专利名称：抗浪涌电压的led灯脉冲式驱动电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED灯领域，尤其涉及一种具有抗浪涌电压功能的“抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源”。
背景技术：
LED灯因具有节能、环保、长寿命、响应快、色彩丰富、可控等系列优点，被人们认 定为推广LED灯，是灯具节电降耗的最佳实现途径。日本估计如果用LED灯替代日本一半的白炽灯和荧光灯、则等效每年为日本国节约60亿升原油！有人甚至认为LED灯是人类继爱迪生发明白炽灯泡后最重大的发明之一。灯外壳(或称灯罩)、发光二极管(LightEmitting Diode)组件(本文简称LED组件)、LED组件的驱动电源(本文简称驱动电源)即夕卜壳、LED组件、驱动电源是LED灯的三大组成部份。驱动电源是LED灯的重要部件，只有驱动电源性能优越，LED灯才能呈现节电、长寿命的优点。针对驱动电源重要性，电子、电器行业内的技术人员研究、设计了多种LED灯驱动电源。中国专利申请号为201020214658. X的“可调LED灯电源驱动电路”、申请号为201120309550. 3的“一种LED灯电源供电系统”、申请号为200710037934. 2的“ LED驱动电源”、申请号为201110031371. 2的“一种多路恒流大功率LED驱动电源”公开了各自专利申请人的研究成果。上述公开技术的共同特点是电子线路复杂、所用的电子元器件太多。LED灯毕竟仅是一种要与白炽灯和荧光灯相竟争的低价位灯具，非价值千万元的军用雷达。电子线路太复杂、所用的电子元器件太多的LED灯驱动电源，将因造价高、可靠性低(所用的电子元器件多，就意味着造价高、可靠性低)而无实用价值。目前在灯具市场较为流行的“阻容降压、整流桥整流、电容滤波”之LED灯驱动电源，虽然具有电子线路简单、所用的电子元器件少、造价低的优点，但也存在以下的缺点
1、电子线路中使用了无极性电容和有极性的电解电容，而电解电容是寿命远低于LED组件的器件，故LED灯因其而受到缩短使用寿命的威胁；
2、由于所述的驱动电源中存在电容，使LED灯变成AC电源的“容性负载”，导致功率因素(Power factors )降低；
3、所述的上述驱动电源为直流输出，使LED组件从开灯到关灯一直持续通电工作，导
致
(I)、不能利用发光二极管中“荧光粉”的余辉；
(2 )、使LED灯温升增加，寿命缩短；
4、无抗雷击、防浪涌电压的功能。
发明内容
针对现有技术的现状，本发明要迖到的目标是
I、秉着“至精必须至简，唯有简单实用才能长久流传”的出发点，应用电子技术，设计一个电子线路尽量简单的、所用器件尽量少的、价格尽量廉的LED驱动电源；
2、所设计的LED驱动电源输出的是脉宽(pulsewidth)可调、具有一定脉冲占空比(Duty Cycle)的脉冲式电源，在输出高电平的脉冲“占”期间，LED组件通电发光；在输出低电平的脉冲“空”期间，LED组件断电休息、且LED灯利用发光二极管中“荧光粉”的余辉发光；即LED组件为间歇工作的模式，故其温升可降低、寿命能延长；
3、所设计的LED驱动电源兼具抗浪涌、抗雷击(雷击也可理解为强“浪涌”)的功能；
4、所设计的LED驱 动电源兼具对LED组件热保护的功能。为了达到上述目标，本发明设计的技术方案是
一种抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源，所述抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源具有整流桥和限幅电路两部份，其特征在于
所述限幅电路由负温度系数热敏电阻(NTC)与第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)串联而成，所述负温度系数热敏电阻(NTC)的第一端连接第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)的负极；所述负温度系数热敏电阻(NTC)的第二端作为第一输出端(3)，而所述第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)的正极作为第二输出端(4)并与线路地连接；
所述的整流桥由桥臂一、桥臂二、桥臂三及桥臂四组成；其中，
桥臂一和桥臂三分别由第四整流二极管(D4)和第三整流二极管(D3)构成，所述第四整流二极管(D4)的正极与第三整流二极管(D3)的负极相连后作为第一输入端(I)；
桥臂二由负极相连的第二整流二极管(D2)和第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)组成，所述第四整流二极管(D4)的正极与所述第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)的正极相连后接入所述第一输出端(3)；
桥臂四由负极相连的第一整流二极管(Dl)和第一单极型瞬态电压抑制二极管(TVSl)组成，所述第一整流二极管(Dl)的正极与所述第三整流二极管(D3)的正极相连后接入所述第二输出端(4)。所述的单极型瞬态电压抑制二极管TVS1、TVS2、TVS3可用压敏电阻(VoltageDependent Resistor)或稳压二极管替代，但优先采用单极型瞬态电压抑制二极管。理论分析和实验样机的长时间的运行结果(本发明电子元件少，样机很容易做)均证明，应用本发明，可以取得以下有益效果
I、价廉本发明仅用采购价约为一元的八个电子元件组成，低廉的价格为LED灯大面积推广创造了条件。2、物美上述八个电子元件可以与LED组件集成在一起，生产出价廉物美的LED灯。3、延寿基于以下的原因，本发明提升了 LED灯的工作寿命
(1)、无寿命远低于LED组件的电解电容，故LED灯因其而受到缩短工作寿命的威胁被解除；
(2)、设有温度负反馈器件热敏电阻NTC，可防止LED灯温度过高；
(3)、具有防雷击抗浪涌电压的功能，可使LED灯免遭雷击和浪涌的损伤；
(4)、LED灯按间歇工作的脉冲模式运行，降低了温升。4、节电间歇工作的脉冲运行模式，是节电的工作方式，LED灯因此而节省了电能；在两个脉冲之间，利用发光二极管中“荧光粉”的余辉发光，使LED灯进一步节省了电倉泛。5、功率因素高电路中无感性与容性器，因此功率因素高。6、抗浪涌本发明采用了单极型瞬态电压抑制二极管(TVS)结合整流二极管来构成输入端的桥式整流电路，该单极型瞬态电压抑制二极管是一种高效能保护器件，当TVS两极受到反向瞬态高压冲击时，其能够以10_12秒量级的速度，将TVS两极间的高阻抗瞬时变为低阻抗，并且能够吸收高达数千瓦的浪涌功率，从而使得TVS两极间的电压箝位于固定值，从而有效保护后端的LED器件。
图I为本发明的原理方框 图2为实施例I的电路原理 图3为本发明输出的脉冲电压UO之波形 图4为AC电压的波形 图5为单极型瞬态电压抑制二极管的V— I特性曲线；
图6为实施例2的电路原理 图7为实施例3的电路原理 图8为实施例4的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的实施方式。图I为本发明的原理方框图，图中，虚线方框代表整流桥100。本发明由整流桥100及限幅电路200组成，其中，整流桥100包括桥臂一 101、桥臂二 102、桥臂三103及桥臂四104;并且，所述的桥臂一 101、桥臂三103各自的一端连接在一起成为所述的整流桥100之输入端1，所述的桥臂二 102、桥臂四104各自的一端连接在一起成为所述的整流桥100之输入端2 ;所述的桥臂一 101、桥臂二 102各自的另一端连接在一起成为所述的整流桥100之输出端3，所述的桥臂三103、桥臂四104各自的另一端连接在一起成为所述的整流桥100之输出端4 ;所述的整流桥100之输出端4与线路地相连接；所述的限幅电路200与LED组件300相并联，它们并联后，一端与所述的整流桥100之输出端3相连接，另一端与所述的线路地相连接；AC电压的一端即Pl端与所述的整流桥100之输入端I相连接，另一端即P2端与所述的整流桥100之输入端2相连接。图2是本发明实施例I的电路原理图，图中第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第一单极型瞬态电压抑制二极管TVS1、第二单极型瞬态电压抑制二极管TVS2共同组成了本发明的整流桥100 ;其中
第一整流二极管D1、第一单极型瞬态电压抑制二极管TVSl各自的负极连接在一起相串联后组成所述的桥臂一 101，并且，所述的Dl之正极与所述的整流桥100的输入端I相连接，所述的TVSl之正极与所述的整流桥100的输出端3相连接；
第二整流二极管D2、第二单极型瞬态电压抑制二极管TVS2各自的负极连接在一起相串联后组成所述的桥臂二 102，并且，所述的D2之正极与所述的整流桥100的输入端2相连接，所述的TVS2之正极与所述的整流桥100的输出端3相连接；所述的桥臂三103由第三整流二极管D3构成，并且，所述的D3之正极与所述的整流桥100的输出端4即线路地相连接，负极与所述的整流桥100的输入端I相连接；
所述的桥臂四104由第四整流二极管D4构成，并且，所述的D4之正极与所述的整流桥100的输出端4即线路地相连接，负极与所述的整流桥100的输入端2相连接；
负温度系数热敏电阻NTC与第三单极型瞬态电压抑制二极管TVS3相串联后构成了所述的限幅电路200，并且，所述的NTC的一端与所述的整流桥100的输出端3相连接，另一端与所述的TVS3之负极相连接，所述的TVS3的正极则与所述的整流桥100的输出端4即线路地相连接；
本实施例I输出的脉冲电压UO之正端与所述的整流桥100的输出端3及LED组件300的正极端相连接，负端与所述的整流桥100的输出端4及LED组件300的负极端相连 接。本发明的工作过程为
结合图I、图2、图3、图4 :从P1、P2端输入的AC电压的数学表达式为
U=Umsim ( ω t + Φ )
上式中u为AC电压的瞬时值，Um为AC电压的的振幅值，ω为AC电压的角频率，Φ为AC电压的初相角。为简便说明，现假设初相角Φ=0，则AC电压的瞬时值、即施加在所述的整流桥100之输入端1、2之间的电压u的表达式为
U=Umsimco t
其波形如图4所示。在O t01的时域内，AC电压为正半周，电压u为整流桥100之输入端I处于高电平、整流桥100之输入端2处于低电平的状态，桥臂二 102中的第二整流二极管D2和桥臂三103中的第三整流二极管D3均因反向偏置而截止，等效为开路。換言之在AC电压为正半周时，桥臂二与桥臂三均截止。图5为单极型瞬态电压抑制二极管的V— I特性曲线，图中uB为其反向击穿电压。在O tl的时域内，整流桥100的输入端I、输入端2之间的电压值U=Umsimco t的值小于单极型瞬态电压抑制二极管TVSl的反向击穿电压uBl的值，即u < uBl，所述的TVSl等效为开路，故输出的脉冲电压U0=0、脉冲电流IO = O ;
在t = tl时，u = uBl,所述的TVSl反向击穿,等效为短路,形成脉冲电压UO陆直的上升沿，脉冲电流IO沿着Pl—Dl—TVSl—LED组件一D4 — P2的路径流动，LED组件300通电发光;
在tl t2的时域内，u > uBl，所述的TVSl保持等效短路，LED组件300保持通电发
光;
在t2 t01的时域内，u < uBl，所述的TVSl恢复截止，等效为开路，脉冲电流IO = O、脉冲电压U0=0，LED组件300断电，进入休息散热的状态；
综上所述当整流桥100的输入端I、输入端2之间的电压值u大于或等于单极型瞬态电压抑制二极管TVSl的反向击穿电压uBl的值，即u彡uBl时，所述的TVSl导通，桥臂一101也随之导通；反之，当u < uBl时，所述的TVSl截止，桥臂一 101也随之截止；
在t01 t02的时域内，AC电压为负半周，电压u为整流桥100之输入端I处于低电平、整流桥100之输入端2处于高电平的状态，桥臂一 101中的第一整流二极管Dl和桥臂四104中的第四整流二极管D4均因反向偏置而截止，等效为开路；换言之在AC电压为负半周时，桥臂一 101与桥臂四104均截止。在t01 t3的时域内，整流桥100的输入端2、输入端I之间的电压U=Umsimco t的值小于单极型瞬态电压抑制二极管TVS2的反向击穿电压uB2的值，即u < uB2，所述的TVS2等效为开路，故输出的脉冲电压U0=0、脉冲电流IO = O ；LED组件300继续断电，仍保持休息散热的状态；
在t = t3时，u = uB2，所述的TVS2反向击穿，等效为短路，形成脉冲电压UO的第二个脉冲之陡直的上升沿，脉冲电流IO沿着P2 — D2 — TVS2 — LED组件一D3 — Pl的路径流动，LED组件300通电发光；
在t3 t4的时域内，u > uB2，所述的TVS2保持等效短路，LED组件保持通电发光； 在t4 t02的时域内，u < uB2，所述的TVS2恢复截止，等效为开路，脉冲电流IO = O、脉冲电压U0=0，LED组件300断电，进入休息散热的状态；
综上所述当整流桥100的输入端2、输入端I之间的电压值u大于或等于单极型瞬态电压抑制二极管TVS2的反向击穿电压uB2的值，即u彡uB2时，所述的TVS2导通，桥臂二102也随之导通；反之，当u < uB2时，所述的TVS2截止，桥臂二 102也随之截止；
在AC电压过零点t01附近的t2 t3时域内，脉冲电流IO = O、脉冲电压U0=0，LED组件300断电，为休息散热的状态。在此状态下，发光二极管中“荧光粉”的“余辉”将保持LED组件300生辉发光。以上阐述了本实施例I在AC电压一个周期内的工作过程，t = t02之后，AC电压进入下一个周期，本实施例I的工作过程与以上阐述的工作过程相同。结合图2，在正常情况下，本实施例I的限幅电路200中的单极型瞬态电压抑制二极管TVS3两端电压U3的值小于其反向击穿电压uB3的值，即U3 < uB3，所述的TVS3等效开路，所述的限幅电路200不工作。当浪涌或雷击电压到来时，脉冲电压UO上升，导致U3 > uB3的条件成立，所述的TVS3反向击穿，等效短路，从而保护了 LED组件，使其不受浪涌或雷击而损坏；
温度过高是造成LED组件300损坏的重要原因。当LED灯的温度过高时，负温度系数热敏电阻NTC的阻值减小，其对脉冲电压UO的分压减小，导致U3 > uB3的条件成立，所述的TVS3反向击穿，等效短路，流经LED组件300的脉冲电流就急骤减小，其温升也随之减小，从而保护了 LED组件，其温升过度而损坏的威肋便被解除。综上所述，在正常情况下，限幅电路200中的单极型瞬态电压抑制二极管TVS3等效开路；当浪涌或雷击电压到来或LED灯的温度过高时，所述的TVS3反向击穿，等效短路。本实施例I的技术特征
1、结合图3，单极型瞬态电压抑制二极管TVSl、TVS2反向击穿电压uB的值，决定了脉冲电压UO的脉冲宽度T，单极型瞬态电压抑制二极管TVS1、TVS2反向击穿电压uB的值越高，脉冲电压UO的脉冲宽度T越小，反之，单极型瞬态电压抑制二极管TVS1、TVS2反向击穿电压uB的值越低，脉冲电压UO的脉冲宽度T越大。换言之可以通过选取不同反向击穿电压uB的单极型瞬态电压抑制二极管来达到调整LED组件300功率的目的；
2、结合图3、图4，本发明输出的脉冲电压UO的重复频率为AC电压频率的二倍，对50Hz的交流电，所述的脉冲电压UO的重复频率为100Hz，对60Hz的交流电，所述的脉冲电压UO的重复频率则为120Hz。人类可以感受到的最高闪烁频率是70Hz，因此，即使不计发光二极管中“荧光粉”的“余辉”效益，LED灯应用本发明，也不会给人产生闪烁的印象。3,LED灯应用本发明之后，按间歇工作的脉冲模式运行，即所述的脉冲电压UO输出高电平时，其通电发光，所述的脉冲电压UO输出低电平时，其断电休息、散热并利用“余
辉”生光。LED灯这种间歇工作并利用“余辉”效益的脉冲方式，带来了以下优点
(1)、降低了电耗；
(2)、降低了温升，延长了其使用寿命；
(3)、“余辉”效益，使其光线更柔和。图6为实施例2的电路原理图，本实施例2是将实施例I中的桥臂I、桥臂4，桥臂
2、桥臂3同时互易而设计成的“抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源”。图7为实施例3的电路原理图，本实施例3是将实施例I中的桥臂I、桥臂4互易而设计成的“抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源”。图8为实施例4的电路原理图，本实施例4是将实施例I中的桥臂2、桥臂3互易而设计成的“抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源”。本专业的技术人员应该清楚，作上述互易后设计的实施例2、实施例3、实施例4的·工作原理、工作过程均与实施例I相同。
权利要求
1.一种抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源，所述抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源具有整流桥和限幅电路两部份，其特征在于 所述限幅电路由负温度系数热敏电阻(NTC)与第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)串联而成，所述负温度系数热敏电阻(NTC)的第一端连接第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)的负极；所述负温度系数热敏电阻(NTC)的第二端作为第一输出端(3)，而所述第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)的正极作为第二输出端(4)并与线路地连接； 所述的整流桥由桥臂一、桥臂二、桥臂三及桥臂四组成；其中， 桥臂一和桥臂三分别由第四整流二极管(D4)和第三整流二极管(D3)构成，所述第四整流二极管(D4)的正极与第三整流二极管(D3)的负极相连后作为第一输入端(I)； 桥臂二由负极相连的第二整流二极管(D2)和第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)组成，所述第四整流二极管(D4)的正极与所述第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)的正极相连后接入所述第一输出端(3)； 桥臂四由负极相连的第一整流二极管(Dl)和第一单极型瞬态电压抑制二极管(TVSl)组成，所述第一整流二极管(Dl)的正极与所述第三整流二极管(D3)的正极相连后接入所述第二输出端(4)。
2.如权利要求I所述的抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源，其特征在于 在所述第一输入端(I)和第二输入端(2)之间接入AC电压；在第一输出端(3)和第二输出端(4)之间接入LED。
3.如权利要求I所述的抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源，其特征在于 所述的第一单极型瞬态电压抑制二极管(TVS1)、第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)和第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)可以由压敏电阻替代，但优先采用单极型瞬态电压抑制二极管。
全文摘要
本发明公开了一种抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源，所述抗浪涌电压的LED灯脉冲式驱动电源具有整流桥和限幅电路两部份,所述限幅电路由负温度系数热敏电阻(NTC)与第三单极型瞬态电压抑制二极管(TVS3)组成，所述的整流桥由桥臂一、桥臂二、桥臂三及桥臂四组成,其中，桥臂一和桥臂三分别由第四整流二极管(D4)和第三整流二极管(D3)构成，桥臂二由第二整流二极管(D2)和第二单极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)组成，桥臂四由第一整流二极管(D1)和第一单极型瞬态电压抑制二极管(TVS1)组成。
文档编号H05B37/02GK102938959SQ201210471730
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者汪孟金 申请人:宁波市镇海华泰电器厂