电容led驱动电源的切换方法，包括以下工作模态：

模态1，在t0时刻之前，电感l1、l2上的电流i1、i2均为零，在t0时刻，开关管q1、开关管q2开通，二极管d1承受正向电压导通，交流电源、电感l1、二极管dr1及开关管q1构成对电感l1的充电回路，交流电源vin对电感l1进行充电，电感l1电流i1线性上升，电容ca、输出滤波电容co、电感l2、二极管d1、d2及开关管q1、q2构成对电容ca的放电回路，电容ca给输出滤波电容co和电感l2进行放电，电感l2电流i2线性上升；

模态2，关断q1、q2，二极管d1及d2同时正向导通，交流电源、输入滤波电路、电感l1、二极管dr1、二极管d2、电容ca及开关管q2中的二极管组成充电回路，交流电源vin和电感l1给电容ca电路充电，电容ca电压持续上升，电感l1电流i1持续下降，同时电感l2、二极管d1、d2、输出滤波电容及led负载组成电感l2续流回路，电感l2向输出滤波电容co和led负载供电，电感l2电流i2线性下降；

模态3，假设电感l1的电流先下降为0，电感l1电流i1及i1下降速度受电路参数影响，boost回路进入电感电流断续模式，电感l2续流回路继续存在，为输出led负载提供能量；

模态4，电感l1、l2上的电流i1、i2均为0，电感l1、l2进入断续工作模式，led负载由输出滤波电容短暂供能。

本发明对传统boost-buck驱动电源加以改进，采用了无桥式来代替整流电路，实现高功率因数，高效率，恒流输出。该无桥式无电解电容led驱动电源具有效率高、功率因数高、集成度高、无电解电容、使用寿命长等优点。

附图说明

图1为本发明的一种无桥式无电解电容led驱动电源拓扑结构图。

图2为本发明一种无桥式无电解电容led驱动电源主电路在一个开关周期内主要工作波形。

图3为本发明一种无桥式无电解电容led驱动电源主电路在一个开关周期内各开关模态等效电路；(a)模态1；(b)模态2；(c)模态3；(d)模态4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种无桥式无电解电容led驱动电源，包括交流电源，输入滤波电感lf，输入滤波电容cf，开关管q1，q2，二极管d1、d2,电感l1、l2，电容ca,输出滤波电容co及led负载。

所述boost电路由电感l1、二极管dr1、二极管d2、电容ca和开关管q2组成；所述buck电路由二极管d1、电感l2、开关管q1、开关管q2、二极管d2、电容ca和输出电容co组成。

所述的交流输入经过滤波电容cf与滤波电感lf组成的lc滤波器，l1的一端连接滤波电感cf的正极，l1的另一端连接二极管dr1阳极，dr1阴极连接开关管q1漏极，q1源极连接交流电源负极，开关管q2漏极连接交流电源负极，开关管q2源极连接二极管dr2阳极，dr2阴极连接dr1阳极，二极管d1阴极连接开关管q1漏极，二极管d1阳极连接电感l2一端，电感l2另一端连接输出电容co负极，输出电容co负极连接负载rl一端，输出电容co正极连接负载rl另一端，二极管d2阳极连接二极管d1阴极，二极管d2阴极连接电容ca正极，电容ca负极连接开关管q2源极。

本发明采用无桥式电路来代替整流电路，在boost-buck变换器交错并联的基础上，它的工作模式如下。

工作模态1(t0-t1)：

如图3(a)所示为工作模态1等效电路图，在t0时刻之前，电感l1、l2上的电流i1、i2均为零，在t0时刻，开关管q1、开关管q2开通，二极管d1承受正向电压导通，存在如图所示两条回路同时工作。交流电源、电感l1、二极管dr1及开关管q1构成对电感l1的充电回路，交流电源vin对电感l1进行充电，电感电流i1线性上升，电容ca、输出电容co、电感l2、二极管d1、d2及开关管q1、q2构成对电容ca的放电回路，电容ca给输出电容co和电感l2进行放电，电感电流i2线性上升。

工作模态2(t1-t2)：

如图3(b)所示为工作模态2等效电路图，在t1时刻，关断q1、q2，二极管d1及d2同时正向导通，同模态1中一样，存在同时工作的两条回路。交流电源、滤波电路、电感l1、二极管dr1、二极管d2、电容ca及开关管q2中的二极管组成充电回路，交流电源vin和电感l1给电容ca电路充电。电容ca电压持续上升，电感l1电流i1持续下降，同时电感l2、二极管d1、d2、输出滤波电容及led负载组成电感l2续流回路，电感l2向输出滤波电容co和led负载供电，电感l2电流i2线性下降。

工作模态3(t2-t3)：

如图3(c)所示为工作模态3等效电路图，假设电感l1的电流先下降为0，电感l1电流i1及i1下降速度受电路参数影响。boost回路进入电感电流断续模式。电感l2续流回路继续存在，为输出led负载提供能量。

工作模态4(t3-t4)：

如图3(d)所示为工作模态4等效电路图，在t3时刻，电感l1、l2上的电流i1、i2均为0，电感l1、l2进入断续工作模式，led负载由输出滤波电容短暂供能。

本发明在boost-buck变换器交错并联的基础上，将原整流桥替换成无桥式电路，实现高功率因数、高效和恒流输出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。