CN203775058U - 一种基于单端反激变压器漏感能量利用的led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，包括交流输入电源、桥式整流电路、存储漏感能量电容、电感、开关管、续流二极管、储能电容、反激变压器、副边整流二极管、滤波电容以及LED负载。所述桥式整流电路依次接存储漏感能量电容、电感、开关管、储能电容、反激变压器、副边整流二极管、滤波电容以及LED负载。本实用新型有如下特点和优点：1）反激变压器的漏感能量回馈到存储漏感能量电容，漏感能量的回收利用大大提高了LED驱动电源的效率；2）电感电流在一个周期内断续、反激变压器工作在电流断续状态，仅由一个开关管控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。

Description

一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，属于交流/直流(AC/DC)变换器、直流/直流(DC/DC)变换器领域。 

背景技术

高亮度发光二极管(High-brightness light-emitting diodes,HB LEDs)具有光效高、寿命长、体积小、可靠性高、动态响应快、节能环保、易调光、电磁干扰低等优点。随着LED照明技术的日益成熟，LED照明光源广泛应用于各个领域，如：城市景观照明、液晶屏幕显示、应急照明、路灯照明、普通照明、医疗和交通等领域。由于LED具有独特的光—电—热特性，因此需要特定的驱动电源对LED芯片进行驱动。LED驱动电源效率是影响LED照明效率的关键因素，LED驱动电源性能好坏直接影响LED照明质量。因此，制造高效率、高功率因数、性能优良的LED驱动电源是保证LED发光品质及整体性能关键。为了提高LED驱动电源的效率和降低成本，通常会选用单级LED驱动电路。虽然单级LED驱动电路有许多优点，但其驱动性能较差；另一方面，为了满足LED驱动电路的一些安全规定和标准，电路隔离技术越来越受欢迎；然而，当使用隔离变压器实现隔离的时候，变压器漏感的存在使得LED驱动电源效率大大降低。 

实用新型内容

本实用新型目的在于克服变压器漏感降低LED驱动电源效率的缺点，提供一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源。一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源具有以下特点：1）反激变压器的漏感能量回馈到存储漏感能量电容，漏感能量的回收利用提高了LED驱动电源的效率；2）电感电流断续，反激变压器工作在电流断续状态，仅由一个开关管控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。 

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源包括：桥式整流电路、存储漏感能量电容、电感、开关管、续流二极管、储能电容、反激变压器、副边整流二极管、滤波电容以及LED负载；其特征在于：所述桥式整流电路依次接存储漏感能量电容、电感、开关管、续流二极管、储能电容、反激变压器、副边整流二极管、滤波电容以及LED负载； 

所述桥式整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成；所述第一二极管的阳极连接所述第三二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极，所述第一二极管与所述第二二极管的阴极对接，所述第三二极管与所述第四二极管的阳 极对接。 

所述电感一端与存储漏感能量电容正极、续流二极管阴极、第一二极管和第二二极管阴极相连；电感另一端与开关管的漏极、储能电容正极连接；储能电容负极与续流二极管阳极、反激变压器异名端相连接；存储漏感能量电容依次连接电感、开关管、续流二极管、储能电容组成Buck-Boost变换器； 

所述反激变压器所述反激变压器含励磁电感L_m、漏感L_lk、原边绕组N_p和副边绕组N_s，所述原边绕组的同名端与开关管的源极连接；反激变压器副边异名端连接续流二极管阳极，续流二极管阴极连接滤波电容正极，滤波电容负极连接反激变压器副边同名端，滤波电容的正、负极分别连接LED负载的正、负输入端；储能电容依次连接开关管、反激变压器、续流二极管和滤波电容组成反激变换器； 

所述桥式整流电路实现交流/直流变换； 

所述Buck-Boost电路的电感工作在电流断续状态； 

所述反激变压器工作在电流断续状态； 

所述续流二极管为漏感能量回收提供回收通道； 

所述存储漏感能量电容的作用为存储漏感能量； 

所述储能电容主要作用是在开关管关断时存储电感上的能量； 

所述漏感、续流二极管、存储漏感能量电容组成漏感能量回收通路； 

所述滤波电容可以滤除输出电流纹波。 

与现有技术相比，本实用新型主要技术特点和优点是：存储漏感能量电容将反激变压器的漏感能量回收利用，漏感能量的回收利用大大提高了LED驱动电源的效率；电感电流在一个周期内断续、反激变压器工作在电流断续状态，实现输入功率因数校正，仅由一个开关管控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。 

附图说明

图1为本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源的电路图。 

图2为本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源当输入电压高时的主要工作波形图。 

图3为本本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源当输入电压低时的主要工作波形图； 

图4为本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源工作 原理等效电路图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。 

实施例一：如图1所示为本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DCLED驱动电源的电路图。包括：桥式整流电路(1)、存储漏感能量电容(2)、电感(3)、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)、反激变压器(7)、副边整流二极管(8)以及滤波电容(9)。其特征在于：所述桥式整流电路(1)依次接存储漏感能量电容(2)、电感(3)、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)、反激变压器(7)、副边整流二极管(8)、滤波电容(9)、LED负载(10)。 

桥式整流电路(1)由第一二极管(D_r1)、第二二极管(D_r2)、第三二极管(D_r3)和第四二极管(D_r4)组成；所述第一二极管(D_r1)的阳极连接所述第三二极管(D_r3)的阴极，所述第二二极管(D_r2)的阳极连接所述第四二极管(D_r4)的阴极，所述第一二极管(D_r1)与所述第二二极管(D_r2)的阴极对接，所述第三二极管(D_r3)与所述第四二极管(D_r4)的阳极对接。 

其特征在于： 

所述电感(3)一端与存储漏感能量电容(2)正极、续流二极管(5)阴极、第一二极管(D_r1)和第二二极管(D_r2)阴极相连；电感(3)另一端与开关管(4)的漏极、储能电容(6)正极连接；储能电容(6)负极与续流二极管(5)阳极、反激变压器(7)异名端相连接；存储漏感能量电容(2)依次连接电感(3）、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)组成Buck-Boost变换器。 

所述反激变压器(7)所述反激变压器(7)含励磁电感(L_m)、漏感(L_lk)、原边绕组(N_p)和副边绕组(N_s)，，所述原边绕组(N_p)的同名端与开关管(4)的源极连接；反激变压器(7)副边异名端连接续流二极管(5)阳极，续流二极管(5)阴极连接滤波电容(9)正极，滤波电容(9)负极连接反激变压器(7)副边同名端，滤波电容(9)的正、负极分别连接LED负载(10)的正、负输入端；储能电容(6)依次连接开关管(4)、反激变压器(7)、续流二极管(5)和滤波电容(9)组成反激变换器。 

所述反激变压器(7)的漏感能量回馈到存储漏感能量电容(2)，漏感能量的回收利用大大提高了LED驱动电源的效率。 

所述电感(3)工作电流在一个周期内断续、反激变压器(7)工作在电流断续状态，仅由一个开关管(4)控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。 

下面以图1为本实施案例一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源的电路图。结合附图2—4叙述本实用新型的具体工作原理，设计原理： 

1）工作模态1，[t₀,t₁]：其等效工作电路如图4(a)所示。t₀时刻之前，电感L₁电流i_L1、变压器原边绕组电流i_Lp、变压器副边绕组电流i_Ls、漏感电流i_Llk均为零，滤波电容C_o向LED负载供 电。在t₀时刻，开关管Q₁开通，桥式整流电路的输出电压为电感L₁充电，电感L₁电流i_L1线性上升；储能电容C_DC的电压为变反激压器原边充电，变压器原边绕组电流i_Lp、漏感电流i_Llk线性上升。t₁时刻开关管Q₁关断，电感L₁电流i_L1和变压器原边绕组电流i_Lp、漏感电流i_Llk线性上升到峰值，工作模态1切换到工作模态2。 

2）工作模态2，[t₁,t₂]：其等效工作电路如图4(b)所示，在t₁时刻开关管Q₁关断，储存在反激变压器原边的能量通过反激变压器副边绕组向滤波电容C_o和LED负载释放；电感L₁的能量通过续流二极管D_R释放到储能电容C_DC上；电感L₁电流i_L1和反激变压器原边绕组电流i_Lp线性下降，储能电容C_DC的电压上升。 

由于反激变压器并不是一个理想的变压器，因此会存在漏感L_lk。在开关管Q₁开通期间，一部分的能量存储在漏感上，为了防止变压器饱和，并且提高效率，本实用新型的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的AC/DC LED驱动电源提供了漏感能量回收支路。在工作模态2中，漏感能量通过续流二极管D_R转移到漏感能量存储电容C₁上，i_Llk线性下降。根据LC谐振原理，存储在漏感上的能量会在1/4谐振周期内转移到漏感能量存储电容C₁上，因此漏感能量转移的时间为： 

$t_r=\frac{1}{4}T=\frac{\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{lk}}{C}_1}}{2}---\left(1\right)$

式中T_s是谐振周期，L_lk是反激变压器漏感大小，C₁漏感能量存储电容容值。 

为了保证漏感能量完全转移到漏感能量存储电容上，开关管Q₁的关断时间应该大于t_r。在t₂时刻，漏感能量全部转移到电容C₁上，i_Llk下降至零，此时工作模态2切换到工作模态3。 

3）工作模态3，[t₂,t₃]：其等效工作电路如图4(c)所示。在t₂时刻，变压器漏感能量全部转移到电容C₁上，i_Llk下降至零，i_L1、i_Ls继续线性下降。i_Ls的下降斜率取决于反激变压器副边电感L_s、反激变压器原边峰值电流i_Lp、变比、和负载电压；在Q₁占空比不变的情况下，电感L₁的电流i_L1上升斜率大小、峰值大小取决于交流输入电压的大小。因为V_DC是反激变压器的输入电压，V_DC大小基本保持不变，所以当负载电压不变的情况下，原边电流i_Lp的上升斜率与峰值不会发生变化，副边电流i_Ls的峰值和下降斜率也不会发生变化。 

由上述分析可知，因为电感L₁的电流i_L1上升斜率大小、峰值大小受到交流输入电压交流输入电压的影响，i_L1从峰值下降至零的是时间是变化的，所以根据t₃时刻是i_Ls下降至零还是i_L1下降至零，工作模态3结束之后存在两种可能的工作模态：工作模态4(a)和工作模态4(b)。 

4)工作模态4(a)，[t₃,t₄]：其等效工作电路如图4(d)所示，其主要工作波形如图2所示。当交流输入电压高时，在t₃时刻，i_Ls下降至零，i_L1继续线性下降，滤波电容C_o向LED负载供电。在 t₄时刻，i_L1下降至零，工作模态4(a)切换至工作模态5。 

5)工作模态4(b)，[t₃,t₄]：其等效工作电路如图4(e)所示，其主要工作波形如图3所示。当交流输入电压低时，在t₃时刻，i_L1下降至零，i_Ls继续线性下降，反激变压器原边绕组的能量通过副边绕组释放到负载。t₄时刻，i_Ls下降至零，工作模态4(b)切换至工作模态5。 

6)工作模态5，[t₄,t₅]：其等效工作电路如图4（f）所示，在这个工作模态中，反激变压器的原、副边线圈和电感L₁都没有电流流过，变压器被磁复位，反激变压器和电感L₁工作在断续状态。滤波电容C_o向LED负载供电。当开关管Q₁开通的时候，工作模态5循环切换到工作模态1。 

由于存储漏感能量电容将反激变压器的漏感能量回收利用，漏感能量的回收利用大大提高了LED驱动电源的效率；电感电流在一个周期内断续、反激变压器工作在电流断续状态，实现输入功率因数校正，仅由一个开关管控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。 

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本实用新型公开的内容进行多种实施方式。应理解上述实施例子仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 

Claims (6)

1.一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，包括：桥式整流电路(1)、存储漏感能量电容(2)、电感(3)、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)、反激变压器(7)、副边整流二极管(8)以及滤波电容(9)、LED负载(10)，其特征在于：所述桥式整流电路(1)依次接存储漏感能量电容(2)、电感(3)、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)、反激变压器(7)、副边整流二极管(8)、滤波电容(9)、LED负载(10)。 

2.根据权利要求1所述的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，其特征在于：所述桥式整流电路(1)由第一二极管(D_r1)、第二二极管(D_r2)、第三二极管(D_r3)和第四二极管(D_r4)组成；所述第一二极管(D_r1)的阳极连接所述第三二极管(D_r3)的阴极，所述第二二极管(D_r2)的阳极连接所述第四二极管(D_r4)的阴极，所述第一二极管(D_r1)与所述第二二极管(D_r2)的阴极对接，所述第三二极管(D_r3)与所述第四二极管(D_r4)的阳极对接。 

3.根据权利要求1所述的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，其特征在于：所述电感(3)一端与存储漏感能量电容(2)正极、续流二极管(5)阴极、第一二极管(D_r1)和第二二极管(D_r2)阴极相连；电感(3)另一端与开关管(4)的漏极、储能电容(6)正极连接；储能电容(6)负极与续流二极管(5)阳极、反激变压器(7)异名端相连接；存储漏感能量电容(2)依次连接电感(3）、开关管(4)、续流二极管(5)、储能电容(6)组成Buck-Boost变换器。 

4.根据权利要求1所述的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，其特征在于：所述反激变压器(7)含励磁电感(L_m)、漏感(L_lk)、原边绕组(N_p)和副边绕组(N_s)，所述原边绕组(N_p)同名端与开关管(4)的源极连接；反激变压器(7)副边异名端连接续流二极管(5)阳极，续流二极管(5)阴极连接滤波电容(9)正极，滤波电容(9)负极连接反激变压器(7)副边同名端，滤波电容(9)的正、负极分别连接LED负载(10)的正、负输入端；储能电容(6)依次连接开关管(4)、反激变压器(7)、续流二极管(5)和滤波电容(9)组成反激变换器。 

5.根据权利要求1所述的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，其特征在于：所述反激变压器(7)的漏感能量回馈到存储漏感能量电容(2)，漏感能量的回收利用大大提高了LED驱动电源的效率。 

6.根据权利要求1所述的一种基于单端反激变压器漏感能量利用的LED驱动电源，其特征在于：电感(3)的工作电流在一个周期内断续、反激变压器(7)工作在电流断续状态，仅由一个开关管(4)控制就可以达到较高的功率因数PF和实现负载电流调节。