CN102740525A - Hv-led灯无电解电容又无集成电路的恒流电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，包括整流部分、直流电流交叉互补正回馈电路部分、直流限流负回馈电路部分、取样电阻（R1、R2）以及启动电阻（RJ1、RJ2）。还包括BUCK电路部分、双向可控硅自动稳压器或者LC无源交流稳流器。本电源电路简单易实现，可靠性高，成本低，满足与HV-LED长寿命5万小时匹配供电及宽电源范围要求，提高HV-LED的使用寿命和可靠性。本发明的功率系数较高，电功效率正比例于HV-LED灯电压与输入电源电压Uin之比。

Description

HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源

技术领域

本发明涉及电源电路领域，尤其涉及HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源。

背景技术

目前，HV-LED灯由于众多优点在众多行业得以广泛使用，随着经济的快速发展，对HV-LED灯的寿命提出更高的要求，而到目前为止，HV-LED灯的寿命主要取决于电源的寿命。众所周知的HV-LED灯恒流电源，主要是利用电解电容的储能滤波作用把整流后的过零正半波变成接近直流，给HV-LED负载供电，而电解电容的寿命和可靠性很低，直接影响到HV-LED灯的使用寿命。且大多数电源都含有集成电路，集成电路内任何一个元器件损坏都会影响到电源的寿命和可靠性。一般传统LED电源，无法匹配长寿命5万小时或更长久的LED光源，严重制约了LED灯作为节能降耗减碳之优势。

发明内容

为了克服现有的HV-LED灯恒流电源因含有电解电容和集成电路而导致寿命低、可靠性低和无法提高电功率等问题的不足，本发明提供一种HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括整流部分，所述的整流部分包括二极管（D3、D4、D5、D6），交流电源Uin的一端与保险熔断丝（F）的一端相连， 二极管（D3）正极与二极管（D6）负极接在一起，并与F的另一端连接，二极管（D5）正极与二极管（D4）负极连接，并与Uin的另一端连接，二极管（D3）负极与二极管（D5）负极连接， 二极管（D4）正极与二极管（D6）正极连接，还包括高电压功率三极管直流电流交叉互补正回馈电路部分、低压三极管直流负回馈电路部分、取样电阻（R1、R2）以及启动电阻（RJ1、RJ2），所述的直流电流交叉互补正回馈电路部分由高电压大功率PNP三极管（Q1）和高电压大功率NPN三极管（Q2）组成，所述的直流负回馈电路部分由低压大电流PNP三极管（q1）和低压大电流NPN三极管(q2)组成， 取样电阻（R1）的一端与二极管（D3）负极连接，另一端与三极管（Q1）的射极以及三极管（q1）的基极连接，三极管（q1）的射极与二极管（D5）的负极连接，三极管（Q1）的基极与三极管（q1）的集电极连接，启动电阻（RJ1）和启动电阻（RJ2）串联，串接在三极管（Q1）基极与三极管（Q2）基极之间，三极管（Q2）的射极与三极管（q2）的基极连接，取样电阻（R2）串接在三极管（Q2）的射极与三极管（q2）的射极之间，三极管（q2）的射极与二极管（D4）正极连接，负载HV-LED1的正极与恒流电源的2脚连接，负载HV-LED1的负极与恒流电源的3脚连接，负载HV-LED2的正极与恒流电源的5脚连接，负载HV-LED2的负极与恒流电源的6脚连接。所述的HV-LED负载是HV-LED组，所述的HV-LED组由一个以上的HV-LED串联，再与一个以上的HV-LED串联组并联。

还包括BUCK电路，所述BUCK电路含电感（L1）、二极管（D1）、电容（C1）及电感（L2）、二极管（D2）、电容（C2），二极管（D1）的负极与二极管（D3）负极连接，电感（L1）串接到恒流电源的2脚与三极管（Q1）集电极之间，电容（C1）的一端与恒流电源的2脚连接，另一端与二极管（D1）正极连接后再与恒流电源的3脚连接，二极管（D2）的负极与二极管（D5）负极连接，电感（L2）串接到恒流电源的5脚与三极管（q1）集电极之间，电容（C2）的一端与恒流电源的5脚连接，另一端与二极管（D2）正极连接后再与恒流电源的4脚连接。所述的BUCK电路中，L-C的串联谐振频率为HV-LED灯输入电源U_IN频率的三倍。

还包括双向可控硅自动稳压器（8），所述的双向可控硅自动稳压器（8）的输入端与Uin连接，输出端与整流部分连接。

还包括LC无源交流稳流器（9），所述的LC无源交流稳流器（9）的输入端与Uin连接，输出端与整流部分连接，所述的LC无源交流稳流器（9）包括电容（C）、电感（L、Lf），电容（C）与电感（L）串联后与Uin的一端连接，电感（Lf）的一端与电感（L）连接，另一端与Uin的另一端连接。

本发明的有益效果是：电路简单易实现，可靠性高，成本低，满足与HV-LED长寿命5万小时匹配供电及宽电源范围要求，提高HV-LED的使用寿命和可靠性，提高电功效率。

附图说明

图1为本发明HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源的基本电路图。

图2为在图1基础之上加入BUCK电路的电路图。

图3为图2基础之上加入双向可控硅自动稳压器的电路图。

图4为图2基础之上加入LC无源交流稳流器的电路图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图中1、2、3、4、5、6分别为恒流电源的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚，7为图1所示的恒流电源，8为双向可控硅自动稳压器，9为LC无源交流稳流器。

具体实施方式

以下所述的实施例详细地说明了本发明。

在图1中，启动电阻RJ1和RJ2是1兆欧以上的高阻值电阻，限制启动电流i_j很微小：

$i_j\&ap;\frac{\mathrm{Vin}}{\mathrm{Rj}1+\mathrm{Rj}2}<<1\mathrm{ma}$

然而，三极管Q1的集电极电流iec1=β1×ib1，三极管Q2的集电极电流iec2=β2×ib2，β1和β2均为远大于1的电流放大系数，

i_j≈ib1≈ib2

即iec1=β1×i_j，iec2=β2×i_j

因此，这微小的启动电源i_j，经三极管Q1和Q2（PNP-NPN）交叉互补正回馈作用放大，成为三极管Q1和Q2的I_CE，即成为负载HV-LED1和HV-LED2的额定恒流电流。

同时，在三极管Q1的发射极e串入电流检测电阻R1，发射极电流Ie流经取样电阻R1，产生的电压降UR1，当UR1大于Q1的e-b结导通电压（一般为0.65V）时，三极管q1导通， q1的iec对Q1的ib1进行分流。因此，低压大电流功率三极管q1受控于高电压大功率三极管Q1的发射极，q1对Q1起着直流负反馈作用，中止了三极管Q1和Q2（PNP-NPN）交叉互补正回馈过程，使Q1工作在恒流iec工作状况。

HV-LED1的额定电流为

同理，当电流取样电阻R2的电压降UR2大于0.65伏时，q2对Q2起着直流反馈作用，同样使三极管Q2工作在恒流iec2工作状况。

HV-LED2的额定电流为

取R1=R2

于是：IHV-LED1= IHV-LED2=0.65/R1=0.65/R2

通过该电路可实现对负载HV-LED1和HV-LED2进行恒流供电。

所述的HV-LED负载可以是HV-LED组，所述的HV-LED组由一个以上的HV-LED串联，再与一个以上的HV-LED串联组并联，避免了一只HV-LED灯坏了而影响全灯熄灭。

因HV-LED存在最低亮灯电压Umin，当电源电压供电不足的维持Umin时，进入HV-LED灯的死区，容易出现灯光闪烁的现象。图2中，作为进一步改进，在图1基础之上加入BUCK电路，

所述BUCK电路含电感（L1）、二极管（D1）、电容（C1）及电感（L2）、二极管（D2）、电容（C2），二极管（D1）的负极与二极管（D3）负极连接，电感（L1）串接到恒流电源的2脚与三极管（Q1）集电极之间，电容（C1）的一端与恒流电源的2脚连接，另一端与二极管（D1）正极连接后再与恒流电源的3脚连接，二极管（D2）的负极与二极管（D5）负极连接，电感（L2）串接到恒流电源的5脚与三极管（q1）集电极之间，电容（C2）的一端与恒流电源的5脚连接，另一端与二极管（D2）正极连接后再与恒流电源的4脚连接，电容C1和C2为普通电容。当HV-LED1和HV-LED2灯的电流下降时，HV-LED1和HV-LED2相当于一个BUCK开关断路，这个电流流过电感L1、L2，起着BUCK拓扑的续流作用。电能转化为磁能WL:电感磁能WL与电感电流的平方（I_L ²）成正比：

$W_L\mathrm{\&alpha;}\frac{{I_L}^2\&times;L}{2}$

这时L储能WL须续流放电，即磁能WL经电容C和二极管D形成BUCK拓扑，转化为电容的储能Wc（

），由于Uc等于HV-LED 的高电压，所以不必用大电容量的电解电容就可以储存较多的电能Wc，有效地改善HV-LED闪烁问题。

实践中发现，如电源频率为50赫兹，经全波桥式整流后，HV-LED电流基波为100赫兹的直流半波，研发中调整到L-C谐振于三倍频（150赫兹），这时HV-LED的电流纹波很小，即L-C串联谐振为基波频率的三倍时，可有效地降低HV-LED电流的纹波系数，此时HV-LED发光很稳定无闪烁。

按照用户供电电源电压最低值设计HV-LED额定恒流发光运行，当电压升高时，由于三极管Q1-Q2均工作在恒流工作状况HV-LED1和HV-LED2灯是不会烧坏的，但是，Q1(PNP的V_EC )和Q2（NPN的V_CE )电压降太大，必导致电功效率下降。作为进一步改进，在电路里面加入双向可控硅自动稳压器，该稳压器输入交流电源，再将输出电源到整流部分，以适应用户的电源电压变化范围较宽的场合。或者在电路中串入LC无源交流稳压器，该稳压器与输入的交流电源串联，再输出电源到整流部分，可以低成本实现高电功效率工作在宽电源电压条件下给HV-LED恒流供电。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或者相近似的电路，均属于在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，包括整流部分，所述的整流部分包括二极管（D3、D4、D5、D6），交流电源Uin的一端与保险熔断丝（F）的一端相连， 二极管（D3）正极与二极管（D6）负极接在一起，并与F的另一端连接，二极管（D5）正极与二极管（D4）负极连接，并与Uin的另一端连接，二极管（D3）负极与二极管（D5）负极连接， 二极管（D4）正极与二极管（D6）正极连接，其特征在于：还包括高电压功率三极管直流电流交叉互补正回馈电路部分、低压三极管直流负回馈电路部分、取样电阻（R1、R2）以及启动电阻（RJ1、RJ2），所述的直流电流交叉互补正回馈电路部分由高电压大功率PNP三极管（Q1）和高电压大功率NPN三极管（Q2）组成，所述的直流负回馈电路部分由低压大电流PNP三极管（q1）和低压大电流NPN三极管(q2)组成， 取样电阻（R1）的一端与二极管（D3）负极连接，另一端与三极管（Q1）的射极以及三极管（q1）的基极连接，三极管（q1）的射极与二极管（D5）的负极连接，三极管（Q1）的基极与三极管（q1）的集电极连接，启动电阻（RJ1）和启动电阻（RJ2）串联，串接在三极管（Q1）基极与三极管（Q2）基极之间，三极管（Q2）的射极与三极管（q2）的基极连接，取样电阻（R2）串接在三极管（Q2）的射极与三极管（q2）的射极之间，三极管（q2）的射极与二极管（D4）正极连接，负载HV-LED1的正极与恒流电源的2脚连接，负载HV-LED1的负极与恒流电源的3脚连接，负载HV-LED2的正极与恒流电源的5脚连接，负载HV-LED2的负极与恒流电源的6脚连接。

2.根据权利要求1所述的HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，其特征在于：所述的HV-LED负载是HV-LED组，所述的HV-LED组由一个以上的HV-LED串联，再与一个以上的HV-LED串联组并联。

3.根据权利要求2所述的HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，其特征在于：还包括BUCK电路，所述BUCK电路含电感（L1）、二极管（D1）、电容（C1）及电感（L2）、二极管（D2）、电容（C2），二极管（D1）的负极与二极管（D3）负极连接，电感（L1）串接到恒流电源的2脚与三极管（Q1）集电极之间，电容（C1）的一端与恒流电源的2脚连接，另一端与二极管（D1）正极连接后再与恒流电源的3脚连接，二极管（D2）的负极与二极管（D5）负极连接，电感（L2）串接到恒流电源的5脚与三极管（q1）集电极之间，电容（C2）的一端与恒流电源的5脚连接，另一端与二极管（D2）正极连接后再与恒流电源的4脚连接。

4.根据权利要求3所述的HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，其特征在于：所述的BUCK电路中，L-C的串联谐振频率为HV-LED灯输入电源U_IN频率的三倍。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的HV-LED灯无电解电容又无集成电路的恒流电源，其特征在于：还包括双向可控硅自动稳压器（8），所述的双向可控硅自动稳压器（8）的输入端与Uin连接，输出端与整流部分连接。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的HV-LED灯无电解电容又无集成电路的HV-LED灯恒流电源，其特征在于：还包括LC无源交流稳流器（9），所述的LC无源交流稳流器（9）的输入端与Uin连接，输出端与整流部分连接，所述的LC无源交流稳流器（9）包括电容（C）、电感（L、Lf），电容（C）与电感（L）串联后与Uin的一端连接，电感（Lf）的一端与电感（L）连接，另一端与Uin的另一端连接。

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