CN204810621U - 一种恒流隔离式的led射灯驱动电源装置 - Google Patents

Abstract

一种恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，包括整流电路、滤波电路、RC吸收电路、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，滤波电路的输出端分别与RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片、变压器相连，RC吸收电路由第一电阻、第二电阻、第三电子、第一电容和第一二极管构成，第一电容、第一电阻并接，第二电阻和第三电阻并接，并接后的第一电阻、第一电容、并接后的第二电阻、第三电阻以及第一二极管依次串联，RC吸收电路分别与变压器原边主绕组、隔离恒流驱动芯片相连，变压器辅助绕组与滤波电路的输出端相连，变压器副边绕组并接在LED射灯的正负级两端，本实用新型整体尺寸小，性能优良，恒流精度高。

Description

一种恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置

技术领域

本实用新型涉及驱动电源领域，尤其涉及一种恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置。

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。

恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置作为一个能量转换装置，它的好坏对LED射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，恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置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，提供一种隔离型的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，包括整流电路、滤波电路、RC吸收电路、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分别与RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述RC吸收电路由第一电阻、第二电阻、第三电子、第一电容和第一二极管构成，所述第一电容、第一电阻并接，所述第二电阻和第三电阻并接，并接后的第一电阻、第一电容，并接后的第二电阻、第三电阻以及第一二极管依次串联，所述RC吸收电路分别与变压器原边主绕组、隔离恒流驱动芯片相连，所述变压器辅助绕组与滤波电路的输出端相连，所述变压器副边绕组并接在LED射灯的正负级两端。

进一步优选地，所述隔离恒流驱动芯片为CL1224。

进一步优选地，所述驱动电源还包括保险管，所述保险管串接在输入端的火线上。

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，所述驱动电源还设有限流电阻，所述限流电阻包括串接的第四电阻和第五电阻，且所述滤波电容的输出端通过限流电阻与隔离恒流驱动芯片相连。

进一步优选地，所述驱动电源还包括贴片滤波电容，所述贴片滤波电容设置在隔离恒流驱动芯片与地之间。

本实用新型的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，通过包括整流电路、滤波电路、RC吸收电路、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分别与RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述RC吸收电路由第一电阻、第二电阻、第三电子、第一电容和第一二极管构成，所述第一电容、第一电阻并接，所述第二电阻和第三电阻并接，并接后的第一电阻、第一电容、并接后的第二电阻、第三电阻以及第一二极管依次串联，所述RC吸收电路分别与变压器原边主绕组、隔离恒流驱动芯片相连，所述变压器辅助绕组与滤波电路的输出端相连，所述变压器副边绕组并接在LED射灯的正负级两端，使得在输入电压90V～265V范围能正常稳定让18W射灯工作，且效率一般87％以上，在正常的220V网电下，效率可达90％，且隔离变压器安全性高，成本较低，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为本实用新型恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置提供的电路结构图；

图2为本实用新型变压器副边绕组的电流在T_off时间内随时间的变化曲线。

具体实施方式

下而结合附图对本实用新型的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置进行详细阐述。

如图1所示，恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置包括整流电路、滤波电路、RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片和变压器T1，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分别与RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片U1、变压器T1相连，所述RC吸收电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第一二极管D1构成，所述第一电容C1、第一电阻R1并接，所述第二电阻R2和第三电阻R3并接，并接后的第一电阻R1、第一电容C1，并接后的第二电阻R2、第三电阻R3以及第一二极管D1依次串联，所述RC吸收电路分别与变压器T1原边主绕组、隔离恒流驱动芯片U1相连，所述变压器T1辅助绕组与滤波电路的输出端相连，所述变压器T1副边绕组并接在LED射灯的正负级两端。所述驱动电源还包括保险管F1，所述保险管F1串接在输入端的火线上。所述整流电路是由四个反并联的二极管(D2、D3、D4、D5)构成的全桥式电路。所述滤波电路可采用电解电容C2，所述驱动电源还设有限流电阻，所述限流电阻包括串接的第四电阻R4和第五电阻R5，且所述滤波电容的输出端通过限流电阻(R4、R5)与隔离恒流驱动芯片U1相连。所述驱动电源还包括贴片滤波电容C3，所述贴片滤波电容C3设置在隔离恒流驱动芯片U1与地GND之间。

具体实施中，所述隔离恒流驱动芯片U1采用具有较高恒流性能的芯片CL1224，该芯片CL1224的恒流精度可控制在±3以内。

本实施例的工作原理如下：

市电(单电压220V)输入火线通过2A250V耐压的保险管F1，接上4个分立整流二极管(D2、D3、D4、D5)构成的全桥整流电路，实现对市电输入电流的全桥整流，再接上有源滤波大电解电容C2的正极，实现对整流后的直流电的滤波消除杂波。

当芯片CL1224中MOS管导通时，整机电流从大电解电容C2的正极出发，分成2路，第一路经过芯片CL1224的VCC引脚的两个限流电阻(R4、R5)，给芯片CL1224上电，再经过贴片滤波电容C3再流回地端。第二路经过变压器T1原边的PIN1脚再流过PIN5，变压器T1磁芯此时储能，储能的电流分为两路，一路流进第一二极管D1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一电阻R1，第一电容C1构成的RC吸收电路，吸收变压器T1漏感；另外一路分出一路给芯片CL1224的PIN5、6的驱动引脚，然后经过芯片CL1224的PIN2流经电容C4回到地端，另一路经电阻R7给芯片CL1224的PIN3引脚，然后在流向电阻R8和电容C5最后回到地端；芯片CL1224的采样引脚PIN4接电阻R9和电阻10然后流回地端。

当MOS管截止时，变压器T1的磁芯放能，电流从变压器T1同名端流出，辅助绕组的电流一路经过电阻R6和二极管D6给芯片CL1224上电。变压器T1副边绕组上，电流从变压器T1流出，经过二极管D7，一路经输出电解电容C6，一路经假性负载R11，一路流向LED射灯板的正极，这三路的负极都接LED射灯板的负极。

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。

本实用新型的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，采用内置场效应管，变压器T1原边控制高精度隔离恒流驱动芯片CL1224进行占空比控制，且原边反馈省去TL431和光耦以降低成本；降压采用TDK的EPD20骨架及磁芯制作的变压器，适当增大磁通摆幅，在不影响性能的情况下有效降低匝数，从而有效降低成本。变压器T1采用“三明治”绕法，原边匝数分两次绕，绕制顺序为一次原边——副边——二次原边——辅助边，电磁辐射小，制作工序简单。整机具有优异的恒流输出效果，恒流精度±3％，而效率一般可以做到87％，整机尺寸7.6cm×2.1cm，性能可靠，安全性高，成本也较低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、输入回路

采用典型的桥式整流电流，输出滤波电容从性价比考虑，采用22uf，耐压为400V的电解电容。具体如图1所示；

二、控制回路

采用芯片CL1224作为主控制芯片，该芯片CL1224具有较高的恒流性能。实测表明，本装置的恒流精度在±3以内；

三、高频变压器设计

这是本装置最重要的设计部分，其设计过程及结果如下：

1、根据负载连接方式是18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*18≈60V。根据电源的输出功率及性价比考虑，选取隔离恒流驱动芯片CL1224对占空比进行控制。

2、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。结合芯片CL1224的频率范围为47KHz～60KHz，所以本方案设计采用的开关频率是50KHz。

3、设定最大占空比和最大占空比对应的最小输入电压。本方案设计的最大占空比D_max＝0.45，对应的最小输入电压V_in(min)＝90V。

4、计算匝数比，具体计算公式为：

$n=\frac{N_P}{N_S}......\left(1\right)$

(1)式中，n是原边匝数与副边匝数的比值，N_P是原边匝数，N_S副边匝数。根据伏秒平衡可得，原边上每匝线上的电压乘以导通时间等于副边上每匝线上的电压乘以导通时间，所以可以得到等量关系的公式(2)：

(2)式中，对于本方案，采用宽范围输入电压，其母线电压范围为127V～373V。实际设计时按最小值设计，即式(2)中的V_in＝127V，V_in最小值对应的最大占空比D_max＝0.45，V_LED是电源输出电压即60V，V_肖特基是副边上半波整流肖特基二极管的压降为0.85V左右。又因占空比所以将其代入(2)式中，消去T_on和T_off，公式再变形即可得式(3)求出匝数比：

5、计算匝数。

首先，计算原边匝数，根据原边匝数计算公式(4)：

$N_p=\frac{L_p\×I_{\mathrm{pk}}}{\mathrm{\ΔB}\×A_e}...\left(4\right)$

(4)式中，N_p是原边匝数，L_p是原边感量，I_pk是原边峰值电流，ΔB是磁通摆幅，Ae是磁芯有效面积。由于ΔB和Ae是已知的，所以求原边匝数N_p，要先求出原边峰值电流I_pk，再求出原边感量L_p。

先求原边峰值电流：

因为原副边匝数比跟原副边的电压比成正比跟电流比成反比，所以可以得出式(5)：

$\frac{I_{\mathrm{pk}}}{I_{\mathrm{sk}}}=\frac{1}{n}...\left(5\right)$

(5)中，I_pk是原边峰值电流，I_sk是副边峰值电流。而芯片CL1224是工作在临界模式，此时根据电荷守恒定律，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。电荷守恒公式Q＝i×Δt，电荷量Q等于电流平均值i乘以电流变化时间Δt。所以场效应管关断后，磁芯释放的电荷量会等于电源整个周期内供给灯泡的电荷量。由于工作在临界模式，场效应管关断后副边线圈的电流在T_off时间内随时间的变化如图2所示，所以磁芯释放得电荷量就是图2中阴影三角形的面积，由此可以得到等式(7)：

$\frac{i_{\mathrm{sk}}\×T_{\mathrm{off}}}{2}=I_{\mathrm{LED}}\×T...\left(7\right)$

(7)中，i_sk是副边峰值电流，T_off是场效应管截止的时间，本方案D＝0.45，所以T_off＝T-T_on＝0.55，而I_LED是电源输出的电流300mA，代入公式变形求得i_sk＝1.09A。然后将i_sk＝1.09A代入到式(4)中，求得I_pk＝0.64A。

接着计算原边感量L_p：

原边感量L_p可由副边电感量L_s求得，进而问题变成求副边电感量L_s，根据副边电压计算公式(8)：

$V_S=L_s\×\frac{d_{i_s}}{d_t}...\left(8\right)$

(8)式中，V_S是副边电压，L_s是副边感量，是副边电流的变化量，d_t是副边电流变化的时间的变化量。公式变形可得式(9)：

$L_s=\frac{V_S\×T_{\mathrm{off}}}{i_{\mathrm{sk}}}...\left(9\right)$

(9)式中，V_S是副边电压，根据原理图可知V_S＝输出电压60V+副边肖特基二极管压降0.85V，即V_S＝60.85V；根据占空比可以得到T_off＝(1-D)×T，而T是周期，是频率f的倒数，本方案采用的开关频率是50KHz。由(7)得i_sk＝1.09A，所以代入(9)中，求得L_s＝0.614mH。

再根据L_p＝L_S×n²，可得L_p＝1.7954mH。

根据TDKEFD20的磁芯及骨架的资料，可以得知磁芯窗口有效面积Ae为31mm²；磁通摆幅ΔB，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。本方案采用60％余量的ΔB计算，即ΔB＝0.2T.

然后将I_pk＝0.64A，L_p＝1.7954mH，ΔB＝0.2T，Ae＝31mm²代入(4)式，可以求得：

原边匝数N_p＝183(TS)

副边匝数 $N_s=\frac{N_p}{1.667}=107\left(\mathrm{TS}\right)$

最后，因为副边与辅助边是同时导通，同时导通的两边线圈每一匝上面的电压是一样的，可以得到等式(10)：

$\frac{V_S}{N_S}=\frac{U_{\mathrm{VCC}}}{N_{\mathrm{VCC}}}...\left(10\right)$

(10)式中，U_VCC是芯片CL1224电压17V+副边肖特基二极管的压降0.85V，即U_VCC＝17.85V；而N_VCC是辅助边的匝数。所以代入前面求得的V_S和N_S，可求得N_VCC＝31(TS)。

本实用新型变压器绕制方法采用“三明治”绕法，如表1所示：

边	匝数	线径	方向
				一次原边	83TS	φ0.25mm	5～1
副边	107TS	φ0.35mm	10～8
				二次原边	100TS	φ0.25mm	5～1
辅助边	31TS	φ0.18mm	2～3

表1、本方案变压器“三明治”绕法的匝数线径绕制方向

四、输出回路

本装置的输出回路采用半波整流电路，输出滤波电容考虑到性价比，采用100UF，耐压为100V的电解电容。

五、测试结果

本实用新型的输入输出测试结果如表2所示：

表2、隔离恒流驱动芯片CL1224的输入输出关系

本方案中，骨架的PIN4、7、9、10拔掉；绕制时请注意绕线方向原边由PIN5进PIN1出，副边由PIN10进PIN8出，辅助边由PIN2进PIN3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。

本实用新型的有益效果是：尺寸小，性能优良，恒流精度高，效率高，在输入电压90V～265V范围能正常稳定让18W射灯工作，且效率一般87％以上，在正常的220V网电下，效率可达90％，且隔离变压器安全性高，成本较低。

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 (7)

1.一种恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，包括整流电路、滤波电路、RC吸收电路、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分别与RC吸收电路、隔离恒流驱动芯片、变压器相连，所述RC吸收电路由第一电阻、第二电阻、第三电子、第一电容和第一二极管构成，所述第一电容、第一电阻并接，所述第二电阻和第三电阻并接，并接后的第一电阻、第一电容，并接后的第二电阻、第三电阻以及第一二极管依次串联，所述RC吸收电路分别与变压器原边主绕组、隔离恒流驱动芯片相连，所述变压器辅助绕组与滤波电路的输出端相连，所述变压器副边绕组并接在LED射灯的正负级两端。

2.根据权利要求1所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，所述隔离恒流驱动芯片为CL1224。

3.根据权利要求1所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，所述驱动电源还包括保险管，所述保险管串接在输入端的火线上。

4.根据权利要求1所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，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。

5.根据权利要求1所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，所述滤波电路为电解电容。

6.根据权利要求1所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，所述驱动电源还设有限流电阻，所述限流电阻包括串接的第四电阻和第五电阻，且所述滤波电容的输出端通过限流电阻与隔离恒流驱动芯片相连。

7.根据权利要求2至6任一项所述的恒流隔离式的LED射灯驱动电源装置，其特征在于，所述驱动电源还包括贴片滤波电容，所述贴片滤波电容设置在隔离恒流驱动芯片与地之间。