CN107690219A - 一种半桥多交错直流hid开关电源 - Google Patents

一种半桥多交错直流hid开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单级隔离式LED开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括直流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元、点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中功率转换电路还包括电容半桥单元，桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括第一交错桥臂单元和第二交错桥臂单元，电感包括第二电感单元和第一电感单元；半桥电容单元包括电容EC1与电容EC2，电容EC1与电容EC2并联并连向HID灯珠，电容EC1的另一端连向DC1，电容EC2的一端连向GNDP。本发明能够通过引入半桥电容电路，将原有的全桥结构改造成为多个半桥，能够充分利用各个主体电路中各个开关单元的负载能力，提高电源的功率密度。

Description

一种半桥多交错直流HID开关电源
技术领域
本发明涉及一种开关电源，更具体的来说，涉及一种半桥多交错直流HID开关电源。
背景技术
现有的直流HID开关电源主流方案采用的是全桥开关电源电路方案。这种方案的电路在工作中的每一个时刻只有一半的主体单元及其元器件工作在高频满负载开关状态，而另一半则处于非开关轻载状态，电路的元器件利用率不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种元器件利用效率高的半桥多交错直流HID开关电源。
为实现上述目的，本发明采用一种单级隔离式LED开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括直流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元、点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中功率转换电路还包括电容半桥单元，桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括第一交错桥臂单元和第二交错桥臂单元，电感包括第二电感单元和第一电感单元；电容半桥单元连向点火输出单元，并与直流输入EMC单元、第一次交错桥臂单元以及第二交错桥臂单元相连，点火输出单元与第一电感单元以及第二电感单元相连，第一电感单元与第一交错桥臂单元相连，第二电感单元与第二交错桥臂单元相连，直流输入EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元，开关信号驱动单元与第一交错桥臂单元、第二交错桥臂单元相连。
这样的设置，通过引入半桥电容电路，将原有的全桥结构改造成为多个半桥，能够充分利用各个主体电路中各个开关单元的负载能力，提高电源的功率密度。
本发明进一步设置为，半桥电容单元包括电容EC1与电容EC2，电容EC1与电容EC2并联并连向HID灯珠，电容EC1的另一端连向DC1，电容EC2的一端连向GNDP。
这样的设置，能使得半桥电容单元在两个电容之间建立一个大小为全电压一半的中间电压。
本发明进一步设置为,交错桥臂单元包括开关管QU1、开关管QU2、开关管QL1、开关管QL2，开关管QU1的一端与开关管QL1并联并连向线圈PL3，另一端与开关管QU2相连并连向DC1，开关管QL1一端与开关管QU1相连并连向线圈PL3，另一端与开关管QL2相连并连向GNDP，开关管QL2的一端与开关管QU2、线圈PL1相连，另一端与开关管QL1相连连向GNDP，开关管QU2一端与开关管QL2、线圈PL1相连，另一端与开关管QU1相连并连向DC1。
这样的设置，提高了开关电源总体的电源转换效率。
本发明进一步设置为，交错桥臂单元需要成对连接，交错桥臂单元的数量不限于两个。这样的设置，设置数量越多的交错桥臂单元，开关电源总体的电源效率越高。
附图说明
图1是本发明实施例一种半桥多交错直流HID开关电源原理方框图；
图2是本发明实施例一种半桥多交错直流HID开关电源的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种单级隔离式LED开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括直流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元、点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中功率转换电路还包括电容半桥单元，桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括第一交错桥臂单元和第二交错桥臂单元，电感包括第二电感单元和第一电感单元；电容半桥单元连向点火输出单元，并与直流输入EMC单元、第一次交错桥臂单元以及第二交错桥臂单元相连，点火输出单元与第一电感单元以及第二电感单元相连，第一电感单元与第一交错桥臂单元相连，第二电感单元与第二交错桥臂单元相连，直流输入EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元，开关信号驱动单元与第一交错桥臂单元、第二交错桥臂单元相连，交错桥臂单元的数量不限于两个。
如图2所示，半桥电容单元包括电容EC1与电容EC2，电容EC1与电容EC2并联并连向HID灯珠，电容EC1的另一端连向DC1，电容EC2的一端连向GNDP；交错桥臂单元包括开关管QU1、开关管QU2、开关管QL1、开关管QL2，开关管QU1的一端与开关管QL1并联并连向线圈PL3，另一端与开关管QU2相连并连向DC1，开关管QL1一端与开关管QU1相连并连向线圈PL3，另一端与开关管QL2相连并连向GNDP，开关管QL2的一端与开关管QU2、线圈PL1相连，另一端与开关管QL1相连连向GNDP，开关管QU2一端与开关管QL2、线圈PL1相连，另一端与开关管QU1相连并连向DC1。
本发明的工作原理是：直流输入电压经过直流输入EMC单元后连接至各个交错桥臂单元的顶端DC1和底端GNDP。
当HID灯珠工作在“右极性”时，即HID灯珠电流为从右边方向向左边方向流动时，各个交错桥臂单元所有的高端开关开关管QU1，开关管QU2，开关管QU3，开关管QU4处于电能储能开关状态，所有交错桥臂单元的低端开关开关管QL1，开关管QL2，开关管QL3，开关管QL4均处于保持电能释放开关状态；各个交错桥臂单元的上下开关QU1和QL1，QU2和QL2，QU3与QL3，QU4和QL4按互补开通的开关方式工作。此时每个开关周期中的激磁能量一路来自于直流电源，另一路来自于电容半桥单元中高端电容EC1中的电能。来自直流电源的电流从各个交错桥臂单元的高端开关QU1，QU2，QU3，QU4流入，经过各个电感单元流入点火输出单元，再流入HID灯珠的右端；流出半桥高端电容EC1中的电流也从各个交错桥臂的高端开关QU1，QU2，QU3，QU4流入，经过各个电感单元流入点火输出单元，再流入HID灯珠的右端。而流出HID灯珠和点火输出单元的电流，经过电容半桥单元中的低端电容EC2，返回给直流电源。每个电能释放开关周期中的退磁能量来自于各个电感单元。此时，各个开关桥臂的低端开关开关管QL1，开关管QL2，开关管QL3，开关管QL4和各个电感单元，以及点火输出单元，构成了电能释放电流的串联回路，退磁能量储存于电容半桥中的低端电容EC2中。此时流经HID灯珠的开关功率，由电流信号Icsm和输入电压信号Vdc的乘积计算获得。
当HID灯珠工作在“左极性”时，即HID灯电流为从左边方向向右边方向流动时，各个交错桥臂所有的低端开关开关管QL1，开关管QL2，开关管QL3，开关管QL4处于电能储能开关状态，所有各个交错桥臂的高端开关开关管QU1，开关管QU2，开关管QU3，开关管QU4均处于保持电能释放开关状态；各个交错桥臂的上下开关QU1和QL1，QU2和QL2，QU3与QL3，QU4和QL4按互补开通的开关方式工作。此时每个开关周期中的激磁能量一路来自于直流电源，另一路来自于电容半桥单元中低端电容EC2中的电能。来自直流电源的电流流过电容半桥单元中的高端电容EC1，经过点火输出单元，再流入HID灯珠的左端，再经过各个电感单元流入各个交错桥臂的低端开关QL1，开关管QL2，开关管QL3，开关管QL4，最终流回到直流电源；流出半桥电容单元低端电容EC2中的电流经过点火输出单元，再流入HID灯珠的左端，而流出HID灯珠和点火输出单元的电流，流入各个电感单元，再流经各个交错桥臂的低端开关开关管QL1，开关管QL2，开关管QL3，开关管QL4后，返回给电容半桥单元中的低端电容EC2。每个电能释放开关周期中的退磁能量来自于各个电感单元。此时，各个开关桥臂的高端开关开关管QU1，开关管QU2，开关管QU3，开关管QU4和各个电感单元，以及点火输出单元，构成了电能释放电流的串联回路，退磁能量储存于电容半桥单元中的高端电容EC1中。此时流经HID灯珠的开关功率，仍然由电流信号Icsm和输入电压信号Vdc的乘积计算获得。

Claims (5)

1.一种半桥多交错直流HID开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括直流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元、点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其特征在于：所述的功率转换电路还包括电容半桥单元，所述的桥臂单元为交错桥臂单元，所述的交错桥臂单元包括第一交错桥臂单元和第二交错桥臂单元，所述的电感包括第二电感单元和第一电感单元；电容半桥单元连向点火输出单元，并与直流输入EMC单元、第一次交错桥臂单元以及第二交错桥臂单元相连，点火输出单元与第一电感单元以及第二电感单元相连，第一电感单元与第一交错桥臂单元相连，第二电感单元与第二交错桥臂单元相连，直流输入EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元，开关信号驱动单元与第一交错桥臂单元、第二交错桥臂单元相连。
2.根据权利要求1所述的半桥多交错直流HID开关电源，其特征在于：所述的半桥电容单元包括电容EC1与电容EC2，电容EC1与电容EC2并联并连向HID灯珠，电容EC1的另一端连向DC1，电容EC2的一端连向GNDP。
3.根据权利要求1或2所述的半桥多交错直流HID开关电源，其特征在于：所述的交错桥臂单元包括开关管QU1、开关管QU2、开关管QL1、开关管QL2，开关管QU1的一端与开关管QL1并联并连向线圈PL3，另一端与开关管QU2相连并连向DC1，开关管QL1一端与开关管QU1相连并连向线圈PL3，另一端与开关管QL2相连并连向GNDP，开关管QL2的一端与开关管QU2、线圈PL1相连，另一端与开关管QL1相连连向GNDP，开关管QU2一端与开关管QL2、线圈PL1相连，另一端与开关管QU1相连并连向DC1。
4.根据权利要求1或2所述的半桥多交错直流HID开关电源，其特征在于：所述的交错桥臂单元需要成对连接，交错桥臂单元的数量不限于两个。
5.根据权利要求3所述的半桥多交错直流HID开关电源，其特征在于：所述的交错桥臂单元需要成对连接，交错桥臂单元的数量不限于两个。
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