无桥无电解电容低纹波大功率led灯恒流电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，包括交流供电电路、控制电路、耦合输出电路和纹波抑平电路；交流供电电路包括分别受控于交流电源Uin正、负半波的恒流驱动芯片U1和U2，及交流电正、负半波电流回路，上述电流回路的电流均流经磁集成变压器TR的原边绕组N11和N12，以在副边绕组NV1和NV2分别感应电压经控制电路提供恒流驱动芯片U1和U2的工作电压，在中柱次级绕组N2产生感应次级电流经耦合输出电路输出到负载LED灯；纹波抑平电路平抑电流纹波；本发明的恒流电源不使用桥式整流和电解电容而提升电功功率、提高可靠性、扩流提升芯片驱动能力、降低芯片工作温度提高寿命、恒流精度高、电流纹波小、LED灯不闪烁、电路符合环保原则。
【专利说明】无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源
【技术领域】
[0001]本发明属于LED灯恒流电源技术，特别涉及无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源。
【背景技术】
[0002]上海占空比电子科技有限公司的DU系列芯片，是把成熟的低成本的模拟技术以及高精度的数码编程技术相结合，其中，DU8966芯片是性价比优秀的LED恒流电源驱动芯片之一，基于每个脉冲闭环恒流控制技术，适应于宽电源电压、宽负载电压和电感参数较宽的条件，恒流精度为3 %，高PF功率因数，低谐波THD ；DU8966内置准谐振TRUQR技术，使电力电子开关每个脉冲都实现真正的“谷底开关”，降低了 EMI平扰电平、电力电子开关损耗和温升，提升电功效率。DU8966芯片作为高效源极驱动，电路简洁，大批量生产的通过率、对输入交流电源宽范围适应性、对负载电感量误差的适应性都很好，成品率稳定。但是，局限于内置MOSFET的驱动能力有限，DU8966只适用于45W以下的中小功率LED灯，难以驱动百瓦级以上的大功率LED灯。再者，目前应用DU8966的LED灯恒流电源都采用桥式整流，桥式整流不仅损失了低压电源的电功功率，而且桥式整流二极管的本身未导通时造成“工作死区”，降低恒流电源可靠性；在负载端采用电解电容进行滤波实现LED灯的低纹波，由于电解电容的寿命远远小于LED灯的寿命，减少了恒流电源的使用寿命，降低了可靠性。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种不使用桥式整流和电解电容的提升电功功率、提高可靠性、提高芯片驱动能力、降低芯片工作温度的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，从而实现提高其工作寿命、恒流精度高、电流纹波小、LED灯不闪烁、电路环保。
[0004]本发明以如下技术方案解决上述技术问题:
[0005]无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，包括:交流供电电路、控制电路、耦合输出电路和纹波抑平电路；
[0006]所述交流供电电路连接交流电源Uin，包括分别受控于交流电源Uin正半波和负半波极性控制交替工作或休息半个波的恒流驱动芯片Ul和高电压大电流电子开关Tl、恒流驱动芯片U2和高电压大电流电子开关T2，以及，由恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2分别控制导通的交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路，上述电流回路的电流均流经磁集成变压器TR的原边绕组Nll和原边绕组N12，以在磁集成变压器TR的副边绕组NVl和副边绕组NV2分别产生感应电压，在磁集成变压器TR的中柱次级绕组N2产生感应次级电流；
[0007]所述控制电路包括交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路的导通控制电路、恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2的启动电路、自供电电路和恒流控制电路；
[0008]所述耦合输出电路把上述中柱次级绕组N2产生的感应次级电流经整流、滤波后输出到负载LED灯；
[0009]所述纹波抑平电路用于回收交流电源和交流供电电路中产生的谐波THD和电磁干扰EMI，经整流后输出到负载LED灯；
[0010]所述恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2均采用型号为DU8966的集成芯片。
[0011]所述磁集成变压器TR包括“日”字型磁芯柱，以及，原边绕组Nll和原边绕组N12分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，副边绕组NVl和副边绕组NV2分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，中柱次级绕组N2绕在“日”字型磁芯柱的中柱上，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。
[0012]所述交流电正半波电流回路为:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nll的异名端和同名端、高电压大电流电子开关Tl的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；受控于该交流电正半波，恒流驱动芯片Ul工作，恒流驱动芯片U2不工作；
[0013]所述交流电负半波电流回路为:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组N12的同名端和异名端、高电压大电流电子开关T2的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D1、原边绕组Nll的同名端和异名端、熔断保险丝F，回到交流电源Uin的正极性L端；受控于该交流电负半波，恒流驱动芯片U2工作，恒流驱动芯片Ul不工作。
[0014]所述交流电正半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cjl的一端连接原边绕组Nll的同名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片Ul的Vgs引脚、稳压电容C71的一端、低电压大电流MOSFET管T51的栅极和漏极，稳压电容C71的另一端连接公共零电位OV ;低电压大电流MOSFET管T51的源极同时连接高电压大电流电子开关Tl的栅极和电阻R51的一端，电阻R51的另一端连接恒流驱动芯片Ul的DRN引脚；当稳压电容C71两端的电压为正15伏时，高电压大电流电子开关Tl导通，交流电正半波电流回路导通；
[0015]所述交流电负半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cj2的一端连接原边绕组N12的异名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片U2的Vgs引脚、稳压电容C72的一端、低电压大电流MOSFET管T52的栅极和漏极，稳压电容C72的另一端连接公共零电位0V，低电压大电流MOSFET管T52的源极同时连接高电压大电流电子开关T2的栅极和电阻R52的一端，电阻R52的另一端连接恒流驱动芯片U2的DRN引脚；当稳压电容C72两端的电压为正15伏时，高电压大电流电子开关T2导通，交流电负半波电流回路导通。
[0016]所述恒流驱动芯片Ul的启动电路包括:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nll的异名端和同名端、启动电容Cjl、贮能电容Cv、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；恒流驱动芯片Ul的VCC引脚连接在启动电容Cjl和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片Ul启动工作；
[0017]所述恒流驱动芯片U2的启动电路包括:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组NI2的同名端和异名端、启动电容Cj2、贮能电容Cv、公共零电位OV、二极管D1、原边绕组Nll的同名端异名端、熔断保险丝F、回到交流电源Uin的正极性L端；恒流驱动芯片U2的VCC引脚连接在启动电容Cj2和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片U2启动工作；
[0018]所述自供电电路，用于在恒流驱动芯片Ul或恒流驱动芯片U2启动后，提供恒流驱动芯片Ul或恒流驱动芯片U2的工作电压；该自供电电路包括:副边绕组NVl的同名端经限流电阻R13连接二极管D13的正极，二极管D13的负极连接二极管D14的负极，二极管D14的正极经限流电阻R14连接副边绕组NV2的异名端，恒流驱动芯片Ul的VCC引脚、恒流驱动芯片U2的VCC引脚和贮能电容Cv的一端同时连接在二极管D13和二极管D14之间，贮能电容Cv的另一端、副边绕组NVl的异名端、副边绕组NV2的同名端、恒流驱动芯片Ul的GND引脚和恒流驱动芯片U2的GND引脚均连接公共零电位OV。
[0019]所述恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2的恒流控制电路包括:副边绕组NVl输出的感应电压经过电阻Rll和电阻rll的分压反馈到恒流驱动芯片Ul的FB引脚，副边绕组NV2输出的感应电压经过电阻R12与电阻rl2的分压反馈到恒流驱动芯片U2的FB引脚；采样电阻RCS的一端同时连接恒流驱动芯片Ul的CS引脚和恒流驱动芯片U2的CS引脚，另一端连接公共零电位OV。
[0020]所述耦合输出电路包括:中柱次级绕组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，中柱次级绕组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灯的的两端还并联RC并联滤波电路；通过设计中柱次级绕组N2的匝数，适配各电压等级的负载LED灯。
[0021]所述纹波抑平电路包括: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的一端并同时连接在贮能电容COl和贮能电容C02之间，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312的正极和二极管D322的正极均连接负载LED灯的负极端。
[0022]本发明的显著优点在于:
[0023]1、利用输入交流电源过零之后正半波或者负半波的半波时段的极性控制两片DU8966集成芯片交替工作或休息半个波高频PWM恒流控制主回路电流，通过低电压大电流MOSFET管源极驱动控制高电压大电流电子开关导通形成大电流流通回路，代替整流桥实现无桥式整流，直接产生高频RF的AC-AC工作模式，提高了功率因数PF值，有效提升交流电源的电功效率，降低了成本。
[0024]2、不用电解电容，提升LED恒流电源可靠性。
[0025]3、运用磁集成技术，在普通三柱磁芯的两边柱设置初级绕组NI I和N12 ;中柱次级绕组N2安排在磁芯中柱，在两边柱边角处设置附加绕组N31和N32，充分利用绕组漏电感也参与正能量的工作。原边绕组Nll和N12经启动电容Cjl和Cj2及安规电容Cx构成LC闭合回路，当交流电源Uin过零，或内部电力电子开关的“死区时段”瞬间，该LC闭合回路回收杂散电磁场原本有害的谐波负能量，转化为中柱次级绕组N2、附加绕组N31和N32的正能量，回馈给负载LED灯，既提升电功功率，又降低了 THD和EMI。
[0026]4、因不用电解电容，对于无滤波之高纹波问题，本发明利用边柱磁通与中柱合成磁通之间存在相位差作用，在两边柱边角处设置附加绕组N31和N32，并分别串入电感L31、电感L32，与电容COl及与电容C02分别构成“串联谐振回路”，分别调谐在电源谐波THD中存在谐波能量较大的两个频率，于是把原本有害的谐波交流能量，化害为利，回收转化为直流电流源，向滤波电容CO供电，起到抑平LED电流纹波的作用，所以，不必用大电容量的电解电容作滤波电容，就可以实现LED低纹波，既避免了使用电解电容导致的可靠性问题，也避免了电解质污染，实现电路环保，提高了恒流电源的可靠性和工作寿命；
[0027]5、在交流供电电路的大电流流通回路，大电流不再象现有技术那样流经DU8966集成芯片内置的MOSFET管，能降低芯片工作温度，提高其使用寿命；
[0028]6、DU8966芯片通过低电压大电流MOSFET管源极输出驱动高电压大电流电子开关，低电压大电流MOSFET管起了扩流作用，实现小功率芯片DU8966驱动高电压大电流电子开关的目的，从而实现把DU8966芯片从45瓦以内小功率控制运用到百瓦级大功率LED灯电源；
[0029]7、发挥了 DU8966高功率因数、适应宽电源、适应宽负载电压、适应贮能电感较宽公差但仍有恒流精度高、电流纹波小、LED灯不闪烁、成本低的优点；
[0030]8、用启动电容Cjl和Cj2的容抗作为不消耗有功功率的启动方案，取代传统的电阻降压启动方案。
[0031 ] 9、电路中的公共零电位悬空，实现等电位，可以降低雷电的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合图1对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0034]如图1所示，无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，包括:交流供电电路、控制电路、耦合输出电路和纹波抑平电路；
[0035]本发明的恒流电源采用磁集成变压器TR，包括“日”字型磁芯柱，以及，原边绕组Nll和原边绕组N12分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，副边绕组NVl和副边绕组NV2分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，中柱次级绕组N2绕在“日”字型磁芯柱的中柱上，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。
[0036]所述交流供电电路连接交流电源Uin，包括分别受控于交流电源Uin正半波和负半波极性控制交替工作或休息半个波的恒流驱动芯片Ul和高电压大电流电子开关Tl、恒流驱动芯片U2和高电压大电流电子开关T2，以及，由恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2分别控制导通的交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路，上述电流回路的电流均流经磁集成变压器TR的原边绕组Nll和原边绕组N12，以在磁集成变压器TR的副边绕组NVl和副边绕组NV2分别产生感应电压，在磁集成变压器TR的中柱次级绕组N2产生感应次级电流；恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2均采用型号为DU8966的集成芯片。
[0037]所述交流电正半波电流回路为:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nll的异名端和同名端、高电压大电流电子开关Tl的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；受控于该交流电正半波，恒流驱动芯片Ul工作，恒流驱动芯片U2不工作；
[0038]所述交流电负半波电流回路为:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组N12的同名端和异名端、高电压大电流电子开关T2的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D1、原边绕组Nll的同名端和异名端、熔断保险丝F，回到交流电源Uin的正极性L端；受控于该交流电负半波，恒流驱动芯片U2工作，恒流驱动芯片Ul不工作。
[0039]所述控制电路包括交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路的导通控制电路，恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2的启动电路、自供电电路和恒流控制电路；
[0040]所述交流电正半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cjl的一端连接原边绕组Nll的同名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片Ul的Vgs引脚、稳压电容C71的一端、低电压大电流MOSFET管T51的栅极和漏极，稳压电容C71的另一端连接公共零电位OV ;低电压大电流MOSFET管T51的源极同时连接高电压大电流电子开关Tl的栅极和电阻R51的一端，电阻R51的另一端连接恒流驱动芯片Ul的DRN引脚；忽略低电压大电流MOSFET管T51的导通内阻res (on)，相当于稳压电容C71两端的电压为正15伏直接驱动高电压大电流电子开关Tl导通，交流电正半波电流回路导通；
[0041]所述交流电负半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cj2的一端连接原边绕组N12的异名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片U2的Vgs引脚、稳压电容C72的一端、低电压大电流MOSFET管T52的栅极和漏极，稳压电容C72的另一端连接公共零电位0V，低电压大电流MOSFET管T52的源极同时连接高电压大电流电子开关T2的栅极和电阻R52的一端，R52的另一端连接恒流驱动芯片U2的DRN引脚；忽略低电压大电流MOSFET管T52的导通内阻res (on)，相当于稳压电容C72两端的电压为正15伏直接驱动高电压大电流电子开关T2导通，交流电负半波电流回路导通。
[0042]所述恒流驱动芯片Ul的启动电路包括:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nll的异名端和同名端、启动电容Cjl、贮能电容Cv、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；恒流驱动芯片Ul的VCC引脚连接在启动电容Cjl和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片Ul启动工作；
[0043]所述恒流驱动芯片U2的启动电路包括:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组NI2的同名端和异名端、启动电容Cj2、贮能电容Cv、公共零电位0V、二极管D1、原边绕组Nll的同名端异名端、熔断保险丝F、回到交流电源Uin的正极性L端；恒流驱动芯片U2的VCC引脚连接在启动电容Cj2和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片U2启动工作；
[0044]所述自供电电路，用于在恒流驱动芯片Ul或恒流驱动芯片U2启动后，提供恒流驱动芯片Ul或恒流驱动芯片U2的工作电压；该自供电电路包括:副边绕组NVl的同名端经限流电阻R13连接二极管D13的正极，二极管D13的负极连接二极管D14的负极，二极管D14的正极经限流电阻R14连接副边绕组NV2的异名端，恒流驱动芯片Ul的VCC引脚、恒流驱动芯片U2的VCC引脚和贮能电容Cv的一端同时连接在二极管D13和二极管D14之间，贮能电容Cv的另一端、副边绕组NVl的异名端、副边绕组NV2的同名端、恒流驱动芯片Ul的GND引脚和恒流驱动芯片U2的GND引脚均连接公共零电位0V。
[0045]所述恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2的恒流控制电路包括:副边绕组NVl输出的感应电压经过电阻Rll和电阻rll的分压反馈到恒流驱动芯片Ul的FB引脚，副边绕组NV2输出的感应电压经过电阻R12与电阻rl2的分压反馈到恒流驱动芯片U2的FB引脚；采样电阻RCS的一端同时连接恒流驱动芯片Ul的CS引脚和恒流驱动芯片U2的CS引脚，另一端连接公共零电位OV。
[0046]在交流电源Uin串联熔断保险丝F的串联支路两端还分别并联压敏电阻Rv和安规电容Cx，用以保护电路；在高电压大电流电子开关Tl的发射极和栅极之间连接15V的保护二极管DZ1，在高电压大电流电子开关T2的发射极和栅极之间连接15V的保护二极管DZ2。
[0047]所述耦合输出电路包括:中柱次级绕组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，中柱次级绕组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灯的的两端还并联RC并联滤波电路。RC并联滤波电路包括并联的滤波电容CO和电阻R0。通过设计中柱次级绕组N2的匝数，适配目前市场上各电压等级的负载LED灯。
[0048]所述纹波抑平电路包括: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的一端并同时连接在贮能电容COl和贮能电容C02之间，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312的正极和二极管D322的正极均连接负载LED灯的负极端。
[0049]所述交流电正半波电流回路的导通控制电路的工作原理为:由于启动电容Cjl的容抗限流，对恒流驱动芯片Ul的Vgs引脚供电，发挥该Vgs引脚内置15伏、8毫安的稳压管的作用，使稳压电容C71两端有稳定电压正15±1伏。当恒流驱动芯片Ul的DRN引脚和CS引脚内部对通，视为该DRN引脚与CS引脚之间有0.5欧姆小电阻接通，源极驱动低电压大电流MOSFET管T51导通，相当于把高电压大电流电子开关Tl的栅极接通恒流驱动芯片Ul的Vgs引脚稳压15± I伏，于是高电压大电流电子开关Tl导通，有大电流流通所述交流电正半波电流回路，且该大电流不再流经恒流驱动芯片Ul内置的MOS管，恒流驱动芯片Ul减少发热。交流电负半波电流回路的导通控制电路的工作原理同上。从而，实现了无桥式整流的“无桥”工作，直接实现低频AF的交流电源转为恒流驱动芯片Ul控制高电压大电流电子开关Tl的高频RF的AC-AC工作模式，节约了桥式整流器，降低成本，提升了电功效率。
[0050]对于50赫兹的工业电源而言，交流电每半个波占10毫秒。在交流电正半波，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片Ul启动工作；上述10毫秒正半波时段，二极管D2导通，使高电压大电流电子开关T2失控不工作休息10毫秒；当恒流驱动芯片Ul启动工作后，由自供电电路向恒流驱动芯片Ul提供工作电压，当供电电容Cv两端电端在7.5至27伏之间，恒流驱动芯片Ul正常工作；当供电电容Cv两端电端低于7.5伏，恒流驱动芯片Ul欠压保护；当供电电容Cv两端电端高于27伏，恒流驱动芯片Ul过压保护。同理，在交流电负半波，二极管Dl导通，高电压大电流电子开关Tl失控不工作休息10毫秒，恒流驱动芯片U2工作原理同上。
[0051]当交流电源Uin输入的交流电过零时，供电电容Cv两端电压大于7.5伏的时间大于10ms，则恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2均工作，但此时无交流电源能量输入，称为“死区”。
[0052]所述耦合输出电路的工作原理为:当在交流电正半波10毫秒时段，恒流驱动芯片Ul驱动高电压大电流电子开关Tl工作，50赫芝的交流转变为20千赫芝超音频脉冲，这时磁集成变压器TR的边柱磁通从右向左流向中柱，而中柱磁通由左向右流动；反之，当在交流电负半波10毫秒时段，恒流驱动芯片U2驱动高电压大电流电子开关T2工作，50赫芝的交流电转变为20千赫芝超音频脉冲，这时边柱磁通从左向右流向中柱，而中柱磁通由右向左流动；双向流动的磁通切割中柱次级绕组N2，产生感应次级电流ILED，经整流二极管DOl和整流二极管D02整流，成为直流电流贮存在贮能电容COl和贮能电容C02，同时向RC并联滤波电路的滤波电容CO充电并向负载LED灯供电。由于整流二极管DOI和整流二极管D02，与贮能电容COl和贮能电容C02之间组合成为“倍电压整流”，具有自动倍频作用，所以，RC并联滤波电路的滤波电容CO不必使用大电容量的电解电容，就可以得到较低的纹波；优于常见传统反激式半波整流向LED供电发生较大纹波。
[0053]在交流电正半波，无论恒流驱动芯片Ul是否工作，当采样电阻RCS两端压降达1.2伏时，该脉冲截止；恒流驱动芯片Ul的FB引脚检测电感电流为零，符合“谷底开关”原则时，恒流驱动芯片Ul才输出下一个脉冲启动信号，实现精细的逐个脉冲占空比调控，实现3%恒流精度。同理，在交流电负半波，恒流驱动芯片U2也实现精细的逐个脉冲占空比调控，实现3%恒流精度。
[0054]从伏安特性看负载LED灯，其实质是一串三伏稳压二极管串联，所以，须用直流电流源恒流向负载LED灯供电，区别于传统的以直流电压源稳压向负载LED灯供电，明显提升了负载LED灯工作的可靠性。
[0055]由于交流电源本身存在谐波，更由于恒流驱动芯片Ul和恒流驱动芯片U2交替工作分别控制高电压大电流电子开关Tl和和高电压大电流电子开关T2的高频开关运行，力口上磁特性B = f (H)曲线的非线性，必然存在THD谐波，这些THD谐波及EMI干扰均属于有害的负能量；为此，由附加绕组N31和附加绕组N32回收这些负能量，分别由二极管D311、二极管D312、二极管D321和二极管D322把回收的负能量转化为直流电流源正能量，向滤波电容CO充电同时向负载LED灯供电，抑平负载LED灯的电流纹波，所以不必使用电解电容也有低纹波，提升了性价比。
[0056]还可以进一步地，在附加绕组N31的一端与二极管D311的正极之间增加调谐电感L31，以及在附加绕组N32的一端与二极管D321的正极之间增加调谐电感L32，调谐THD谐波之中能量较集中的谐波频率，使上述化害为利的作用更有效。
[0057]优选低电压大电流MOSFET管T51和低电压大电流MOSFET管T52为约20V的低电压MOSFET、Ugs4.5v饱和导通的高灵敏度、大电流约为5安至20安的MOSFET管，价格很低廉。由于低电压大电流MOSFET管T51和低电压大电流MOSFET管T52工作在源极输出工作状况，其输出阻抗很低，能够高效率可靠地分别控制高电压大电流电子开关Tl和高电压大电流电子开关T2。本实施例的低电压大电流MOSFET管T51和低电压大电流MOSFET管T52采用20伏10安的MOSFET管10N02，高电压大电流电子开关Tl和高电压大电流电子开关T2采用650伏24A的IGBT24N65，稳压电容C71和C72为105/25V电容，通过灵活设计采样电阻RCS的值可以使本发明的恒流电源有1000W以下输出功率，于是，本发明的恒流电源能使DU8966集成芯片从只有45瓦以下小功率驱动能力，扩展为数百瓦以上大功率驱动能力，极大提升了恒流电源的性价比，满足了大功率LED灯对大功率恒流电源的需求。
【权利要求】
1.无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，包括:交流供电电路、控制电路、耦合输出电路和纹波抑平电路； 所述交流供电电路连接交流电源Uin，包括分别受控于交流电源Uin正半波和负半波极性控制交替工作或休息半个波的恒流驱动芯片U1和高电压大电流电子开关T1、恒流驱动芯片U2和高电压大电流电子开关T2，以及，由恒流驱动芯片U1和恒流驱动芯片U2分别控制导通的交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路，上述电流回路的电流均流经磁集成变压器TR的原边绕组Nl 1和原边绕组N12，以在磁集成变压器TR的副边绕组NV1和副边绕组NV2分别产生感应电压，在磁集成变压器TR的中柱次级绕组N2产生感应次级电流； 所述控制电路包括交流电正半波电流回路和交流电负半波电流回路的导通控制电路、恒流驱动芯片U1和恒流驱动芯片U2的启动电路、自供电电路和恒流控制电路； 所述耦合输出电路把上述中柱次级绕组N2产生的感应次级电流经整流、滤波后输出到负载LED灯； 所述纹波抑平电路用于回收交流电源和交流供电电路中产生的谐波THD和电磁干扰EMI，经整流后输出到负载LED灯； 所述恒流驱动芯片U1和恒流驱动芯片U2均采用型号为DU8966的集成芯片。
2.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述磁集成变压器TR包括“日”字型磁芯柱，以及，原边绕组Nil和原边绕组N12分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，副边绕组NV1和副边绕组NV2分别对称地绕在“日”字型磁芯柱的两个边柱上，中柱次级绕组N2绕在“日”字型磁芯柱的中柱上，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。
3.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述交流电正半波电流回路为:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nil的异名端和同名端、高电压大电流电子开关T1的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；受控于该交流电正半波，恒流驱动芯片U1工作，恒流驱动芯片U2不工作； 所述交流电负半波电流回路为:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组N12的同名端和异名端、高电压大电流电子开关T2的集电极和发射极、公共零电位0V、二极管D1、原边绕组Nil的同名端和异名端、熔断保险丝F，回到交流电源Uin的正极性L端；受控于该交流电负半波，恒流驱动芯片U2工作，恒流驱动芯片U1不工作。
4.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述交流电正半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cjl的一端连接原边绕组Nil的同名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片U1的Vgs引脚、稳压电容C71的一端、低电压大电流MOSFET管T51的栅极和漏极，稳压电容C71的另一端连接公共零电位0V ;低电压大电流MOSFET管T51的源极同时连接高电压大电流电子开关T1的栅极和电阻R51的一端，电阻R51的另一端连接恒流驱动芯片U1的DRN引脚；当稳压电容C71两端的电压为正15伏时，高电压大电流电子开关T1导通，交流电正半波电流回路导通； 所述交流电负半波电流回路的导通控制电路包括:启动电容Cj2的一端连接原边绕组N12的异名端，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极经电阻R6同时连接恒流驱动芯片U2的Vgs引脚、稳压电容C72的一端、低电压大电流MOSFET管T52的栅极和漏极，稳压电容C72的另一端连接公共零电位0V，低电压大电流MOSFET管T52的源极同时连接高电压大电流电子开关T2的栅极和电阻R52的一端，电阻R52的另一端连接恒流驱动芯片U2的DRN引脚；当稳压电容C72两端的电压为正15伏时，高电压大电流电子开关T2导通，交流电负半波电流回路导通。
5.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述恒流驱动芯片U1的启动电路包括:在交流电正半波，电流从交流电源Uin的正极性L端流出，依次流经熔断保险丝F、原边绕组Nil的异名端和同名端、启动电容Cjl、贮能电容Cv、公共零电位0V、二极管D2、原边绕组N12的异名端和同名端，回到交流电源Uin的负极性N端；恒流驱动芯片U1的VCC弓丨脚连接在启动电容Cj 1和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片U1启动工作； 所述恒流驱动芯片U2的启动电路包括:在交流电负半波，电流从交流电源Uin的负极性N端流出，依次流经原边绕组N12的同名端和异名端、启动电容C j2、贮能电容Cv、公共零电位0V、二极管D1、原边绕组Nil的同名端异名端、熔断保险丝F、回到交流电源Uin的正极性L端；恒流驱动芯片U2的VCC引脚连接在启动电容Cj2和贮能电容Cv之间，当贮能电容Cv两端电压大于7.5伏，恒流驱动芯片U2启动工作； 所述自供电电路，用于在恒流驱动芯片U1或恒流驱动芯片U2启动后，提供恒流驱动芯片U1或恒流驱动芯片U2的工作电压；该自供电电路包括:副边绕组NV1的同名端经限流电阻R13连接二极管D13的正极，二极管D13的负极连接二极管D14的负极，二极管D14的正极经限流电阻R14连接副边绕组NV2的异名端，恒流驱动芯片U1的VCC引脚、恒流驱动芯片U2的VCC引脚和贮能电容Cv的一端同时连接在二极管D13和二极管D14之间，贮能电容Cv的另一端、副边绕组NV1的异名端、副边绕组NV2的同名端、恒流驱动芯片U1的GND引脚和恒流驱动芯片U2的GND引脚均连接公共零电位0V。
6.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述恒流驱动芯片U1和恒流驱动芯片U2的恒流控制电路包括:副边绕组NV1输出的感应电压经过电阻R11和电阻rll的分压反馈到恒流驱动芯片U1的FB引脚，副边绕组NV2输出的感应电压经过电阻R12与电阻rl2的分压反馈到恒流驱动芯片U2的FB引脚；采样电阻RCS的一端同时连接恒流驱动芯片U1的CS引脚和恒流驱动芯片U2的CS引脚，另一端连接公共零电位0V。
7.根据权利要求1所述的无桥无电解电容低纹波大功率LED灯恒流电源，其特征在于，所述耦合输出电路包括:中柱次级绕组N2的一端同时连接贮能电容C01的一端和贮能电容C02的一端，中柱次级绕组N2的另一端同时连接整流二极管D01的正极和整流二极管D02的负极，贮能电容C01的另一端和整流二极管D01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灯的的两端还并联RC并联滤波电路；通过设计中柱次级绕组N2的匝数，适配各电压等级的负载LED 灯。
8.根据权利要求1所述的可控硅调光低压无闪烁LED灯恒流电源，其特征在于，所述纹波抑平电路包括: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的一端并同时连接在贮能电容C01和贮能电容C02之间，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312的正极和二极管D322的正极均连接负载LED灯的负极端。
【文档编号】H05B37/02GK104284481SQ201410425933
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】李明峰, 野娜, 常小霞, 石常青, 王希天 申请人:上海占空比电子科技有限公司, 李明峰, 野娜, 常小霞, 石常青, 王希天