改进型Cuk无电解电容LED驱动电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子技术领域，特别是设及一种改进型化k无电解电容L邸驱动 电源，属于交流/直流（AC/DC)、直流/直流值C/DC)变换器领域。
【背景技术】
[0002] 高亮度发光二极管（li曲t-emittingdiode,LED)因其高光效、长寿命、环保及 小体积等优点，有望成为继白巧灯、巧光灯和高压钢灯之后的第四代照明光源。LED照明由 LED巧片、灯具和驱动电源S部分构成。驱动电源是LED照明的核屯、部分，其输出电流决 定L邸的亮度、光通量和发光效率等光度学性能指标，故L邸驱动电源的好坏直接影响LED 的发光品质及整体照明性能。
[0003] 交流供电LED驱动电源必须具备功率因数校正和恒流输出两大功能。当输入电 流与输入电压为同频同相的正弦电流时，输入瞬时功率为两倍工频脉动功率，而LED负载 功率理论上为恒定值，该就导致输入输出瞬时功率不平衡。因此，一般都采用大容量电解电 容平衡输入输出瞬时功率之间的脉动功率。然而，电解电容在额定工作条件下的寿命只有 几千小时，该与LED的理论寿命（10万小时）不匹配，无电解电容LED驱动电源的研究成 为了目前的研究热点。Flyback反激变换器在隔离的应用中是最常见的拓扑，但开关管电压 应力较高，必须加入吸收电容来抑制变压器漏感引起的振荡和尖峰；更为重要的是变压器 工作于第一象限，变压器磁利用率不高，导致效率较低；并且LED驱动电源通常包含多个 开关管，提高了成本，同时使得控制电路的设计较为复杂，并不适合LED驱动电源的发展趋 势。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于克服传统LED驱动电源寿命短、体积大、开关元件多等缺点，克服 化k电路低频功率回路，克服隔离式电解电容LED驱动电源效率低、开关管电压应力高的缺 点，提供一种改进型化k的长寿命L邸驱动电源，具有整机效率高、集成度高、无电解电容、 长寿命的特点和优点。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案： 一种改进型化k无电解电容L邸驱动电源，包括桥式整流电路Xuk电路、辅助二极管、 输出滤波电容及L邸负载；所述桥式整流电路依次接化k电路、输出滤波电容及L邸负载， 所述辅助二极管连接在化k电路内。
[0006] 所述桥式整流电路由第一二极管、第二二极管、第=二极管和第四二极管组成；所 述第一二极管的阳极连接所述第=二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第四二 极管的阴极，所述第一二极管与所述第二二极管的阴极对接，所述第=二极管与所述第 四二极管的阳极对接。
[0007] 所述化k电路由第一电感、开关管、储能电容、第五二极管、第二电感组成；所述第 一电感的一端连接第一二极管与第二二极管的阴极的公共节点，另一端连接开关管漏极与 储能电容的正极的公共节点，所述第五二极管的阳极连接储能电容的负极与第二电感，第 五二极管的阴极与开关管源极、第=二极管与所述第四二极管的阳极的公共节点、输出滤 波电容正极、L邸负载的正极相连；第二电感的一端与输出滤波电容负极、L邸负载的负极 相连；所述的辅助二极管的阴极连接开关管漏极与储能电容的正极的公共节点，阳极与第 一电感相连。
[000引由所述第一二极管、第二二极管、第S二极管和第四二极管组成的桥式整流电路 实现交流/直流变换。所述辅助二极管打破传统化k变换器的低频功率回路，当第一电感 电流减为零时，辅助二极管能够快速反向截止，承受反向电压，W保护整流桥。
[0009] 所述储能电容的电压设计为直流电压叠加大脉动纹波电压的工作形式，可W使用 容值较小的高压薄膜电容替代电解电容，因而LED驱动电源具有长寿命特点。所述输出滤 波电容可W滤除开关频率的输出电压谐波。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点： 本发明辅助二极管打破传统Cuk变换器的低频功率回路，具有承受反向电压，保护整 流桥的作用；通过增大储能电容纹波电压，采用容值较小的高压薄膜电容替代电解电容，并 实现功率解禪的功能；该改进型Cuk无电解电容L邸驱动电源具有整机效率高、集成度高、 无电解电容、长寿命的特点和优点。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的一种改进型化k无电解电容LED驱动电源主电路。
[0012] 图2为本发明的一种改进型化k无电解电容LED驱动电源主电路的一个工频周期 主要工作波形。
[0013] 图3为本发明的一种改进型化k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。
[0014] 图4为本发明的一种改进型化k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。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和优选实施例，进一步阐明本发明。
[001引如图1所示，一种改进型化k无电解电容LED驱动电源，其特征在于泡括桥式整 流电路IXuk电路2、辅助二极管3、输出滤波电容4及LED负载5 ;所述桥式整流电路1依 次接化k电路2、输出滤波电容4及L邸负载5,所述辅助二极管3连接在化k电路2内。 [0017] 所述桥式整流电路1由第一二极管町1、第二二极管町2、第S二极管Df3和第四二 极管町4组成；所述第一二极管D的阳极连接所述第=二极管D,3的阴极，所述第二二极管 町2的阳极连接所述第四二极管D的阴极，所述第一二极管D与所述第二二极管D的阴 极对接，所述第=二极管町3与所述第四二极管D,4的阳极对接。
[001引所述化k电路2由第一电感A、开关管S、储能电容C。、第五二极管02、第二电感么 组成；所述第一电感A的一端连接第一二极管D与第二二极管D,2的阴极的公共节点，另 一端连接开关管S漏极与储能电容C。的正极的公共节点，所述第五二极管D,的阳极连接储 能电容C。的负极与第二电感么，第五二极管化的阴极与开关管S源极、第S二极管D。与所 述第四二极管町4的阳极的公共节点、输出滤波电容4正极、L邸负载5的正极相连；第二电 感么的一端与输出滤波电容4负极、L邸负载5的负极相连；所述的辅助二极管3的阴极 连接开关管S漏极与储能电容Ca的正极的公共节点，阳极与第一电感A相连。
[0019] 下面结合附图1-4叙述本实施例的具体工作原理、设计原理： 从图1的主电路拓扑构成可见；主电路拓扑结构是改进型化k电路，利用快恢复二极 管打破传统的低频功率回路，使得在电感电流断续后反向阻断二极管能够快速反向截止， 承受反向电压，W保护整流桥；同时由于辅助二极管3的反向阻止作用，使得第一电感A电 流山能够继续保持为零。
[0020] 从图2的主要工作波形可见；理论上输入电流与输入电压为同频同相的正弦电 流，输入瞬时功率为两倍工频脉动功率，LED负载5功率理论上为恒定值，从而导致输入输 出瞬时功率不平衡。因此，采用长寿命的储能电容Ca平衡输入输出瞬时功率之间的差值。 由开关管S控制储能电容C。的平均电压，并将储能电容C。的电压设计为直流电压叠加大脉 动纹波电压的工作形式。
[0021] 本发明的主电路工作原理分析如下： 图3为主电路在一个开关周期内的主要工作波形，共有4种开关模态，对应的等效电路 如图4所示。
[0022] 1)开关模态1 U。，弓];等效电路如图4(a)所示。在仁巧]，开关管S，辅助二极 管3导通，第五二极管因反偏而截止，第一电感A，第二电感么电流线性上升。此时形成 两条回路；一为输入电压Ki。，第一电感A，辅助二极管3和开关管S回路，在输入电压Ki。的 作用下，第一电感A电流山线性增长；二为储能电容C开关管S，输出滤波电容4和第二 电感么回路，第二电感么电流心线性增长，同时储能电容C。向负载供电，对应图3所示电 流波形的qrs段。
【主权项】
1. 一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，其特征在于：包括桥式整流电路（l)、Cuk 电路（2)、辅助二极管（3)、输出滤波电容（4)及LED负载（5);所述桥式整流电路（1)依次接 Cuk电路（2)、输出滤波电容（4)及LED负载（5)，所述辅助二极管（3)连接在Cuk电路（2) 内。
2. 根据权利要求1所述的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，其特征在于：所 述桥式整流电路（1)由第一二极管（Drt)、第二二极管（化2)、第三二极管（Drt)和第四二极管 (Drt)组成；所述第一二极管（Drt)的阳极连接所述第三二极管（Dri)的阴极，所述第二二极 管（W2)的阳极连接所述第四二极管（Drt)的阴极，所述第一二极管（Drt)与所述第二二极管 (Drf)的阴极对接，所述第三二极管（Drt)与所述第四二极管（Drt)的阳极对接。
3. 根据权利要求1所述的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，其特征在于：所 述Cuk电路（2)由第一电感（A)、开关管（S)、储能电容（Ca)、第五二极管（D2)、第二电感（Z2) 组成；所述第一电感（Z1)的一端连接第一二极管（Drt)与第二二极管（Drt)的阴极的公共节 点，另一端连接开关管（S)漏极与储能电容（Ca)的正极的公共节点，所述第五二极管（D2)的 阳极连接储能电容（Ca)的负极与第二电感（Z2),第五二极管（D2)的阴极与开关管（S)源极、 第三二极管（Dri)与所述第四二极管（Drt)的阳极的公共节点、输出滤波电容（4)正极、LED 负载（5)的正极相连；第二电感（Z2)的一端与输出滤波电容（4)负极、LED负载（5)的负极 相连；所述的辅助二极管（3)的阴极连接开关管（S)漏极与储能电容（Ca)的正极的公共节 点，阳极与第一电感U1)相连。
【专利摘要】本发明公开了一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，包括桥式整流电路、Cuk电路、辅助二极管、输出滤波电容及LED负载；所述桥式整流电路依次接Cuk电路、输出滤波电容及LED负载，所述辅助二极管连接在Cuk电路内。本发明辅助二极管打破传统Cuk变换器的低频功率回路，具有承受反向电压，保护整流桥的作用；通过增大储能电容纹波电压，采用容值较小的高压薄膜电容替代电解电容，并实现功率解耦的功能；该改进型Cuk无电解电容LED驱动电源具有整机效率高、集成度高、无电解电容、长寿命的特点和优点。
【IPC分类】H05B37-02
【公开号】CN104768291
【申请号】CN201510135349
【发明人】汪飞, 李林, 雷志方, 钟元旭
【申请人】上海大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月26日