一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源的制作方法

本实用新型涉及一种纹波补偿的长寿命LED驱动电源，其属于开关电源尤其是LED驱动电源应用领域。

背景技术：

随着技术发展，照明市场对LED驱动电源的要求更加严格，如高可靠性、高效率、无频闪、长寿命等。传统的LED驱动电源采用电解电容进行滤波和稳压，而一般电解电容的寿命只有5k～10kh，与半导体器件LED的80k～100kh的工作寿命相差甚远，所以LED驱动电源中的电解电容严重制约了其整体寿命，限制了LED照明产业的进一步发展。因此，在不影响可靠性、效率、无频闪的前提下，使用长寿命、容值小的CBB电容或金属膜电容是LED驱动电源的发展趋势。现有的解决方法有采用谐波电流注入减小输入功率的脉动，实现无电解电容的目的，而注入谐波幅值越大，功率因数PF就越小，无法满足相关谐波标准要求。

技术实现要素：

针对现有LED驱动电源存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源，在保证高可靠性、高效率、无频闪的同时，消除了LED驱动电源中的电解电容，有效延长LED驱动电源的使用寿命。

本实用新型的技术方案是：一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源，包括：一交流输入单元、一整流滤波单元、一隔离式Zeta电路、一输出整流单元、一纹波补偿单元、一集成控制单元和LED负载单元；其特征在于：交流输入单元依次连接整流滤波单元、隔离式zeta 电路、输出整流单元、纹波补偿单元和LED负载单元，LED负载单元同时与集成控制单元连接。

所述整流滤波单元由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4及电容C1组成；所述二极管D1阴极与二极管D2阴极、电容C1正极相连，二极管D1阳极与二极管D3阴极相连，二极管D2阳极与二极管D4阴极相连，二极管D3阳极与二极管D4阳极、电容C1 负极相连；所述隔离式Zeta电路由开关管S1、电感L1、电容C2、变压器T1、电阻R1组成；所述开关管S1的漏极与电容C1正极相连，开关管S1源极与电感L1一端、电容C2负极相连，电容C2正极与变压器T1原边Np的同名端相连，电感L1另一端与电阻R1、变压器T1 原边Np的非同名端相连；所述输出整流单元由开关管S2、二极管D5组成；所述开关管S2 漏极与变压器T1副边Ns的同名端相连，开关管S2源极与二极管D5阴极、电感L2一端相连，二极管D5阳极与变压器T1副边Ns的非同名端相连；所述纹波补偿单元由电感L2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、放大器A1、PNP型三极管Q1、NPN型三极管Q2组成，其中三极管Q1和三极管Q2组成扩流电路，对放大器A1 的输出电流进行放大；所述电感L2一端与二极管D5阴极相连，电感L2另一端与电阻R2、电容C4正极相连，电阻R2右端与电阻R4、电阻R6、电容C3正极、LED负载正极相连，放大器A1反相端与电阻R3、电阻R5相连，放大器A1同相端与电阻R4、电容C5正极相连，放大器A1输出端与三极管Q1基极、三极管Q2的基极相连，三极管Q1发射极与三极管Q2 的发射极、电阻R5、电阻R6相连，电容C5负极、三极管Q2集电极接地；所述LED负载单元由n个LED灯串联、电容C3组成；所述LED阳极与电阻R2、电阻R4、电阻R6、电容C3正极相连，LED阴极与电容C3负极、二极管D5阳极相连；所述集成控制单元由光耦和PWM控制芯片组成。

所述由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电容C1组成的整流滤波单元实现交流-直流变换以及对输出电压进行滤波。

所述由开关管S1、电感L1、电容C2、变压器T1、电阻R1组成的隔离式Zeta电路实现对输出电压的调节及功率因数校正，变压器T1起到隔离输入和输出的作用，保证在工频电压工作下驱动电源的安全性。

所述由开关管S2、二极管D5组成的输出整流单元实现对输出电压整流，采用与开关管 S1同步的PWM信号控制开关管S2的导通和关断，减小驱动电源的整流损耗。

所述由电感L2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、放大器A1、PNP型三极管Q1、NPN型三极管Q2组成的纹波补偿单元实现对电感L2电流纹波检测及补偿输出电流，从而实现恒流输出。

与其他现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源，通过采用隔离式Zeta电路，很容易实现输入输出隔离、满足PF要求及驱动电源的工作条件；采用电阻检测电感电流及用放大器对电感电流进行检测补偿，能够使得产品的寿命更长，稳定性更好。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源的原理图；

图2为本实用新型的一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源的主要工作波形；

图3为本实用新型的一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源在开关管导通时的等效电路；

图4为本实用新型的一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源在开关管关断时的等效电路。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本实用新型的具体实施方式进行说明。

如图1所示，为一种基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源的原理图，包括：交流输入单元、整流滤波单元、隔离式Zeta电路、输出整流单元、纹波补偿单元、集成控制单元和LED 负载单元；其中，交流输入单元依次连接整流滤波单元、隔离式Zeta电路、输出整流单元、纹波补偿单元和LED负载单元，LED负载单元同时与集成控制单元连接。其中，所述整流滤波单元由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4及电容C1组成；所述二极管D1阴极与二极管D2阴极、电容C1正极相连，二极管D1阳极与二极管D3阴极相连，二极管D2 阳极与二极管D4阴极相连，二极管D3阳极与二极管D4阳极、电容C1负极相连；所述隔离式Zeta电路由开关管S1、电感L1、电容C2、变压器T1、电阻R1组成；所述开关管S1 的漏极与电容C1正极相连，开关管S1源极与电感L1一端、电容C2负极相连，电容C2正极与变压器T1原边Np的同名端相连，电感L1另一端与电阻R1、变压器T1原边Np的非同名端相连；所述输出整流单元由开关管S2、二极管D5组成；所述开关管S2漏极与变压器 T1副边Ns的同名端相连，开关管S2源极与二极管D5阴极、电感L2一端相连，二极管D5 阳极与变压器T1副边Ns的非同名端相连；所述纹波补偿单元由电感L2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、放大器A1、PNP型三极管Q1、NPN型三极管Q2组成，其中三极管Q1和三极管Q2组成扩流电路，对放大器A1的输出电流进行放大；所述电感L2一端与二极管D5阴极相连，电感L2另一端与电阻R2、电容C4正极相连，电阻R2右端与电阻R4、电阻R6、电容C3正极、LED负载正极相连，放大器A1反相端与电阻R3、电阻R5相连，放大器A1同相端与电阻R4、电容C5正极相连，放大器A1输出端与三极管Q1基极、三极管Q2的基极相连，三极管Q1发射极与三极管Q2的发射极、电阻 R5、电阻R6相连，电容C5负极、三极管Q2集电极接地；所述LED负载单元由n个LED 灯串联、电容C3组成；所述LED阳极与电阻R2、电阻R4、电阻R6、电容C3正极相连， LED阴极与电容C3负极、二极管D5阳极相连；所述集成控制单元由光耦PC817和PWM控制芯片HV9930组成。

图2为基于纹波补偿的长寿命LED驱动电源主要工作波形，从图中可以看出电路有两个工作模态。电路进入稳态后，电感电流i_L2可以分解为直流分量I_L2和交流分量之和，即

流过LED负载的电流为

如果

那么i_O＝I_L2。 (4)

因此，只要满足式(3)，有源纹波补偿电路可使流过LED负载的电流为恒定值。

1.工作过程分析

1)开关模态1[0-t₁]:开关管S1和开关管S2同时导通，二极管D5因两端承受反相电压而关断，其等效电路如图3所示。电路中形成三个回路：Vin-D1-S1-L1-R1-D4构成一回路，电源Vin向电感L1充电；C2-Np-R1-D4-Vin-D1-S1构成一回路，电容C2经变压器T1向电感 Ns传递能量；Ns-S2-L2-R2-LED构成一回路，电感Ns向电感L2、LED负载供电，电感L2 电流i_L2线性上升。假设变压器T1副边Ns两端电压为Us，输出电压为Uo，开关周期为Ts，开关管导通占空比为D，则电感L2的电流增量为：

开关模态2[t₁-t₂]:开关管S1和开关管S2同时关断，二极管D5导通为电感电流i_L2续流，其等效电路如图4所示。电路中形成两个回路：L1-Np-C2形成一回路，电感L1向电容C2 充电；L2-LED-D5形成另一回路，电感L2向LED负载供电，电感L2电流i_L2线性下降，电感L2的电流增量为：

模态2结束后就进入下一工作周期。由于在一个开关周期内△i_L2(on)+△i_L2(off)＝0，因此 LED驱动电源工作的条件为：

以上仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限定本实用新型的产品形态和样式，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。