CN107396490A - 小型化高pf无频闪无抖动电源 - Google Patents

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张�浩
张一浩
王国强
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Abstract

本发明公开了一种小型化高PF无频闪无抖动电源，其特征在于AC电压顺次连接整流桥电路、EMI滤波电路、无源填谷电路和PWM控制芯片和负载。本发明同时满足了高PF(功率因素)改善了用户的电压质量、无频闪(低纹波系数)不会带来视觉错误、无抖动有利生活健康，且小型化、成本低，能在输入电压90V—260V时正常工作，满足国外客户需求，此外电源线性调整率能达到3％以内。

Description

小型化高PF无频闪无抖动电源
技术领域
本发明涉及到LED驱动电源，具体是一种小型化高PF无频闪无抖动电源。
背景技术
全球性的能源短缺和环境污染态势愈演愈烈，而作为照明光源的LED具有高效、节能、环保的特点，世界各国政府和企业不惜重金投入LED及LED电源这个极具社会和经济效益的产业，当然随着人们生活品质的不断提高，对LED的功能及要求也在不断的提升。
在电力系统中，用户功率因数的变化直接影响系统有功和无功功率的比例变化。如果用户的功率因数过低，就要求发电机多发无功功率，以达到功率平衡。而发电机多发无功功率时，则会影响它的有功功率的输出，这是很不经济的。因此，各供电部门对用户负荷的功率因数都有一定的要求。此外，提高用户的功率因数，可以减少由于远距离输送无功功率而在线路中造成的功率损失。因为线路损失不仅与输送的有功功率有关，还与输送的无功功率有关。同样的道理，由于用户功率因数的提高也可以减少电网中的电压损耗，使用户的受电电压质量得到改善和相应提高。因为电力系统向用户供电的电压是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大，送至用户端的电压就越低。当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率减少，因此电压损失也要减小，从而改善了用户的电压质量。提高用户的功率因数，无论是整个电力系统，还是对用电单位，都是大有好处的。
电光源的频闪效应，给人类生产、日常生活、身心健康造成了严重危害，最新的研究表明：1.当电光源的频闪频率与运动(旋转)物体的速度(转速)成整倍数关系时，运动(旋转)物体的运动(旋转)状态就会产生静止、倒转、运动(旋转)速度缓慢，以及上述三种状态周期性重复的错误视觉，引发工伤事故。例如，机加工行业机床操作工，对正向旋转的车刀，错觉为倒转而进行紧急换向操作，损坏工件、刀具，甚至造成人员伤亡。2.电光源的频闪容易引发视觉疲劳，偏头疼。特别是机械行业和轻工、食品、印刷、电子、纺织等行业，普遍采用频闪型T8灯管照明的场合尤为明显。例如，流水线上的插件操作工容易因视觉疲劳、眼花，引起偏头痛。产生定位困难情形，生产效率低下。3.电光源的频闪会伤害青少年的眼睛，造成近视。光源闪烁对人的视觉系统有刺激作用，会产生不舒适的感觉，这种刺激作用或影响的严重程度与光源闪烁的强度、频率、持续作用时间以及长期性有关。
图1给出了现有技术中常用的一种电源结构：交流市电经过整流及APFC控制电路将直流电压升至400V左右，再经过PWM控制电路和高频变压器输出稳定的直流电压，最后经过恒流控制电路输出理想的电压和电流。然而炎热的夏季来临，用空调的人数大幅增多。因此电网的负荷加重了，用电负荷不稳定，耗电波动，在线路上的电流不稳，就造成电网中的网损波动，显现出电压不稳定，一旦电压不稳定我们日常使用的LED光源就会开始抖动，光源抖动严重影响着人们的生活、视力及身心健康，另外当大功率设备和用电器接入照明线路时也会造成此类问题。
综合以上所述，目前市场上能够同时解决三大类问题的LED电源驱动都存在体积大、电路复杂、成本高等缺点。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种小型化高PF无频闪无抖动电源，AC电压顺次连接整流桥电路、EMI滤波电路、无源填谷电路和PWM控制芯片和负载。
优选的，所述整流桥电路为DB1桥式整流电路。
优选的，所述EMI滤波电路由第一电容CB1、第二电容CB2、第一电感L1、第二电感L2组成、第一电阻RL1、第二电阻RL2组成，第一电感L1和第一电阻RL1并联形成第一并联支路，第二电感L2和第二电阻RL2并联形成第二并联支路，第一并联支路和第二并联支路的首端连接第一电容CB1，第一并联支路和第二并联支路的尾端连接第二电容CB2。
优选的，所述无源填谷电路由第一电解电容EC1、第二电解电容EC2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电阻RC1组成，所述无缘填谷电路呈H桥式结构包括四条垂直腿和一条横杠，自右上记为第一垂直腿，则顺时针依次为第二垂直腿、第三垂直腿、第四垂直腿，第一垂直腿由内向外设置第二二极管D2，第三垂直腿由外向内设置第一二极管D1，第二垂直腿和第四垂直腿上分别设置第二电解电容EC2和第一电解电容EC1，横杠上串接第三二极管D3和第三电阻RC1，其中第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的方向一致。
优选的，无源填谷电路的正输出一方面通过第四电阻R1连接PWM控制芯片的VDD引脚，另一方面连接场效应管Q1的漏极；无源填谷电路的负输出直接连接负载负端V-；VDD引脚另一方面连接第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极顺次通过第五电阻R2、第六电阻R3、第七电阻R4接地；VDD引脚还通过第一电容C1接地；PWM控制芯片的VSINE引脚连接在第六电阻R3和第七电阻R4之间；PWM控制芯片的GATE引脚分别连接第五二极管DT1的阴极和第八电阻R5的一端，第五二极管DT1的阳极和第八电阻R5的另一端共同连接场效应管Q1的门极；PWM控制芯片的ISEN引脚一方面通过串联的第九电阻R6、第二电容C2连接负载负端V-，另一方面通过并联的第十电阻RS1、第十一电阻RS2、第十二电阻RS3接地，另一方面连接场效应管Q1的源极，另一方面连接第四二极管D4的阴极，第四二极管D4的阳极连接负载负端V-；PWM控制芯片的GND引脚一方面接地，另一方面通过电感T1A连接负载正端V+；负载正端V+和负载负端V-之间并联有第三电解电容EC3和第十三电阻R7。
本发明的有益效果
本发明同时满足了高PF(功率因素)改善了用户的电压质量、无频闪(低纹波系数)不会带来视觉错误、无抖动有利生活健康，且小型化、成本低，能在输入电压90V—260V时正常工作，满足国外客户需求，此外电源线性调整率能达到3％以内。
本方案采用新颖的设计思路，满足客户要求的同时将电源小型化，低成本化，让电源的应用场合更广，给生产成本、生产效率带来极大的优势。
附图说明
图1为现有技术中的电源结构框图
图2为本发明的电源结构框图
图3为本发明的具体电路图
图4为本发明PWM控制芯片的内部框架图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1：结合图2，一种小型化高PF无频闪无抖动电源，AC电压顺次连接整流桥电路、EMI滤波电路、无源填谷电路和PWM控制芯片和负载。
AC输入电压经过整流桥整流，EMI滤波电路，对无源填谷电路的电容进行充放电，改善PF(功率因素)，再通过PWM控制芯片输出我们想要的电流电压参数，而且达到高PF(功率因素)，无频闪(低纹波系数)，无抖动功能。
实施例2：结合图3，如实施例1所述的一种小型化高PF无频闪无抖动电源，具体的：
所述整流桥电路为DB1桥式整流电路。
所述EMI滤波电路由第一电容CB1、第二电容CB2、第一电感L1、第二电感L2组成、第一电阻RL1、第二电阻RL2组成，第一电感L1和第一电阻RL1并联形成第一并联支路，第二电感L2和第二电阻RL2并联形成第二并联支路，第一并联支路和第二并联支路的首端连接第一电容CB1，第一并联支路和第二并联支路的尾端连接第二电容CB2。
所述无源填谷电路由第一电解电容EC1、第二电解电容EC2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电阻RC1组成，所述无缘填谷电路呈H桥式结构包括四条垂直腿和一条横杠，自右上记为第一垂直腿，则顺时针依次为第二垂直腿、第三垂直腿、第四垂直腿，第一垂直腿由内向外设置第二二极管D2，第三垂直腿由外向内设置第一二极管D1，第二垂直腿和第四垂直腿上分别设置第二电解电容EC2和第一电解电容EC1，横杠上串接第三二极管D3和第三电阻RC1，其中第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的方向一致。
无源填谷电路的正输出一方面通过第四电阻R1连接PWM控制芯片的VDD引脚，另一方面连接场效应管Q1的漏极；无源填谷电路的负输出直接连接负载负端V-；VDD引脚另一方面连接第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极顺次通过第五电阻R2、第六电阻R3、第七电阻R4接地；VDD引脚还通过第一电容C1接地；PWM控制芯片的VSINE引脚连接在第六电阻R3和第七电阻R4之间；PWM控制芯片的GATE引脚分别连接第五二极管DT1的阴极和第八电阻R5的一端，第五二极管DT1的阳极和第八电阻R5的另一端共同连接场效应管Q1的门极；PWM控制芯片的ISEN引脚一方面通过串联的第九电阻R6、第二电容C2连接负载负端V-，另一方面通过并联的第十电阻RS1、第十一电阻RS2、第十二电阻RS3接地，另一方面连接场效应管Q1的源极，另一方面连接第四二极管D4的阴极，第四二极管D4的阳极连接负载负端V-；PWM控制芯片的GND引脚一方面接地，另一方面通过电感T1A连接负载正端V+；负载正端V+和负载负端V-之间并联有第三电解电容EC3和第十三电阻R7。
结合图4，本发明使用的PWM控制芯片XC101的内部框架，具有以下功能：
1.启动：电源上电后，母线电压通过启动电阻对VDD电容充电，当VDD电压达到芯片开启阈值时，门极驱动信号开始开关，芯片进入稳定工作状态。
2.恒流控制：芯片根据采样电阻上的电压信号控制系统的输出电流，电流检测脚内部设计了精准的补偿，这样即使在极限的低压输入时也能更好的实现电流电压控制，使系统更稳定。
3.LED过温保护：当芯片内部温度高于150℃时，芯片停止开关，因此输出电流减小至零；当温度降低至135℃时，芯片重新开始开关。
4.LED开路保护：芯片通过VSINE脚采样输出电压以实现LED开路保护功能。当VSINE脚电压高于3V时，LED开路保护触发，MOSFET停止开关。经过几秒钟后，芯片再次开关。
5.LED短路保护：芯片通过VSINE管脚采样输出电压来实现LED短路保护功能。当LED短路时，芯片通过减小内部的指令电流，降低开关频率到1.25kHz，并以最小导通时间工作，使输出电流减小。
将实施例2同现市场主流的应用方案数据测试对比，得到表1和表2：
Input 90V 100V 120V 140V 160V 180V 200V 220V 240V
P(W) 17.28 17.25 17.14 17.09 17.08 17.08 17.07 17.14 17.2
I(A) 0.3524 0.3529 0.3526 0.3524 0.352 0.3516 0.3511 0.351 0.351
U(V) 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36
PF 0.889 0.885 0.879 0.873 0.862 0.85 0.84 0.823 0.818
η 0.904 0.907 0.912 0.913 0.913 0.911 0.909 0.906 0.903
表1：实施例2
Input 90V 100V 120V 140V 160V 180V 200V 220V 240V
P(W) 13.36 14.24 16.8 16.89 17 17.01 17.07 17.25 17.3
I(A) 0.301 0.321 0.345 0.3486 0.347 0.35 0.3511 0.352 0.353
U(V) 44.31 44.32 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36 44.36
PF 0.889 0.885 0.879 0.873 0.861 0.842 0.835 0.82 0.815
η 0.901 0.902 0.91 0.91 0.911 0.909 0.909 0.906 0.903
表2：市场主流的应用方案
可见本发明工作时系统稳定，恒流效果理想，优势突出。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过电路设定来指令相关的硬件来完成的，该电路设定可以通过单片机或其他类似功能的集成芯片完成，为现有技术。本发明的核心发明点在于系统的整体结构布局，局部控制方法可通过现有技术编程完成；局部的模块连接可通过现有技术实现。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种小型化高PF无频闪无抖动电源，其特征在于AC电压顺次连接整流桥电路、EMI滤波电路、无源填谷电路和PWM控制芯片和负载。
2.根据权利要求1所述的无抖动电源，其特征在于所述整流桥电路为DB1桥式整流电路。
3.根据权利要求1所述的无抖动电源，其特征在于所述EMI滤波电路由第一电容CB1、第二电容CB2、第一电感L1、第二电感L2组成、第一电阻RL1、第二电阻RL2组成，第一电感L1和第一电阻RL1并联形成第一并联支路，第二电感L2和第二电阻RL2并联形成第二并联支路，第一并联支路和第二并联支路的首端连接第一电容CB1，第一并联支路和第二并联支路的尾端连接第二电容CB2。
4.根据权利要求1所述的无抖动电源，其特征在于所述无源填谷电路由第一电解电容EC1、第二电解电容EC2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电阻RC1组成，所述无缘填谷电路呈H桥式结构包括四条垂直腿和一条横杠，自右上记为第一垂直腿，则顺时针依次为第二垂直腿、第三垂直腿、第四垂直腿，第一垂直腿由内向外设置第二二极管D2，第三垂直腿由外向内设置第一二极管D1，第二垂直腿和第四垂直腿上分别设置第二电解电容EC2和第一电解电容EC1，横杠上串接第三二极管D3和第三电阻RC1，其中第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的方向一致。
5.根据权利要求1所述的无抖动电源，其特征在于无源填谷电路的正输出一方面通过第四电阻R1连接PWM控制芯片的VDD引脚，另一方面连接场效应管Q1的漏极；无源填谷电路的负输出直接连接负载负端V-；VDD引脚另一方面连接第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极顺次通过第五电阻R2、第六电阻R3、第七电阻R4接地；VDD引脚还通过第一电容C1接地；PWM控制芯片的VSINE引脚连接在第六电阻R3和第七电阻R4之间；PWM控制芯片的GATE引脚分别连接第五二极管DT1的阴极和第八电阻R5的一端，第五二极管DT1的阳极和第八电阻R5的另一端共同连接场效应管Q1的门极；PWM控制芯片的ISEN引脚一方面通过串联的第九电阻R6、第二电容C2连接负载负端V-，另一方面通过并联的第十电阻RS1、第十一电阻RS2、第十二电阻RS3接地，另一方面连接场效应管Q1的源极，另一方面连接第四二极管D4的阴极，第四二极管D4的阳极连接负载负端V-；PWM控制芯片的GND引脚一方面接地，另一方面通过电感T1A连接负载正端V+；负载正端V+和负载负端V-之间并联有第三电解电容EC3和第十三电阻R7。
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