CN204721650U - 一种led球泡灯驱动电源 - Google Patents

Abstract

一种LED球泡灯驱动电源，包括整流电路、滤波电路、RCD电路、隔离恒流驱动芯片和变压器，整流电路的输入端接市电，整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端通过RCD电路分别与隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述隔离恒流驱动芯片与变压器相连，所述RCD电路由第一电阻、第二电阻、电容和二极管构成，所述电容、第一电阻和二极管串联，所述第二电阻并接在电容的两端。本实用新型通过采用上述技术方案，使得市电经过隔离恒流驱动芯片后再经过变压器变压之后供电给LED球泡灯的灯板，这样避免了触电的危险，达到安全性相对较高的目的，且对于输入电压175V-265V范围能正常稳定让LED球泡灯工作，并且，本实用新型整体尺寸小，性能优良，恒流精度高。

Description

一种LED球泡灯驱动电源

技术领域

本实用新型涉及驱动电源领域，尤其涉及一种LED球泡灯驱动电源。

背景技术

目前，LED新型电光源发展日新月异，由于其与传统白炽灯节能灯相比，有节能、长寿、响应时间短，环保等特点，被广泛应用在照明行业、显示屏行业、汽车灯具、交通灯具等行业。尤其在照明行业，随着各个国家越来越重视照明节能及环保问题，已经在大力推行使用LED灯具，节能灯及白炽灯被LED灯取代已经成为必然。

LED驱动电源作为一个能量转换装置，它的好坏对LED灯的寿命有着重要的影响。按输入输出电路是否隔离来区分，LED驱动电源有非隔离型和隔离型。非隔离型电源设计简单，效率相对隔离型略高，非隔离一般效率可以做到90％以上，不过非隔离电源的输入输出回路直接相连，在绝缘程度做的不够的时候，比较容易发生触电的危险，其安全性相对较低。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术存在的上述技术问题，提供一种隔离型的LED球泡灯驱动电源。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种LED球泡灯驱动电源，包括整流电路、滤波电路、RCD电路、隔离恒流驱动芯片和变压器，所述整流电路的输入端接市电，所述整流电路的输出端与滤波 电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端通过RCD电路分别与隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述隔离恒流驱动芯片与变压器相连，所述RCD电路由第一电阻、第二电阻、电容和二极管构成，所述电容、第一电阻和二极管串联，所述第二电阻并接在电容的两端。

进一步优选地，所述整流电路是由四个反并联的二极管构成的全桥式电路。

进一步优选地，所述滤波电路为电解电容。

进一步优选地，所述隔离恒流驱动芯片为BP3125。

进一步优选地，所述隔离恒流驱动芯片BP3125的输入端设有限流电阻。

本实用新型的LED球泡灯驱动电源，通过包括整流电路、滤波电路、RCD电路、隔离恒流驱动芯片和变压器，所述整流电路的输入端接市电，所述整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端通过RCD电路分别与隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述隔离恒流驱动芯片与变压器相连，所述RCD电路由第一电阻、第二电阻、电容和二极管构成，所述电容、第一电阻和二极管串联，所述第二电阻并接在电容的两端。本实用新型通过采用上述技术方案，使得市电经过隔离恒流驱动芯片后再经过变压器变压之后供电给LED球泡灯的灯板，这样避免了触电的危险，达到安全性相对较高的目的，且对于输入电压175V-265V范围能正常稳定让LED球泡灯工作，并且，本实用新型整体尺寸小，性能优良，恒流精度高。

附图说明

图1为本实用新型LED球泡灯驱动电源提供的电路结构图；

图2为本实用新型变压器的电流在T_on时间内随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的LED球泡灯驱动电源进行详细阐述。

如图1所示，LED球泡灯驱动电源包括整流电路、滤波电路、RCD电路、隔离恒流驱动芯片和变压器J1，所述整流电路的输入端接市电，所述整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端通过RCD电路分别与隔离恒流驱动芯片BP3125、变压器J1相连，所述隔离恒流驱动芯片BP3125与变压器J1相连。

具体实施中，所述整流电路是由四个反并联的二极管(D3、D4、D5、D7)构成的全桥式电路。所述滤波电路为电解电容C2。所述RCD电路由第一电阻R1、第二电阻R2、电容C1和二极管D1构成，所述电容C1、第一电阻R1和二极管D1串联，所述第二电阻R2并接在电容C1的两端。所述隔离恒流驱动芯片BP3125的输入端设有限流电阻(R6、R9、R10)。

本实施例的工作原理如下：

市电220V从火线输入，经过整流电路，将高压交流电整流成高压直流电，然后流向电解电容C2，实现对高压直流电的滤波，将电流变得更加平缓，接着电流分为两支，一支流过两个限流电阻R6、R9，给隔离恒流驱动芯片BP3125在场效应管导通周期时上电，然后通过 电容C4流到地端，隔离恒流驱动芯片BP3125的PIN2引脚接电阻R4，然后接地，隔离恒流驱动芯片BP3125的PIN4引脚接阻值为2.4Ω的电阻R5、R8和R11；另外一路流过高频变压器J1的PIN2，当隔离恒流驱动芯片BP3125的场效应管导通时，变压器J1储能，当场效应管截止时，变压器J1放能，把高压直流电变成低压直流电，实现降压，电流从变压器J1的PIN2引脚进PIN1引脚出，一路流过隔离恒流驱动芯片BP3125的PIN5和PIN6的驱动引脚，驱动隔离恒流驱动芯片BP3125，另外一路经过二极管D1，电阻R1，电阻R2和电容C1，通过二极管D1、电阻R1和电容C1串联，电阻R2并联在电容C1上搭建RCD回路，限制功率管关断时的最高电压，防止功率管因关断过压而损坏；当场效应管截止时，隔离恒流驱动芯片BP3125的供电由变压器J1的辅助绕组供电，电流从变压器J1的PIN5引脚流出流过二极管D6，经过限流电阻R10给隔离恒流驱动芯片BP3125上电，然后电流再流回地端。副边上，电流从变压器J1的PIN9引脚流出，经过二极管D2，经过电容C3的一端和假性负载电阻R3的一端，流入LED球泡灯的灯板正极，然后灯板负极经过电阻R3和电容C3的另外一端流回地端。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面详述本实施例的使用方法。

LED球泡灯由11颗1W的LED灯珠串联，每颗灯珠正常工作电压约为3.3V，电流为300mA，由此确定电源的输出特性是输出电流300mA，输出电压是3.3V×11＝36.3V。根据电源的输出功率及11W球泡灯外 壳内腔的尺寸，选取隔离恒流驱动芯片BP3125对占空比进行控制。

所述隔离恒流驱动芯片BP3125工作于电流电感断续模式，其原边线圈的电流在T_on时间内随时间的变化如图2所示。图2中，I_avg是原边线圈电流平均值，I_peak是原边线圈电流峰值，场效应管导通时间，这里设置为＝0.42。

先设定参数，整机效率η＝90％，＝90V，＝0.42，频率f＝60KHz，确定开关管的开关频率f。由于人的听觉频率为20KHz以下，所以实际设计中开关管的频率应远离此频率结合BP3125芯片建议的开关频率在5KHz-120KHz之间，本设计采用的开关频率是60KHz。上述参数设定并不唯一，设定变化计算结果也会跟着变化，最终变压器J1参数也会发生变化，但只要感量及外围电路设置合适，驱动电源亦可正常工作。

由设置的参数计算原边电流平均值公式(1)

$I_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{\mathrm{\η}}\×\frac{p_{\mathrm{out}}}{v_{\mathrm{in}\left(\min \right)}}---\left(1\right)$

(1)式中，I_avg为原边线圈电流平均值，p_out为电源输出功率，由前面设定的参数η＝90％，v_in(min)＝90V，可以得出I_avg＝0.136A。

然后计算原边峰值电流，根据电荷平衡，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域。所以根据电荷平衡以及结合图1，可得(2)式：

$I_{\mathrm{avg}}\·T=\frac{I_{\mathrm{peak}}}{2}\×T_{\mathrm{on}}---\left(2\right)$

(2)式中，T为开关周期，T_on＝D·T为一个周期内开关管的导通时间，由于T_on＝0.42所以D＝0.42，代入求得I_peak＝0.647A。

计算电流采样电阻R_CS阻值。隔离恒流驱动芯片BP3125逐周期检测变压器J1原边的峰值电流，CS端连接到内部的峰值电流比较器输入端，与内部500mV阀值电压进行比较，当CS电压达到内部检测阀值时，场效应管关断。故从规格书中得到公式(3)：

$I_{\mathrm{peak}=}\frac{500\mathrm{mV}}{R_{\mathrm{CS}}}---\left(3\right)$

由(2)式计算的I_peak＝0.647A可得R_CS＝0.77Ω。实际应用中没有0.77欧姆的电阻，所以本方案用3个0805封装的2.4Ω(±5％)并联，接下来计算原副边匝数比n，由隔离恒流驱动芯片BP3125规格书中得到公式：

$n=\frac{N_p}{N_s}=\frac{I_{\mathrm{LED}}\×4}{I_{\mathrm{peak}}}---\left(4\right)$

(4)式中，N_p为原边匝数，N_s为副边匝数，I_LED为灯珠的电流，其工作电流为300mA，代入可得n＝1.85，计算原边感量，由芯片BP3125的规格书中的公式有式(5)：

$L_p=\frac{n^2\×V_{\mathrm{LED}}}{8\×f\×I_{\mathrm{LED}}}---\left(5\right)$

(5)式中，L_p是原边感量，V_LED是电源输出电压为36.3V，f是频率60KHz，I_LED为300mA，所以代入式(4)中计算得到的n可得L_p＝0.86mH。

计算原边匝数，如式(6)所示：

N_P＝V_in(min)×T_on/(A_e×ΔB)    (6)

而

$L_p=\frac{v_{\mathrm{in}\left(\min \right)}\×T_{\mathrm{on}}}{I_{\mathrm{peak}}}---\left(7\right)$

结合(6)式和(7)式，消去v_in(min)×T_on，可得式(8)：

$N_p=\frac{I_{\mathrm{peak}}\×L_p}{A_e\×\mathrm{\ΔB}}---\left(8\right)$

(6)式中，A_e是骨架窗口有效面积，ΔB是磁通摆幅，由TDK的EE16骨架以及磁芯资料可得，A_e＝19.2mm²；ΔB＝(饱和磁通390mT-剩余磁通55mT)×(60％-90％)，考虑到驱动电源工作时，磁芯的温度较高，故用100℃下的饱和磁通和剩余磁通来计算磁通摆幅。本实施例采用84％余量的ΔB计算，即ΔB＝0.28T.由于v_in(min)与T_on都是已知，所以代入求得N_p＝104(TS)

由匝数比n＝1.85，求根据原边匝数求得副边匝数N_s＝57(TS)。

计算辅助边匝数N_vcc，根据式(9)：

(9)中，N_vcc是辅助边匝数，U_out是电源输出电压36.3V，V_{开关管压降}是集成在芯片中的开关管的压降，这里取0.85V，N_s是副边匝数57(TS)，V_肖挣基是副边电路上半波整流二极管的压降也去0.85V计算，根据BP3125规格书可得芯片的电压是12V，即V_ic为12V，所以可得 辅助边匝数N_vcc＝20(TS).

绕制变压器J1铜线线径(铜线直径)的计算如下： 

根据：I_有效值＝导线截面积×电流密度＝πr²×J得(10)式如下，

(10)式中，铜线线径指的是铜线的直径，J为铜线横截面积上的电流密度，J＝3A/mm²～6A/mm²。

而原边电流有效值计算如下式(11)所示：

(11)式中，I_原边是原边电流有效值，P_out是电源输出功率11W，η是设定的效率90％，v_in(min)是设定的最小输入电压，代入(11)式，且J取4，所以可求得原边线径0.118mm；由于副边电流有效值等于灯珠流过的电流即300mA，同样可求得副边线径0.31mm；辅助边电流有效值根据规格书得芯片电流是25uA，所以同样可求得辅助边线径0.089mm。

综上，本设计设置占空比D＝0.42，输入最小电压v_in(min)＝90V，频率f＝60KHz，效率η＝90％。原边感量L_p＝0.86mH，考虑线径的电流密度及骨架槽宽，允许采用比计算线径大的线径，还有结合物料管理的原则，最后确定原边104匝，线径采用0.18mm的铜线；副边57匝，线径采用0.35mm的铜线，辅助边20匝，采用0.18mm的铜线。

本实施例变压器J1的绕制方法采用“三明治”绕法，如表1所示：

边	匝数	线径	方向
				一次原边	54TS	φ0.18mm	1-2
副边	57TS	φ0.35mm	9-7
				二次原边	50TS	φ0.18mm	1-2
辅助边	20TS	φ0.18mm	5-4

表1：本实用新型变压器“三明治”绕法的匝数线径绕制方向

本实施例的输入输出测试结果如表2所示：

输入电压	输出电流	效率
			110V	294.2mA	85.6％
220V	294.9mA	86.1％
			265V	294.3mA	85.8％

表2：隔离恒流驱动芯片BP3125的输入输出关系

本实施例中，骨架的PIN3、6、8拔掉；绕制时绕线方向应相同，不应随便拔出骨架，以免弄乱引脚。原边由PIN1进PIN2出，副边由PIN9进PIN7出，辅助边由PIN5进PIN4出；避免绕组起收脚交叉，绕线必须平整；每一次绕线绕完后包黄色玛拉胶纸三层，合上磁芯后包三层与磁芯一样宽度的黄色玛拉胶纸；成品齐平再包三层黄色玛拉胶纸，在PIN1端面贴上标签以方便区别。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而 言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (5)

1.一种LED球泡灯驱动电源，其特征在于，包括整流电路、滤波电路、RCD电路、隔离恒流驱动芯片和变压器，所述整流电路的输入端接市电，所述整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端通过RCD电路分别与隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述隔离恒流驱动芯片与变压器相连，所述RCD电路由第一电阻、第二电阻、电容和二极管构成，所述电容、第一电阻和二极管串联，所述第二电阻并接在电容的两端。

2.根据权利要求1所述的LED球泡灯驱动电源，其特征在于，所述整流电路是由四个反并联的二极管构成的全桥式电路。

3.根据权利要求1所述的LED球泡灯驱动电源，其特征在于，所述滤波电路为电解电容。

4.根据权利要求1所述的LED球泡灯驱动电源，其特征在于，所述隔离恒流驱动芯片为BP3125。

5.根据权利要求4所述的LED球泡灯驱动电源，其特征在于，所述隔离恒流驱动芯片BP3125的输入端设有限流电阻。