全固态低纹波led灯智能数控电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED灯电源技术，特别涉及全固态低纹波LED灯智能数控电源。
【背景技术】
[0002]LED灯的竞争指标包括:(I)名牌的溢价能力；(2) LED的光效直观区分是否低光效的老产品；(3)每千流明的单价直观可比性判断；(4) “保用五年以上”是入围底线，耐用性长寿命与价格挂钩；(5)是否数字化智能控制，包括数字电源、智能电源、智能调光、调色、智能保护等等。智能化数控电源是方兴未艾新方向。
[0003]目前，LED配套电源的短板是可靠性问题，分析统计:LED电源失效率的三分之一，是由于电力电子开关损坏引发的，其中过电流损坏比例大于电压击穿损坏；LED电源失效率的四分之一，是电解电容爆炸或失效！而这将导致电力电子开关和整流管损坏的灾难漫延，以及电解电容爆炸后电解质化学污染；LED电源失效率的五分之一，是弱电控制部位如IC失效或VCC失效或光耦失效；一般LED电流纹波系数的降低，全凭并联大容量电解电容来平抑LED纹波。但是使用电解电容量愈大，电力电子开关的电流应力就更加危险。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种不用电解电容以提升可靠性，实现直流电流源代替常用的直流电压源供电，适应输入交流宽电源，实现真正谷底开关的逐个脉冲电流精确恒功率控制，提升电功效率，延长工作寿命的全固态低纹波LED灯智能数控电源。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0006]全固态低纹波LED灯智能数控电源，包括磁集成变压器TR、交流电源倍频倍压直流电流源供电回路、单片机MCU启动电路和自供电电路、高频直流电流源激磁供电电路、耦合输出电路和纹波抑平电路；
[0007]所述磁集成变压器TR包括“日”字型磁芯柱，初级绕组Nll和初级绕组N12分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，中柱绕组ND和中柱绕组N2分别绕在“日”字型磁芯柱的中柱两端，附加绕组N31和附加绕组N32分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上；
[0008]所述交流电源倍频倍压直流电流源供电回路用于得到倍频倍压直流电流源，分别向初级绕组Nll和初级绕组N12供电，包括:交流电源?Uin正半波，交流电流从交流电源?Uin正极性L端流出，依次流经二极管D1、电容Cl，回到交流电源?Uin负极性N端，向电容Cl充电得到直流电流源Ql ;交流电源?Uin负半波，交流电流从交流电源?Uin负极性N端流出，依次流经电容C2、二极管D2，回到交流电源?Uin正极性L端，向电容C2充电得到直流电流源Q2 ;倍频倍压直流电流源为直流电流源Ql正向串联直流电流源Q2，其供电回路为直流电流由电容Cl的正极流出，依次流经初级绕组N11、电力电子开关S、取样电阻rs、初级绕组N12，回到电容C2的负极；
[0009]所述单片机MCU启动电路用于在电力电子开关S未工作之前启动单片机MCU，包括:所述倍频倍压直流电流源母线依次经初级绕组N11、启动电阻Rj连接单片机MCU的电源引脚VDD，向单片机MCU提供启动电压；
[0010]所述单片机MCU自供电电路用于在单片机MCU驱动电力电子开关S工作之后提供单片机MCU的工作电压，包括:中柱绕组ND —端分别连接二极管DDl正极和二极管DD2负极，二极管DDl负极同时连接电容⑶I 一端和单片机MCU的电源引脚VDD，电容⑶I另一端同时连接电容⑶2 —端和中柱绕组ND另一端；电容⑶2另一端同时连接二极管DD2正极和单片机MCU的接地引脚GND ;稳压管DZ正极和负极分别连接单片机MCU的电源引脚VDD和接地引脚GND ;电容CD与稳压管DZ并联；
[0011]所述高频直流电流源激磁供电电路用于向初级绕组Nll和初级绕组N12馈能供电，包括:单片机MCU控制电力电子开关S以高频率开关APFC续流，电流依次经电容CVl、二极管DV、电容CV2，向电容CVl和电容CV2充电，使电容CVl得到高频直流电流源QCVl，电容CV2得到高频直流电流源QCV2 ;单片机MCU控制电力电子开关S导通时，高频直流电流源QCVl的电能从电容CVl —端流出，依次流经电力电子开关S、取样电阻rs、初级绕组N12、馈能二极管DFl回到电容CVl另一端，把高频直流电流源QCVl的电能馈能初级绕组N12转化为磁能；高频直流电流源QCV2的电能从电容CV2 —端流出，依次流经馈能二极管DF2、初级绕组NI 1、电力电子开关S、取样电阻rs，回到电容CV2另一端，把高频直流电流源QCV2的电能馈能初级绕组Nll的转化为磁能；
[0012]所述耦合输出电路用于提供LED灯工作电流，包括:中柱绕组N2的一端同时连接贮能电容COl的一端和贮能电容C02的一端，中柱绕组N2的另一端同时连接整流二极管DOl的正极和整流二极管D02的负极，贮能电容COl的另一端和整流二极管DOl的负极均连接负载LED灯的正极端，贮能电容C02的另一端和整流二极管D02的正极均连接负载LED灯的负极端；负载LED灯的两端还并联RC并联滤波电路；
[0013]所述纹波抑平电路用于平抑电流纹波，包括:附加绕组N31的一端经过调谐电感L31后同时连接二极管D311的正极和二极管D312的负极，另一端连接附加绕组N32的一端且同时连接贮能电容COl和贮能电容C02之间的连接点，附加绕组N32的另一端经过调谐电感L32后同时连接二极管D321的正极和二极管D322的负极，二极管D311的负极和二极管D321的负极均连接负载LED灯的正极端，二极管D312的正极和二极管D322的正极均连接负载LED灯的负极端。
[0014]还包括占空比调控电路:电力电子开关S的导通电流经采样电阻rs负反馈给单片机MCU的CS引脚，由单片机MCU调控电力电子开关S每一次导通的占空比。
[0015]所述单片机的I/O 口还连接智能调光调色芯片。
[0016]所述交流电源?Uin两端分别并联保护电容Cx和电阻Rv。
[0017]所述电源中所有的电容均不使用电解电容。
[0018]所述二极管DD1、二极管DD2、二极管D311、二极管D312、二极管D321、二极管D322、整流二极管DOl和整流二极管D02型号均为1N4148。
[0019]本发明的显著优点在于:
[0020](I)传统的单开关电路多用反激式，由R-C-D阻尼吸收开关浪涌，存在发热、损耗、EMC电平高等问题。本发明电容Cl和电容C2作为限流元件，把交流电压源?Uin转化为倍压电流源，供电给初级绕组NI I和N12，当MCU控制电力电子开关S导通时，由于电感电流不能突变，所以电力电子开关S是“零电流导通”的软开关ZCS拓扑。当电力电子开关S导通时，电容CVl和CV2的电能经高频电流源激磁供电电路全部放电完毕，所以当电力电子开关S导通转为截止的瞬间，是“零电压截止”的ZVS软开关。结论:电力电子开关S是ZCZS软开关，回收浪涌尖峰，降低开关损耗，提升了电功效率。
[0021](2)传统的电力电子电源是桥式整流得到直流电压源供电，本发明电源用交流电源全波倍频倍压得到直流电流源供电，配合电力电子开关S调控每秒两万次由导通转为截止瞬间的APFC过程，电感续流电流得到每秒2万次高频电容栗CVl和CV2以高频直流电流源激磁供电，提升电源可靠性。
[0022](3)本发明电源由单片机MCU通过取样电阻rs监控使电力电子开关S工作于真正的谷底开关，有最高的电功效率，实现真正谷底开关的逐个脉冲电流精确恒功率控制，能适应全球宽电源50HZ/60HZ，10Vac至280Vac范围条件下实现恒流恒功率智能化LED灯。
[0023](3)启动电阻Rj能取很大的电阻值，在电力电子开关S工作之前，供给MCU启动电流；电力电子开关S工作之后，启动电阻Rj就不起作用了，中柱绕组ND获得的感应交流电对单片机MCU自供电，仍为电流源供电，提升本发明电源可靠性。
[0024](4)本发明电源为全固态电源，所有的电容均不使用电解电容，实现可靠性五万小时以上寿命与LED长寿命匹配。
[0025](5)利用附加绕组N31和N32调谐电感L31和L32，与电容C01、C02分别揩振于谐波频率，把有害的谐波能量回收，转化为抑平LED电流谐波的正能量，既提升电功功率，又降低了 THD和EMI。实践证明，本发明磁集成方法是降解交流电源?Uin过零频闪及LED电流纹波闪烁的有效方法。
[0026](6)单片机MCU耦合智能化调光调色芯片，借助于MCU的编程，实现智能调光调色。
【附图说明】
[0027]图1是本发明全固态低纹波LED灯智能数控电源的电路原理图；
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，但不构成对本发明保护范围的限制。
[0029]如图1所示。全固态低纹波LED灯智能数控电源，包括磁集成变压器TR、交流电源倍频倍压直流电流源供电回路、单片机MCU启动电路和自供电电路、高频直流电流源激磁供电电路、耦合输出电路和纹波抑平电路；
[0030]所述磁集成变压器TR包括“日”字型磁芯柱，初级绕组Nll和初级绕组N12分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，中柱绕组ND和中柱绕组N2分别绕在“日”字型磁芯柱的中柱两端，附加绕组N31和附加绕组N32分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上；
[0031 ] 所述交流电源倍频倍压直流电流源供电回路用于得到倍频倍压直流电流源，分别向初级绕组Nll和初级绕组N12供电，包括:交流电源?Uin正半波，交流电流从交流电源?Uin正极性L端流出，依次流经二极管D1、电容Cl，回到交流电源?Uin负极性N端，向电容Cl充电得到直流电流源Ql ;交流电源?Uin负半波，交流电流从交流电源?Uin负极性N端流出，依次流经电容C2、二极管D2，回到交流电源?Uin正极性L端，向电容C2充电得到直流电流源Q2 ;倍频倍压直流电流源为直流电流源Ql正向串联直流电流源Q2，其供电回路为直流电流由电容Cl的正极流出，依次流经初级绕组N11、电力电子开关S、取样电阻rs、初级绕组N12，回到电容C2的负极；选择电容Cl和电容C2的电容量大小，可预设直流电流源Ql和直流电流源Q2的大小，用电容Cl和电容C2作为限流元件，除非电容击穿短路，否则不会造成交流电源?Uin被短路。电容Cl和电容C2均不用电解电容，用交流电源倍频倍压直流电流源供电，这就是提升本发明电源可靠性的措施之一。
[0032]所述单片机MCU启动电路用于启动单片机MCU，当电力电子开关S未工作之前，直流电流源母线依次经初级绕组N11、启动电阻Rj连接单片机MCU的电源引脚VDD，向单片机MCU提供启动电源，使MCU启动；
[0033]所述