CN101674697A - 一种led灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源 - Google Patents

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Abstract

一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源，电源输入端与高压整流滤波电路(1)相连输出高压直流信号，其特征在于：高压直流信号与逆变电路相连输出高压高频交流信号，该信号的电压以正、反两个方向交变，并施加于高频变压器(T1)的初级绕组(N1)，使磁芯中的磁通以正、反两个方向交变，从次级绕组(N2)输出高频低压交流信号，高频低压交流信号经低压整流滤波电路(5)输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路(6)或PWM开关恒流驱动电路输出低压恒流电源驱动LED发光。由于本发明高频变压器磁芯工作于第I、III象限，与现有技术相比在变压器体积相同的情况下，可输出大一倍的功率；同样，在输出功率相同的情况下，其体积可大大缩小，从而达到了电源小型化和高输出的目的。

Description

一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源
技术领域
本发明涉及一种LED灯泡用驱动电源，本发明提及的LED灯泡是指自带国际标准化灯头(E27、E26、E14、GU10、B22国际标准灯头)并以LED为光源的一体化整灯。
背景技术
LED照明光源具有环保、节能、寿命长等优点，目前被视为二十一世纪最具前景的照明光源。由于LED发光二极管本身特性决定了其驱动电源不能象普通白炽灯那样采用普通供电电源，以免电压波动导致电流增大从而损坏LED发光二极管，因而必须配备合适的驱动电源以充分满足LED发光二极管工作所需的驱动要求，最大限度的发挥LED发光二极管性能，减少故障率。
近年来，随着LED照明技术发展，LED照明光源已开始取代传统光源在各种照明灯具中大量应用，对LED照明光源的要求越来越高，其中最突出的就是要求体积尽可能小，功率尽可能大，当输入电源为交流高电压时，大多数场合必须采用隔离措施等。目前，在需要隔离的场合，普遍采用PWM单端反激或单端正激式恒流驱动电源来驱动LED发光二极管。其中，常规的PWM单端反激式恒流驱动电源如图1所示，输入交流电压经电容C1、电感L1高频滤波，桥式整流电路BD1、电容C2整流滤波后输出高压直流给芯片IC1供电，并通过芯片IC1内部的电流源从1脚给电容C4充电，电容C4的储能作为芯片IC1的工作电源。芯片IC1产生震荡，震荡频率由内部电路决定，芯片IC1通过内置MOSFET从5脚输出进行开关工作。当内置MOSFET导通时，电源电流流过高频变压器T1的初级绕组N1，感应到次级绕组N2的电压相位使二极管D2处于反向偏置而没有电流即没有输出。当内置MOSFET关断时，N1电流为0，储存在高频变压器T1磁芯中的能量通过磁场耦合到次级绕组N2输出(此时因N2电压反向而使二极管D2处于正向导通状态)，N2电流在磁芯中产生的磁通方向与内置MOSFET导通时N1中电流在磁芯中产生的磁通方向相同，显然，磁芯中磁通的方向始终没有变化，磁芯只工作于第I象限，如图6所示。N2的输出电压经二极管D2整流、电容C5滤波后为负载LED供电。LED电流流经电阻R4进行取样，部分取样电流经电阻R3流经线性光耦IC2内部的LED，在LED的光照下，内部光敏晶体管导通，其导通程度与流过LED的电流成正比。光敏晶体管的集电极连接到芯片IC1的控制脚4以控制芯片IC1输出的占空比，当负载LED电流增大时，流经线性光耦IC2内LED的电流也增加，光敏晶体管导通程度增加，将芯片IC1的4脚电位下拉，芯片IC1输出占空比减小，进而输出到负载LED的电流减小，达到恒流输出的目的。
从上述电路模式中可以看出，流过高频变压器T1初级绕组N1中的电流为单向，从而使高频变压器T1磁芯中的磁通量也是单方向变化，其磁通量变化为0-+Φm-0，即磁芯工作于第I象限，如图6所示(说明：优良软磁材料的剩余磁通量Φr很小，趋于0，可忽略不计，图中Φ(BS)表示磁通量，H表示磁场强度)，则高频变压器T1所能输出的最大功率为：
Po＝FLΦm2/2μS
式中：Po表示高频变压器输出的最大功率；F表示开关工作频率；L表示磁芯磁路长度；S表示磁芯截面积；μ表示磁芯磁导率；Φm表示最大磁通量，由于受磁芯材料本征特性Bs(Φs＝Bs*S)的限制，必须满足Φm＜Φs的要求。
在LED驱动电源中，由于变压器尺寸占据了主要体积，因此，可以看出，由于磁通量呈单方向变化，使变压器没有发挥出自身应有的最大输出能力，致使其体积的减小受到限制，即在相同的体积下不能输出更大的功率。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供了一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源，目的旨在提高LED驱动电源中隔离变压器利用率，在变压器体积相同的情况下，可输出大一倍的功率；在输出功率相同的情况下，其体积可大大缩小，从而达到小型化、高功率输出的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源，具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，所述电源输入端与一个高压整流滤波电路相连，输出高压直流信号，所述高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，该高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器的初级绕组相连，使高频变压器磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器的次级绕组输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路或PWM开关恒流驱动电路经所述恒流输出端输出低压恒流电源。
上述方案中，逆变电路包括以下四种具体形式：
(1)逆变电路由半桥振荡驱动控制电路和半桥驱动电路组成；
(2)逆变电路为自激振荡半桥驱动电路；
(3)逆变电路由全桥振荡驱动控制电路和全桥驱动电路组成；
(4)逆变电路由双端推挽振荡驱动控制电路和双端推挽驱动电路组成。
本发明工作原理和效果：在高压市电经高压整流滤波电路后，向后续电路提供高压直流电，高压直流电经逆变电路后输出高压高频交流电(频率可达20K～100K)，该高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且施加于高频变压器的初级绕组，使高频变压器磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，即磁通量在+Φm--Φm之间变化，磁芯工作于第I、III象限，如图7所示。在第I象限工作时，磁通量变化为0-+Φm-0，次级绕组输出交流正半周，其最大输出功率为：
PoI＝FLΦm2/2μS
在第III象限工作时，磁通量变化为0--Φm-0，次级绕组输出交流负半周，其最大输出功率为：
PoIII＝FL(-Φm)2/2μS
则变压器输出的最大总功率为：
P＝PoI+PoIII＝2Po
由此可见，本发明是前述常规电源最大输出功率的2倍。次级绕组输出的高频安全电压经低压整流滤波电路后转变为低压直流电，该低压直流电为线性恒流驱动电路或PWM开关恒流驱动电路供电，该电路的恒定电流值设定为负载LED所需的电流值并驱动LED发光。
采用本发明电路后，在输入电压的波动范围内，仔细设计变压器的输出电压使之与负载LED所需的电压不要形成太大的压差，则线性恒流驱动电路的损耗将不会大。此外，由于高频变压器磁芯无需气隙，因而漏磁小、能量损失也小，使整个系统的效率较高。由于变压器体积减小，而低压部分的大多数元器件可以采用贴片安装，所以，整个系统的体积也大为减小。本发明在变压器体积相同的情况下，相比现有技术可输出大一倍的功率；同样，在输出功率相同的情况下，其体积可大大缩小，从而达到电源小型化和高输出的目的。
附图说明
附图1为常规的PWM单端反激式恒流驱动电源电路图；
附图2为本发明采用半桥驱动的原理框图；
附图3为本发明采用自激振荡半桥驱动的原理框图；
附图4为本发明采用全桥驱动的原理框图；
附图5为本发明采用双端推挽驱动的原理框图；
附图6为常规的PWM单端控制电源中，高频变压器磁芯中的Φ-H变化曲线图；
附图7为本发明电源中，高频变压器磁芯中的Φ-H变化曲线图；
附图8为按图2半桥驱动原理实现的电路图；
附图9为按图3自激振荡半桥驱动原理实现的电路图；
附图10为按图4全桥驱动原理实现的电路图；
附图11为按图5双端推挽驱动原理实现的电路图；
附图12为PWM开关恒流驱动电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源
如图2所示，该LED驱动电源具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，电源输入端与恒流输出端之间设有高压整流滤波电路1、半桥振荡驱动控制电路2、半桥驱动电路3、高频变压器4、低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6。
如图8所示，电源输入端与一个高压整流滤波电路1相连，高压整流滤波电路1由第一全桥整流电路BD1和第一电容C1组成，输入的交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，第一全桥整流电路BD1的两个输出端之间连接第一电容C1并输出高压直流信号。该高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，这种高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器T1的初级绕组N1相连，使高频变压器T1磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器T1的次级绕组N2输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路5相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路6输出低压恒流电源。
所述逆变电路由半桥振荡驱动控制电路2和半桥驱动电路3组成，其中，半桥振荡驱动控制电路2由第一芯片IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4组成。第一芯片IC1为半桥震荡驱动控制芯片，型号为IR2153(D)，由美国国际整流器公司制造。半桥驱动电路3由第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和第五电容C5组成。第一全桥整流电路BD1输出的高压直流信号具有正极和负极，第一芯片IC1的1脚经第一电阻R1接正极，1脚同时经第二电容C2接负极，2脚与3脚之间接第二电阻R2，3脚与负极之间接第三电容C3，4脚接负极，5脚经第四电阻R4接第二MOS管Q2的栅极，7脚经第三电阻R3接第一MOS管Q1的栅极，8脚经第四电容C4与6脚相连，6脚同时连接第一MOS管Q1的源极、第二MOS管Q2的漏极和高频变压器T1初级绕组N1的一端，初级绕组N1的另一端经第五电容C5连接负极，第一MOS管Q1的漏极接正极，第二MOS管Q2的源极连接负极。
所述低压整流滤波电路5由第二全桥整流电路BD2和第六电容C6组成，第二全桥整流电路BD2的两个输入端连接高频变压器T1次级绕组N2的两端，第二全桥整流电路BD2的两个输出端之间连接第六电容C6并输出所述的低压直流信号。
所述线性恒流驱动电路6由第二芯片IC2、第一三极管VT1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9组成。第二芯片IC2为LED驱动IC，型号为BCR450，由德国英飞凌公司制造。所述低压直流信号具有正极和负极，第二芯片IC2的6脚与正极相连，2脚和5脚均与负极相连，3脚经第五电阻R5与正极相连，1脚经第六电阻R6和第八电阻R8串联分压电路接负极，分压电路的分压点接第一三极管VT1的基极，第一三极管VT1的发射极经第九电阻R9接负极，第二芯片IC2的4脚经第七电阻R7接第一三极管VT1的发射极，低压直流信号的正极和第一三极管VT1的集电极作为所述恒流输出端。
工作过程：如图8所示，输入交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，经四个二极管组成的第一全桥整流电路BD1整流、第一电容C1滤波后输出高压直流电，第一芯片IC1为半桥振荡驱动控制芯片，第一电阻R1给第二电容C2充电并经第一芯片IC1的1脚内的稳压管稳压后给第一芯片IC1供电，第一芯片IC1产生振荡，其振荡频率由第二电阻R2和第三电容C3决定，第一芯片IC1的7脚和5脚输出两路互为180°的开关信号。来自第一芯片IC1的开关信号分别经第三电阻R3、第四电阻R4驱动第一MOS管Q1、第二MOS管Q2轮流导通：当第一MOS管Q1导通且第二MOS管Q2截止时，电源电流按箭头A的方向流经高频变压器T1的初级绕组N1并向第五电容C5充电，同时从次级绕组N2输出正半周电压；当第二MOS管Q2导通且第一MOS管Q1截止时，第五电容C5储能的放电电流按箭头B的方向通过高频变压器T1的初级绕组N1放电，同时从次级绕组N2输出负半周电压。从次级绕组N2输出的高频交变电压加到第二全桥整流电路BD2的两个输入端，经第二全桥整流电路BD2整流、第六电容C6滤波后输出低压直流电。在线性恒流驱动电路6中，第九电阻R9设定输出电流的恒定值，由第二芯片IC2的1脚输出的控制信号经第六电阻R6、第八电阻R8分压后驱动第一三极管VT1，负载LED连接到电源正极和第一三极管VT1集电极之间，由第一三极管VT1输出的恒定电流驱动LED发光，LED电流的变化由第九电阻R9取样并经第七电阻R7反馈到第二芯片IC2的4脚进行调整，以达到恒流输出的目的。
从以上工作原理可以看出，在半桥驱动电路3的驱动下，高频变压器T1的初级线圈N1中的电流以正、反两个方向(交变)的模式进行工作，高频变压器T1磁芯中的磁通以正、反两个方向(交变)的模式进行变化，如图7所示，即磁芯工作在Φ-H坐标中的第I、III象限，Φ表示磁通量，H表示磁场强度，磁通在+Φ→-Φ→+Φ之间变化，从而将取自电源的能量耦合到次级线圈N2输出安全的交变电压，使高频变压器T1的利用率提高一倍。
本实施例中的线性恒流驱动电路6可以替换为下面描述的PWM开关恒流驱动电路：
如图12所示，PWM开关恒流驱动电路由第五芯片IC5、续流二极管D2、电感L2、第二十六电阻R26、第十六电容C16和第十七电容C17组成。第五芯片IC5PWM开关恒流驱动芯片，型号为AMC7150，由台湾广鹏科技公司制造。所述低压直流信号的正极和负极，正极与负极之间连接第十六电容C16，第五芯片IC5的1脚与正极相连，2脚经第二十六电阻R26与正极相连，3脚与负极相连，5脚经第十七电容C17与负极相连，4脚经续流二极管D2与负极相连，电感L2的一端与第五芯片IC5的4脚相连，电感L2的另一端和低压直流信号的负极作为所述恒流输出端。
工作过程：来自前级低压整流滤波电路5的低压直流电给第五芯片IC5供电，使第五芯片IC5产生震荡，其频率由第十七电容C17决定，第五芯片IC5通过4脚输出PWM开关电压，当4脚输出高电压时，电流流过电感L2、LED，使LED发光；当4脚输出0电压时，电感L2中的储能以同方向电流方式继续流过LED、续流二极管D2，使LED持续发光，完成一个周期。流过LED电流的大小由第二十六电阻R26进行设置，第二十六电阻R26又是取样电阻，当LED电流过大时，第二十六电阻R26上取样电压升高，第五芯片IC5将减小输出开关电压的占空比，LED电流下降，达到恒流输出的目的。
实施例二：一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源
如图3所示，该LED驱动电源具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，电源输入端与恒流输出端之间设有高压整流滤波电路1、自激振荡半桥驱动电路7、高频变压器4、低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6。
如图9所示，电源输入端与一个高压整流滤波电路1相连，高压整流滤波电路1由第一全桥整流电路BD1和第一电容C1组成，输入的交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，第一全桥整流电路BD1的两个输出端之间连接第一电容C1并输出高压直流信号。该高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，这种高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器T1的初级绕组N1相连，使高频变压器T1磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器T1的次级绕组N2输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路5相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路6输出低压恒流电源。
所述逆变电路为自激振荡半桥驱动电路7，该电路由第二三极管VT2、第三三极管VT3、脉冲反馈变压器T2、双向触发二极管DB3、第一电阻R1、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二电容C2、第七电容C7和第八电容C8组成，所述高压直流信号具有正极和负极，正极经第一电阻R1、第二电容C2串联接负极构成回路，正极经第二三极管VT2、第三三极管VT3串联接负极构成回路(即正极第二三极管VT2的集电极，第二三极管VT2的发射极接第三三极管VT3的集电极，第三三极管VT3的发射极接负极)，第一电阻R1与第二电容C2的串联点至第三三极管VT3的基极之间连接双向触发二极管DB3，脉冲反馈变压器T2的初级绕组由线圈N3构成，次级绕组由线圈N4和线圈N5构成，脉冲反馈变压器T2初级绕组中的线圈N3一端接第二三极管VT2的发射极和第三三极管VT3的集电极，另一端接高频变压器T1初级绕组N1的一端；脉冲反馈变压器T2次级绕组中的线圈N4一端经第十一电阻R11接第二三极管VT2的基极，另一端接第二三极管VT2的发射极和第三三极管VT3的集电极；脉冲反馈变压器T2次级绕组中的线圈N5一端经第十二电阻R12接第三三极管VT3的基极，另一端接负极，所述线圈N3连接高频变压器T1初级绕组N1的一端、线圈N4连接第二三极管VT2发射极的一端以及线圈N5连接第三三极管VT3基极的一端这三者在脉冲反馈变压器T2中为同名端，第二三极管VT2的基极与发射极之间接第十电阻R10，第三三极管VT3的基极与发射极之间接第十三电阻R13，高频变压器T1初级绕组N1的另一端与正极之间连接第七电容C7，高频变压器T1初级绕组N1的另一端与负极之间连接第八电容C8。
由于低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6与实施例一中记载内容完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
工作过程：如图9所示，输入交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，经四个二极管组成的第一全桥整流电路BD1整流、第一电容C1滤波后输出高压直流电，第一电阻R1给第二电容C2充电到双向触发二极管DB3的触发电压时，双向触发二极管DB3输出一脉冲信号到第三三极管VT3的基极，由第二三极管VT2、第三三极管VT3、脉冲反馈变压器T1等组成的电路产生振荡，第二三极管VT2、第三三极管VT3轮流导通：当第二三极管VT2导通且第三三极管VT3截止时，电源电流及第七电容C7的放电电流共同按箭头A的方向流过高频变压器T1的初级绕组N1并向第八电容C8充电，同时从次级绕组N2输出正半周电压；当第三三极管VT3导通且第二三极管VT2截止时，流过第七电容C7的电源电流及第八电容C8的放电电流按箭头B的方向流过高频变压器T1的初级绕组N1，第七电容C7被充电，同时从次级绕组N2输出负半周电压。从次级绕组N2输出的高频交变电压由后续的低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6进行处理，其工作原理与实施例一完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
从以上工作原理可以看出，在自激振荡半桥驱动电路7的驱动下，高频变压器T1的初级线圈N1中的电流以正、反两个方向(交变)的模式进行工作，高频变压器T1磁芯中的磁通以正、反两个方向(交变)的模式进行变化，如图7所示，即磁芯工作在Φ-H坐标中的第I、III象限，Φ表示磁通量，H表示磁场强度，磁通在+Φ→-Φ→+Φ之间变化，从而将取自电源的能量耦合到次级线圈N2输出安全的交变电压，使高频变压器T1的利用率提高一倍。
本实施例中的线性恒流驱动电路6可以替换为图12所示的PWM开关恒流驱动电路。该电路与实施例一中记载的PWM开关恒流驱动电路完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
实施例三：一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源
如图4所示，该LED驱动电源具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，电源输入端与恒流输出端之间设有高压整流滤波电路1、全桥振荡驱动控制电路8、全桥驱动电路9、高频变压器4、低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6。
如图10所示，电源输入端与一个高压整流滤波电路1相连，高压整流滤波电路1由第一全桥整流电路BD1和第一电容C1组成，输入的交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，第一全桥整流电路BD1的两个输出端之间连接第一电容C1并输出高压直流信号。该高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，这种高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器T1的初级绕组相连，使高频变压器T1磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器T1的次级绕组输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路5相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路6输出低压恒流电源。
所述逆变电路由全桥振荡驱动控制电路8和全桥驱动电路9组成，其中，全桥振荡驱动控制电路8由第三芯片IC3、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12组成。第三芯片IC3为全桥振荡驱动控制芯片，型号为UBA2032T，由飞利浦半导体公司制造。全桥驱动电路9由第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6组成。第一全桥整流电路BD1输出的高压直流信号具有正极和负极，第三芯片IC3的5脚接正极，1脚、2脚、3脚、9脚、10脚和12脚均接负极，8脚连接7脚，7脚与负极之间连接第十电容C10，7脚与11脚之间连接第十四电阻R14，11脚与负极之间连接第九电容C9。第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6连接成全桥，其中，正极接第三MOS管Q3的漏极和第五MOS管Q5的漏极，负极接第四MOS管Q4的源极和第六MOS管Q6的源极，第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的漏极连接高频变压器T1初级绕组N1的一端，第五MOS管Q5的源极和第六MOS管Q6的漏极连接高频变压器T1初级绕组N1的另一端，第三芯片IC3的24脚经第十五电阻R15连接第三MOS管Q3的栅极，20脚经第十六电阻R16连接第四MOS管Q4的栅极，13脚经第十八电阻R18连接第五MOS管Q5的栅极，17脚经第十七电阻R17连接第六MOS管Q6的栅极，23脚经第十一电容C11连接第三MOS管Q3的源极，22脚连接第三MOS管Q3的源极，14脚经第十二电容C12连接第五MOS管Q5的源极，15脚连接第五MOS管Q5的源极。
由于低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6与实施例一中记载内容完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
工作过程：如图10所示，输入交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，经四个二极管组成的第一全桥整流电路BD1整流、第一电容C1滤波后输出高压直流电，第三芯片IC3为全桥振荡驱动控制芯片，直流高压直接给第三芯片IC3供电，使第三芯片IC3产生振荡，其振荡频率由第十四电阻R14和第九电容C9决定，第三芯片IC3的24脚、17脚为一组，13脚、20脚为一组输出两组四路开关驱动信号，这两组开关驱动信号互为180°。全桥驱动电路9由四个MOS管连接成全桥，其中第三MOS管Q3和第六MOS管Q6为一组，而第五MOS管Q5和第四MOS管Q4为另一组，来自第三芯片IC3的开关驱动信号使两组MOS管轮流导通：当第一组第三MOS管Q3和第六MOS管Q6导通时电源电流按箭头A的方向流经第三MOS管Q3、高频变压器T1的初级绕组N1、第六MOS管Q6，同时从次级绕组N2输出正半周电压；当第二组第五MOS管Q5和第四MOS管Q4导通时电源电流按箭头B的方向流经第五MOS管Q5、高频变压器T1的初级绕组N1、第四MOS管Q4，同时从次级绕组N2输出负半周电压。从次级绕组N2输出的高频交变电压由后续的低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6进行处理，其工作原理与实施例一完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
从以上工作原理可以看出，在全桥驱动电路9的驱动下，高频变压器T1的初级线圈N1中的电流以正、反两个方向(交变)的模式进行工作，高频变压器T1磁芯中的磁通以正、反两个方向(交变)的模式进行变化，如图7所示，即磁芯工作在Φ-H坐标中的第I、III象限，Φ表示磁通量，H表示磁场强度，磁通在+Φ→-Φ→+Φ之间变化，从而将取自电源的能量耦合到次级线圈N2输出安全的交变电压，使高频变压器T1的利用率提高一倍。
本实施例中的线性恒流驱动电路6可以替换为图12所示的PWM开关恒流驱动电路。该电路与实施例一中记载的PWM开关恒流驱动电路完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
实施例四：一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源
如图5所示，该LED驱动电源具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，电源输入端与恒流输出端之间设有高压整流滤波电路1、双端推挽振荡驱动控制电路10、双端推挽驱动电路11、高频变压器4、低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6。
如图11所示，电源输入端与一个高压整流滤波电路1相连，高压整流滤波电路1由第一全桥整流电路BD1和第一电容C1组成，输入的交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，第一全桥整流电路BD1的两个输出端之间连接第一电容C1并输出高压直流信号。该高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，这种高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器T1的初级绕组相连，使高频变压器T1磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器T1的次级绕组输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路5相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路6输出低压恒流电源。
所述逆变电路由双端推挽振荡驱动控制电路10和双端推挽驱动电路11组成，其中，双端推挽振荡驱动控制电路10由第四芯片IC4、二极管D1、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第十三电容C13第十四电容C14和第十五电容C15组成。第四芯片IC4为推挽振荡驱动控制芯片，型号为UCC3803，由美国德州仪器公司制造。双端推挽驱动电路11由第七MOS管Q7、第八MOS管Q8和第二十五电阻R25组成。第一全桥整流电路BD1输出的高压直流信号具有正极和负极，第四芯片IC4的8脚与正极之间连接第二十二电阻R22，8脚与负极之间连接第十五电容C15，4脚与负极之间连接第十三电容C13，5脚连接负极，1脚与2脚之间连接第十九电阻R19，2脚与负极之间连接第二十电阻R20，3脚与负极之间连接第十四电容C14，7脚经第二十三电阻R23连接第七MOS管Q7的栅极，6脚经第二十四电阻R24连接第八MOS管Q8的栅极，所述高频变压器T1的初级绕组由线圈N6和线圈N7串联构，次级绕组由线圈N8，线圈N6和线圈N7的串联点具有中心抽头，该中心抽头与正极连接，线圈N6连接在中心抽头与第七MOS管Q7的漏极之间，线圈N7连接在中心抽头与第八MOS管Q8的漏极之间，第七MOS管Q7的源极和第八MOS管Q8的源极均经第二十五电阻R25连接负极，第四芯片IC4的3脚与第八MOS管Q8的源极之间连接第二十一电阻R21，所述高频变压器T1具有一个副绕组N9，副绕组N9的一端经二极管D1连接第四芯片IC4的8脚，另一端接负极。
由于低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6与实施例一中记载内容完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
工作过程：如图11所示，输入交流电经保险管F1、滤波电感L1加于第一全桥整流电路BD1的两个输入端，经四个二极管组成的第一全桥整流电路BD1整流、第一电容C1滤波后输出高压直流电，第四芯片IC4为推挽振荡驱动控制芯片，高压直流电通过第二十二电阻R22给第十五电容C15充电并为第四芯片IC4提供起动电流，使第四芯片IC4产生振荡，其振荡频率由电容第十三电容C13决定，一旦振荡开始，便由高频变压器T1的副绕组N9通过二极管D1整流后给第四芯片IC4提供工作电流，第四芯片IC4的6脚、7脚输出两路互为180°的开关信号。来自第四芯片IC4的开关信号使第七MOS管Q7、第八MOS管Q8轮流导通：当第七MOS管Q7导通且第八MOS管Q8截止时，电源电流从T1初级绕组的中心抽头流经线圈N6、第七MOS管Q7、第二十五电阻R25到负极，电流方向如箭头A所示，同时从次级绕组N8输出正半周电压；当第八MOS管Q8导通且第七MOS管Q7截止时，电源电流从T1初级绕组的中心抽头流经线圈N7、第八MOS管Q8、第二十五电阻R25到负极，电流方向如箭头B所示，同时从次级绕组N8输出负半周电压。从次级绕组N8输出的高频交变电压由后续的低压整流滤波电路5和线性恒流驱动电路6进行处理，其工作原理与实施例一完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
从以上工作原理可以看出，在双端推挽驱动电路11的驱动下，电流从高频变压器T1初级线圈的中心抽头处交替流入两边的线圈N6和线圈N7，从而使高频变压器T1磁芯中的磁通以正、反两个方向(交变)的模式进行变化，如图7所示，即磁芯工作在Φ-H坐标中的第I、III象限，Φ表示磁通量，H表示磁场强度，磁通在+Φ→-Φ→+Φ之间变化，从而将取自电源的能量耦合到次级线圈N8输出安全的交变电压，使高频变压器T1的利用率提高一倍。
本实施例中的线性恒流驱动电路6可以替换为图12所示的PWM开关恒流驱动电路。该电路与实施例一中记载的PWM开关恒流驱动电路完全相同，不再重叙，可参照实施例一中的相应部分。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种LED灯泡用小型化高功率输出、隔离式驱动电源，具有一个与工频交流电源相连的电源输入端以及一个与LED发光二极管组相连的恒流输出端，所述电源输入端与一个高压整流滤波电路(1)相连，输出高压直流信号，其特征在于：所述高压直流信号与一个逆变电路相连，输出高压高频交流信号，该高压高频交流信号的电压以正、反两个方向交变，并且与一个高频变压器(T1)的初级绕组(N1)相连，使高频变压器(T1)磁芯中的磁通对应以正、反两个方向交变，从高频变压器(T1)的次级绕组(N2)输出高频低压交流信号，所述高频低压交流信号与一个低压整流滤波电路(5)相连，输出低压直流信号，该低压直流信号通过线性恒流驱动电路(6)或PWM开关恒流驱动电路经所述恒流输出端输出低压恒流电源。
2、根据权利要求1所述的驱动电源，其特征在于：所述逆变电路由半桥振荡驱动控制电路(2)和半桥驱动电路(3)组成，其中，半桥驱动电路(3)主要由两个开关管构成，半桥振荡驱动控制电路(2)输出两路相互反相的开关控制信号，即当一路开关控制信号为高电平时，另一路开关控制信号为低电平，每路开关控制信号与一个开关管的控制端对应连接，两个开关管相对高频变压器(T1)的初级绕组(N1)连接成两个电流方向相反的回路。
3、根据权利要求2所述的驱动电源，其特征在于：所述半桥振荡驱动控制电路(2)主要由型号为IR2153(D)的第一芯片(IC1)、第二电阻(R2)和第三电容(C3)组成，半桥驱动电路(3)由第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)和第五电容(C5)组成，所述高压直流信号具有正极和负极，第一芯片(IC1)的1脚接正极，4脚接负极，2脚与3脚之间接第二电阻(R2)，3脚与负极之间接第三电容(C3)，7脚接第一MOS管(Q1)的栅极，5脚接第二MOS管(Q2)的栅极，6脚同时连接第一MOS管(Q1)的源极、第二MOS管(Q2)的漏极和高频变压器(T1)初级绕组(N1)的一端，初级绕组(N1)的另一端经第五电容(C5)连接负极，第一MOS管(Q1)的漏极接正极，第二MOS管(Q2)的源极连接负极。
4、根据权利要求1所述的驱动电源，其特征在于：所述逆变电路为自激振荡半桥驱动电路(7)，该电路主要由第二三极管(VT2)、第三三极管(VT3)、脉冲反馈变压器(T2)、双向触发二极管(DB3)、第一电阻(R1)、第二电容(C2)、第七电容(C7)和第八电容(C8)组成，所述高压直流信号具有正极和负极，正极经第一电阻(R1)、第二电容(C2)串联接负极构成回路，正极经第二三极管(VT2)、第三三极管(VT3)串联接负极构成回路，第一电阻(R1)与第二电容(C2)的串联点至第三三极管(VT3)的基极之间连接双向触发二极管(DB3)，脉冲反馈变压器(T2)的初级绕组由线圈(N3)构成，次级绕组由线圈(N4)和线圈(N5)构成，脉冲反馈变压器(T2)初级绕组中的线圈(N3)一端接第二三极管(VT2)的发射极和第三三极管(VT3)的集电极，另一端接高频变压器(T1)初级绕组(N1)的一端；脉冲反馈变压器(T2)次级绕组中的线圈(N4)一端接第二三极管(VT2)的基极，另一端接第二三极管(VT2)的发射极和第三三极管(VT3)的集电极；脉冲反馈变压器(T2)次级绕组中的线圈(N5)一端接第三三极管(VT3)的基极，另一端接负极，所述线圈(N3)连接高频变压器(T1)初级绕组(N1)的一端、线圈(N4)连接第二三极管(VT2)发射极的一端以及线圈(N5)连接第三三极管(VT3)基极的一端这三者在脉冲反馈变压器(T2)中为同名端，高频变压器(T1)初级绕组(N1)的另一端与正极之间连接第七电容(C7)，高频变压器(T1)初级绕组(N1)的另一端与负极之间连接第八电容(C8)。
5、根据权利要求1所述的驱动电源，其特征在于：所述逆变电路由全桥振荡驱动控制电路(8)和全桥驱动电路(9)组成，其中，全桥驱动电路(9)主要由四个开关管构成，全桥振荡驱动控制电路(8)输出四路两两同步的开关控制信号，其中两路同步的开关控制信号与另两路同步的开关控制信号反相，即当两路同步的开关控制信号为高电平时，另两路同步的开关控制信号为低电平，每路开关控制信号与一个开关管的控制端对应连接，四个开关管相对高频变压器(T1)的初级绕组(N1)连接成两个电流方向相反的回路。
6、根据权利要求5所述的驱动电源，其特征在于：所述全桥振荡驱动控制电路(8)主要由型号为UBA2032T的第三芯片(IC3)、第十四电阻(R14)、第九电容(C9)和第十电容(C10)组成，全桥驱动电路(9)由第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)、第五MOS管(Q5)和第六MOS管(Q6)组成，所述高压直流信号具有正极和负极，第三芯片(IC3)的5脚接正极，1脚、2脚、3脚、9脚、10脚和12脚均接负极，8脚连接7脚，7脚与负极之间连接第十电容(C10)，7脚与11脚之间连接第十四电阻(R14)，11脚与负极之间连接第九电容(C9)，第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)、第五MOS管(Q5)和第六MOS管(Q6)连接成全桥，其中，正极接第三MOS管(Q3)的漏极和第五MOS管(Q5)的漏极，负极接第四MOS管(Q4)的源极和第六MOS管(Q6)的源极，第三MOS管(Q3)的源极和第四MOS管(Q4)的漏极连接高频变压器(T1)初级绕组(N1)的一端，第五MOS管(Q5)的源极和第六MOS管(Q6)的漏极连接高频变压器(T1)初级绕组(N1)的另一端，第三芯片(IC3)的24脚连接第三MOS管(Q3)的栅极，20脚连接第四MOS管(Q4)的栅极，13脚连接第五MOS管(Q5)的栅极，17脚连接第六MOS管(Q6)的栅极。
7、根据权利要求1所述的驱动电源，其特征在于：所述逆变电路由双端推挽振荡驱动控制电路(10)和双端推挽驱动电路(11)组成，其中，双端推挽驱动电路(11)主要由两个开关管构成，双端推挽振荡驱动控制电路(10)输出两路相互反相的开关控制信号，即当一路开关控制信号为高电平时，另一路开关控制信号为低电平，每路开关控制信号与一个开关管的控制端对应连接，两个开关管相对高频变压器(T1)的初级绕组(N1)连接成两个电流方向相反的回路。
8、根据权利要求7所述的驱动电源，其特征在于：所述双端推挽振荡驱动控制电路(10)主要由型号为UCC3803的第四芯片(IC4)、二极管(D1)、第二十二电阻(R22)、第十三电容(C13)和第十五电容(C15)组成，双端推挽驱动电路(11)主要由第七MOS管(Q7)和第八MOS管(Q8)组成，所述高压直流信号具有正极和负极，第四芯片(IC4)的8脚与正极之间连接第二十二电阻(R22)，8脚与负极之间连接第十五电容(C15)，4脚与负极之间连接第十三电容(C13)，5脚连接负极，7脚连接第七MOS管(Q7)的栅极，6脚连接第八MOS管(Q8)的栅极，所述高频变压器(T1)的初级绕组由线圈(N6)和线圈(N7)串联构，次级绕组由线圈(N8)，线圈(N6)和线圈(N7)的串联点具有中心抽头，该中心抽头与正极连接，线圈(N6)连接在中心抽头与第七MOS管(Q7)的漏极之间，线圈(N7)连接在中心抽头与第八MOS管(Q8)的漏极之间，第七MOS管(Q7)的源极和第八MOS管(Q8)的源极均连接负极，所述高频变压器(T1)具有一个副绕组(N9)，副绕组(N9)的一端经二极管(D1)连接第四芯片(IC4)的8脚，另一端接负极。
9、根据权利要求1、2、4、5和7之一所述的驱动电源，其特征在于：所述低压整流滤波电路(5)由第二全桥整流电路(BD2)和第六电容(C6)组成，第二全桥整流电路(BD2)的两个输入端连接高频变压器(T1)次级绕组(N2)的两端，第二全桥整流电路(BD2)的两个输出端之间连接第六电容(C6)并输出所述的低压直流信号。
10、根据权利要求1、2、4、5和7之一所述的驱动电源，其特征在于：所述线性恒流驱动电路(6)主要由型号为BCR450的第二芯片(IC2)、第一三极管(VT1)、第六电阻(R6)、第八电阻(R8)和第九电阻(R9)组成，所述低压直流信号具有正极和负极，第二芯片(IC2)的6脚与正极相连，2脚和5脚均与负极相连，1脚经第六电阻(R6)和第八电阻(R8)串联分压电路接负极，分压电路的分压点接第一三极管(VT1)的基极，第一三极管(VT1)的发射极经第九电阻(R9)接负极，第二芯片(IC2)的4脚接第一三极管(VT1)的发射极，低压直流信号的正极和第一三极管(VT1)的集电极作为所述恒流输出端。
11、根据权利要求1、2、4、5和7之一所述的驱动电源，其特征在于：所述PWM开关恒流驱动电路由型号为AMC7150的第五芯片(IC5)、续流二极管(D2)、电感(L2)、第二十六电阻(R26)、第十六电容(C16)和第十七电容(C17)组成，所述低压直流信号的正极和负极，正极与负极之间连接第十六电容(C16)，第五芯片(IC5)的1脚与正极相连，2脚经第二十六电阻(R26)与正极相连，3脚与负极相连，5脚经第十七电容(C17)与负极相连，4脚经续流二极管(D2)与负极相连，电感(L2)的一端与第五芯片(IC5)的4脚相连，电感(L2)的另一端和低压直流信号的负极作为所述恒流输出端。
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