CN102548103B - 用于led照明的无电解电容反激式ac/dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器；包括：分段谐波补偿器连接运算放大器的反相端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接运算放大器的同相端，运算放大器的输出端连接RS触发器的R输入端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接RS触发器的S输入端，RS触发器的输出端连接驱动电路。本发明在不使用输入高压电解电容的情况下输出级只需要使用几微法到几十微法的钽电容或陶瓷电容即可实现较为稳定的恒流输出，输出电路纹波大约为10％，提高了整个LED照明灯的使用寿命。

Description

用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器
技术领域
本发明涉及一种用于发光二极管LED照明的装置，具体涉及一种用于发光二极管LED照明的模数AC/DC转换器。
背景技术
目前，LED发光二级管的使用寿命可达10万小时，而现有的LED照明灯产品的使用寿命大都远小于10万小时只有几千小时。究其原因是因为LED照明灯中电源驱动模块中的电解电容寿命不足。电解电容的寿命受使用环境温度影响极大，环境温度升高10度使用寿命大约减少一半。而LED照明灯在工作时的环境温度较高导致其驱动模块中的电解电容的寿命减小从而影响到整个LED照明灯的使用寿命。因此，需要一种方案去除电源驱动模块中的电解电容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器，它可以省略LED电源驱动模块中的电解电容，提高整个LED照明灯的使用寿命。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器；包括：分段谐波补偿器连接运算放大器的反相端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接运算放大器的同相端，运算放大器的输出端连接RS触发器的R输入端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接RS触发器的S输入端，RS触发器的输出端连接驱动电路；
分段谐波补偿器将输入电压的绝对值分为N个区间，N为大于1的正整数，根据每个区间电压对应的频率设定N个不同的检测电压来控制环路的峰值电流，对于整个的频率范围内，进行2N-1次采样，通过公式对变压器输入级电流峰值Ip进行补偿，E为变压器输入级电感能量，L为变压器输入级电感感量，f为开关频率。
本发明的有益效果在于：在不使用输入高压电解电容的情况下输出级只需要使用几微法到几十微法的钽电容或陶瓷电容即可实现较为稳定的恒流输出，输出电路纹波大约为10%，提高了整个LED照明灯的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是反激变换电路示意图；
图2是本发明所述反激式AC/DC转换器的示意图。
具体实施方式
本发明使用新的设计思路实现无电解电容ACDCLED驱动方式，消除电解电容对LED照明灯寿命影响提高LED灯的寿命。本发明所述的一种用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器；包括：分段谐波补偿器连接运算放大器的反相端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接运算放大器的同相端，运算放大器的输出端连接RS触发器的R输入端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接RS触发器的S输入端，RS触发器的输出端连接驱动电路。所述随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器振荡频率为30k至130k。分段谐波补偿器将输入电压的绝对值分为10个区间，根据每个区间电压中心值对应的频率设定10个不同的检测电压来控制环路的峰值电流，对于整个的频率范围内，进行19次采样，通过公式对输入电流峰值Ip进行补偿。
其主要改进在于：
1、使用随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器代替现有反激PWM控制器中的固有频率振荡器。
如图1所示：定义输入电压Ui，输出电压Uo，输入绕组匝数N1，输出绕组匝数N2，匝数比n=N2/N1，开关管M1，导通占空比D，开关管M1，导通时间Ton，PWM工作频率f。
Uo=N2/N1×D/（1-D）×Ui=n×Ui×D/（1-D）
D=Uo/(Uo+n×Ui)Ton=D/f=Uo/（f×（Uo+n*Ui））
在反激变换中，输出电压不变的情况下PWM控制器的开关占空比会随输入电压升高而减小。固定频率振荡器PWM控制器开关管导通时间随输入电压升高而减小。
有输入电容的反激变化器在正常工作时输入电压基本保持稳定所以开关管导通占空比和输入电压基本保持稳定。
而在不使用输入端电解电容输入电压变为幅值周期变化的全波正弦信号。整个周期内输入电压变化范围很大，开关占空比会随输入电压升高而减小。固定频率PWM转换开关管导通时间Ton会随电压升高而减小，开关管M1以及变压器的损耗随之增大。在使用了压控振荡器设计后，开关频率随输入电压升而减小，可以补偿开关管导通时间随输入电压的变化；保持开关管导通时间稳定；从而提高效率和和环路稳定性。所述的随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器，通过检测输入电压增大而减小振荡器充电电流从而降低振荡频率。
2、采用分段谐波补偿。定义变压器输入级电感能量E，变压器输入级电感感量L，变压器输入级电感峰值电流Ip，开关频率f。
由于输入电压U为随时间变化的全波正弦信号，根据公式L为定值，只要控制Ip2×f的值既可以控制输入能量E值，而保持输入能量稳定就可以保证输出能量稳定。保持输出能量稳定就可以在输出电容很小的情况小保持输出稳定性。
将输入电压的绝对值分为十个区间，根据每个区间电压中心值对应的频率设定十个不同的检测电压来控制环路的峰值电流。这个样对于整个100HZ的频率范围内，进行了19次采样，通过公式对输入电流峰值Ip进行补偿。设置输入能量在整个周期内保持一致，减小输出能量随输入电压的变化。对输入信号进行了19次谐波补偿。同时在同等条件下，此电路可以采用的电容容量仅仅是普通的电路采用电容容量的1/19。将输入电压的绝对值分为多少个区间进行补偿，可以根据需要进行设定。
本发明通过系统控制在不使用输入高压电解电容的情况下输出级只需要使用几微法到几十微法（由输出功率大小而定）的钽电容或陶瓷电容即可实现较为稳定的恒流输出。输出电路纹波大约为10%。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (3)

1.一种用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器；其特征在于，包括：分段谐波补偿器连接运算放大器的反相端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接运算放大器的同相端，运算放大器的输出端连接RS触发器的R输入端，随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器连接RS触发器的S输入端，RS触发器的输出端连接驱动电路；
分段谐波补偿器将输入电压的绝对值分为N个区间，N为大于1的正整数，根据每个区间电压对应的频率设定N个不同的检测电压来控制环路的峰值电流，对于整个的频率范围内，进行2N-1次采样，通过公式对变压器输入级电流峰值Ip进行补偿，E为变压器输入级电感能量，L为变压器输入级电感感量，f为开关频率。
2.如权利要求1所述的用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器，其特征在于，所述随输入电压升高而振荡频率降低的压控振荡器振荡频率为30kHz至130kHz。
3.如权利要求2所述的用于LED照明的无电解电容反激式AC/DC转换器，其特征在于，所述分段谐波补偿器将输入电压的绝对值分为10个区间。
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