CN109347319A - 高效滤波电路及电源输出系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效滤波电路及电源输出系统，包括输入整流单元、高功率因数单元、电压转换单元及滤波单元，所述输入整流单元、所述高功率因数单元、所述电压转换单元和所述滤波单元顺序电连接；所述高功率因数单元包括电容C1、电容C2和电感L3，所述电容C1的两端分别与所述输入整流单元的两个输出端电连接，所述电容C2的两端与所述电容C1的两端并联连接，所述电感L3的两端分别与所述电容C1的一端与所述电容C2的一端电连接。本发明提供一种高PF值、高效率、输出纹波小以及提高系统稳定性的高效滤波电路及电源输出系统。
Description
技术领域
本发明涉及电源输出系统领域，特别是涉及一种高效滤波电路及电源输出系统。
背景技术
LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片和电路板，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以LED灯的抗震性能好。运用领域涉及到手机、台灯、家电等日常家电和机械生产方面。
LED的主要特点是体积小、高效、节能、亮度高、低热量、寿命长、安全、环保、坚固耐用等，因此有着广泛的用途，是最理想的光源去替代传统的光源。因此LED电源也日益受到重视，目前，使用的LED电源主要为开关电源、直供式电源和阻容降压式电源。公知的是前述LED电源都包括X电容和电解电容等，由于X电容、电解电容的充放电而导致了产品功率因数低，对电网电源的使用率低，因此，前述LED电源的对电网电源的使用率低，这也增加了线路上的供电损失。并且，现有的LED电源在输出电流时，容易产生纹波，降低了电源系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种高PF值、高效率、输出纹波小以及提高系统稳定性的高效滤波电路及电源输出系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高效滤波电路，包括：输入整流单元、高功率因数单元、电压转换单元及滤波单元，所述输入整流单元、所述高功率因数单元、所述电压转换单元和所述滤波单元顺序电连接；
所述高功率因数单元包括电容C1、电容C2和电感L3，所述电容C1的两端分别与所述输入整流单元的两个输出端电连接，所述电容C2的两端与所述电容C1的两端并联连接，所述电感L3的两端分别与所述电容C1的一端与所述电容C2的一端电连接。
在其中一个实施例中，所述滤波单元包括电容CE3、电容CE4、电容CE5、热敏电阻RT1、电感L4、电阻R20和电阻R21，所述电阻R20的两端分别与所述电压转换单元的两端电连接，所述电容CE3、所述电容CE4、所述电容CE5顺序与所述电阻R20并联连接，所述电阻RT1的一端与所述电压转换单元的一端电连接，所述热敏电阻RT1的另一端经所述电感L4和电阻R21后输出电压。
在其中一个实施例中，所述电感L3为“工”字型的电感。
在其中一个实施例中，所述输入整流单元包括抗干扰支路、防雷击支路及整流支路，所述抗干扰支路的输入端用于与外部电网电连接，所述抗干扰支路的输出端与所述防雷击支路的一端电连接，所述防雷击支路的另一端与所述整流支路的输入端电连接，所述整流支路的输出端与所述高功率因数单元的输入端电连接。
在其中一个实施例中，所述抗干扰支路包括保险丝F1、电感L1、电感L2及压敏电阻V1，所述保险丝F1的第一端用于与外部电网电的火线连接，所述保险丝F1的第二端经所述电感L1后与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电感L2的一端用于与外部电网的零线电连接，所述电感L2的另一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接。
在其中一个实施例中，所述防雷击支路包括电容CY2和电容CY3，所述电容CY2的一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接，所述电容CY2的另一端接地，所述电容CY3与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电容CY3的另一端接地。
在其中一个实施例中，所述整流支路包括整流桥，所述整流桥的两个输入端分别与所述压敏电阻V1的两端电连接，所述整流桥的输出端与所述高功率因数单元电连接。
在其中一个实施例中，所述电压转换单元包括变压器T1A及RC滤波支路，所述变压器T1A的两个输入端分别与所述高功率因数单元的两个输出端电连接，所述变压器T1A的输出端与所述RC滤波支路的输入端电连接，所述RC滤波支路的输出端与所述滤波单元电连接。
在其中一个实施例中，所述RC滤波支路包括电容C8、电阻R19及二极管D6，所述二极管D6的阳极与所述变压器的次级输出端电连接，所述二极管D6的阴极与所述滤波单元电连接，所述电容C8的一端与所述二极管D6的阳极电连接，所述电容C8的另一端经所述电阻R19后与所述二极管D6的阴极电连接。
一种电源输出系统，其特征在于，包括以上所述高效滤波电路。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明为一种高效滤波电路及电源输出系统，通过在高功率因数单元只设置差模电感，代替了现有的X电容和共模电感，可以不使用放电电阻，因此，可以减少电阻上的损耗。并且，使用两级金属化聚丙烯膜电容和工字型电感组成的滤波线路，代替电解电容，以提高电源的功率因数值，提高对电网电源的使用率，同时，避免因为电解电容的容易干枯失效的特性，延长了产品寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施方式的高效滤波电路的电路原理图；
图2为本发明另一实施方式的高效滤波电路的电路原理图
图3为本发明一实施方式的线性稳压电路的电路原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一种高效滤波电路，包括：输入整流单元、高功率因数单元、电压转换单元及滤波单元，所述输入整流单元、所述高功率因数单元、所述电压转换单元和所述滤波单元顺序电连接；需要说明的是，所述输入整流单元用于连接电网，并将交流电整流成直流电；所述高功率因数单元用于提高电源的功率因数值，并且提高对电网电源的使用率；所述电压转换单元用于将电压转换成LED灯的工作电压，所述滤波单元用于滤除电流中纹波，避免LED在发光的时候出现闪烁的情况。
所述高功率因数单元包括电容C1、电容C2和电感L3，所述电容C1的两端分别与所述输入整流单元的两个输出端电连接，所述电容C2的两端与所述电容C1的两端并联连接，所述电感L3的两端分别与所述电容C1的一端与所述电容C2的一端电连接。优选的，所述电感L3为“工”字型的差模电感。
进一步地，本电路摒弃传统的X电容和共模电感所组成的EMI滤波线路，以及整流电路之后的电解电容滤波。采用了包括整流电路，将市电电源整流为倍频直流脉冲电源，还包括差模电感、第一金属化聚丙烯膜电容C1、第一工字型电感L3和第二金属化聚丙烯膜电容C2，两个差模电感串联在输入端的L、N线整流电路之前，整流电路的输出端正极连接于第一金属化聚丙烯膜电容和工字型电感的一端，工字型电感的另一端接于第二金属化聚丙烯膜电容，第一和第二金属化聚丙烯膜电容的另一端连接于整流电路的负极。
如此，通过在高功率因数单元只设置差模电感，代替了现有的X电容和共模电感，可以不使用放电电阻，因此，可以减少电阻上的损耗。并且，使用两级金属化聚丙烯膜电容和工字型电感组成的滤波线路，代替电解电容，以提高电源的功率因数值，提高对电网电源的使用率，同时，避免因为电解电容的容易干枯失效的特性，延长了产品寿命。从而，使得电源产品的功率因数和效率可显著提升，经测试功率因素可以达到98％以上。
需要说明的是，所述滤波单元包括电容CE3、电容CE4、电容CE5、热敏电阻RT1、电感L4、电阻R20和电阻R21，所述电阻R20的两端分别与所述电压转换单元的两端电连接，所述电容CE3、所述电容CE4、所述电容CE5顺序与所述电阻R20并联连接，所述电阻RT1的一端与所述电压转换单元的一端电连接，所述热敏电阻RT1的另一端经所述电感L4和电阻R21后输出电压。进一步地，电解电容CE3、电容CE4、电容CE5、电感L4和电阻R21组成滤除纹波电路，并且，电阻R21作为纯电阻负载，纹波电流更小。具体地，由于LED灯的作为负载的性质与纯电阻并不一样，LED灯中带有一点电感式的负载模式，而在本实施方案中，引入一个线性的纯电阻负载，因此，对于滤除纹波电流的效果会非常好，输出的电流纹波更小。
需要说明的是，所述输入整流单元包括抗干扰支路、防雷击支路及整流支路，所述抗干扰支路的输入端用于与外部电网电连接，所述抗干扰支路的输出端与所述防雷击支路的一端电连接，所述防雷击支路的另一端与所述整流支路的输入端电连接，所述整流支路的输出端与所述高功率因数单元的输入端电连接。所述抗干扰支路用于保护线路，并且还可以实现抗EMI的干扰；所述防雷击支路用于防止雷击，并且，还起到了传导辐射的作用；所述整流支路用于对输入电流信号的整流。
具体地，所述抗干扰支路包括保险丝F1、电感L1、电感L2及压敏电阻V1，所述保险丝F1的第一端用于与外部电网电的火线连接，所述保险丝F1的第二端经所述电感L1后与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电感L2的一端用于与外部电网的零线电连接，所述电感L2的另一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接。所述保险丝F1起到过流保护的作用，所述压敏电阻V1具有浪涌抑制功能。
具体地，所述防雷击支路包括电容CY2和电容CY3，所述电容CY2的一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接，所述电容CY2的另一端接地，所述电容CY3与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电容CY3的另一端接地。需要说明的是，所述电容CY2和电容CY3均为安规电容，并且，主要是起到抗雷击和传导辐射作用，也就是传导电源对外部无线波的辐射。
具体地，所述整流支路包括整流桥，所述整流桥的两个输入端分别与所述压敏电阻V1的两端电连接，所述整流桥的输出端与所述高功率因数单元电连接。
需要说明的是，所述电压转换单元包括变压器T1A及RC滤波支路，所述变压器T1A的两个输入端分别与所述高功率因数单元的两个输出端电连接，所述变压器T1A的输出端与所述RC滤波支路的输入端电连接，所述RC滤波支路的输出端与所述滤波单元电连接。具体地，所述RC滤波支路包括电容C8、电阻R19及二极管D6，所述二极管D6的阳极与所述变压器的次级输出端电连接，所述二极管D6的阴极与所述滤波单元电连接，所述电容C8的一端与所述二极管D6的阳极电连接，所述电容C8的另一端经所述电阻R19后与所述二极管D6的阴极电连接。所述二极管D6用于整流输出，所述电容C8和电阻R19实现滤波作用。
可以理解，现有的电源系统中，一般只能满足单颗LED灯的接入，而且单颗LED灯的规格是3V/0.6A的，也就是说现有的电源系统中，只能接入3V的电压，若如果想增加LED灯的颗数，那么会使得增加了输入的电压的大小，进而增加了输入电源系统的控制IC的电压大小，从而使得电源系统中的控制IC不能工作，严重时还有可能会烧坏电源系统中的控制IC，致使LED灯不能正常的照明，降低了电源系统的可靠性及兼容性。
一种电源输出系统，其特征在于，包括以上所述高效滤波电路，还包括线性稳压电路，所述高效滤波电路与所述线性稳压电路电连接。
一种线性稳压电路，包括：稳压输入单元、稳压单元及控制芯片，所述稳压输入单元的输出端与所述稳压单元的输入端电连接，所述稳压单元的输出端与所述控制芯片电连接。需要说明的是，所述控制芯片的工作电压为10～26V，并且，所述控制芯片U1采用通嘉科技公司、型号为LD7831的芯片。所述稳压输入单元用于为控制芯片输入电压；所述稳压单元将输入的电压稳定在控制芯片U1的工作范围内，避免出现芯片被电压击穿的情况。
请参阅图2，所述稳压单元包括电阻R3、二极管D2、电阻R7、三极管Q2及稳压二极管ZD2，所述电阻R3的第一端与所述稳压输入单元的输出端电连接，所述电阻R3的第二端经所述二极管D2后与所述三极管Q2的集电极电连接，所述三极管Q2的基极与所述二极管D2的阳极电连接，所述三极管Q2的发射极与所述控制芯片电连接，所述二极管D2的阴极接地，所述电阻R7的第一端与所述三极管Q2的集电极电连接，所述电阻R7的第二端与所述三极管Q2的基极电连接。
工作时：通过二极管D1整流后，输入电压通过电阻R7给三极管Q2供电，并且，此时，如果输入电压小于稳压二极管ZD2的启动电压，则稳压二极管ZD2不会启动工作，所以，输入电压通过电阻R7后，给三极管Q2高电平，从而导通三极管Q2，从而输入电压可以直接输入给芯片中。当输入电压大于稳压二极管ZD2的启动电压，从而会使得稳压二极管ZD2导通，从而使得稳压二极管ZD2工作，稳压二极管ZD2就会钳住三极管Q2基极的电压，使得三极管Q2基极的电压为稳压二极管ZD2的输出的电压，所以使得三极管Q2输出的电压为稳压二极管ZD2的稳压的电压，从而输入到芯片中的电压为稳压二极管ZD2的电压。从而保证控制芯片U1不会被电压击穿，提高了稳压电源电路的稳定性，进而提高了产品的使用寿命。
需要说明的是，所述稳压输入单元包括变压器T1、电阻R4和电阻R5，所述电阻R4的第一端与所述变压器T1的一端电连接，所述电阻R5的第一端与所述变压器T1的另一端电连接，所述电阻R4的第二端与所述电阻R5的第二端电连接。其中，所述变压器T1为图中的变压器T1B。
需要说明的是，所述线性稳压电路还包括驱动单元，所述驱动单元的一端与所述变压器T1的一端电连接，所述驱动单元的另一端与所述控制芯片电连接。具体地，所述驱动单元包括电阻R8、电阻R9、二极管D2和MOS管Q1，所述MOS管Q1的D极与所述变压器T1的一端的电连接，所述MOS管Q1的S极接地，所述MOS管Q1的G极经所述二极管D2和所述电阻R9后与所述控制芯片电连接，所述电阻R8的第一端与所述MOS管Q1的G极电连接，所述电阻R8的第二端与所述控制芯片电连接。所述电阻R8、电阻R9、二极管D2，驱动MOS管Q1的限流作用，控制MOS管Q1导通以及关断的时间。
需要说明的是，所述线性稳压电路还包括反馈单元，所述反馈单元的一端与所述变压器T1的一端电连接，所述反馈单元的另一端与所述控制芯片电连接。具体地，所述反馈单元包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和稳压二极管ZD1，所述电阻R13的一端与所述变压器T1的一端电连接，所述电阻R13的另一端与所述稳压二极管ZD1的阴极电连接，所述稳压二极管ZD1的阳极接地，所述电阻R14的两端与所述稳压二极管ZD1的两端并联连接，并且，所述电阻R14还与所述变压器T1的一端电连接，所述电阻R15的两端与所述稳压二极管ZD1的两端并联连接，所述电阻R12的一端与所述稳压二极管ZD1的阴极电连接，所述电阻R12的另一端与所述控制芯片电连接。
进一步地，电阻R14、电阻R15，用于检测MOS管上的电流，然后通过电流形成一个电压，反馈给控制芯片中，然后，控制芯片再通过电压来控制MOS管Q1输出的电流，从而可以控制次级输出电流的大小，稳压二极管ZD1用于保证输入的电压不要超过芯片的工作电压，防止出现击穿芯片情况，起到保护芯片的作用。
需要说明的是，所述稳压单元还包括电容CE1，所述电容CE1的一端与所述二极管D2的阴极电连接，所述电容CE1的另一端接地。所述稳压单元还包括电容CE2，所述电容CE2的一端与所述三极管Q2的发射极电连接，所述电容CE2的另一端接地。如此，通过设置电容CE1和电容CE2，可以实现储存能量的作用。
需要说明的是，所述线性稳压电路还包括温度保险丝TRS1，所述温度保险丝TRS1的一端与所述三极管Q2的发射极电连接，所述温度保险丝TRS1的另一端与所述控制芯片的VCC管脚电连接。如此，当温度过高时，可以保护控制芯片U1不受损坏。
可以理解，为了兼容多种LED灯或者其他机型，当其他机型上的电压范围并不大的时候，一实施方式中，所述线性稳压电路还包括电阻R6，所述电阻R6的第一端与所述二极管D1的阴极电连接，所述电阻R6的第二端与所述控制芯片U1的VCC管脚电连接。如此，当接入的LED灯或者其他机型并不需要大范围的电压，可以只在电路中接入0欧姆电阻R6，进而代替电容CE1、电容CE2、电阻R7、稳压二极管ZD2和三极管Q2，从而可以节省更多的电子元器件，降低电路的成本，有利于产品的推广。
还需要说明的是，所述电源输出系统还包括补偿电路和RCD滤波电路，所述补偿电路的一端与所述高功率因数单元的输出端电连接，所述补偿电路的另一端与所述控制芯片电连接，所述RCD滤波电路的一端与所述变压器T1A的一端电连接，所述RCD滤波电路的另一端与所述高功率因数单元的输出端电连接。
所述补偿电路包括电阻R10和电阻R11，所述电阻R10的一端与所述高功率因数单元的输出端电连接，所述电阻R10的另一端与所述控制芯片的CS管脚电连接；如此，通过设置电阻R10和电阻R11，同时电阻R10和电阻R11接芯片的CS脚，用于控制变压器次级输出电流，并且当电源的高压低压输出的时候，起到电流取样的补偿作用。
所述RCD滤波电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、二极管D3、二极管D4、二极管D5和电容C3，所述高功率因数单元的输出端经所述电阻R16、所述电阻R17、所述二极管D3和所述二极管D4后与所述变压器T1A的一端电连接，所述高功率因数单元的输出端还经所述电容C3、所述电阻R18和所述二极管D5后与所述变压器T1A的一端电连接，即所述电感L3的输出端经所述电阻R16、所述电阻R17、所述二极管D3和所述二极管D4后与所述MOS管Q1的D极电连接，所述电感L3的输出端经电容C3、所述电阻R18和所述二极管D5后与MOS管Q1的D极电连接。如此，由电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19组成的RCD滤波电路，将变压器T1A的输出端里面储存的冗余能量，传回到变压器T1A输入端中，实现循环使用，更高效节能。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明为一种高效滤波电路及电源输出系统，通过在高功率因数单元只设置差模电感，代替了现有的X电容和共模电感，可以不使用放电电阻，因此，可以减少电阻上的损耗。并且，使用两级金属化聚丙烯膜电容和工字型电感组成的滤波线路，代替电解电容，以提高电源的功率因数值，提高对电网电源的使用率，同时，避免因为电解电容的容易干枯失效的特性，提高产品寿命。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高效滤波电路，其特征在于，包括：输入整流单元、高功率因数单元、电压转换单元及滤波单元，所述输入整流单元、所述高功率因数单元、所述电压转换单元和所述滤波单元顺序电连接；
所述高功率因数单元包括电容C1、电容C2和电感L3，所述电容C1的两端分别与所述输入整流单元的两个输出端电连接，所述电容C2的两端与所述电容C1的两端并联连接，所述电感L3的两端分别与所述电容C1的一端与所述电容C2的一端电连接。
2.根据权利要求1所述的高效滤波电路，其特征在于，所述滤波单元包括电容CE3、电容CE4、电容CE5、热敏电阻RT1、电感L4、电阻R20和电阻R21，所述电阻R20的两端分别与所述电压转换单元的两端电连接，所述电容CE3、所述电容CE4、所述电容CE5顺序与所述电阻R20并联连接，所述电阻RT1的一端与所述电压转换单元的一端电连接，所述热敏电阻RT1的另一端经所述电感L4和电阻R21后输出电压。
3.根据权利要求1所述的高效滤波电路，其特征在于，所述电感L3为“工”字型的电感。
4.根据权利要求1所述的高效滤波电路，其特征在于，所述输入整流单元包括抗干扰支路、防雷击支路及整流支路，所述抗干扰支路的输入端用于与外部电网电连接，所述抗干扰支路的输出端与所述防雷击支路的一端电连接，所述防雷击支路的另一端与所述整流支路的输入端电连接，所述整流支路的输出端与所述高功率因数单元的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的高效滤波电路，其特征在于，所述抗干扰支路包括保险丝F1、电感L1、电感L2及压敏电阻V1，所述保险丝F1的第一端用于与外部电网电的火线连接，所述保险丝F1的第二端经所述电感L1后与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电感L2的一端用于与外部电网的零线电连接，所述电感L2的另一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接。
6.根据权利要求5所述的高效滤波电路，其特征在于，所述防雷击支路包括电容CY2和电容CY3，所述电容CY2的一端与所述压敏电阻V1的第二端电连接，所述电容CY2的另一端接地，所述电容CY3与所述压敏电阻V1的第一端电连接，所述电容CY3的另一端接地。
7.根据权利要求5所述的高效滤波电路，其特征在于，所述整流支路包括整流桥，所述整流桥的两个输入端分别与所述压敏电阻V1的两端电连接，所述整流桥的输出端与所述高功率因数单元电连接。
8.根据权利要求1所述的高效滤波电路，其特征在于，所述电压转换单元包括变压器T1A及RC滤波支路，所述变压器T1A的两个输入端分别与所述高功率因数单元的两个输出端电连接，所述变压器T1A的输出端与所述RC滤波支路的输入端电连接，所述RC滤波支路的输出端与所述滤波单元电连接。
9.根据权利要求8所述的高效滤波电路，其特征在于，所述RC滤波支路包括电容C8、电阻R19及二极管D6，所述二极管D6的阳极与所述变压器的次级输出端电连接，所述二极管D6的阴极与所述滤波单元电连接，所述电容C8的一端与所述二极管D6的阳极电连接，所述电容C8的另一端经所述电阻R19后与所述二极管D6的阴极电连接。
10.一种电源输出系统，其特征在于，包括权利要求1～9中任意一项的所述高效滤波电路。
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