CN102088811A - 基于lcl谐振网络的无源大功率led恒流驱动电源 - Google Patents

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卢伟国
支树播
周雒维
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Abstract

一种基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，包括LCL谐振网络单元和整流电路单元；LCL谐振网络单元的输入端接工频交流电源，LCL谐振网络单元的输出端与整流电路单元的输入端相连接，整流电路单元的输出端与LED阵列连接，将LCL谐振网络单元输出的交变电流整流成直流电流驱动LED阵列。本发明中功率因数校正功能和恒流输出功能只通过一个LCL谐振网络来实现。由于不含电解电容和有源开关等元器件，本发明比传统的大功率LED恒流驱动电源可靠性高、能量转化效率高、更环保，比现有的无源大功率LED恒流驱动电源结构简单，更容易实现。

Description

基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源
技术领域
本发明涉及的是一种大功率半导体照明的驱动电源。具体说是利用LCL谐振网络实现功率因数校正与恒流输出两大功能的半导体驱动电源。
 
背景技术
驱动电源是LED的动力之源，其输出电流决定LED的亮度、光通量、发光效率等光度学性能指标，LED采用恒流驱动已逐渐形成共识。交流输入LED驱动电源必须具备功率因数校正和恒流输出两大功能。传统的大功率LED恒流驱动电源，都需要大容量储能电容进行能量缓冲，该储能电容一般采用电解电容。然而，额定工作条件下电解电容的寿命只有几千小时，而且环境温度每升高10℃，其寿命会降低一半，这与LED的理论寿命（100000小时）不匹配。近年来，相继提出的不含电解电容的有源大功率LED恒流驱动电源，因需要辅助电源、有源开关驱动电路等辅助电路，增加了大功率LED恒流驱动电源电路复杂程度，同时降低了其可靠性。附图1所示的无源大功率LED恒流驱动电源，由输入滤波电容、输入电感、二极管全桥整流电路（I）、Villy Fill电路（J）、输出电感构成，在交流输入时，能够实现功率因数校正功能与恒流输出功能，而且不含有电解电容、有源开关、辅助电源等电路，可靠性以及效率非常高。但是，此无源大功率LED恒流驱动电源在电路结构上比较复杂，实现起来相对困难。
 
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、可满足绿色照明高效节能、可靠性高、绿色环保三大技术标准的无源大功率LED照明的恒流驱动电源。
本发明采用的技术方案是：基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，其特征在于，包括LCL谐振网络单元和整流电路单元；LCL谐振网络单元的输入端接工频交流电源，LCL谐振网络单元的输出端与整流电路单元的输入端相连接，整流电路单元的输出端与LED阵列连接，将LCL谐振网络单元输出的交变电流整流成直流电流驱动LED阵列；其中：所述LCL谐振网络单元由第一电感L、第二电感L a 和一个电容C构成；第一电感L与第二电感L a 串连，第一电感L的一端接工频交流电源的一端，第二电感L a 的一端接整流电路单元第一输入端；电容C的一端接第一电感L与第二电感L a 串连的节点，电容C的另一端与整流电路单元的第二输入端相连，整流电路单元的第二输入端与电容C的节点接工频交流电源的第二端；
所述整流电路单元由四个整流二极管构成全桥整流电路。
进一步，在本发明基本输入输出方案的基础上还可以拓展为带变压器隔离以及多路输出的方案。具体方案如下：                                                
Figure 2011100525133100002DEST_PATH_IMAGE001
LCL谐振网络的输入端直接接到交流电源上，其输出端与整流单元中间加入一隔离变压器，该隔离变压器既可以做成单输入，单输出，也可以做成单输入，多输出，通过取合适的变压器变比驱动单路LED阵列或多路LED阵列。
Figure 231823DEST_PATH_IMAGE002
LCL谐振网络的输入端与交流电源中间加入一隔离变压器，其输出端与整流单元直接相连，该隔离变压器既可以做成单输入，单输出，也可以做成单输入，多输出，通过取合适的变压器变比驱动单路或多路LCL谐振网络。
本发明中功率因数校正功能和恒流输出功能只通过一个LCL谐振网络来实现。由于不含电解电容和有源开关等元器件，本发明比传统的大功率LED恒流驱动电源可靠性高、能量转化效率高、更环保，比现有的无源大功率LED恒流驱动电源结构简单，更容易实现。而且本发明绿色环保，90%以上的驱动材料可以回收再利用，减少了电子垃圾的产生。
 
附图说明
　　图1是现有技术的无源大功率LED恒流驱动电源电路图。
图2是本发明无源大功率LED恒流驱动电源电路图。
图3是本发明拓展无输入隔离变压器有输出隔离变压器，输出隔离变压器为单输入，单输出的电路图。
图4是本发明拓展无输入隔离变压器有输出隔离变压器，输出隔离变压器为单输入，多输出的电路图。
图5是本发明拓展有输入隔离变压器无输出隔离变压器，输入隔离变压器为单输入，单输出的电路图。
图6是本发明拓展有输入隔离变压器无输出隔离变压器，输入隔离变压器为单输入，多输出的电路图。
 
具体实施方式
本发明基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，主体由LCL谐振网络单元与整流电路单元构成，其中：LCL谐振网络单元由两个电感和一个电容构成，通过对电感电容参数的设定，在交流电源输入后，使LCL谐振网络处于谐振状态即可实现恒流输出功能和功率因数校正的功能。整流单元是由四个整流二极管构成的全桥整流电路，其输入端与LCL谐振网络的输出端相连接，其输出端与LED阵列连接，可以将LCL谐振网络单元输出的交变电流整流成直流电流驱动LED阵列。
如图2所示，基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，由LCL谐振网络单元（2）和整流单元（3）构成；LCL谐振网络单元（2）的输入端接工频交流电源（1），工频交流电源的一端与LCL谐振网络单元中第一电感L的一端相连，第一电感L的另一端与第二电感L a 的第一端及电容C的第一端相连，电感L a 的第二端与整流单元中的整流二极管D r1 的正极及整流二极管D r3 负极相连，电容C的第二端与交流输入电源第二端相连后再与整流单元中的整流二极管D r2 的正极及整流二极管D r4 的负极相连，整流单元中的整流二极管D r1 的负极与整流二极管D r2 的负极相连后再与LED阵列的正极性端相连，整流单元中的整流二极管D r3 的正极与整流二极管D r4 的正极相连后再与LED阵列的负极性端相连。
参见图3，本发明的第一种拓展方案，与图2不同之处在于LCL谐振网络的输出端与整流单元连接处加入一隔离变压器T 1 ，此隔离变压器为单输入，单输出变压器。
参见图4，本发明的第二种拓展方案，与图2不同之处在于LCL谐振网络的输出端与整流单元连接处加入一隔离变压器T 2 ，此隔离变压器为单输入，多输出变压器。
参见图5，本发明的第三种拓展方案，与图2不同之处在于LCL谐振网络的输入端与交流电源连接处加入一隔离变压器T 3 ，此隔离变压器为单输入，单输出变压器。
参见图6，本发明的第四种拓展方案，与图2不同之处在于LCL谐振网络的输入端与交流电源连接处加入一隔离变压器T 4 ，此隔离变压器为单输入，多输出变压器。
下面根据图2叙述本发明的工作原理和工作过程：
　　1）交流输入电源（1）为工频交流电源，假设其输入频率为f。
 2）LCL谐振网络单元（2）由两个电感和一个电容构成，设电容容值为C，两个电感感值相等，都为L。
 3）当工频交流电源的频率f，电感感值L，电容容值C满足公式，即输入的工频交流电源使电感，电容处于谐振状态，此时LCL谐振网络可以输出幅值大小恒定，频率与工频交流电源频率相同的交变电流，并且工频交流电源输出功率完全为有功功率，即实现了功率因数校正功能。理论上LCL谐振网络后面接入的负载无论多大值，其输出的电流幅值大小都保持恒定不变，但实际应用时，由于非理想因素的影响（如两个电感感值不可能绝对相同，电感与电容取值不可能与理论值绝对相同等），LCL谐振网络后面所接入的负载值必须限制在一定范围内，其输出的电流才可以以恒定电流输出。
 4）LCL谐振网络输出的电流为幅值恒定的交变电流，而驱动大功率LED必须为直流电流，所以需要在LCL谐振网络后加入由四个二极管构成的全桥整流电路，将LCL谐振网络输出的恒定的交变电流整定成恒定的直流电流后来驱动大功率LED阵列。
 5）本发明其他拓展方案，如可以在LCL谐振网络与全桥整流电路中间加入一隔离变压器，此变压器即可以是单输入，单输出，也可以是单输入，多输出（如图3，图4），以实现电气隔离以及多路输出功能，也可以在LCL谐振网络与工频交流电源中间加入一隔离变压器，此变压器既可以使单输入，单输出，也可以是单输入，多输出（如图5，图6），以实现电气隔离以及升降压和单路输入多路输出功能。
由上可以看出本发明中功率因数校正功能和恒流输出功能只通过一个LCL谐振网络来实现，其结构非常简单，实现起来非常容易。由于不含电解电容和有源开关等元器件，本发明比传统的大功率LED恒流驱动电源可靠性高、能量转化效率高、更环保（绝大部分元件可以回收再利用）。

Claims (3)

1.基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，其特征在于，包括LCL谐振网络单元（2）和整流电路单元（3）；LCL谐振网络单元（2）的输入端接工频交流电源（1），LCL谐振网络单元（2）的输出端与整流电路单元（3）的输入端相连接，整流电路单元（3）的输出端与LED阵列连接，将LCL谐振网络单元输出的交变电流整流成直流电流驱动LED阵列；
　　其中：所述LCL谐振网络单元（2）由第一电感L、第二电感L a 和一个电容C构成；第一电感L与第二电感L a 串连，第一电感L的一端接工频交流电源的一端，第二电感L a 的一端接整流电路单元（3）第一输入端；电容C的一端接第一电感L与第二电感L a 串连的节点，电容C的另一端与整流电路单元（3）的第二输入端相连，整流电路单元（3）的第二输入端与电容C的节点接工频交流电源的第二端；
　　所述整流电路单元（3）由四个整流二极管构成全桥整流电路。
2.　　根据权利要求1所述的基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，其特征在于，所述LCL谐振网络单元（2）的输出端与整流电路单元（3）之间设有隔离变压器T 1 ，驱动单路LED阵列或多路LED阵列。
3.　　根据权利要求1所述的基于LCL谐振网络的无源大功率LED恒流驱动电源，其特征在于，所述LCL谐振网络单元（2）的输入端与工频交流电源之间设有隔离变压器T 3 ，驱动单路LCL谐振网络单元（2）或多路LCL谐振网络；LCL谐振网络单元（2）的输出端与整流电路单元（3）的输入端相连接。
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