CN110312344B - 一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路 - Google Patents

一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，该驱动电路包括：一输入直流电压源V s1、一光伏发电电源V s2、一功率MOS开关管Q1、一功率MOS开关管Q2、一功率二极管D1、一功率二极管D2、一功率二极管D3、一中间电容C 1、一电解电容C 2、一中间电容C 3、一电感L 1、一电感L 2、一电感L 3、一灯负载LED。本发明通过集成两个降压型Cuk变换电路组成一种双输入降压Cuk LED驱动电路，实现多能源供电、降压、低纹波电能变换与处理。

Description

一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路
技术领域
本发明涉及LED驱动电路，具体涉及一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路。
背景技术
进入21世纪，人类面临实现社会经济发展和能源可持续利用发展的重大挑战，在可用资源有限和环保要求严格的双重压力制约下健康可持续发展经济已成为全球热点问题。而能源问题则表现得更为明显，能源不仅是人们生存与发展不可或缺的重要资源，更是我们参与社会发展建设的重要保障，与此同时，LED发光半导体器件，因其具有安全可靠、功率损耗低、光照效率高、辐射无、寿命长等特点而被广泛应用于照明领域。大功率LED作为一种新型的绿色清洁电光源产品，随着在我国倡导节能减排、低碳生活、绿色生活和加强生态文明建设的背景下，美好生活进入以LED为代表的新型照明光源时代已成必然，因此，将合理开发和利用绿色可再生能源如光伏发电、风力发电等方面电能与大功率LED融合形成一种新型的绿色清洁光源产品已成为人类发展的迫切需要，而这个环节必须要实现电能的降压变换与处理。
在传统的非隔离降压变换器当中，有具备降压功能的典型Buck电路和具备可升可降功能的典型Cuk电路。在其降压驱动电路当中，典型Buck变换器常因其结构简单而被广泛应用，但它的输入电流是开关电流，不连续，具有较大的输入纹波，且电磁兼容特性较差。典型Cuk驱动电路虽然可以实现既可升压亦可降压的功能，还可以使输入电流和输出电流连续，不出现断续状态，但因开关管和二极管承受电压应力高，因为它们在截止时要承受电源电压和负载电压之和的电压应力，开关损耗大，器件成本高；且由于输入输出的电压变比为D/(l-D)，导致降压变换的范围有限等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，实现多能源供电、降压、低纹波电能变换与处理，提高驱动效率和降压范围，且输入输出电压极性相同。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，包括输入直流电压源V s1、光伏发电电源V s2、第一功率MOS开关管Q1、第二功率MOS开关管Q2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第一中间电容C 1、电解电容C 2、第二中间电容C 3、第一电感L 1、第二电感L 2、第三电感L 3、LED灯负载；所述输入直流电压源V s1的正极连接第一电感L 1的一端；所述第一电感L 1的另一端连接第一中间电容C 1的一端和第一功率MOS开关管Q1的漏极；所述功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率二极管D2的阳极；所述第一中间电容C 1的另一端连接第一功率二极管D1的阳极、第二中间电容C 3的一端和第二电感L 2的一端；所述光伏发电电源V s2的正极连接第三电感L 3的一端；所述第三电感L 3的另一端连接第二中间电容C 3的一端和第二功率MOS开关管Q2的漏极；所述第二功率MOS开关管Q2的源极连接第三功率二极管D3的阳极；所述第二电感L 2的另一端连接所述输入直流电压源V s1的负极、光伏发电电源V s2的负极、电解电容C 2的负端和LED灯负载的负端；所述电解电容C 2的另一端连接所述LED灯负载的另一端、一功率二极管D1的阴极、一功率二极管D2的阴极、一功率二极管D3的阴极。
进一步的，所述灯负载LED其两端电压V o小于输入直流电源电压V s1和光伏发电电源V s2且V s1大于V s2。
进一步的，所述中间电容C 1和C 3均为高频电容。
进一步的，所述输入直流电压源V s1、电感L 1、中间电容C 1、电感L 2、功率MOS开关管Q1和功率二极管D1构成一个降压型Cuk变换电路；所述光伏发电电源V s2、电感L 3、中间电容C 3、电感L 2、功率MOS开关管Q2和功率二极管D1构成另一个降压型Cuk变换电路。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明不仅具备纹波更小、效率高、降压范围大等优点，而且使得降压输出电压与输入电压具有同极性；
2、本发明通过内在集成两个降压型Cuk变换电路设计组成一种双输入降压CukLED驱动电路（共用一电感L 2和一功率二极管D1），可以实现多能源供电、降压、低纹波电能变换与处理。
附图说明
图1是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路原理图；
图2是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述输入直流电压源V s1单独工作模式下，功率MOS开关管Q1导通，功率二极管D1截止时的等效电路工作示意图；
图3是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述输入直流电压源V s1单独工作模式下，功率二极管D1导通，功率MOS开关管Q1截止时的等效电路工作示意图；
图4是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述光伏发电电源V s2单独工作模式下，功率MOS开关管Q2导通，功率二极管D1截止时的等效电路工作示意图；
图5是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述光伏发电电源V s2单独工作模式下，功率二极管D1导通，功率MOS开关管Q2截止时的等效电路工作示意图
图6是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，功率MOS开关管Q1导通，Q2关断时的等效电路工作示意图；
图7是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，功率MOS开关管Q1关断，Q2导通时的等效电路工作示意图；
图8是本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，功率MOS开关管Q1、Q2均关断时的等效电路工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，包括输入直流电压源V s1、光伏发电电源V s2、第一功率MOS开关管Q1、第二功率MOS开关管Q2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第一中间电容C 1、电解电容C 2、第二中间电容C 3、第一电感L 1、第二电感L 2、第三电感L 3、LED灯负载；所述输入直流电压源V s1的正极连接第一电感L 1的一端；所述第一电感L 1的另一端连接第一中间电容C 1的一端和第一功率MOS开关管Q1的漏极；所述功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率二极管D2的阳极；所述第一中间电容C 1的另一端连接第一功率二极管D1的阳极、第二中间电容C 3的一端和第二电感L 2的一端；所述光伏发电电源V s2的正极连接第三电感L 3的一端；所述第三电感L 3的另一端连接第二中间电容C 3的一端和第二功率MOS开关管Q2的漏极；所述第二功率MOS开关管Q2的源极连接第三功率二极管D3的阳极；所述第二电感L 2的另一端连接所述输入直流电压源V s1的负极、光伏发电电源V s2的负极、电解电容C 2的负端和LED灯负载的负端；所述电解电容C 2的另一端连接所述LED灯负载的另一端、一功率二极管D1的阴极、一功率二极管D2的阴极、一功率二极管D3的阴极。
在本实施中，通过采用由两个降压型Cuk变换电路内在集成（共用第二电感L 2和第一功率二极管D1）设计组成一种双输入降压Cuk LED驱动电路，来实现多能源供电、降压、低纹波电能变换与处理，提高驱动效率和降压范围，且输入输出电压极性相同。
下面结合图1中的具体实例具体说明本发明的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路在CCM模式下的具体工作模式，如图2至图8所示。
参照图2，在所述输入直流电压源V s1单独工作模式下，当第一功率MOS开关管Q1导通，第一功率二极管D1截止时，直流电压源V s1向第一电感L 1充电，并流经第一电感L 1和第一功率MOS开关管Q1向负载LED供电，与此同时，第一电容C 1的电压V c1也流经开关管Q1加在灯负载LED两端，并对C 2 、L 2 、灯负载LED放电。
参照图3，在所述输入直流电压源V s1单独工作模式下，当第一功率二极管D1导通，第一功率MOS开关管Q1截止时，第一电感L 1经过正向导通了的第一二极管D1续流并对C 1充电而减小，与此同时，第二电感L 2经第一二极管D1续流而流向灯负载LED并为其提供电能而放电。
参照图4，在所述光伏发电电源V s2单独工作模式下，当第二功率MOS开关管Q2导通，第一功率二极管D1截止时，光伏发电电源V s2向第三电感L 3充电，并流经L 3和第二功率MOS开关管Q2向灯负载LED供电，与此同时，第三电容C 3的电压V c3也流经第二开关管Q2加在灯负载LED两端，并对C 2 、L 2 、灯负载LED放电。
参照图5，在所述光伏发电电源V s2单独工作模式下，当第一功率二极管D1导通，第二功率MOS开关管Q2截止时，第三电感L 3经过正向导通了的第一二极管D1续流并对C 3充电而减小，与此同时，第二电感L 2经第一二极管D1续流而流向灯负载LED并为其提供电能而放电。
参照图6，在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，当第一功率MOS开关管Q1导通，Q2关断时，直流电压源V s1向第一电感L 1充电，并流经L 1 和第一功率MOS开关管Q1向灯负载LED供电，第一电容C 1的电压V c1也流经开关管Q1加在灯负载LED两端，并对C 2 、L 2 、灯负载LED放电，第二电感L 2被充电；与此同时，光伏发电电源V s2向第三电感L 3充电，并流经L 3和第一功率MOS开关管Q1向灯负载LED供电，第三电容C 3的电压V c3被充电。
参照图7，在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，当第一功率MOS开关管Q1关断，第二功率MOS开关管Q2导通时，直流电压源V s1向第一电感L 1充电，并流经L 1和第二功率MOS开关管Q2向灯负载LED供电，第一电容C 1的电压V c1被充电；与此同时，光伏发电电源V s2向第三电感L 3充电，并流经L 3和第二功率MOS开关管Q2向灯负载LED供电，第三电容C 3的电压V c3也流经开关管Q2加在灯负载LED两端，并对C 2 、L 2 、灯负载LED放电，第二电感L 2被充电。
参照图8，在所述输入直流电压源V s1和光伏发电电源V s2共同工作模式下，当功率MOS开关管Q1、Q2均关断时，第一电感L 1经过正向导通了的第一二极管D1续流并对C 1充电而减小，第一电容C 1的电压V c1被充电；与此同时，第三电感L 3经过正向导通了的第一二极管D1续流并对C 3充电而减小，第三电容C 3的电压V c3被充电；与此同时，第二电感L 2经第一二极管D1续流而流向灯负载LED并为其提供电能而放电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，其特征在于：包括输入直流电压源V s1、光伏发电电源V s2、第一功率MOS开关管Q1、第二功率MOS开关管Q2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第一中间电容C 1、电解电容C 2、第二中间电容C 3、第一电感L 1、第二电感L 2、第三电感L 3、LED灯负载；
所述输入直流电压源V s1的正极连接第一电感L 1的一端；所述第一电感L 1的另一端连接第一中间电容C 1的一端和第一功率MOS开关管Q1的漏极；所述第一功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率二极管D2的阳极；所述第一中间电容C 1的另一端连接第一功率二极管D1的阳极、第二中间电容C 3的一端和第二电感L 2的一端；所述光伏发电电源V s2的正极连接第三电感L 3的一端；所述第三电感L 3的另一端连接第二中间电容C 3的一端和第二功率MOS开关管Q2的漏极；所述第二功率MOS开关管Q2的源极连接第三功率二极管D3的阳极；所述第二电感L 2的另一端连接所述输入直流电压源V s1的负极、光伏发电电源V s2的负极、电解电容C 2的负端和LED灯负载的负端；所述电解电容C 2的正端连接所述LED灯负载的另一端、第一功率二极管D1的阴极、第二功率二极管D2的阴极、第三功率二极管D3的阴极；
所述输入直流电压源V s1、第一电感L 1、第一中间电容C 1、第二电感L 2、第一功率MOS开关管Q1和第一功率二极管D1构成一个降压型Cuk变换电路；所述光伏发电电源V s2、第三电感L 3、第三中间电容C 3、第二电感L 2、第二功率MOS开关管Q2和第一功率二极管D1构成另一个降压型Cuk变换电路。
2.根据权利要求1所述的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，其特征在于：所述LED灯负载两端电压V o小于输入直流电源电压V s1和光伏发电电源V s2且V s1大于V s2。
3.根据权利要求1所述的一种双输入低纹波降压Cuk LED驱动电路，其特征在于：所述第一中间电容C 1和第三第一中间C 3均为高频电容。
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