一种单级高压直流供电的LED开关电源的制作方法

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种单级高压直流供电的led开关电源。

背景技术：

开关电源就是由线性稳压电源发展而来，并随技术高速的发展，已作为一种生活中的常见用品而被广泛的普及。

作为高效率隔离式led开关电源，现有的主流方案采用单级开关电源方案，其开关电路采用单级开关电源方案，其开关电路的拓扑采用的是反激式开关电源电路，用以获得最佳的性价比，但电能转换效率较低，究其根本原因在于开关电路中钳位电路部分存在固定的电能消耗，这部分的电能消耗还会随电源功率的增加而成倍地增长。因此，有必要对led开关电源进行改进来提高电源转换效率。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种单级高压直流供电的led开关电源，相对于传统的开关电源，通过限制电路的实施成本和复杂性来有效提升电源转换效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种单级高压直流供电的led开关电源，包括主电路和控制电路；其中，

所述主电路包括hvdc输入emc单元、非隔离降压式开关电路单元、输出emc单元、信号采集单元、开关信号驱动单元和第一初级信号接口单元；其中，

hvdc输入emc单元连向非隔离降压式开关电路单元以及信号采集单元，非隔离降压式开关电路单元连向信号采集单元以及输出emc单元，信号采集单元连向第一初级信号接口单元，第一初级信号接口单元连向开关信号驱动单元以及控制电路，开关信号驱动单元连向非隔离降压式开关电路单元；

所述控制电路包括待机电源供电单元、数字电源控制器单元、信号隔离单元、初级信号调理单元、次级信号调理单元、通信编程接口单元、第二初级信号接口单元和次级信号接口单元；其中，

待机电源供电单元连接主电路中的第一初级信号接口单元并还连向数字电源控制器单元以及第二初级信号接口单元，数字电源控制器单元与信号隔离单元及通信编程接口单元相互连接并还连向初级信号调理单元以及主电路中的开关信号驱动单元，初级信号调理单元连向第二初级信号接口单元，信号隔离单元与次级信号调理单元相互连接，次级信号调理单元连向次级信号接口单元。

其中，所述非隔离降压式开关电路单元包括由开关管q1和非隔离电感ld2形成的反激驱动式降压电路；其中，

开关管q1的栅极连向开关信号驱动单元用以接收控制电路中的数字电源控制器单元产生的pwm信号，源极连向开关信号驱动单元用以接收第一初级信号接口单元的电压信号以及非隔离电感ld2的一端，漏极接地；

非隔离电感ld2的另一端连向输出emc单元。

其中，所述待机电源供电单元包括由电感fl1、电容ec2、二极管fd3串联形成的降压开关电路、反激集成开关u1以及反馈电阻r1；其中，

反激集成开关u1与反馈电阻r1形成环路；

反馈电阻r1的一端连向降压开关电路的输入端，另一端连向输出电压保持单元；

降压开关电路的输出端连向数字电源控制器单元，形成数字电源控制器单元所需的工作电压源vcc。

其中，所述初级信号调理单元包括三极管t1和电阻r12；其中，

三极管t1的集电极连向第二初级信号接口单元，发射极连向数字电源控制器单元，基极连向电阻r12的输入端；

电阻r12的输出端形成为数字电源控制器单元中模拟比较器的参考输入信号源。

其中，所述次级信号调理单元包括运算放大器u3b、光敏二极管、三极管t2、电阻r23和电阻r24；其中，

运算放大器u3b的正输入端连向第二次级信号接口单元，负输入端与输出端连接，输出端连向光敏二极管的正极和三极管t2的集电极；

光敏二极管的负极连向三极管t2的基极和电阻r23的输入端；

三极管t2的发射极连向电阻r24的输入端；

电阻r23的输出端连向电阻r24的输出端并接地。

其中，所述信号隔离单元包括与光敏二极管对应的光耦oc1以及可调电阻pt1；其中，

光耦oc1的输入端与光敏二极管对应，输出端连向可调电阻pt1的输入端；

可调电阻pt1的输出端接地，可调端连向数字电源控制器单元。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明在主电路中将现有的有源反激钳位方法改进为反激buck降压电路来提升电源转换功率，还在控制电路中将现有的控制模块电路与待机供电单元及初次级信号隔离耦合电路集成一起，不仅有效提升主电路电源转换效率、限制电路实施成本和复杂性，还简化控制电路的接口信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的单级高压直流供电的led开关电源的原理方框图；

图2为图1中主电路的电路连接图；

图3为图1中主电路的非隔离降压式开关电路单元的反激降压原理图；

图4为图1中控制电路的电路连接图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提出的一种单级高压直流供电的led开关电源，包括主电路和控制电路。

该主电路包括hvdc输入emc单元、非隔离降压式开关电路单元、输出emc单元、信号采集单元、开关信号驱动单元和第一初级信号接口单元；其中，

hvdc输入emc单元连向非隔离降压式开关电路单元以及信号采集单元，非隔离降压式开关电路单元连向信号采集单元以及输出emc单元，信号采集单元连向第一初级信号接口单元，第一初级信号接口单元连向开关信号驱动单元以及控制电路，开关信号驱动单元连向非隔离降压式开关电路单元；

该控制电路包括待机电源供电单元、数字电源控制器单元、信号隔离单元、初级信号调理单元、次级信号调理单元、通信编程接口单元、第二初级信号接口单元和次级信号接口单元；其中，

待机电源供电单元连接主电路中的第一初级信号接口单元并还连向数字电源控制器单元以及第二初级信号接口单元，数字电源控制器单元与信号隔离单元及通信编程接口单元相互连接并还连向初级信号调理单元以及主电路中的开关信号驱动单元，初级信号调理单元连向第二初级信号接口单元，信号隔离单元与次级信号调理单元相互连接，次级信号调理单元连向次级信号接口单元。

在本发明实施例中，如图2所示，非隔离降压式开关电路单元包括由开关管q1和非隔离电感ld2形成的反激驱动式降压电路；其中，开关管q1的栅极连向开关信号驱动单元用以接收控制电路中的数字电源控制器单元产生的pwm信号，源极连向开关信号驱动单元用以接收第一初级信号接口单元的电压信号以及非隔离电感ld2的一端，漏极接地；非隔离电感ld2的另一端连向输出emc单元。

此时，直流供电的led驱动电源，输入电压经过hvdc输入emc电磁兼容单元生成220v的uvdc电压，uvdc经过第一初级信号接口单元到达控制电路，控制电路产生pwm脉冲信号控制非隔离降压式开关电路单元中的开关管q1的开关导通，非隔离电感ld2起储能释放能量作用，形成反激buck降压电路。最后产生的电压电流经过输出emc单元供给led灯。

应当说明的是，非隔离降压式开关电路单元主要运用了反激降压电路原理，以及反激驱动功率三极管开关导通，变压器用的是非隔离电感，形成反激降压，达到输出所需的电压。

如图3所示，因为使用的是反激驱动，所以当开关s导通的时候，由于变压器同名端相反，初级电感储存能量，当开关s断开以后，变压器初级绕组释放能量给次级绕组，达到降压的效果。

在本发明实施例中，如图2所示，hvdc输入emc单元中电磁干扰主要来自于主电路中的buck电路通过载流导体传播产生的干扰，为了消除电磁干扰，在输入和输出电路中加入了共模电感lc1、lc2，在一定程度上增加了电路的电磁可靠性。本设计选用的是8mh，5a的共模电感。

由于电容cy5、cy6、cx1三个电容的并联，抑制干扰的效果更佳。图中的lc2、cy5和cy6是用消除共模干扰的，cx1和cy2、cy3是来消除串模干扰。gdt1为放电管，可以使cx1上积累的电荷排放掉，防止因电荷的累积从而影响到滤波特性；断开电源后还可以使电源的进入线ln1、nu1不带电，这样能大大提高电源的安全性。

在本发明实施例中，如图4所示，待机电源供电单元包括由电感fl1、电容ec2、二极管fd3串联形成的降压开关电路、反激集成开关u1以及反馈电阻r1；其中，反激集成开关u1与反馈电阻r1形成环路；反馈电阻r1的一端连向降压开关电路的输入端，另一端连向输出电压保持单元；降压开关电路的输出端连向数字电源控制器单元，形成数字电源控制器单元所需的工作电压源vcc。

此时，降压开关电路输出电压vp经由二极管fd2，fd1传达给反激集成开关u1的输入端vdd，使其得以闭环工作；电阻r1为反激集成开关u1的启动所设置。输入电压从hv端输入，经本单元后，产生开关电源电路所需的驱动电压源vp，同时产生数字电源控制单元所需的工作电压源vcc。

在本发明实施例中，如图3所示，初级信号调理单元包括三极管t1和电阻r12；其中，三极管t1的集电极连向第二初级信号接口单元，发射极连向数字电源控制器单元，基极连向电阻r12的输入端；电阻r12的输出端形成为数字电源控制器单元中模拟比较器的参考输入信号源。

该初级信号调理单元为一种单相限数模乘法器，用于产生比较器的参考输入信号。数字脉宽调制信号pcp3来自于数字电源控制器单元，它通过电阻r12和三极管t1作用于来自于第二初级信号接口单元的模拟信号vacc，产生信号icp3，提供给数字电源控制器单元mcu1内部的模拟比较器的参考输入端，其关系为icp3＝vacc*pcp3。

在本发明实施例中，如图4所示，次级信号调理单元包括运算放大器u3b、光敏二极管、三极管t2、电阻r23和电阻r24；其中，运算放大器u3b的正输入端连向第二次级信号接口单元，负输入端与输出端连接，输出端连向光敏二极管的正极和三极管t2的集电极；光敏二极管的负极连向三极管t2的基极和电阻r23的输入端；三极管t2的发射极连向电阻r24的输入端；电阻r23的输出端连向电阻r24的输出端并接地。

该次级信号调理单元为非线性修正电路，用于比例传递采样信号给信号隔离单元；来自于第二次级信号接口单元的采样信号idco，经过运算放大器u3b后，流进普通的非线性的光敏二极管；经过光敏二极管的电流经电阻r23的采样传给三极管t2，起到分流光敏二极管的电流的作用，此时它的非线性与三极管的非线性成为互补的关系，其互补效果的大小由电阻r23，r24决定。

在本发明实施例中，如图4所示，信号隔离单元包括与光敏二极管对应的光耦oc1以及可调电阻pt1；其中，光耦oc1的输入端与光敏二极管对应，输出端连向可调电阻pt1的输入端；可调电阻pt1的输出端接地，可调端连向数字电源控制器单元。

该信号隔离单元接收次级信号调理单元修正过后的信号通过光电耦合器件oc1，传达给可调电阻pt1，进而送达到数字电源控制器单元的icso端。

在本发明实施例中，如图3所示，通讯编程接口单元为通讯、编程二合一接口单元。当需要配置或编写数字电源控制器单元mcu1时，使用四个信号针脚nrst、swim、vp和gnd；当数字电源控制器单元mcu1在运行中需要通讯时，分享使用四个信号针脚rx、tx、vp和gnd。

在本发明实施例中，如图4所示，在第二初级信号接口单元中，1、hv工作输入电压源(600vpk-max)；2、vac输入电压采样信号(1v2max,3ktognd)；3、gnd初级地；4、vp初级输出电压(12v,300ma)；5、vsw开关电压采样信号(1v2max,1k5tognd)；6、vacc开关电流比较器参考输入信号；7、urxi/o口；8、utxi/o口；9、icsm开关电流比较器采样输入信号(1v2max)；10、pwm1脉冲信号，主(10ktognd)；11、pwm2脉冲信号，从1(10ktognd)；12、pwm5脉冲信号,从2(10ktognd)；13、pwm4脉冲信号,从3(10ktognd)；14、zcm过零检测信号(10ktomcu)；15、din逻辑输入；16、gnd初级地

在次级信号接口单元中，1、vdco输出电压采样信号(4.7vovp,3ktognds)2、idco输出电流采样信号(100mvocp)3、gnds次级地4、vs次级输入电压(12v,20ma)。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明在主电路中将现有的有源反激钳位方法改进为初级和次级无源反激钳位的方法，还在控制电路中将现有的控制模块电路与待机供电单元及初次级信号隔离耦合电路集成一起，不仅有效提升主电路电源转换效率、限制电路实施成本和复杂性，还简化控制电路的接口信号。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。