CN104994652A - 无电解电容低纹波led驱动电源的智能数字控制电路 - Google Patents

Abstract

一种无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，包括全波倍压整流输入电路、高频振荡电路、MCU、电信号取样电路、磁芯柱、纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路；全波倍压整流输入电路与高频振荡电路电性连接，MCU的信号输出端与高频振荡电路的开关电路的控制端电性连接，电信号取样电路与MCU电性连接，电信号取样电路为MCU提供电能和取样信号，MCU根据取样信号控制开关电路的开关频率，纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路将整流、滤波后电信号输送给负载LED灯。本发明由于没有采用电解电容，增加了智能数字控制电路的使用寿命，使其可与负载LED灯的寿命匹配，具有电工效率高、不使用电解电容而提高可靠性、电流纹波小和使用寿命长等优点。

Description

无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路

技术领域

本发明涉及LED驱动电源的技术领域，尤其是涉及一种无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路。

背景技术

2014年4月3日，美国科锐（CREE）公司公布了每瓦303流明的LED高光效新纪录。中国《高工LED》2014年10月刊第32页报导，中国万邦光电自主知识产权封闭模式创新每瓦280流明以上的LED光源。在全球众多企业奋斗之中，LED的光效正逐年提升百分之十左右，超越了现有已知各种光源。但是由于LED有数万小时寿命，因此市场迫切需求与LED适配的长寿命、高可靠性的LED驱动电源。

在现有技术中，导致现有的LED驱动电源不能正常工作的原因，一部分是由于电力电子开关损坏引发的，如过电流损坏和过电压损坏。还有一部分是由于现有的LED驱动电源采用了大容量电解电容，大容量电解电容虽然可以平抑LED电流纹波，但是电解电容容易发生爆炸或失效。而且使用的电解电容量愈大，LED驱动电源更加危险，LED驱动电源的使用寿命也就越短，并且现有的LED驱动电源还具有电工效率低和可靠性不理想等问题。

发明内容

     为了克服上述问题，本发明向社会提供一种电工效率高、不使用电解电容而提高可靠性、恒流精度高、电流纹波小的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路。

本发明的技术方案是：提供一种无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，包括全波倍压整流输入电路、高频振荡电路、MCU、电信号取样电路、成“日”字型的磁芯柱、纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路；所述高频振荡电路的初级绕组N11和初级绕组N12分别绕在所述磁芯柱的两个边柱上，所述纹波抑平电路的附加绕组N31和附加绕组N32分别绕在两个所述边柱对应所述初级绕组N11和所述初级绕组N12的位置上，所述电信号取样电路的绕组ND和所述全波倍压整流输出电路的次级绕组N2分别对应地绕在所述磁芯柱的中柱上； 

所述全波倍压整流输入电路与所述高频振荡电路电性连接，所述MCU的信号输出端与所述高频振荡电路的开关电路的控制端电性连接，所述电信号取样电路与所述MCU电性连接，所述电信号取样电路为所述MCU提供电能和取样信号，所述MCU根据取样信号控制所述开关电路的开关频率，所述开关电路控制所述高频振荡电路中的电信号的占空比，所述纹波抑平电路和所述全波倍压整流输出电路将整流、滤波后电信号输送给负载LED灯。

作为对本发明的改进，所述全波倍压整流输入电路包括交流电源UIN、二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，所述交流电源UIN的L端分别与所述二极管D1的正极、所述二极管D2的负极电性连接，所述交流电源UIN的N端通过所述电容C1、所述电容C2分别与所述二极管D1的负极、所述二极管D2的正极电性连接。

作为对本发明的改进，所述高频振荡电路包括二极管DF2、二极管DF1、二极管DV、电容CV1、电容CV2、所述开关电路、所述初级绕组N11和所述初级绕组N12,所述二极管D1的负极分别与所述初级绕组N11的一端和所述二极管DF2的负极电性连接，所述初级绕组N11的另一端通过所述开关电路与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述初级绕组N12的另一端与所述二极管D2的正极电性连接；所述二极管DF1的正极与所述二极管D2的正极电性连接，所述二极管DF1的负极分别与所述电容CV1的一端和所述二极管DV的正极电性连接，所述电容CV1的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述二极管DV的负极和所述二极管DF2的正极分别通过所述电容CV2与所述初级绕组N12的一端电性连接。

作为对本发明的改进，所述开关电路是软开关电路。

作为对本发明的改进，还包括电阻RS，所述开关电路通过所述电阻RS与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述MCU的CS连接点与所述开关电路和所述电阻RS之间的线路电性连接。

作为对本发明的改进，所述电信号取样电路包括所述绕组ND、二极管DD1、二极管DD2、稳压二极管DZ、电容CD1、电容CD2、电容CD、电阻RN和电阻RJ，所述MCU的VDD端分别与所述电容CD的一端、所述稳压二极管DZ的负极、所述电容CD1的一端、所述二极管DD1的负极和所述电阻RJ的一端电性连接，所述电阻RJ的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述MCU的GND端分别与所述电容CD的另一端、所述稳压二极管DZ的正极、所述电容CD2的一端和所述二极管DD2的正极电性连接，所述电容CD1的另一端和所述电容CD2的另一端分别与所述绕组ND的另一端电性连接，所述二极管DD1的正极和所述二极管DD2的负极分别与所述绕组ND的一端电性连接，所述MCU的VSEN端通过所述电阻RN与所述二极管DD1的负极电性连接，所述MCU的GND端与所述初级绕组N12的一端电性连接。

作为对本发明的改进，所述全波倍压整流输出电路包括次级绕组N2、二极管D01、二极管D02、电容C01、电容C02、电容C0和电阻R0，所述次级绕组N2的一端分别与所述电容C01的一端和所述电容C02的一端电性连接，所述次级绕组N2的另一端分别与所述二极管D01的正极和所述二极管D02的负极电性连接，所述电容C01的另一端、所述二极管D01的负极和所述电容C0的一端与负载LED灯的一端电性连接，所述电容C02的另一端、所述二极管D02的正极和所述电容C0的另一端与负载LED灯的另一端电性连接，所述电阻R0与所述电容C0并联。

作为对本发明的改进，所述纹波抑平电路包括所述附加绕组N31、所述附加绕组N32、电感L31、电感L32、二极管D311、二极管D321、二极管D312和二极管D322，所述附加绕组N31的一端通过所述电感L31分别与所述二极管D311的正极、所述二极管D312的负极电性连接；所述附加绕组N31的另一端与所述附加绕组N32的一端电性连接，所述附加绕组N32的另一端通过所述电感L32分别与所述二极管D321的正极、所述二极管D322的负极电性连接；所述二极管D311的负极和所述二极管D321的负极与负载LED灯的一端电性连接，所述二极管D312的正极和所述二极管D322的正极与负载LED灯的另一端电性连接。

作为对本发明的改进，还包括调光调色电路，所述调光调色电路与所述MCU 电性连接。

作为对本发明的改进，还包括保护电路，所述保护电路与所述MCU 电性连接。

本发明由于采用了全波倍压整流输入电路、高频振荡电路、MCU、电信号取样电路、磁芯柱、纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路；全波倍压整流输入电路提高了电功效率，高频振荡电路的开关电路采用了软开关电路，使得开关电路的电流应力和电压应力比较低，降低开关电路的损耗；由于没有采用电解电容，增加了智能数字控制电路的使用寿命，使其可与负载LED灯的寿命匹配，MCU根据电信号取样电路和电阻RS采集到的信号控制开关电路的开关频率，实现了恒流恒功率输出，并且利用纹波抑平电路将有害的谐波能量回收，转化为抑平纹波的正能量，具有电工效率高、不使用电解电容而提高可靠性、恒流精度高、电流纹波小和使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图。

其中：1.MCU；2.开关电路；3.调光调色电路；4.保护电路；5.负载LED灯。

具体实施方式

 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

请参见图1，图1所揭示的是一种无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，包括全波倍压整流输入电路、高频振荡电路、MCU1、电信号取样电路、成“日”字型的磁芯柱、纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路；所述高频振荡电路的初级绕组N11和初级绕组N12分别绕在所述磁芯柱的两个边柱上，所述纹波抑平电路的附加绕组N31和附加绕组N32分别绕在两个所述边柱对应所述初级绕组N11和所述初级绕组N12的位置上，所述电信号取样电路的绕组ND和所述全波倍压整流输出电路的次级绕组N2分别对应地绕在所述磁芯柱的中柱上； 

所述全波倍压整流输入电路与所述高频振荡电路电性连接，所述MCU1的信号输出端与所述高频振荡电路的开关电路2的控制端电性连接，所述电信号取样电路与所述MCU1电性连接，所述电信号取样电路为所述MCU1提供电能和取样信号，所述MCU1根据取样信号控制所述开关电路2的开关频率，所述开关电路2控制所述高频振荡电路中的电信号的占空比，所述纹波抑平电路和所述全波倍压整流输出电路将整流、滤波后电信号输送给负载LED灯5。

本实施例中，所述全波倍压整流输入电路包括交流电源UIN、二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，所述交流电源UIN的L端分别与所述二极管D1的正极、所述二极管D2的负极电性连接，所述交流电源UIN的N端通过所述电容C1、所述电容C2分别与所述二极管D1的负极、所述二极管D2的正极电性连接。

本实施例中，所述高频振荡电路包括二极管DF2、二极管DF1、二极管DV、电容CV1、电容CV2、所述开关电路2、所述初级绕组N11和所述初级绕组N12,所述二极管D1的负极分别与所述初级绕组N11的一端和所述二极管DF2的负极电性连接，所述初级绕组N11的另一端通过所述开关电路2与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述初级绕组N12的另一端与所述二极管D2的正极电性连接；所述二极管DF1的正极与所述二极管D2的正极电性连接，所述二极管DF1的负极分别与所述电容CV1的一端和所述二极管DV的正极电性连接，所述电容CV1的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述二极管DV的负极和所述二极管DF2的正极分别通过所述电容CV2与所述初级绕组N12的一端电性连接。

本实施例中，所述开关电路2是软开关电路2，所述开关电路2可以是“零电流导通”的ZCS软开关，所述开关电路2还可以是“零电压截止”的ZVS软开关。

本实施例中，还包括电阻RS，所述开关电路2通过所述电阻RS与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述MCU1的CS连接点与所述开关电路2和所述电阻RS之间的线路电性连接，所述MCU1的CS连接点对所述高频振荡电路中的电信号进行取样，所述MCU1根据所述电信号取样电路和CS连接点采集到的信号控制开关电路的开关频率，实现了恒流恒功率输出。

本实施例中，所述电信号取样电路包括所述绕组ND、二极管DD1、二极管DD2、稳压二极管DZ、电容CD1、电容CD2、电容CD、电阻RN和电阻RJ，所述MCU1的VDD端分别与所述电容CD的一端、所述稳压二极管DZ的负极、所述电容CD1的一端、所述二极管DD1的负极和所述电阻RJ的一端电性连接，所述电阻RJ的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述MCU1的GND端分别与所述电容CD的另一端、所述稳压二极管DZ的正极、所述电容CD2的一端和所述二极管DD2的正极电性连接，所述电容CD1的另一端和所述电容CD2的另一端分别与所述绕组ND的另一端电性连接，所述二极管DD1的正极和所述二极管DD2的负极分别与所述绕组ND的一端电性连接，所述MCU1的VSEN端通过所述电阻RN与所述二极管DD1的负极电性连接，所述MCU1的GND端与所述初级绕组N12的一端电性连接。

本实施例中，所述全波倍压整流输出电路包括次级绕组N2、二极管D01、二极管D02、电容C01、电容C02、电容C0和电阻R0，所述次级绕组N2的一端分别与所述电容C01的一端和所述电容C02的一端电性连接，所述次级绕组N2的另一端分别与所述二极管D01的正极和所述二极管D02的负极电性连接，所述电容C01的另一端、所述二极管D01的负极和所述电容C0的一端与负载LED灯5的一端电性连接，所述电容C02的另一端、所述二极管D02的正极和所述电容C0的另一端与负载LED灯5的另一端电性连接，所述电阻R0与所述电容C0并联。

本实施例中，所述纹波抑平电路包括所述附加绕组N31、所述附加绕组N32、电感L31、电感L32、二极管D311、二极管D321、二极管D312和二极管D322，所述附加绕组N31的一端通过所述电感L31分别与所述二极管D311的正极、所述二极管D312的负极电性连接；所述附加绕组N31的另一端与所述附加绕组N32的一端电性连接，所述附加绕组N32的另一端通过所述电感L32分别与所述二极管D321的正极、所述二极管D322的负极电性连接；所述二极管D311的负极和所述二极管D321的负极与负载LED灯5的一端电性连接，所述二极管D312的正极和所述二极管D322的正极与负载LED灯5的另一端电性连接。

本实施例中，还包括调光调色电路3，所述调光调色电路3与所述MCU1 电性连接。还包括保护电路4，所述保护电路4与所述MCU1 电性连接，所述保护电路4包括过压保护、过流保护、短路保护、过压保护和欠压保护等。

本发明中，所述交流电源UIN正半波经所述二极管D1向所述电容C1充电Q1，所述交流电源UIN负半波经所述二极管D2向所述电容C2充电Q2，Q1和Q2由所述电容C1的正极流出，并依次流经所述初级绕组N11、所述开关电路2、所述电阻RS和所述初级绕组N12后，又回到所述电容C2的负极，完成Q1和Q2供电的闭合回路。所述电容C1和所述电容C2均不用电解电容，而采用没有液态电解液的电容。

本发明中，当所述开关电路2未工作之前，直流电经所述初级绕组N11和所述电阻RJ向所述MCU1提供启动电源，使所述MCU1启动。所述MCU1驱动所述开关电路2工作之后，所述绕组ND得到感应交流电，由所述二极管DD1和所述二极管DD2，向所述电容CD1和所述电容CD2充电，经过所述稳压管DZ稳压及所述电容CD滤波后，向所述MCU1供电，取代高耗电低效率的所述电阻RJ的作用，所述电容CD1、所述电容CD2和所述电容CD均不用电解电容，而采用没有液态电解液的电容。

本发明中，当所述MCU1启动之后，所述MCU1控制所述开关电路2以每秒两万次（还可以是其他数值）开关高频率的APFC续流，向所述电容CV1和所述电容CV2充电，得到高频直流电流源QCV1和QCV2。在所述开关电路2导通时，所述二极管DF1把QCV1的电能馈向所述初级绕组N12并转化为磁能。同时，所述二极管DF2把QCV2的电能馈向所属初级绕组N11并转化为磁能。所述电容CV1和所述电容CV2以每秒两万次（还可以是其他数值）高频电流源激磁供电，所述电容CV1和所述电容CV2均不使用电解电容，而采用没有液态电解液的电容。

本发明中，所述次级绕组N2感应电流i2，经由所述二极管DO1和所述二极管DO2，向所述电容CO1和所述电容CO2充电，经所述电容CO滤波并向负载LED灯5供电。由于所述绕组N2与所述电容CO1、所述电容CO2、所述二极管DO1和所述二极管DO2形成全波倍压整流输出电路，所以具有“倍频作用”使i2的纹波频率是所述开关电路2工作频率的两倍，即每秒四万赫兹（还可以是其他数值）高频纹波，所述电容CO1、所述电容CO2和所述电容CO均不使用电解电容，而采用没有液态电解液的电容，并且所述电容CO只需要采用固态电容就可以实现低纹波。

本发明中，所述附加绕组N31、所述电感L31、所述电容C01和所述电容C02串联谐振于THD的谐波频率中，把有害的谐波能量转化为抑平纹波的正能量，化害为利，为抑平纹波的作贡献。所述附加绕组N32、所述电感L32、所述电容C01和所述电容C02串联谐振于谐波频率中，把有害的谐波能量转化为抑平纹波的正能量，化害为利，为抑平纹波的作贡献。由于所述电感L31和所述电感L32的作用，使输出回路中的纹波小，有效提升电功效率。

本发明中，所述开关电路2串联所述电阻RS，所述开关电路2导通的每一个脉冲能量都受控于所述MCU1，即所述MCU1控制脉冲的占空比，从而精确控制所述初级绕组N11和所述初级绕组N12的磁能，实现精确的恒功率控制就，即实现负载LED灯5的恒功率控制。

本发明中，通过所述调光调色电路3的定时调光，达到在负载LED灯5的高光效基础上，实现“二次节能”效果。还可以通过所述调光调色电路3手动、无线网络或有线网络遥控调节，所述MCU1通过所述电信号取样电路采集到所述全波倍压整流输出电路中的电流、电压和频率参数，并根据这些参数控制所述开关电路2的开关频率。

本发明中，为了提高电功效率，采用了所述全波倍压整流输入电路，在同等功率时比桥式整流的电源电流降低一半。并且只用软开关电路，使得所述开关电路2的电流应力和电压应力比较低，降低所述开关电路2的损耗，提升了电功效率。由于没有采用电解电容，增加了所述智能数字控制电路的使用寿命，使其可与负载LED灯5的寿命匹配。

Claims (10)

1.一种无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：包括全波倍压整流输入电路、高频振荡电路、MCU、电信号取样电路、成“日”字型的磁芯柱、纹波抑平电路和全波倍压整流输出电路；所述高频振荡电路的初级绕组N11和初级绕组N12分别绕在所述磁芯柱的两个边柱上，所述纹波抑平电路的附加绕组N31和附加绕组N32分别绕在两个所述边柱对应所述初级绕组N11和所述初级绕组N12的位置上，所述电信号取样电路的绕组ND和所述全波倍压整流输出电路的次级绕组N2分别对应地绕在所述磁芯柱的中柱上；所述全波倍压整流输入电路与所述高频振荡电路电性连接，所述MCU的信号输出端与所述高频振荡电路的开关电路的控制端电性连接，所述电信号取样电路与所述MCU电性连接，所述电信号取样电路为所述MCU提供电能和取样信号，所述MCU根据取样信号控制所述开关电路的开关频率，所述开关电路控制所述高频振荡电路中的电信号的占空比，所述纹波抑平电路和所述全波倍压整流输出电路将整流、滤波后电信号输送给负载LED灯。

2.根据权利要求1所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述全波倍压整流输入电路包括交流电源UIN、二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，所述交流电源UIN的L端分别与所述二极管D1的正极、所述二极管D2的负极电性连接，所述交流电源UIN的N端通过所述电容C1、所述电容C2分别与所述二极管D1的负极、所述二极管D2的正极电性连接。

3.根据权利要求2所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述高频振荡电路包括二极管DF2、二极管DF1、二极管DV、电容CV1、电容CV2、所述开关电路、所述初级绕组N11和所述初级绕组N12,所述二极管D1的负极分别与所述初级绕组N11的一端和所述二极管DF2的负极电性连接，所述初级绕组N11的另一端通过所述开关电路与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述初级绕组N12的另一端与所述二极管D2的正极电性连接；所述二极管DF1的正极与所述二极管D2的正极电性连接，所述二极管DF1的负极分别与所述电容CV1的一端和所述二极管DV的正极电性连接，所述电容CV1的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述二极管DV的负极和所述二极管DF2的正极分别通过所述电容CV2与所述初级绕组N12的一端电性连接。

4.根据权利要求3所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述开关电路是软开关电路。

5.根据权利要求3所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：还包括电阻RS，所述开关电路通过所述电阻RS与所述初级绕组N12的一端电性连接，所述MCU的CS连接点与所述开关电路和所述电阻RS之间的线路电性连接。

6.根据权利要求3所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述电信号取样电路包括所述绕组ND、二极管DD1、二极管DD2、稳压二极管DZ、电容CD1、电容CD2、电容CD、电阻RN和电阻RJ，所述MCU的VDD端分别与所述电容CD的一端、所述稳压二极管DZ的负极、所述电容CD1的一端、所述二极管DD1的负极和所述电阻RJ的一端电性连接，所述电阻RJ的另一端与所述初级绕组N11的另一端电性连接，所述MCU的GND端分别与所述电容CD的另一端、所述稳压二极管DZ的正极、所述电容CD2的一端和所述二极管DD2的正极电性连接，所述电容CD1的另一端和所述电容CD2的另一端分别与所述绕组ND的另一端电性连接，所述二极管DD1的正极和所述二极管DD2的负极分别与所述绕组ND的一端电性连接，所述MCU的VSEN端通过所述电阻RN与所述二极管DD1的负极电性连接，所述MCU的GND端与所述初级绕组N12的一端电性连接。

7.根据权利要求1或2所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述全波倍压整流输出电路包括次级绕组N2、二极管D01、二极管D02、电容C01、电容C02、电容C0和电阻R0，所述次级绕组N2的一端分别与所述电容C01的一端和所述电容C02的一端电性连接，所述次级绕组N2的另一端分别与所述二极管D01的正极和所述二极管D02的负极电性连接，所述电容C01的另一端、所述二极管D01的负极和所述电容C0的一端与负载LED灯的一端电性连接，所述电容C02的另一端、所述二极管D02的正极和所述电容C0的另一端与负载LED灯的另一端电性连接，所述电阻R0与所述电容C0并联。

8.根据权利要求1或2所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：所述纹波抑平电路包括所述附加绕组N31、所述附加绕组N32、电感L31、电感L32、二极管D311、二极管D321、二极管D312和二极管D322，所述附加绕组N31的一端通过所述电感L31分别与所述二极管D311的正极、所述二极管D312的负极电性连接；所述附加绕组N31的另一端与所述附加绕组N32的一端电性连接，所述附加绕组N32的另一端通过所述电感L32分别与所述二极管D321的正极、所述二极管D322的负极电性连接；所述二极管D311的负极和所述二极管D321的负极与负载LED灯的一端电性连接，所述二极管D312的正极和所述二极管D322的正极与负载LED灯的另一端电性连接。

9.根据权利要求1或2所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：还包括调光调色电路，所述调光调色电路与所述MCU 电性连接。

10.根据权利要求1或2所述的无电解电容低纹波LED驱动电源的智能数字控制电路，其特征在于：还包括保护电路，所述保护电路与所述MCU 电性连接。