CN202949600U - 防雷击型led电源 - Google Patents

Abstract

一种防雷击型LED电源，包括输入供电单元(1)、功率变换单元(3)、输出单元(4)、电压电流反馈单元(5)、控制单元(6)，还增设有浪涌残压抑制单元(2)；其中输入供电单元(1)输入端连接交流低频电源网络，输出端连接浪涌残压抑制单元(2)输入端，浪涌残压抑制单元(2)输出端连接至功率变换单元(3)，功率变换单元(3)通过变压器连接至输出单元(4)，输出电压电流反馈单元(5)连接输出单元(4)通过光电耦合器反馈到控制单元(6)，控制单元(6)连接到功率变换单元(3)。本电源尤适于户外LED照明灯具的配套使用，具有防雷击效果好、功率因数高、结构简单和成本低等优点。

Description

防雷击型LED电源

技术领域

本实用新型涉及一种LED电源，尤其是一种具有高功率因数和防雷击浪涌的户外LED电源。

背景技术

LED光源由于具备发光率高、高效节能、寿命长、低压可控等特性，被广泛用于城市绿化照明及室内外照明等领域。室外照明出于安全和可靠性考虑，传统电路设计，要获得较高的功率因数同时又具有一定抗雷击浪涌防护，可通过在电子驱动器中增加有源功率因数校正电路和功率变换电路来实现，这种两级结构的方法将会使电路非常复杂，成本提高，并且功率器件损耗的能量反而要增加，不利于LED产品绿色节能目标的实现。经检索和市场调查，未发现通过单级PFC(功率因数校正)和防雷模块的组合电路，实现防雷和提高功率因数的LED电源的相关资料和实物面市。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术存在的不足，提供一种电路结构简单、成本低、能耗较小的防雷击型LED电源。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：本防雷击型LED电源包括：输入供电单元，功率变换单元，输出单元，电压电流反馈单元，控制单元，其特征在于增设有浪涌残压抑制单元；

其中输入供电单元输入端连接交流低频电源网络，输出端连接浪涌残压抑制单元输入端，浪涌残压抑制单元输出端连接功率变换单元，功率变换单元通过变压器绕组T_1-A、T_1-C连接输出单元，输出电压电流反馈单元连接输出单元通过光电耦合器反馈到控制单元，控制单元连接功率变换单元。

所述的输入供电单元包括熔断器F₁及压敏电阻VR₁，熔断器F₁的一端接收电网交流输入电源，输出端连接压敏电阻VR₁、电容CX₂和共模电感L₂的一端，压敏电阻VR₁、电容CX₂和共模电感L₂的另一端连接交流输入电源的另一端，共模电感L₂输出端与热敏电阻RT₁的一端连接，另一端分别连接有泄放电阻R₁₃和R₁₄、电容CX₁和整流桥B₁的输入端，整流桥B₁的输出端并联一个滤波电容C₃。

所述的浪涌残压抑制单元包括电感L₁、电阻R₁、二极管D₁与D₅、泄放电阻R₂与R₃、电解电容C₁₁；其中电感L₁并联电阻R₁一端接整流桥B₁正端输出，另一端与二极管D₁阴极连接到功率变换单元的变压器初级绕组T_1-A正端；二极管D₅阴极连接整流桥正端输出，二极管D₅和D₁阳极、泄放电阻R₃连接到电解电容C₁₁的正端，泄放电阻R₃另一端与电阻R₂串联到变压器初级绕组T_1-A正端。

所述的功率变换单元，其中电容C₄、变压器初级绕组T_1-A正端连接到浪涌残压抑制单元的输出端，稳压二极管D₂、电容C₁、放电电阻R₇并联接到快恢复二极管D₃阳级组成的尖峰吸收回路，并联于变压器初级绕组T_1-A两端；变压器初级绕组T_1-A负端与功率开关管Q₁的漏极相连，功率开关管Q₁的栅极与控制单元的驱动信号连接，功率开关管Q₁的源极与取样电阻R_CS1和控制单元的电阻R₃₅连接。

所述的输出单元，其中高压瓷片电容C₂和限流电阻R₉并联到恢复二极管D₄两端，D₄阴极接变压器次级绕组T_1-C正端，阳极与滤波电容C₁₃、C₁₆的正极连接LED灯具负载的正端，电阻R₁₂并联于电容C₁₃两端，变压器次级绕组T_1-C负极串连取样电阻R_CS2，另一端与电压电流反馈单元的电阻R₃₁连接LED灯具负载的负端。

所述的电压电流反馈单元包括运算放大器U_2A与U_2B、电压基准芯片U₃、光电耦合器U₄、变压器次级辅助绕组T_1-D以及外围的电阻和电容；变压器次级辅助绕组T_1-D正端连接二极管D₈的阴极，二极管D₈的阳极和限流电阻R₂₆、滤波电容C₁₂与C₁₅连接到运算放大器U_2A与U_2B和电压基准芯片U₃的供电端；电阻R₁₁与R₄₅串连后一端连接到输出单元的正极，另一端连接到运算放大器U_2B的反相输入端，电阻R₃₁一端连接到输出单元的输出负极，另一端连接到运算放大器U_2A的反相输入端；电压基准芯片U₃输入端和基准端连接运算放大器U_2B的正相输入端，并通过电阻R₄₂与R₄₁串连分压后接到运算放大器U_2A的正相输入端；运算放大器U_2A与U_2B的输出端分别通过二极管D₉和D₁的阴极连接到光电耦合器U₄的阳极。

所述的控制单元中的带有乘法器的脉冲频率调节器U₁各脚的连接关系是：

误差放大器反相输入端1脚通过电阻R₃₃连接光电耦合器U₄的发射极；

误差放大器反相输出端2脚，其中电阻R₁₇、电容C₅串联后与R₁₆并联，一端接误差放大器反相输出端2脚，另一端接误差放大器反相输入端1脚；

乘法器输入端3脚通过电阻R₁₈、R₁₉连接变压器初级线圈T_1-A正端，电阻R₂₀和电容C₆接地；

控制比较器输入端4脚通过电阻R₃₅连接功率开关管Q₁的源极；

零电流检测输入端5脚通过电阻R₃₇连接压器初级辅助绕组T_1-B正端；

带有乘法器的脉冲频率调制器的电流回流端接地；

门驱动输出端7脚通过电阻R₂₃、R₂₄和二极管D₇连接功率开关管Q₁的栅极；

供电电压端8脚通过电阻R₅、R₆连接电解电容C₁₇正端和瓷片电容C₇；变压器初级辅助绕组T_1-B正端接二极管D₆阴极，D₆阳极串联限流电阻R₂₂连接供电电压端8脚。

本发明的有益效果是：由于使用单级功率因素较正电路提高了功率因数、节能，电路结构简单、降低了成本；设置了浪涌残压抑制电路单元，电路的抗雷击浪涌能力得到了很大提升，提高了电路的可靠性。

附图说明

图1为本防雷击型LED电源的电路框图；

图2为本防雷击型LED电源的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型下面结合实施例并参照附图予以详述：

如图1所示，本防雷击型LED电源包括输入供电单元1，浪涌残压抑制单元2，功率变换单元3，输出单元4，电压电流反馈单元5，控制单元6；

输入供电单元1包括压敏电阻VR₁构成的输入浪涌电压抑制电路，在电网受到浪涌电压冲击时起到电压钳位的作用，将尖峰电压衰减，同时共模电感L₂和热敏电阻RT₁起到抑制浪涌电流的作用，共模电感L₂和电容CX₁、CX₂组成π型滤波电路，有效地抑制谐波和噪声，改善EMC效果、滤除共模干扰。整流滤波电路用于低频交流电转换为直流电。

浪涌残压抑制单元2包括电感L₁、电阻R₁、二极管D₁与D₅、泄放电阻R₂与R₃和电解电容C₁₁；当输入接受到较强的浪涌电压能量时，前端所述的输入供电单元对浪涌电压进行衰减，但是当能量较大时，前端电路只衰减了部分能量，仍有较强的残余电压能量通过输入供电单元1，此时串接于主电路上的电感L₁遇到尖峰电压时会在输入端产生相反的电动势，使尖峰不能顺利通过此单元，涌浪的能量会选择低阻的通路去泄放，此时会通过二极管D₅对电解电容C₁₁进行充电，电解电容C₁₁是个较大的储能元件，可将尖峰电压拉低，同时将能量先储存到电容使尖峰能量不会瞬间泄放到后级电路，造成器件的电气应力不足而将元件损坏；选择合适的电解电容参数就能将尖峰能量抑制在较小的范围内，从而起到保护后级电路的作用；尖峰电压衰减后，电解电容C₁₁通过泄放电阻R₂、R₃缓慢放电，设置电阻R₂、R₃的参数控制放电电流在一个比较小的值，使在尖峰过去后对后级电路无影响；输入电压稳定时，电解电容C₁₁的电位和输入供电单元输出的电位相同，不进行充放电，从而既保证对雷击浪涌的防护，又不将大电容C₁₁并联入电路中，影响后级的功率因素较正(PFC)电路。

功率变换单元3包括功率开关管Q₁、反激变压器初级反馈绕组T_1-A、初级尖峰吸收电路，其中功率开关管Q₁和反激变压器一起将输入供电单元提供的直流电转换成高频输出脉冲。

输出单元4用于对功率变换单元3输出的高频输出脉冲进行整流滤波处理，以得到LED光源所需的稳定的直流输出。

电压电流反馈单元5包括运算放大器U_2A与U_2B、电压基准芯片U₃、光电耦合器U₄，变压器次级辅助绕组以及外围的偏置电阻和电容；

电流信号通过电阻R_CS2取样获得，再经过电阻R₃₁连接运算放大器U_2A的反相输入端，电压基准芯片U₃提供的基准电压再经电阻R₄₁、R₄₂分压之后，连接到运算放大器U_2A的正相输入端，与电流信号进行比较得到电流误差信号，该误差信号通过运算放大器U_2A的输出端与二极管D₉阳极相连接，二极管D₉的阴极与光电耦合器U₄阳极相连，从而将电流的误差信号通过光电耦合器反馈到控制单元6。

电压信号由输出正极通过电阻R₁₁、R₄₅分压后，连接到运算放大器U_2B的反相输入端，电压基准芯片U₃提供的基准电压，连接到运算放大器U_2B的正相输入端，与电压信号进行比较得到电流误差信号，该误差信号通过运算放大器U_2B的输出端与二极管D₉阳极相连接，二极管_D9的阴极与光电耦合器U₄的发射极相连，从而将电压的误差信号通过光电耦合器反馈到控制单元6。

控制单元6包括带有乘法器的脉冲频率调节器U₁，误差放大器反相输入端1脚通过电阻R₃₃连接光电耦合器U₄的发射极，用于所述输出电压、电流误差信号的输入，通过接受误差信号进行对比，以达到控制输出的目的；误差放大器反相输出端2脚，其中电阻R₁₇、电容C₅串联后与R₁₆并联，一端接误差放大器反相输出端2脚，另一端接误差放大器反相输入端1脚，通过调整电阻R₁₇、R₁₆和电容C₅的参数补偿信号输入信号；乘法器输入端3脚通过电阻R₁₈、R₁₉连接变压器初级线圈T_1-A正端，通过取直流电压的输入获得输入电压信号；控制比较器输入端4脚通过电阻R₃₅接到功率开关管Q₁的源极，用于所述的初级电流误差信号的输入；零电流检测输入端5脚，通过电阻R₃₇连接变压器初级辅助绕组T_1-B正端，用于输入电压波形跟踪；门驱动输出端7脚通过电阻R₂₃、R₂₄和二极管D₇，连接功率开关管Q₁的栅极，控制器U₁通过比较输入电压波形和初级电流波形产生输出控制信号，由门极驱动端输出到开关管Q₁，控制Q₁的通断，使输入电流波形跟随输入电压波形，以达到提高功率因素的目的。

Claims (7)

1.一种防雷击型LED电源，包括输入供电单元(1)，功率变换单元(3)，输出单元(4)，电压电流反馈单元(5)，控制单元(6)，其特征在于还增设有浪涌残压抑制单元(2)；

其中输入供电单元(1)输入端连接交流低频电源网络，输出端连接浪涌残压抑制单元(2)输入端，浪涌残压抑制单元(2)输出端连接功率变换单元(3)，功率变换单元(3)通过变压器绕组T_1-A、T_1-C连接输出单元(4)，输出电压电流反馈单元(5)连接输出单元(4)通过光电耦合器反馈到控制单元(6)，控制单元(6)连接功率变换单元(3)。

2.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源，其特征在于所述的输入供电单元(1)包括熔断器F₁及压敏电阻VR₁，熔断器F₁的一端接收电网交流输入电源，输出端连接压敏电阻VR₁、电容CX₂和共模电感L₂的一端，压敏电阻VR₁、电容CX₂和共模电感L₂的另一端连接交流输入电源的另一端，共模电感L₂输出端与热敏电阻RT₁的一端连接，另一端分别连接有泄放电阻R₁₃和R₁₄、电容CX₁和整流桥B₁的输入端，整流桥B₁的输出端并联一个滤波电容C₃。

3.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源，其特征在于所述的浪涌残压抑制单元(2)包括电感L₁、电阻R₁、二极管D₁与D₅、泄放电阻R₂与R₃、电解电容C₁₁；其中电感L₁并联电阻R₁一端接整流桥B₁正端输出，另一端与二极管D₁阴极连接到功率变换单元(3)的变压器初级绕组T_1-A正端；二极管D₅阴极连接整流桥正端输出，二极管D₅和D₁阳极、泄放电阻R₃连接到电解电容C₁₁的正端，泄放电阻R₃另一端与电阻R₂串联到变压器初级绕组T_1-A正端。

4.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源，其特征在于所述的功率变换单元(3)，其中电容C₄、变压器初级绕组T_1-A正端连接到浪涌残压抑制单元(2)的输出端，稳压二极管D₂、电容C₁、放电电阻R₇并联接到快恢复二极管D₃阳级组成的尖峰吸收回路，并联于变压器初级绕组T_1-A两端；变压器初级绕组T_1-A负端与功率开关管Q₁的漏极相连，功率开关管Q₁的栅极与控制单元(6)的驱动信号连接，功率开关管Q₁的源极与取样电阻R_CS1和控制单元(6)的电阻R₃₅连接。

5.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源，其特征在于所述的输出单元(4)，其中高压瓷片电容C₂和限流电阻R₉并联到恢复二极管D₄两端，D₄阴极接变压器次级绕组T_1-C正端，阳极与滤波电容C₁₃、C₁₆的正极连接LED灯具负载的正端，电阻R₁₂并联于电容C₁₃两端，变压器次级绕组T_1-C负极串连取样电阻R_CS2，R_CS2的另一端与电压电流反馈单元(5)的电阻R₃₁连接LED灯具负载的负端。

6.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源，其特征在于所述的电压电流反馈单元(5)包括运算放大器U_2A与U_2B、电压基准芯片U₃、光电耦合器U₄、变压器次级辅助绕组T_1-D以及外围的电阻和电容；变压器次级辅助绕组T_1-D正端连接二极管D₈的阴极，二极管D₈的阳极和限流电阻R₂₆、滤波电容C₁₂与C₁₅连接到运算放大器U_2A与U_2B和电压基准芯片U₃的供电端；电阻R₁₁与R₄₅串连后一端连接到输出单元(4)的正极，另一端连接到运算放大器U_2B的反相输入端，电阻R₃₁一端连接到输出单元(4)的输出负极，另一端连接到运算放大器U_2A的反相输入端；电压基准芯片U₃输入端和基准端连接运算放大器U_2B的正相输入端，并通过电阻R₄₂与R₄₁串连分压后接到运算放大器U_2A的正相输入端；运算放大器U_2A与U_2B的输出端分别通过二极管D₉和D₁的阴极连接到光电耦合器U₄的阳极。

7.根据权利要求1所述的防雷击型LED电源电路，其特征在于所述的控制单元(6)中的带有乘法器的脉冲频率调节器U₁各脚的连接关系是：

误差放大器反相输入端1脚通过电阻R₃₃连接光电耦合器U₄的发射极；

误差放大器反相输出端2脚，其中电阻R₁₇、电容C₅串联后与R₁₆并联，一端接误差放大器反相输出端2脚，另一端接误差放大器反相输入端1脚；

乘法器输入端3脚通过电阻R₁₈、R₁₉连接变压器初级线圈T_1-A正端，电阻R₂₀和电容C₆接地；

控制比较器输入端4脚通过电阻R₃₅连接功率开关管Q₁的源极；

零电流检测输入端5脚通过电阻R₃₇连接压器初级辅助绕组T_1-B正端；

带有乘法器的脉冲频率调制器的电流回流端接地；

门驱动输出端7脚通过电阻R₂₃、R₂₄和二极管D₇连接功率开关管Q₁的栅极；

供电电压端8脚通过电阻R₅、R₆连接电解电容C₁₇正端和瓷片电容C₇；变压器初级辅助绕组T_1-B正端接二极管D₆阴极，D₆阳极串联限流电阻R₂₂连接供电电压端8脚。

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