专利名称：一种开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED灯照明技术领域，尤其涉及一种开关电源。
背景技术：
发光二极管(即LED)发明于20世纪60年代,LED具有体积小、寿命长、耗电量低、反应速率快、耐震性好等优点，被广泛应用在信号指示、数码显示等领域。随着LED发光材料技术的不断提高，高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光高亮LED的研制成功，使得它广泛地用到室内外装饰、甚至城市路灯照明和民用照明等领域。但是高亮LED的驱动是一个需要解决的问题，高亮LED的厂家推荐采用恒流驱动方式。以往在小功率高亮LED单只 或几只串联的驱动方式多为通过串联固定限流电阻的方式来实现控制高亮LED的电流，此种方式存在的缺点是当输入电压变化的时候，流过高亮LED灯的电流变化很大，影响高亮LED灯的照度，并且串联的限流电阻存在很大的功耗，效率很低。后来为了实现准确的恒流控制，出现一种线性恒流电路实现高亮LED灯的驱动，此种电路能够实现了高亮LED灯的恒流驱动，但是由于它是通过线性调整管来调节压降进行恒流控制的，线性调整管有压降和电流，产生很大的功耗。这在大型的高亮LED路灯或高亮LED广场灯的应用中会产生非常大损耗，达不到节能的目的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种开关电源，具有闻转换率，不仅能够实现闻売LED灯精确的恒流驱动，而且能够通过开关器件和储能器件完成能量的传递。为达此目的，本发明采用以下技术方案
一种开关电源，包括输入模块、辅助供电电路、开关器件、PWM控制芯片和驱动电路、滤波输出电路、电压反馈电路、电流放大电路、恒流环路和高亮LED灯，其中，输入模块、开关器件、滤波输出电路和高亮LED灯依次连接，高亮LED灯、电压反馈电路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，高亮LED灯、电流放大电路、恒流环路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，输入模块与辅助供电电路连接，辅助供电电路输出端分别与PWM控制芯片和驱动电路、恒流环路和电流放大电路连接，PWM控制芯片和驱动电路与开关器件连接。辅助供电电路进一步包括第二三极管Q2、第十六电阻R16、第一稳压管Zl和第三滤波电容E3,第十六电阻R16并联于第二三极管Q2基极与集电极上,第一稳压管Zl连接于第二三极管Q2基极和模拟地之间，第三滤波电容E3并联于第二三极管Q2的发射极与模拟地之间。开关器件和滤波输出电路进一步包括第一滤波电容E1、第一开关管TR1、第十四电阻R14、第十五驱动电阻R15、第一二极管D1、第一电感LI、第二滤波电容E2和第一米样电阻RSl，其中，第十四电阻R14连接于第一开关管TRl的I脚和3脚之间，第十五驱动电阻R15连接于第一开关管TRl的I脚和驱动信号DRV+之间，第一二极管Dl连接于第一开关管TRl的3脚和模拟地之间的，第一电感LI连接于第一开关管TRl的3脚和输出VOUT+之间，第二滤波电容E2连接于输出VOUT+与模拟地之间，第一采样电阻RSl连接于输出VOUT-与模拟地之间。PWM控制芯片和驱动电路进一步包括PWM控制芯片U1、驱动芯片U2、第一振荡电阻R1、第一振荡电容Cl、第一三极管Q1、第二电阻R2、第三电阻R3、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第七驱动电阻R7、第五滤波电容C5和高端供电回路，其中第一振荡电阻Rl连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第一振荡电容Cl连接于PWM控制芯片Ul的4脚和5脚之间，第一三极管Ql连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第二电阻R2连接于第一三极管Ql的I脚和PWM控制芯片Ul的3脚之间，第三电阻R3连接于PWM控制芯片Ul的3脚与5脚之间，第三滤波电容C3连接于PWM控制芯片Ul的7脚和5脚之间，第四滤波电容C4连接于PWM控制芯片Ul的8脚和5脚之间，第七驱动电阻R7连接于PWM控制芯片Ul的7脚和驱动芯片U2的2脚之间，第五滤波电容C5连接于驱动芯片U2的I脚和4脚之间，高端供电回路包括接在驱动芯片U2的8脚上的第三二极管D3和第六电容C6，驱动芯片U2的7脚输出DRV+驱动信号，驱动芯片U2的6脚输出DRV-驱动信号，PWM控制芯 片Ul的5脚接模拟地，PWM控制芯片Ul的8脚接VREF信号，PWM控制芯片Ul的7脚接VCC信号，驱动芯片U2的4脚接模拟地。电流放大电路和恒流环路进一步包括集成运放U3，连接于集成运放U3的3脚和VOUT-之间的第^^一电阻R11、连接于集成运放U3的I脚和集成运放U3的2脚之间的第十三电阻R13以及连接于集成运放U3的2脚和模拟地之间的第十二电阻R12组成电流信号的比例放大电路，连接于集成运放U3的5脚和VREF信号之间的第八电阻R8、连接于集成运放U3的I脚和6脚之间的第十电阻R10、连接于集成运放U3的7脚和6脚之间的第七电容C7、第八电容C8及第九电阻R9组成恒流环路、连接于集成运放U3的7脚和Ul-I信号之间的第二二极管D2。电压反馈电路进一步包括连接于VOUT+与集成运放U3的2脚之间的第五电阻R5、连接于集成运放U3的2脚与模拟地之间的第四电阻R4、以及连接于PWM控制芯片Ul的I脚和2脚的第六电阻R6和第二电容C2。高亮LED灯包括连接于输出VOUT+和输出VOUT-之间的由LEDl到LEDiN串联或者并联组成的高亮LED灯照明模组。采用了本发明的技术方案，不仅能够实现高亮LED灯精确的恒流驱动，而且能够通过开关器件和储能器件完成能量的传递，驱动电路的效率可以达到95%上，达到降低损耗节能的目的，同时控制精度准确、温度稳定性好，能够稳定的控制高亮LED灯的照度，减小高亮LED灯的光衰，延长高亮LED灯的寿命，电压反馈电路能够保证稳定的输出电压，可靠的保护高亮LED灯。
图I是本发明具体实施方式
中开关电源的结构示意图。图2是本发明具体实施方式
中开关电源的辅助供电电路图。图3是本发明具体实施方式
中开关电源的开关器件和滤波输出电路图。图4是本发明具体实施方式
中开关电源的PWM控制芯片和驱动电路及电压反馈电路图。
图5是本发明具体实施方式
中开关电源的电流放大电路和恒流环路的电路图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。本发明的主要思想是利用一种在电源界成熟应用多年、稳定可靠的开关电源PWM控制芯片，通过扩展一些驱动电路控制开关器件、电压反馈电路、电流放大电路、恒流环路实现恒压恒流输出功能。根据现有高亮LED灯的功率，例如1W、3W、5W高亮LED灯组合成的模组，根据模组的配置，通过调整采样电阻RSl的阻值和电流放大器的放大比例设计出相应的恒流控制电流值，实现高亮LED灯的开关方式恒流驱动工作，功率器件的损耗很低，驱动电路的效率高，达到配合高亮LED灯实现节能的目的。图I是本发明具体实施方式
中开关电源的结构示意图。如图I所示，该开关电源包括输入模块、辅助供电电路、开关器件、PWM控制芯片和驱动电路、滤波输出电路、电压反馈电路、电流放大电路、恒流环路和高亮LED灯，其中，输入模块、开关器件、滤波输出电路和高亮LED灯依次连接，高亮LED灯、电压反馈电路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，·高亮LED灯、电流放大电路、恒流环路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，输入模块与辅助供电电路连接，辅助供电电路输出端分别与PWM控制芯片和驱动电路、恒流环路和电流放大电路连接，PWM控制芯片和驱动电路与开关器件连接。图2是本发明具体实施方式
中开关电源的辅助供电电路图。如图2所示，该辅助供电电路进一步包括第二三极管Q2、第十六电阻R16、第一稳压管Zl和第三滤波电容E3，第十六电阻R16并联于第二三极管Q2基极与集电极上，第一稳压管Zl连接于第二三极管Q2基极和模拟地之间，第三滤波电容E3并联于第二三极管Q2的发射极与模拟地之间。图3是本发明具体实施方式
中开关电源的开关器件和滤波输出电路图。如图3所示，该开关器件和滤波输出电路进一步包括第一滤波电容E1、第一开关管TR1、第十四电阻R14、第十五驱动电阻R15、第一二极管D1、第一电感LI、第二滤波电容E2和第一米样电阻RS1，其中，第十四电阻R14连接于第一开关管TRl的I脚和3脚之间，第十五驱动电阻R15连接于第一开关管TRl的I脚和驱动信号DRV+之间，第一二极管Dl连接于第一开关管TRl的3脚和模拟地之间的，第一电感LI连接于第一开关管TRl的3脚和输出VOUT+之间，第二滤波电容E2连接于输出VOUT+与模拟地之间，第一采样电阻RSl连接于输出VOUT-与模拟地之间。图4是本发明具体实施方式
中开关电源的PWM控制芯片和驱动电路及电压反馈电路图。如图4所示，该PWM控制芯片和驱动电路进一步包括PWM控制芯片U1、驱动芯片U2、第一振荡电阻Rl、第一振荡电容Cl、第一三极管Ql、第二电阻R2、第三电阻R3、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第七驱动电阻R7、第五滤波电容C5和高端供电回路，其中第一振荡电阻Rl连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第一振荡电容Cl连接于PWM控制芯片Ul的4脚和5脚之间，第一三极管Ql连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第二电阻R2连接于第一三极管Ql的I脚和PWM控制芯片Ul的3脚之间，第三电阻R3连接于PWM控制芯片Ul的3脚与5脚之间，第三滤波电容C3连接于PWM控制芯片Ul的7脚和5脚之间，第四滤波电容C4连接于PWM控制芯片Ul的8脚和5脚之间，第七驱动电阻R7连接于PWM控制芯片Ul的7脚和驱动芯片U2的2脚之间，第五滤波电容C5连接于驱动芯片U2的I脚和4脚之间，高端供电回路包括接在驱动芯片U2的8脚上的第三二极管D3和第六电容C6，驱动芯片U2的7脚输出DRV+驱动信号，驱动芯片U2的6脚输出DRV-驱动信号，PWM控制芯片Ul的5脚接模拟地，PWM控制芯片Ul的8脚接VREF信号，PWM控制芯片Ul的7脚接VCC信号，驱动芯片U2的4脚接模拟地。图5是本发明具体实施方式
中开关电源的电流放大电路和恒流环路的电路图。如图5所示，该电流放大电路和恒流环路进一步包括集成运放U3，连接于集成运放U3的3脚和VOUT-之间的第^^一电阻RlI、连接于集成运放U3的I脚和集成运放U3的2脚之间的第十三电阻R13以及连接于集成运放U3的2脚和模拟地之间的第十二电阻R12组成电流信号的比例放大电路，连接于集成运放U3的5脚和VREF信号之间的第八电阻R8、连接于集成运放U3的I脚和6脚之间的第十电阻R10、连接于集成运放U3的7脚和6脚之间的第七电容C7、第八电容C8及第九电阻R9组成恒流环路、连接于集成运放U3的7脚和Ul-I信号之间的第二二极管D2。
电压反馈电路进一步包括连接于VOUT+与集成运放U3的2脚之间的第五电阻R5、连接于集成运放U3的2脚与模拟地之间的第四电阻R4、以及连接于PWM控制芯片Ul的I脚和2脚的第六电阻R6和第二电容C2。高亮LED灯包括连接于输出VOUT+和输出VOUT-之间的由LEDl到LEDiN串联或者并联组成的高亮LED灯照明模组。其中，VIN为本恒流驱动电路的输入电压，它可以来自经电网整流后或APFC校正后的电压，也可以是来自AC/DC变换器的输出电压或蓄电池的电压。VCC为经辅助供电电路产生的18V输出的稳压电源，负责给PWM控制芯片U1、驱动芯片U2、集成运放U3芯片的正常供电。VREF信号为由PWM控制芯片Ul内部产生的基准电压5V的信号，由PWM控制芯片Ul的8脚经第四滤波电容C4滤波后输出，作为PWM控制芯片Ul的4脚第一振荡电阻Rl和U3-B的5脚第八电阻R8韵基准电压。DRV+和DRV-信号是由驱动芯片U2 (IR2181)产生的高端驱动信号，DRV+和DRV-信号负责第一开关管TRl的驱动。Ul-I信号是由电流环路U3-B的7脚经第二二极管D2隔离输出的控制信号，负责控制Ul的I脚的电压。VOUT+和VOUT-为输出信号，为高亮LED灯提供稳定的恒流驱动。下面结合一种由25只IW的高亮LED灯串联组成的照明模组的恒流驱动实例说明电路的工作原理。IW的高亮LED灯的规格书给出的额定恒流驱动电流为350mA，每只高亮LED灯的压降的范围为3. OV 3. 4V，那么25只高亮LED灯的压降为75. OV 85. 0V，所以我们选择VIN的供电电压为直流100V，设计输出空载的时候的电压为88V。假设取采样电阻RSl的电阻值为I欧姆，那么在采样电阻RSl上流过350mA的电流产生的压降为350mv，经电流放大器比例放大后得到集成运放U3的I脚为5. OV的信号。在本实例选择了 VIN高输入电压100V，所以选择了降压型的BUCK拓扑电路组成的主功率变换器，如果选择了 VIN为低输入电压，例如12V或24V，此时可以选择升压型的BOOST拓扑电路组成主功率变换器。当25只IW的高亮LED灯串联组成的照明模组没有连接到VOUT+和VOUT-时，由于采样电阻中没有电流流过，所以VOUT-对模拟地的信号为0V，经电流放大器放大后U3-A的I脚电压也为0V，U3-A的I脚电压OV信号通过第十电阻RlO加到U3-B的6脚与U3-B的5脚电压5. OV进行比较的结果是U3-B的7脚输出饱和为高电平，经二极管D2隔离后对PWM控制芯片Ul不起控制作用，即输出空载的时候电流放大和恒流环路不起控制作用。此时电路工作在由电压反馈电路和PWM控制芯片Ul内部放大器组成的稳压工作状态，当输出电压高于88V时经第五电阻R5、第四电阻R4分得的电压信号加到PWM控制芯片Ul的2脚，PWM控制芯片Ul的2脚的信号在PWM控制芯片Ul内部与内部的2. 5V参考电压比较，使PWM控制芯片Ul的6脚输出的PWM信号占空比减小，通过高端驱动芯片U2驱动开关管TRl，控制传递到电感LI和电容E2的能量，使输出电压降低。反之当输出电压低于88V时，通过电压反馈电路使PWM控制芯片Ul的6脚输出的PWM信号占空比增大，使输出电压升高。最终达到一个稳态的平衡，即实现稳定输出电压的功能。这在高亮LED灯串联组成的照明模组快速接入和断开的过程中，输出电压很接近高亮LED灯照明模组的总电压，减小对高亮LED灯的冲击，延长它的使用寿命。当25只IW的高亮LED灯串联组成的照明模组连接到VOUT+和VOUT-输出端时，由于照明模组的总电压低于设计的恒压输出电压88V，所以经第五电阻R5、第四电阻R4在PWM控制芯片Ul的2脚分得的电压低于内部的2. 5V基准电压，所以PWM控制芯片Ul的内部放大器的输出，即Ul的I脚输出饱和为高电平。此时如果没有其它信号控制PWM控制芯片Ul，PWM控制芯片Ul的6脚将输出最 大的占空比，通过高端驱动芯片U2驱动第一开关管TR1，使能量不断的从VIN传递到第一电感LI和第二电容E2，施加到高亮LED灯串联组成的照明模组，将导致流过高亮LED灯的电流不受控制远远超过额定电流，将损坏高亮LED灯。但是电路设计增加的电流放大和恒流环路将起到控制电流的作用，当输出电流大于350mA时，在VOUT-和模拟地之间产生一个大于350mV的信号，经U3-A组成的比例放大电路后，在集成运放U3的I脚产生一个大于5. OV的电压信号，此信号与集成运放U3的5脚的5. OV的基准电压进行比较，使集成运放U3的7脚输出电压降低，通过第二二极管D2将PWM控制芯片Ul的I脚电压拉低，使PWM控制芯片Ul的6脚输出的PWM信号的占空比减小，通过高端驱动芯片U2驱动第一开关管TRlA制传递到第一电感LI和第二电容E2的能量减少，使输出电流降低。反之，当输出电流小于350mA时，电流放大和恒流环路控制PWM控制芯片Ul，使PWM控制芯片Ul的6脚输出的PWM信号的占空比增大，通过高端驱动芯片U2驱动第一开关管TR1，控制传递到第一电感LI和第二电容E2的能量增加，使输出电流增大，最后达到稳态的平衡，输出端的平均电流稳定。驱动高亮LED灯的电流恒定不变，实现高亮LED灯的恒流驱动工作。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种开关电源，其特征在于，包括输入模块、辅助供电电路、开关器件、PWM控制芯片和驱动电路、滤波输出电路、电压反馈电路、电流放大电路、恒流环路和高亮LED灯，其中，输入模块、开关器件、滤波输出电路和高亮LED灯依次连接，高亮LED灯、电压反馈电路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，高亮LED灯、电流放大电路、恒流环路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，输入模块与辅助供电电路连接，辅助供电电路输出端分别与PWM控制芯片和驱动电路、恒流环路和电流放大电路连接，PWM控制芯片和驱动电路与开关器件连接。
2.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，辅助供电电路进一步包括第二三极管Q2、第十六电阻R16、第一稳压管Zl和第三滤波电容E3,第十六电阻R16并联于第二三极管Q2基极与集电极上，第一稳压管Zl连接于第二三极管Q2基极和模拟地之间，第三滤波电容E3并联于第二三极管Q2的发射极与模拟地之间。
3.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，开关器件和滤波输出电路进一步包括第一滤波电容E1、第一开关管TR1、第十四电阻R14、第十五驱动电阻R15、第一二极管D1、第一电感LI、第二滤波电容E2和第一采样电阻RS1，其中，第十四电阻R14连接于第一开关管TRl的I脚和3脚之间，第十五驱动电阻R15连接于第一开关管TRl的I脚和驱动信号DRV+之间，第一二极管Dl连接于第一开关管TRl的3脚和模拟地之间的，第一电感LI连接于第一开关管TRl的3脚和输出VOUT+之间，第二滤波电容E2连接于输出VOUT+与模拟地之间，第一采样电阻RSl连接于输出VOUT-与模拟地之间。
4.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，PWM控制芯片和驱动电路进一步包括PWM控制芯片Ul、驱动芯片U2、第一振荡电阻R1、第一振荡电容Cl、第一三极管Ql、第二电阻R2、第三电阻R3、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第七驱动电阻R7、第五滤波电容C5和高端供电回路，其中第一振荡电阻Rl连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第一振荡电容Cl连接于PWM控制芯片Ul的4脚和5脚之间，第一三极管Ql连接于PWM控制芯片Ul的8脚和4脚之间，第二电阻R2连接于第一三极管Ql的I脚和PWM控制芯片Ul的3脚之间，第三电阻R3连接于PWM控制芯片Ul的3脚与5脚之间，第三滤波电容C3连接于PWM控制芯片Ul的7脚和5脚之间，第四滤波电容C4连接于PWM控制芯片Ul的8脚和5脚之间，第七驱动电阻R7连接于PWM控制芯片Ul的7脚和驱动芯片U2的2脚之间，第五滤波电容C5连接于驱动芯片U2的I脚和4脚之间，高端供电回路包括接在驱动芯片U2的8脚上的第三二极管D3和第六电容C6，驱动芯片U2的7脚输出DRV+驱动信号，驱动芯片U2的6脚输出DRV-驱动信号，PWM控制芯片Ul的5脚接模拟地，PWM控制芯片Ul的8脚接VREF信号，PWM控制芯片Ul的7脚接VCC信号，驱动芯片U2的4脚接模拟地。
5.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，电流放大电路和恒流环路进一步包括集成运放U3，连接于集成运放U3的3脚和VOUT-之间的第i^一电阻R11、连接于集成运放U3的I脚和集成运放U3的2脚之间的第十三电阻R13以及连接于集成运放U3的2脚和模拟地之间的第十二电阻R12组成电流信号的比例放大电路，连接于集成运放U3的5脚和VREF信号之间的第八电阻R8、连接于集成运放U3的I脚和6脚之间的第十电阻R10、连接于集成运放U3的7脚和6脚之间的第七电容C7、第八电容CS及第九电阻R9组成恒流环路、连接于集成运放U3的7脚和Ul-I信号之间的第二二极管D2。
6.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，电压反馈电路进一步包括连接于VOUT+与集成运放U3的2脚之间的第五电阻R5、连接于集成运放U3的2脚与模拟地之间的第四电阻R4、以及连接于PWM控制芯片Ul的I脚和2脚的第六电阻R6和第二电容C2。
7.根据权利要求I所述的一种开关电源，其特征在于，高亮LED灯包括连接于输出VOUT+和输出VOUT-之间的由LEDl到LEDiN串联或者并联组成的高亮LED灯照明模组。
全文摘要
本发明公开了一种开关电源，输入模块、开关器件、滤波输出电路和高亮LED灯依次连接，高亮LED灯、电压反馈电路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，高亮LED灯、电流放大电路、恒流环路和PWM控制芯片和驱动电路依次连接，输入模块与辅助供电电路连接，辅助供电电路输出端分别与PWM控制芯片和驱动电路、恒流环路和电流放大电路连接，PWM控制芯片和驱动电路与开关器件连接。采用了本发明的技术方案，不仅能够实现高亮LED灯精确的恒流驱动，而且能够通过开关器件和储能器件完成能量的传递。
文档编号H05B37/02GK102843812SQ20111017136
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者范传伟 申请人:深圳市万禧节能科技有限公司