CN104822210A - 一种高可靠性台灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性台灯，包括台灯底座、开关电源、灯架和灯罩，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器，所述台灯底座上设有卷纸固定架。本发明提供的具有中间抽头变压器的共振变换器的开关电源的高可靠性台灯，通过控制电路控制开关元件的开关频率，使得输出电压成为预定值，其损耗低，功率密度高没有多余的功率电容，其损耗低，功率密度高，可提高台灯的工作寿命和可靠性，并满足使用者用纸与记事的需求。

Description

一种高可靠性台灯

技术领域

本发明属于照明工具领域，特别涉及一种高可靠性台灯。

背景技术

台灯早已成为人们生活学习的必需品，尤其对于需要在家学习的学生以及工作族。

目前传统的台灯在满足了照明工具功能的同时，多使用开关电源进行开合，传统的台灯所使用的开关电源的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节；一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低，通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值，最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

但使用上述台灯所使用的开关电源的台灯存在开关损耗、在断开开关元件时会产生的冲击电压以及因电压不稳而导致的台灯工作稳定性差，其损耗高，功率密度低，工作寿命和可靠性低的问题；并且只起到照明工具作用的传统台灯，其底座闲置且占用空间，且无法满足人们随手记事及坐在桌前时的用纸需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提出一种具有中间抽头变压器的共振变换器的开关电源的高可靠性台灯，其损耗低，功率密度高，可提高台灯的工作寿命和可靠性；并且可实现随时记事以及用纸需求。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

针对现有的台灯存在的技术缺点，重新设计一种高可靠性台灯，包括台灯底座、开关电源、灯架和灯罩，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器。

进一步的，所述共振变换器包括输入电压Uin、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L和控制器，各开关管具有反并联的寄生二极管和寄生电容；所述输入电压Uin的正端连接所述开关元件S1、S3的集电极，输入电压Uin的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压Uin的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接

进一步的，其拓扑结构为：包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L。上述开关元件可为IGBT，二极管为快恢复二极管。

进一步的，所述控制器控制开关S1和S2交替导通、S3和S4交替导通，通过电感L和各开关元件的杂散电容构成的共振回路，在各开关元件的端电压为0时导通各开关元件，从而实现零电压开通。

进一步的，所述开关管为IGBT或MOSFET。

进一步的，所述输入电压为蓄电池、燃料电池或光伏电池。

进一步的，所述各二极管为快恢复二极管或者肖特基二极管。

进一步的，所述台灯底座上设有卷纸固定架。

进一步的，所述卷纸固定架为空心圆柱体。

与现有技术相比，本发明所述的高可靠性台灯具有下列优点：

具有中间抽头变压器的共振变换器的开关电源的台灯利用中间抽头变压器的形式可实现通过控制电路控制开关元件的开关频率，使得输出电压成为预定值。

并且各开关元件接通时因为电流流过负方向，因此不产生开关损失。

而因为进行了共振动作，也不会产生断开开关元件时的冲击电压。

在实现能量回馈的同时，利用电感和开关元件的寄生电容形成软开关形式，没有多余的功率电容，其损耗低，功率密度高，可提高台灯的工作寿命和可靠性。

台灯底座上的卷纸固定架，可满足使用者随时的用纸需求。

卷纸固定架的内部空间可容纳1到2根写字笔，满足使用者随时都能记事的需求。

附图说明

图1：本发明的台灯结构示意图；

图2：本发明的具有中间抽头变压器的共振变换器的结构示意图；

图3：开关元件S1、S2、S3、S4的控制脉冲时序图。

图4：本发明的台灯卷纸固定架示意图。

其中，1—台灯底座、2—开关电源、3—灯架、4—灯罩、5—卷纸固定架、U_in—输入电压、T—中间抽头的变压器、S1、S2、S3、S4—开关元件、D1、D2、D3、D4—二极管、L—电感、N1—原边绕组中间抽头上半部分绕组、N2—原边绕组中间抽头下半部分绕组、N3—副边绕组中间抽头上半部分绕组、N4—副边绕组中间抽头下半部分绕组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的高可靠性台灯包括台灯底座1、开关电源2、灯架3和灯罩4，所述开关电源2包括具有中间抽头变压器的共振变换器，所述台灯底座1上设有卷纸固定架5，根据日常用卷纸的规格，在本实施例中，以卷纸固定架5为高110mm、宽30mm的空心圆柱体，空心圆柱体的内半径为10mm为例，开关电源2与卷纸固定架5分别设置于台灯底座上。

如图2所示，本发明的台灯中的电源开关2包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L。上述开关元件为IGBT，二极管为快恢复二极管。

结合附图2对本发明的高可靠性台灯中的电源开关2结构作详细说明，具体连接关系为：输入电压U_in的正端连接开关元件S1、S3的集电极，输入电压U_in的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压U_in的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接。

各开关元件S1～S4由控制器按照图3的脉冲时序图进行交替导通和关断；由电路结构和上述脉冲时序图可知，在S1、S2关断期间，原边绕组中的能量通过二极管D1、D2回馈到输入电源，且控制器控制S3或S4其中之一导通，通过电感L和开关管S1、S2的寄生电容构成共振回路，在S1、S2的端电压为0时导通S1或者S2，实现零电压开通；在S3、S4关断期间，控制器控制S1或S2其中之一导通，通过电感L和开关管S3、S4的寄生电容构成的共振回路，在S3、S4的端电压为0时导通S3或者S4，从而实现零电压开通。

如图4所示，卷纸固定架5的外部可固定卷纸便于使用者使用，内部可放置写字笔，以满足使用者随时记事的需求。

Claims (8)

1.一种高可靠性台灯，包括台灯底座、开关电源、灯架和灯罩，其特征在于，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器。

2.如权利要求1所述的台灯，其特征在于，所述共振变换器包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L和控制器，各开关管具有反并联的寄生二极管和寄生电容；所述输入电压U_in的正端连接所述开关元件S1、S3的集电极，输入电压U_in的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压U_in的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接。

3.如权利要求2所述的台灯，其特征在于，所述控制器控制开关S1和S2交替导通、S3和S4交替导通，通过电感L和各开关元件的杂散电容构成的共振回路，在各开关元件的端电压为0时导通各开关元件，从而实现零电压开通。

4.如权利要求2所述的台灯，其特征在于，所述开关管为IGBT或MOSFET。

5.如权利要求2所述的台灯，其特征在于，所述输入电压为蓄电池、燃料电池或光伏电池。

6.如权利要求2所述的台灯，其特征在于，所述二极管均采用快恢复二极管或者肖特基二极管。

7.如权利要求1所述的台灯，其特征在于，所述台灯底座上设有卷纸固定架。

8.如权利要求7所述的台灯，其特征在于，所述卷纸固定架为空心圆柱体。