CN104426369A - Buck变换电路、本安开关电源及灯具 - Google Patents

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Abstract

一种BUCK变换电路、本安开关电源以及灯具，其包括：BUCK变换模块，其用于对输入电源进行变换，BUCK变换模块的输入端连接电源的正极，BUCK变换模块的第二输出端连接电源的负极，BUCK变换模块的第一输出端，BUCK变换模块的第一输出端输出第一级电压；以及LC模块，其用于对第一级电压进行滤波，LC模块的输入连接BUCK变换模块的第一输出端，LC模块的第一输出端连接负载，LC模块的第二输出端连接BUCK变换模块的第二输出端，LC模块的第一输出端输出第二级电压。本发明既满足电气性能指标，又能满足本质安全性能指标，还能有效提高输出功率。

Description

BUCK变换电路、本安开关电源及灯具
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其涉及BUCK变换电路、本安开关电源及灯具。
背景技术
随着矿井照明智能化的不断推进及照明安全级别的不断提高，本质安全型电气电设备正被越来越多的矿区使用，电源控制芯片的电压越来越低，低压本安电源的需求越来越大。而现有技术中，大多数开关电源使用传统的BUCK型降压变换器。
请参阅图1，现有技术的BUCK变换器电路主要由开关管S＇，续流二极管D＇，储能电感L＇以及第一滤波电容C＇组成，下面在一个开关周期内分析其工作原理：当开关管S＇导通时，续流二极管D＇因承受反向电压而截止，流过电感L＇上的电流iL逐渐增大，负载RL上的电流为Io，RL两端的输出电压为Vo。当iL>Io时，第一滤波电容C＇充电。当开关管S＇断开时，续流二极管D＇因承受正向电压而导通，iL逐渐减小，在iL<Io时，电容C＇处于放电状态，维持输出电流Io和输出电压Vo不变。
随着对大功率低电压本安电源的需求增大，基本本安Buck变换器就需要进一步提高输出功率。但是要想提高输出功率，增大输出电流，可以使变换器输出端电感以及电容的容量增加，但是这样很容易引燃爆炸型环境的易爆物质，降低本质安全性能；再者可以通过提高开关频率来实现，一方面能够减小为满足输出纹波电压要求所需的电感和电容取值，因此也有利于本质安全，但另一方面提高开关频率却降低了变换器的效率，导致电感中电流增大而不利于本质安全。此外提高开关频率还会导致电容器的实际工作有效容量显著下降而影响滤波效果，这样就无法满足电气性能方面的要求，并且过高的开关频率不仅不易实现，而且电路抗干扰能力下降，对周围环境的干扰也增强。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种BUCK变换电路、本安开关电源及灯具，能够解决无法同时兼顾电路的电气性能指标以及本质安全性指标的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种BUCK变换电路，其包括：BUCK变换模块，其用于对输入电源进行变换，其包括：输入端、第一输出端以及第二输出端，BUCK变换模块的输入端连接电源的正极，BUCK变换模块的第二输出端连接电源的负极，BUCK变换模块的第一输出端输出第一级电压；以及LC模块，其用于对第一级电压进行滤波，其包括：输入端、第一输出端以及第二输出端，LC模块的输入端连接BUCK变换模块的第一输出端，LC模块的第一输出端连接负载，LC模块的第二输出端连接BUCK变换模块的第二输出端，LC模块的第一输出端输出第二级电压。
优选地，BUCK变换模块包括控制器、受控于控制器的开关管、续流二极管、储能电感以及第一输出滤波电容；开关管包括输入端、控制端以及输出端，开关管的输入端连接BUCK变换模块的输入端，开关管的控制端连接控制器，开关管的输出端连接续流二极管的阴极，续流二极管的阳极连接BUCK变换模块的第二输出端，储能电感的一端连接续流二极管的阴极，储能电感的另一端连接BUCK变换模块的第一输出端，第一输出滤波电容连接在BUCK变换模块的第一输出端以及第二输出端之间。
优选地，控制器为PWM控制器。
优选地，开关管为MOS管，MOS管的栅极为开关管的控制端，MOS管的源极为开关管的输入端，MOS管的漏极为开关管的输出端。
优选地，LC模块包括输出滤波电感以及第二输出滤波电容，输出滤波电感的一端连接LC模块的输入端，其另一端连接LC模块的第一输出端，第二输出滤波电容连接在LC模块的第一输出端以及第二输出端之间。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种本安开关电源，其包括如上所述的BUCK变换电路。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种灯具，其包括如上所述的本安开关电源。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的BUCK变换电路、本安开关电源以及灯具，通过LC模块能够在小电感、小电容的情况下工作，既满足电气性能指标，又能满足本质安全性能指标，还能有效提高输出功率。
附图说明
图1为现有技术的BUCK变换电路的电路结构图。
图2为本发明的BUCK变换电路的电路结构图。
其中，附图标记说明如下：BUCK变换模块1  开关管S  续流二极管D  储能电感L  第一输出滤波电容C1   LC模块2  输出滤波电感L1  第二输出滤波电容C2。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
BUCK变换电路实施例
本发明提出一种BUCK变换电路，其包括：BUCK变换模块1以及LC模块2。BUCK变换模块1用于对输入电源进行变换输出第一级电压，LC模块2用于对第一级电压进行滤波输出端第二级电压。
BUCK变换模块1包括：输入端、第一输出端以及第二输出端。BUCK变换模块1的输入端连接电源的正极，BUCK变换模块1的第二输出端连接电源， BUCK变换模块1的第一输出端输出第一级电压。LC模块2包括：输入端、第一输出端以及第二输出端。LC模块2的输入端连接BUCK变换模块1的第一输出端，LC模块2的第二输出端连接BUCK变换模块1的第二输出端，LC模块2的第一输出端连接负载，LC模块2的第一输出端输出第二级电压。
BUCK变换模块1包括：控制器、受控于控制器的开关管S、续流二极管D、储能电感L以及第一输出滤波电容C1。开关管S包括输入端、控制端以及输出端，开关管S的输入端连接BUCK变换模块1的输入端，开关管S的控制端连接控制器（未图示），开关管S的输出端连接续流二极管D的阴极。续流二极管D的阳极连接BUCK变换模块1的第二输出端。储能电感L的一端连接续流二极管D的阴极，储能电感L的另一端连接BUCK变换模块1的第一输出端。第一输出滤波电容C1连接在BUCK变换模块1的第一输出端以及第二输出端之间。
LC模块2包括输出滤波电感L1以及第二输出滤波电容C2。输出滤波电感L1的一端连接LC模块2的输入端，其另一端连接LC模块2的第一输出端，第二输出滤波电容C2连接在LC模块2的第一输出端以及第二输出端之间。
本实施例中，控制器为PWM控制器。该PWM控制器是基于单片机设计的。
本实施例中，开关管S为MOS管，MOS管的栅极为开关管S的控制端，MOS管的源极为开关管S的输入端，MOS管的漏极为开关管S的输出端。在其它实施例中，开关管S为三极管。
下面以一个开关周期为例分析本发明的Buck变换器的工作原理。
当开关管S导通时，续流二极管D因承受反向电压而截止，流过储能电感L的电流iL1逐渐增加，储能电感L将电能转换成磁能储存起来，当iL1>Io时，第一输出滤波电容C1进入充电状态。当开关管S断开时，由于第一输出滤波电容C1电流不能突变，所以在储能电感L两端便感应出一个左负右正的自感电动势，使续流二极管D导通，储能电感L便把原先储存起来的磁能转换成电能供给负载。此时，储能电感L电流iL1逐渐减小，当iL1<Io时，第二输出滤波电容C2进入放电状态。BUCK变换器在整个动态工作范围内，由输出滤波电感L2和第二输出滤波电容C2组成二阶低通滤波器，对第一级输出电压Vo上的纹波电压进行衰减，使得第二级电压Vo1纹波电压在小电感、小电容滤波的情况下能达到本安规定的电气性能指标要求。
在输入电压、开关频率、等效电容和等效电感都相同的情况下，本发明的Buck变换电路的最大输出功率要比现有技术的Buck变换器的最大输出功率大，且能有效降低储能元件电感、电容的容量，降低了单个元件的储能，提高了电路安全性。
本安开关电源实施例
本发明还提出一种本安开关电源，其包括如上所述的BUCK变换电路。该本安开关电源可以作为矿用开关电源，或者矿井下的灯具驱动电源。
灯具实施例
本发明还提出一种灯具，其包括如上所述的本安开关电源。该灯具可以应用在矿井下，符合灯具使用的电气性能要求以及安全性的要求。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的BUCK变换电路、本安开关电源以及灯具，通过LC模块就能够在小电感、小电容的情况下工作，易于实现，既满足电气性能指标，又能满足本质安全性能指标，还能有效提高输出功率。
以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种BUCK变换电路，其特征在于，其包括：
BUCK变换模块，其用于对输入电源进行变换，其包括：输入端、第一输出端以及第二输出端，所述BUCK变换模块的输入端连接电源的正极，所述BUCK变换模块的第二输出端连接所述电源的负极，所述BUCK变换模块的第一输出端输出第一级电压；以及
LC模块，其用于对所述第一级电压进行滤波，其包括：输入端、第一输出端以及第二输出端，所述LC模块的输入端连接所述BUCK变换模块的第一输出端，所述LC模块的第一输出端连接负载，所述LC模块的第二输出端连接所述BUCK变换模块的第二输出端，所述LC模块的第一输出端输出第二级电压。
2.如权利要求1所述的BUCK变换电路，其特征在于，所述BUCK变换模块包括控制器、受控于所述控制器的开关管、续流二极管、储能电感以及第一输出滤波电容；所述开关管包括输入端、控制端以及输出端，所述开关管的输入端连接所述BUCK变换模块的输入端，所述开关管的控制端连接所述控制器，所述开关管的输出端连接所述续流二极管的阴极，所述续流二极管的阳极连接所述BUCK变换模块的第二输出端，所述储能电感的一端连接所述续流二极管的阴极，所述储能电感的另一端连接所述BUCK变换模块的第一输出端，所述第一输出滤波电容连接在所述BUCK变换模块的第一输出端以及第二输出端之间。
3.如权利要求2所述的BUCK变换电路，其特征在于，所述控制器为PWM控制器。
4.如权利要求2所述的BUCK变换电路，其特征在于，所述开关管为MOS管，所述MOS管的栅极为所述开关管的控制端，所述MOS管的源极为所述开关管的输入端，所述MOS管的漏极为所述开关管的输出端。
5.如权利要求1所述的BUCK变换电路，其特征在于，所述LC模块包括输出滤波电感以及第二输出滤波电容，所述输出滤波电感的一端连接所述LC模块的输入端，其另一端连接所述LC模块的第一输出端，所述第二输出滤波电容连接在所述LC模块的第一输出端以及第二输出端之间。
6.一种本安开关电源，其特征在于，其包括如权利要求1至5任意一项所述的BUCK变换电路。
7.一种灯具，其特征在于，其包括如权利要求6所述的本安开关电源。
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