CN204089181U - 一种雷击浪涌保护电路及led驱动电源 - Google Patents

一种雷击浪涌保护电路及led驱动电源 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种雷击浪涌保护电路及LED驱动电源。该电路由压敏电阻、放电管和差模电感串联而成,并且并联在交流输入端之间。而LED驱动电源则包含该雷击浪涌保护电路。本实用新型充分利用了差模电感的特性,在有效抑制电磁干扰的同时,可以有效避免因过电压和过电流冲击对浪涌保护元件造成的损坏,降低残压,延长相关电子产品的使用寿命。

Description

—种雷击浪涌保护电路及LED驱动电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种雷击浪涌保护电路,尤其涉及一种基于差模电感实现的雷击浪涌保护电路,同时也涉及采用该电路的LED驱动电源。
背景技术
[0002] 雷击放电是一种常见的气体放电现象,能够在极短的时间内产生高频尖峰冲击电压,对与交流电网连接的开关电源尤其是LED驱动电源的可靠性有很大影响。但最常见的雷击危害不是由于直接雷击引起的,而是在雷击发生时,由在驱动电源中感应的电流浪涌引起的。在LED照明技术高速发展的今天,对LED驱动电源的性能要求不断提高,但是由于电源内部的高度集成化和电路元件额定电压较低,造成设备耐过电压、耐过流的水平下降,对雷电的承受能力下降。浪涌保护已成为驱动电源的必备性能。
[0003] 浪涌保护电路对供电设备瞬间产生的浪涌电压及脉冲电压产生抑制作用,能在极短的时间内导通分流,防止浪涌电压及脉冲电压对电路中其他设备的损害,从而对设备进行保护。浪涌保护电路作为保护电路对后续的工作电路有着非常重要的作用。但在实际应用中,经常由于多次雷击浪涌的冲击,造成浪涌保护电路的损害,使得整个LED驱动电源的寿命缩短。
[0004] 在现有技术中,针对雷击浪涌的保护方法,通常是在零线与火线之间接入压敏电阻或由压敏电阻串联放电管(作为浪涌保护元件)。例如在申请号为201010144754.6的中国专利申请中,公开一种自动调整输出亮度的LED路灯驱动电路,包括输入浪涌保护及电磁干扰抑制电路、带功率因素校正功能的单管反激式开关电源电路、环境亮度检测电路、芯片温度检测电路、万年历芯片及其外围电路。该LED路灯驱动电路中的输入浪涌保护电路中直接将压敏电阻并联在零线和火线之间。再例如图1,该雷击浪涌保护电路包括零线ACN与火线ACL之间的压敏电阻RVl和气体放电管Z1。在实现本实用新型的过程中,实用新型人发现上述现有技术中至少存在如下问题。在浪涌保护电路的实际应用中,往往由于浪涌保护元件靠近交流电的输入端,压敏电阻和被保护电路被多次浪涌冲击,容易造成元器件的损坏,使得相关电子产品的使用寿命严重缩短。
实用新型内容
[0005] 针对现有技术的不足,本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种雷击浪涌保护电路和采用该电路的LED驱动电源。
[0006] 为实现上述的目的,本实用新型采用下述技术方案:
[0007] —种雷击浪涌保护电路,由压敏电阻、放电管和差模电感串联而成,且并联在交流输入端之间。
[0008] 其中较优地,所述差模电感由BO滤波电路中共模电感的半幅电感实现。
[0009] 其中较优地,所述EMI滤波电路中的共模电感为多级时,所述差模电感为其中部分或全部共模电感的半幅电感。
[0010] 另外,本实用新型还提供了一种LED驱动电源。它采用了上述的雷击浪涌保护电路。
[0011] 本实用新型在浪涌保护电路中接入差模电感,充分利用了差模电感的特性,在有效抑制EMI(电磁干扰)的同时,可以有效避免因过电压和过电流冲击对浪涌保护元件造成的损坏,降低残压,延长相关电子产品的使用寿命。
附图说明
[0012] 图1为现有技术中,一种典型的雷击浪涌保护电路的原理图;
[0013] 图2为本实用新型的第一实施例中,雷击浪涌保护电路的原理图;
[0014] 图3为在第一实施例基础上变形的雷击浪涌保护电路的原理图;
[0015] 图4为本实用新型的第二实施例中,雷击浪涌保护电路的原理图;
[0016] 图5为在第二实施例基础上变形的雷击浪涌保护电路的原理图;
[0017] 图6为本实用新型的第三实施例中,雷击浪涌保护电路的原理图;
[0018] 图7为在第三实施例基础上变形的雷击浪涌保护电路的原理图;
[0019] 图8为作为第三实施例另一种变形的雷击浪涌保护电路的原理图。
具体实施方式
[0020] 本实用新型在雷击浪涌保护电路中接入差模电感。当雷击浪涌出现时,压敏电阻、放电管与差模电感串联形成雷击浪涌保护电路。基于电感元件的特性,整个保护电路中的电流不会突变,可以减少浪涌电流对器件的冲击。同时,电感元件产生的感抗,可以降低施加在压敏电阻以及放电管的电压。本雷击浪涌保护电路通过接入差模电感,可以有效避免因过电压和过电流的冲击对压敏电阻和放电管造成的损坏,同时降低了残压,延长了相关电子产品的使用寿命。需要强调的是,利用共模电感起到差模电感的作用,同样可以应用到本实用新型中,在下文中对此有进一步的说明。
[0021] 第一实施例
[0022] 本实用新型所提供的雷击浪涌保护电路包括压敏电阻、放电管和差模电感。需要说明的是,该放电管也可以由短路线代替。放电管优选采用气体放电管。参见图2所示,交流输入端的其中一个输入端串联差模电感L。交流输出端之间并联由压敏电阻RVl和气体放电管Zl的串联电路。压敏电阻应用于交流电源系统的保护时,由于具有较大的寄生电容,往往会在正常运行状态下产生泄漏电流。泄漏电流往往会影响其他电路的正常运行。将压敏电阻与放电管串联之后,由于放电管的寄生电容很小,可使整个串联电路的总电容减少。气体放电管在这里起着一个开关作用。当没有暂态过电压作用时,它能够将压敏电阻与其他电路部分隔离开,使压敏电阻中几乎无泄漏电流。在浪涌冲击期间,气体放电管击穿,迅速放电导通,压敏电阻使该电路的电压钳位在后续电路工作的安全范围内。在本实用新型中,将差模电感引入雷击浪涌保护电路中,浪涌的差模信号通过差模电感后,在感抗的作用下实现分压,同时抑制该电路中电流的突变。由于电感的作用,可以有效抑制压敏电阻和气体放电管中的过量电流,避免浪涌的过电流对浪涌保护元件造成损坏,同时降低了残压。
[0023] 从第一实施例中可以看出,差模电感的连接位置可以进行调整。例如,可以在两个交流输入端分别串联一个差模电感。压敏电阻、气体放电管以及两个差模电感组成雷击浪涌保护电路。再例如在图3中,压敏电阻、气体放电管以及差模电感组成的串联电路并联在交流输入端之间。在开关电源正常工作时,这里的差模电感、压敏电阻和气体放电管的串联电路与其他电路隔离开,是不工作的。只有在浪涌冲击时,雷击浪涌保护电路可以进行电流的泄放,保护其他电路不受浪涌冲击。另外,雷击浪涌保护电路中差模电感的个数可以进行调整。对于包含多个差模电感的雷涌浪涌保护电路,这里就不再进行详细介绍了。需要说明的是,在雷击浪涌保护电路中,串联的差模电感的数量越多,抗雷击浪涌的效果越明显。
[0024] 第二实施例
[0025] 本实施例中的雷击浪涌保护电路是结合EMI (电磁干扰)滤波电路实现的。在图1中,传统的开关电源电路包括雷击浪涌保护电路、EMI滤波电路以及整流电路。雷击浪涌保护电路并联在零线ACN和火线ACL之间。零线ACN和火线ACL并联雷击浪涌保护电路后与EMI滤波电路相连接。EMI滤波电路连接整流电路。当有雷击浪涌出现时,气体放电管击穿,迅速放电导通,而压敏电阻则钳位零线和火线之间的电压,确保后续电路工作正常。然而,多次过电压和过电流冲击,可能对浪涌保护元件造成损害,致使整个开关电源的寿命严重缩短。本实施例所提供的雷击浪涌保护电路是对传统的开关电源电路的改进,没有增加新的元器件,而利用了 EMI滤波电路中共模电感的半幅电感作为差模电感,来减少浪涌的冲击。因此,本实施例实现了雷击浪涌保护电路与EMI滤波电路的有效结合。
[0026] 参见图4,本实施例中的EMI滤波电路有三级共模电感,分别为L1、L2、L3,其中LI用于降低辐射,L2、L3则用于抑制传导。第一级共模电感LI的两个输入端分别连接零线ACN和火线ACL(中间连接熔断器FUl),两个输出端则串联第二级共模电感L2。第二级共模电感L2的两个输入端并联X电容Cl,两个输出端一方面连接第三级共模电感L3的输入端,另一方面分别通过Y电容C2、C3连接地线。第三级共模电感L3的输出端连接整流电路Ul0各共模电感的两个半幅电感分别标记为A、B。其中,与零线相连的为半幅电感A,分别为L1A、L2A、L3A。相应地,与火线相连的为半幅电感B,分别为L1B、L2B、L3B。在本实施例中,雷击浪涌保护电路包括压敏电阻RV1、气体放电管Zl和共模电感中一个半幅电感B。压敏电阻RVl和气体放电管Zl的串联电路,一端N与第一级共模电感LlA输入端(零线)相连接,另一端L’与第三级共模电感的半幅电感L3B的输出端相连接。本实施例中,对于共模电感、电容的值不进行限定。当交流输入电压范围不大于305V时,压敏电阻的型号优选为331KD14、331KD10、361KD10、361KD14中的任意一种。气体放电管的型号优选为2RL470L-5。下面详细介绍本实施例的工作原理。
[0027] 在开关电源电路正常工作时,压敏电阻和气体放电管是不导通的。EMI滤波电路中的共模电感L1、L2、L3与电容Cl、C2、C3相互配合,为交流传导的瞬变和RF噪声提供了强有力的滤波。由于气体放电管的开关作用,没有暂态过电压时,雷击浪涌保护电路与EMI滤波电路和整流电路是相互隔离开的。当雷击浪涌信号的峰值电压大于470V时,气体放电管Zl瞬间击穿。这时,共模电感的半幅电感LIB、L2B、L3B与压敏电阻RVl和气体放电管Zl串联形成回路。由于峰值电压大于压敏电阻的阈值电压,基于压敏电阻特性,将雷击浪涌保护电路的电压迅速由过高的电压拉低至331V(针对型号为331KD14、331KD10的压敏电阻)或者361V (针对型号为361KD10、361KD14的压敏电阻),避免后级的EMI滤波电路以及整流电路因过电压造成损害。浪涌的差模信号通过共模电感的半幅电感LIB、L2B、L3B,基于半幅电感LIB、L2B、L3B差模电感的感抗作用,实现了与压敏电阻以及气体放电管的分压,降低了残压和过高电压对元件的冲击。同时,基于电感中电流的特性,有效抑制电路中电流的突变,降低施加在压敏电阻RVl与气体放电管Zl的浪涌电流。当过电压浪涌消失后,在供电电压过零点时,气体放电管又迅速恢复到非导通的高阻状态,保证EMI滤波电路、整流电路正常工作。对于持续时间较长的中等应力场合,在气体放电管触发的情况下,导体阻抗与L1B、L2B、L3B限流作用结合,可有效防止放电管与压敏中通过过量电流,有效提高了开关电源的使用寿命。
[0028] 本实施例中的雷击浪涌保护电路充分利用开关电源的EMI滤波电路中共模电感L1、L2、L3与压敏电阻RV1、气体放电管Zl实现浪涌保护功能。在正常工作时,共模电感与电容配合作为滤波电路。在雷击浪涌时,共模电感中的半幅电感作为差模电感接入雷击浪涌保护电路中,实现了雷击浪涌保护电路以及EMI滤波电路的结合。由于压敏电阻和气体放电管是双向导通的,因此压敏电阻和气体放电管与零线和火线的连接关系可以进行对换调整。
[0029] 参见图5所示的变形例,压敏电阻和气体放电管的位置进行了对换调整,其工作原理可以参见第二实施例,这里就不再赘述了。
[0030] 第三实施例
[0031] 参见图6,本实施例是基于第二实施例的变形,EMI滤波电路和整流电路的连接方式可以参见第二实施例。与第二实施例的不同之处在于压敏电阻和气体放电管与EMI滤波电路的连接位置。在本实施例中,只利用两级共模电感的半幅电感作为差模电感。气体放电管和压敏电阻的串联电路的一端N接在第一级共模电感的LIA的输出端,另一端L’与第三级共模电感的L3B的输出端连接。当然,气体放电管和压敏电阻的串联电路的N端也可以接在第一级共模电感的LlA的输入端,另一端L’与第二级共模电感的L2B的输出端连接。
[0032] 图7为压敏电阻和气体放电管对换连接顺序后的电路图,其与图6的工作原理相同。下面以图6为例说明该雷击浪涌保护电路的工作原理。当雷击浪涌信号的峰值电压大于470V时,气体放电管Zl瞬间击穿。这时,共模电感的半幅电感L2B、L3B与压敏电阻RVl和气体放电管Zl串联形成回路。差模信号通过共模电感的L2B、L3B。基于电感感抗和电流特性的作用,实现了与压敏电阻以及气体放电管的分压,有效抑制电路中电流的突变,降低施加在压敏电阻RVl与气体放电管Zl的电压和浪涌电流。当过电压浪涌消失后,在交流供电电压过零点时,雷击浪涌保护电路与其他电路实现隔离,电路恢复至正常工作状态。本实施例中,由于雷击浪涌保护电路中只有两级差模电感,其抗雷击浪涌的效果与第二实施例相比相对较差。当然在雷击浪涌保护电路中,也可以只包括一级差模电感,即压敏电阻和放电管组成的串联电路中,一端与其中一级共模电感一个半幅电感的输入端相连接,另一端与该级共模电感中另一个半幅电感的输出端相连接。例如将第三实施例中N点的位置设置在电感L3A的输入端,只有半幅电感L3B接入雷击浪涌保护电路中,其抗雷击浪涌的效果要更差一些。由此可以看出,雷击浪涌保护电路抗雷击浪涌的效果与串联的半幅电感的个数具有正向相关性,即串联的半幅电感个数越多,抗雷击浪涌的效果越好。
[0033] 需要说明的是,N点和L’的位置可以进行变换,因此第二实施例和第三实施例中还包括多种变形。例如,上述实施例中利用了共模电感的半幅电感B,也可以利用上半幅电感L2A、L3A(如图8)。当然,还可以只接入其中一级共模电感的半幅电感A,或者三级共模电感的半幅电感A,这里不再一一赘述。但本实用新型的各个实施例需要满足一点:雷击浪涌保护电路中至少串联一级共模电感的半幅电感作为差模电感。
[0034] 从第三实施例中可以得知,雷击浪涌保护电路可以对串联的差模电感的数量进行调整。在本实用新型的实施例中,EMI滤波电路优选三级共模电感。因此,EMI滤波电路所包含的共模电感的级数可以根据实际需要进行适当的调整。以图8为例,EMI滤波电路包括串联的三级共模电感,并联在共模电感的两个输入端之间的X电容Cl,以及分别与共模电感的两个输入端相连的Y电容C2、Y电容C3。其中第一级共模电感的位置可以串联O个、I个……N个共模电感,第二级共模电感的位置串联I个、2个……M个共模电感,第三级共模电感的位置串联O个、I个、2个……L个共模电感。那么当所包含的共模电感的级数较多时,压敏电阻和气体放电管的串联电路的两端N、L’的连接方式也是多种的,这里不在--
赘述。但需要指出的是,雷击浪涌保护电路中至少串联一级共模电感的半幅电感作为差模电感。压敏电阻、气体放电管串联电路之间所包含的差模电感数量越多,则针对雷击浪涌的保护性能越好。
[0035] 除了上述雷击浪涌保护电路之外,本实用新型还提供一种LED驱动电源。该LED驱动电源的特点在于采用了上述的雷击浪涌保护电路。除此之外,该LED驱动电源的其它部件均可以采用现有技术实现,在此就不详细赘述了。
[0036] 本实用新型所提供的雷击浪涌保护电路首先利用了差模电感的两点特性:一是电感电流不能突变,二是感抗可以分压。对于瞬变的浪涌冲击,差模电感可以有效避免压敏电阻以及气体放电管因过电压和过电流造成的损坏。其次,本实用新型实现了传统的EMI滤波电路和雷击浪涌保护电路有机结合。雷击浪涌保护电路可以充分利用共模电感的半幅电感绕组作为差模电感,节约了相关电子产品的成本和体积。本实用新型可以有效抑制EMI,同时借助EMI滤波电路的半幅电感可以使相关电子产品在雷击浪涌冲击情况下长期使用,有效延长了开关电源的使用寿命。
[0037] 上面对本实用新型所提供的雷击浪涌保护电路进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都将构成对本实用新型专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。

Claims (14)

1.一种雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述雷击浪涌保护电路由压敏电阻、放电管和差模电感串联而成。
2.如权利要求1所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述雷击浪涌保护电路并联在交流输入端之间。
3.如权利要求1所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 交流输入端的一端或者两端与所述差模电感串联; 所述压敏电阻、所述放电管组成的串联电路并联在交流输出端之间。
4.如权利要求1所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述差模电感由EMI滤波电路中共模电感的半幅电感实现。
5.如权利要求4所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述EMI滤波电路中的共模电感为多级时,所述差模电感为其中部分或全部共模电感的半幅电感。
6.如权利要求5所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述HMI滤波电路具有三级共模电感,其中第一级共模电感的两个输入端分别连接零线和火线,两个输出端分别连接第二级共模电感的两个输入端;第二级共模电感的两个输出端分别连接第三级共模电感的两个输入端,第三级共模电感的输出端连接整流电路。
7.如权利要求6所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述压敏电阻和所述放电管组成的串联电路中,一端与第一级共模电感中的一个半幅电感的输入端相连接,另一端与第三级共模电感中未与所述第一级共模电感中半幅电感串联的半幅电感的输出端相连接。
8.如权利要求6所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述压敏电阻和所述放电管组成的串联电路中,一端与第一级共模电感中半幅电感的输出端相连接,另一端与第三级共模电感中未与所述第一级共模电感中半幅电感串联的半幅电感的输出端相连接。
9.如权利要求6所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述压敏电阻和所述放电管组成的串联电路中,一端与第一级共模电感中半幅电感的输入端相连接,另一端与第二级共模电感中未与所述第一级共模电感中半幅电感串联的半幅电感的输出端相连接。
10.如权利要求6所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述压敏电阻和所述放电管组成的串联电路中,一端与其中一级共模电感的一个半幅电感的输入端相连接,另一端与该级共模电感中另一半幅电感的输出端相连接。
11.如权利要求6所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 第二级共模电感的两个输入端之间并联第一电容,两个输出端分别通过第二电容和第三电容连接地线。
12.如权利要求1所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述放电管为气体放电管。
13.如权利要求1所述的雷击浪涌保护电路,其特征在于: 所述放电管由短路线所代替。
14.一种LED驱动电源,其特征在于采用权利要求1所述的雷击浪涌保护电路。
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