电容式线性输出led驱动电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电工技术领域的变流器，具体的讲是一种利用电容器充放电产生 线性输出功率的LED驱动电源，特别涉及到利用电力电子技术控制电容器充放电使直流输 出功率随着交流输入电压变化呈现线性关系的高功率因数的LED驱动电源。
【背景技术】
[0002] 与传统的白炽灯、日光灯和市售的节能灯相比LED照明灯在发光效率、节能环保以 及使用寿命等多方面具有明显的优势，因此被誉为二十一世纪最有发展前景的绿色光源。 为了使LED照明灯能够正常工作，LED驱动电源必须将交流电转换为LED照明灯所要求的直 流电。由于LED照明灯的驱动电压与电流的关系是非线性的，电流随驱动电压的升高呈现指 数增长，引起LED灯内的温度升高，极易导致LED灯损坏，另一方面，LED照明灯的温度变化也 会影响LED照明灯的工作功率;基于效率和体积角度的考虑，现有LED照明灯多采用恒压或 恒流开关电源，开关频率一般在20-100千周。为适应电源电压变化，开关电源都是采用电流 闭环或电压闭环进行闭环PWM脉宽控制的，在实际工作过程中，偶尔闭环响应慢会造成LED 照明灯瞬间电流或电压过高，导致LED灯不可逆转的光衰，严重时则会损坏LED照明灯。为了 进行恒压或恒流控制，开关电源调制的脉宽都留有很大宽度，即在窄脉冲工作，对电源的输 出滤波电容器冲击大，导致滤波电解电容器使用寿命变短。且开关电源大多由变压器和储 能电感进行变压和降压驱动LED灯珠组的工作，效率低；尤其是小功率输出时，效率只有 70%-87%，功率因数为0.5-0.85。另一种LED照明灯的驱动电源为线性稳压电源，采用一个 1C或多个1C来分配电压，电子元器件种类少，不需要电解电容。1C驱动电源具有高可靠性、 高功率因数、高效率、低成本优势;但该电源只适合电压高的数十个灯珠场合使用，且输出 高压，有频闪。第三种LED照明灯的驱动电源是阻容压降电源，虽具有结构简单、成本低等优 点，但稳定性差，功率和功率因数(0.2左右)低。专利申请（201420291297.7)无极性电容器 降分压整流线性LED驱动电源，虽然解决了输入电压与输出功率线性输出的问题，但功率因 数仅为0.5-0.6。因此，寻找一种功率因数高、输入电压与输出功率在一定使用范围内呈线 性关系且节能环保的LED照明灯驱动电源是当前电力电子技术领域亟待解决的课题。 【实用新型内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种电容式线性输 出LED驱动电源。该电源在整流后的直流100HZ脉动电压波形内由一只充电管(M0SFET)控制 对至少一只充电电容器进行充电后，由一只放电管控制释放充电电容器存储的电荷对放 电输出电容器和负载进行放电。充电和放电频率在20KHZ-200KHZ，在无变压器的条件下实 现了电压转换，提高了电源的交流电功率因数和交流电到直流电的转换效率。
[0004] 本实用新型的工作原理和物理过程是：交流电整流后，由一只充电管经一只限流 电阻(或电感)控制至少一只充电电容器进行充电；一只放电管经同一只限流电阻（或电感） 控制至少一只充放电电容器对放电输出电容器进行并联式放电，放电输出电容器两端电压 为LED驱动电压;一只充电管与一只放电管以互补方式交替导通，中间设有死区，实现了对 LED负载的交流输入电压与直流输出功率的线性输出，其工作频率为20KHZ-200KHZ。本实用 新型的工作原理和物理过程是：交流电整流后，由一只充电管经一只限流电阻（或电感)控 制至少一只充电电容器进行充电；另一只放电管经同一只限流电阻（或电感)控制至少一只 充放电电容器对放电输出电容器进行并联式放电，放电输出电容器两端电压为LED驱动电 压;一只充电管与一只放电管以互补方式交替导通，中间设有死区，实现了对LED负载的交 流输入电压与直流输出功率的线性输出，其工作频率为20KHZ-200KHZ。由电容器所做的功Q = UXI = 2U2JifC可知，在充放电频率f?为定值时，Q与电压的平方成正比。当电压升高时，充 放电的能量增加。由能量守恒可知，供给LED灯的能量没有突变，从而限制电流突变，减少了 LED照明灯因输入交流电压的变化而导致电流突变发生损坏的几率，可适应LED照明灯驱动 的要求，提高了 LED照明灯的使用寿命。该电源可作为LED灯珠数量在100 % -200 %范围内变 化的恒功率输出的LED驱动电源，满足各种规格灯具要求。为了适应各种电压输出，本实用 新型可采用多只充放电电容与多只充电二极管和放电二极管组合进行多级分压，制成多级 分压式电容线性输出LED驱动电源。直流输出电压E、电流I和限流电阻R的关系为：
式中U为输入交流电压，R为限流电阻，I为通过限流电阻的电流平均 值，N为分压级数。从式中可以看出，合理的选取N，可以减小限流电阻的损耗。当电流较大 时，应采用电感利用感抗进行限流，以利于提高电源转换效率。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种电容式线性输出LED驱动 电源由输入端L和N、整流电路、控制电路、充放电电路、输出电路构成。所述的整流电路由桥 式整流器DQ和滤波电容Cb构成;所述的控制电路由自带振荡器的M0SFET管半桥式驱动控制 芯片K (其内部设有高端悬浮驱动器)和启动电阻RJ构成;所述的充放电电路由充电管BG1、 放电管BG2、限流电阻R、充电电容器C2和放电输出电容器C1构成;所述的输出电路由输出端 +、输出端-和负载串联灯组LEDZ构成。
[0006] 在上述方案中，所述控制电路由自带振荡器的M0SFET管半桥式驱动控制芯片K(内 部设有高端悬浮驱动器），通过自举电容和二极管为自举式高端悬浮栅极驱动器功能供 电。控制芯片也可采用自带振荡器的M0SFET管推挽驱动控制芯片，其一路由芯片驱动，另外 一路由自举高端悬浮栅极驱动芯片驱动。
[0007] 在上述方案中，所述的充放电电路中充电管BG1和放电管BG2,可选择IGBT、M0SFET 和功率晶体三极管中的一种。
[0008] 当所述的电容式线性输出LED驱动电源驱动LED照明灯电流较大时，为了降低损 耗，限流电阻R应用电感进行替代。
[0009] -种电容式线性输出LED驱动电源的各电路连接关系如下：输入端L和N分别连接 到整流电路内的桥式整流器DQ的两个交流端，桥式整流器DQ的输出正极+接滤波电容器Cb 的一端，桥式整流器DQ的负极-接滤波电容器Cb的另一端;整流电路内的桥式整流器DQ的正 极与控制电路内的启动电阻RJ的一端相接，启动电阻RJ的另一端与控制芯片K的启动a端连 接，桥式整流器DQ的输出负极-和控制电路内控制芯片K内的c端以及充放电电路内的充电 管BG1的阴极相连接;所述的充放电电路内的充电管BG1的栅极与控制电路内的控制芯片K 的b端相连接，充电管BG1的阳极与充放电电路内的充电电容器C2的一端和放电管BG2的阴 极以及控制电路内的控制芯片的e端相连接，充电电容器C2的另一端与限流电阻R的一端相 连，限流电阻R的另一端与充放电电路内的放电输出电容器C1的一端和整流电路的桥式整 流器DQ正极相连接，放电输出电容器C1的另一端与放电管BG2的阳极、输出电路内的输出 端-以及负载LEDZ的负极相连接，放电管BG2的栅极与控制芯片K的d端相连;输出电路内的 输出端+与负载LEDZ的正极和充放电电路内的放电输出电容器C1的一端相连接。
[0010] 本实用新型有益效果在于，由于采用电容器降压，在交流电的正负半周期内进行 20KHZ-200KZ高次充放电，提高了电源的利用率和功率因数;利用电容器存储能量为定值， 使输入交流电压与直流输出功率为线性关系;延长了 LED照明灯的使用寿命，缩小了电源体 积。尤其是去