CN205490194U - 一种绿色光源的电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种绿色光源的电源装置，包括顺次连接的前级整流滤波单元、泄能电路单元、开关变压器单元、隔离电路单元、后级整流滤波单元、采样电路单元、PWM调制单元；泄能电路单元还与PWM调制单元连接。本实用新型的电源装置是中功率的反激式开关电源。它的拓扑结构简单，所用的元器件较少，成本较低，技术易于向下兼容。输出级与输入级之间有电气隔离，能方便的实现多路输出。用于路灯、手术室的无影灯、投影仪灯等供电。本电源装置所购元件大众化，易于采购，原理易懂，如出现问题，电路易于排除故障。该电源装置的功率大、体积小、成本低、重量轻、外围电路设计简单、输出电源稳定、效率高且不含有毒物质，实现能源节约和环保。

Description

一种绿色光源的电源装置

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，涉及绿色光源的电源装置。

背景技术

绿色光源尤其是大、中功率的LED需要开关电源为其提供安全、可靠、长时间稳定的电压、电流，且该开关电源要高效、体积小、寿命长。但是国内LED驱动的效率和质量参差不齐，难以满足LED快速发展的需要。正激式的开关电源广泛应用于中小功率电源变换场所。在开关管导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围较大，但电路使用的变压器结构复杂，体积较大。半桥式开关电源和全桥式开关电源虽说效率较高，但适合于大功率场合，结构复杂。

发明内容

为了解决已有技术存在的问题，本实用新型提供了一种绿色光源的电源装置。其是一款中功率的反激式开关电源。它的拓扑结构简单，所用的元器件较少，成本较低，技术易于向下兼容。输出级与输入级之间有电气隔离，能方便的实现多路输出。

本实用新型提供的一种绿色光源的电源装置，包括顺次连接的前级整流滤波单元、泄能电路单元、开关变压器单元、隔离电路单元、后级整流滤波单元、采样电路单元、PWM调制单元；泄能电路单元还与PWM调制单元连接。

前级整流滤波单元包括整流单元和滤波单元；整流单元采用整流桥电路，使用4007整流管，4007整流管反向耐压1000V，正向电流1A，对于本产品设计的安全裕量足够，且4007整流管体积小，成本低，易于维护。滤波单元与整流电路配合，使用了120F/400V的电解电容和104/630V的聚丙烯CBB电容，低损耗，耐压大，电容量相对时间、温度、电压很稳定。

泄能电路单元:采用20k电阻与聚丙烯CBB电容并联后与BYV26E超快恢复二极管串联，BYV26E超快恢复二极管最大反向电压峰值为1000V；开关变压器会产生尖峰电压，另外在初级绕组也会产生感应电压，同时加到PWM调制单元的TOP227的漏极D上，该泄能电路中20k电阻可以将能量部分地损耗，以保证二极管的工作可靠性。泄能电路单元为防止开关变压器在脉冲间隔期，反峰太大损坏TOP227而特殊设计的。

开关变压器单元：采用EI30磁芯，关键是初、次级匝数计算及线径的选择。根据最高输入电压U_im和最小占空比D_min，计算开关变压器的初、次级线圈的变压比n，然后求初、次级线圈匝数比N:

U_O=(nU_im+ U_O)D_min

N=n/0.9

式中，U_O为变压器次级线圈输出电压；

因为电源的输出功率较大，所以要求开关变压器的漏感应该尽可能的小，特别是在低压大电流的情况下更应如此，开关变压器的初、次级绕组应相间绕制，次级和初级采用同样线径0.51mm，只是多股同时绕着，且一层初级，一层次级。初级线圈56匝，输出35V所对应的次级线圈7匝。

隔离电路单元：在强电和弱点之间采用电容、电感，增加抗干扰能力。

后级整流滤波单元：整流采用了二极管，滤波采用了独石电容、陶瓷电容，电感平波；整流管的选择应根据输出电流和电压进行，其最大值的选择为：

Irlcmax ≈2Io =2 × 5 = 10（A）

Urlc ≥ Uinmax / n

n =Uinmax / Uo × Dmin

式中，Uo为输出电压，Io为最大输入直流电压，Dmin为开关的最小占空比；n为变压比；

电源次级整流管在输出电压较低的情况下，采用肖特基二极管，用来减小自己的损耗；当输出电压较高时，则需要采用快恢复二极管；当开关频率较高时，应采用超快恢复二极管作整流管，以减小其反向电流对初级的影响。

滤波电容的选择应根据容量要满足输出电压纹波的要求，电容、电感应有效地滤除开关所产生的噪声影响；由于属于高频的整流滤波，高频时会产生趋肤效应，滤波电容的选取不合理，会发热脱离焊盘，形成故障。

采样电路单元：采用电阻分压电路；采样电路起的作用是将开关电源此时输出的电压和正常设定输出的电压值进行比较，然后采样后反馈到PWM调制单元上，这样就可以决定开关电源中开关管的工作时长，达到稳压的作用。

调制单元：采用TOP227作为开关器件，TOP227内部有PWM调制器，通过改变控制端电流I_C的大小，连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制并能滤掉开关噪音电压；采用TOP227作为开关器件的优势：

成本最低、元件数目最少的开关方案；AC/DC损耗极低、效率达90%；片内设有自动重启和限流电路；以初级或光耦反馈方式工作；可用于非连续或连续的工作方式；使用与源极连接的薄片以降低电磁干扰；电路简单，提供设计工具，缩短开发时间；

开关变压器和输出整流滤波组成的一个整体，把原边的能量转换到副边输出，各种因素的变化最终导致电源的输出量发生变化，通过PWM调制单元使得输出趋于稳定。

有益效果： 本实用新型提供的一种绿色光源的电源装置，包括顺次连接的前级整流滤波单元、泄能电路单元、开关变压器单元、隔离电路单元、后级整流滤波单元、采样电路单元、PWM调制单元；泄能电路单元还与PWM调制单元连接。

本实用新型提供的一种绿色光源的电源装置是中功率的反激式开关电源。它的拓扑结构简单，所用的元器件较少，成本较低，技术易于向下兼容。输出级与输入级之间有电气隔离，能方便的实现多路输出。

本实用新型提供的一种绿色光源的电源装置用于道路照明，还可以用于手术室的无影灯，投影仪灯等供电。本实用新型的电源装置的元件大众化，易于采购，原理易懂，如出现问题，电路易于排除故障。该电源装置具有功率较大、体积小、成本低、重量轻、外围电路设计简单、输出电源稳定、效率高等特点，从而达到节约成本，并且不含有毒物质，实现能源节约、环保的目的。经过实验，本实用新型的开关电源给100W的大功率二极管供电时，这个光源照射距离远、亮度高。

附图说明

图1是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的结构示意图的框图。

图2的A和D分别是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的前级整流滤波单元和隔离电路单元的电路图。

图3的B和C分别是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的泄能电路单元和开关变压器单元的电路图。

图4的E是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的后级整流滤波单元的电路图。

图5的D和F分别是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的隔离电路单元和采样电路单元的电路图。

图6的G是本实用新型的一种绿色光源的电源装置的PWM调制单元的电路图。

具体实施方式

如附图1所示，一种绿色光源的电源装置，包括顺次连接的前级整流滤波单元、泄能电路单元、开关变压器单元、隔离电路单元、后级整流滤波单元、采样电路单元、PWM调制单元；泄能电路单元还与PWM调制单元连接。

前级整流滤波单元包括整流单元和滤波单元；整流单元采用整流桥电路，使用4007整流管，4007整流管反向耐压1000V，正向电流1A，对于本产品设计的安全裕量足够，且4007整流管体积小，成本低，易于维护。滤波单元与整流电路配合，使用了120F/400V的电解电容和104/630V的聚丙烯CBB电容，低损耗，耐压大，电容量相对时间、温度、电压很稳定。

泄能电路单元:采用20k电阻与聚丙烯CBB电容并联后与BYV26E超快恢复二极管串联，BYV26E超快恢复二极管最大反向电压峰值为1000V；开关变压器会产生尖峰电压，另外在初级绕组也会产生感应电压，同时加到PWM调制单元的TOP227的漏极D上，该泄能电路中20k电阻可以将能量部分地损耗，以保证二极管的工作可靠性。泄能电路单元为防止开关变压器在脉冲间隔期，反峰太大损坏TOP227而特殊设计的。

开关变压器单元：采用EI30磁芯，关键是初、次级匝数计算及线径的选择。根据最高输入电压U_im和最小占空比D_min，计算开关变压器的初、次级线圈的变压比n，然后求初、次级线圈匝数比N:

U_O=(nU_im+ U_O)D_min

N=n/0.9

式中，U_O为变压器次级线圈输出电压；

因为电源的输出功率较大，所以要求开关变压器的漏感应该尽可能的小，特别是在低压大电流的情况下更应如此，开关变压器的初、次级绕组应相间绕制，次级和初级采用同样线径0.51mm，只是多股同时绕着，且一层初级，一层次级。初级线圈56匝，输出35V所对应的次级线圈7匝。

隔离电路单元：在强电和弱点之间采用电容、电感，增加抗干扰能力。

后级整流滤波单元：整流采用了二极管，滤波采用了独石电容、陶瓷电容，电感平波；整流管的选择应根据输出电流和电压进行，其最大值的选择为：

Irlcmax ≈2Io =2 × 5 = 10（A）

Urlc ≥ Uinmax / n

n =Uinmax / Uo × Dmin

式中，Uo为输出电压，Io为最大输入直流电压，Dmin为开关的最小占空比；n为变压比；

电源次级整流管在输出电压较低的情况下，采用肖特基二极管，用来减小自己的损耗；当输出电压较高时，则需要采用快恢复二极管；当开关频率较高时，应采用超快恢复二极管作整流管，以减小其反向电流对初级的影响。

滤波电容的选择应根据容量要满足输出电压纹波的要求，电容、电感应有效地滤除开关所产生的噪声影响；由于属于高频的整流滤波，高频时会产生趋肤效应，滤波电容的选取不合理，会发热脱离焊盘，形成故障。

采样电路单元：采用电阻分压电路；采样电路起的作用是将开关电源此时输出的电压和正常设定输出的电压值进行比较，然后采样后反馈到PWM调制单元上，这样就可以决定开关电源中开关管的工作时长，达到稳压的作用。

调制单元：采用TOP227作为开关器件，TOP227内部有PWM调制器，通过改变控制端电流I_C的大小，连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制并能滤掉开关噪音电压；采用TOP227作为开关器件的优势：

成本最低、元件数目最少的开关方案；AC/DC损耗极低、效率达90%；片内设有自动重启和限流电路；以初级或光耦反馈方式工作；可用于非连续或连续的工作方式；使用与源极连接的薄片以降低电磁干扰；电路简单，提供设计工具，缩短开发时间；

开关变压器和输出整流滤波组成的一个整体，把原边的能量转换到副边输出，各种因素的变化最终导致电源的输出量发生变化，通过PWM调制单元使得输出趋于稳定。

本实施例的一种绿色光源的电源装置的整体电路图是由图2到图6五个部分组成。图2中A是前级整流滤波单元，D是隔离电路单元；图3中B是泄能电路单元，C是开关变压器单元；图4中E是后级整流滤波单元；图5中D是隔离电路单元，F是采样电路单元；图6中G是PWM调制单元。

电源主要技术指标如下：

（1）最大输出电压：DC33V；

（2）额定输出电流：3.2A；

（3）输出电流设定范围：0-3.2A；

（4）输出电流控制分辨率：0.01A；

(5) 电流显示分辨率 2mA；

（6）输出电流稳定度： 恒流状态时，由电源电压、温度和其它环境变化引起的电流波动范围小于0.05A；

（7）输出电压设定范围：0-33V；

（8）输出电压设定分辨率：0.1V；

（9）输出电压设定准确度：0.1V；

（10）最大输出功率：100W；（11）电压调整率：S_U≤0.2%；

（12）效率：

（13）负载调整率：S_I≤0.5%；

（14）输出噪声纹波电压峰-峰值：U_OPP≤1V；

（15）散热方式：风冷；

（16）输入电压：

一种绿色光源的电源装置的电路图的动态工作过程如下：输入交流130V～240V，经过整流桥电路进行整流、电容滤波得到直流约300V电压，给开关变压器，经过开关变压器流出后再次变成交流电，经过肖特基二极管进行整流，再通过680uF等电容滤波从而得到不稳定的35V、12V电压，再在输出端接入一个精密电位器，便于调节输出所需电压。

在电压变换过程中，由于在TOP227两端会产生瞬间高压，所以加入D7BYV26E快恢复二极管与电容用来消除瞬间高电压以保护TOP227芯片。因为在开关电源中，可利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。在输出进行电压采样，将采样电压反馈到由线性光耦器和TOP227构成的光耦反馈式精密开关电源，对其35V电压进行精密的调整，从而得到相对稳定的35V电压。在输出的12V电压加稳压块LM7805得到5V电压，输送给小风扇以便给变压器散热。

还可通过对变压器匝数调整，取样稳压管参数调整，可形成0~40V的恒压，0~10A的恒流。14个单体并联，可形成10V(0~120A)的恒流源制作，可对超导线圈进行恒流充电。电源转换效率高。经过两次交流变换成直流，最后得到稳定的输出，并通过数码管显示出输出电压、电流。

Claims (1)

1.一种绿色光源的电源装置，其特征在于，包括顺次连接的前级整流滤波单元、泄能电路单元、开关变压器单元、隔离电路单元、后级整流滤波单元、采样电路单元、PWM调制单元；泄能电路单元还与PWM调制单元连接；

前级整流滤波单元，整流单元采用整流桥电路，使用4007整流管，4007整流管反向耐压1000V，正向电流1A；滤波单元与前级整流电路配合，使用了的电解电容和104/630V的聚丙烯CBB电容；

泄能电路单元:采用20k电阻与聚丙烯CBB电容并联后与BYV26E超快恢复二极管串联，BYV26E快恢复二极管最大反向电压峰值为1000V；开关变压器会产生尖峰电压，另外在初级绕组也会产生感应电压，同时加到PWM调制单元的TOP227的漏极D上；

开关变压器单元:采用EI30磁芯，关键是初、次级匝数计算及线径的选择，根据最高输入电压U_im和最小占空比D_min，计算开关变压器的初、次级线圈的变压比n，然后求初、次级线圈匝数比N:

U_O=(nU_im+ U_O)D_min

N=n/0.9

式中，U_O为变压器次级线圈输出电压；

开关变压器的初、次级绕组应相间绕制，次级和初级采用同样线径0.51mm，一层初级，一层次级；初级线圈56匝，输出35V所对应的次级线圈7匝；

隔离电路单元：在强电和弱点之间采用电容、电感；

后级整流滤波单元：整流采用了二极管；滤波采用了独石电容、陶瓷电容，电感平波；整流管的选择应根据输出电流和电压进行，其最大值的选择为：

Irlcmax ≈2Io =2 × 5 = 10（A）

Urlc ≥ Uinmax / n

n =Uinmax / Uo × Dmin

式中，Uo为输出电压，Io为最大输入直流电压，Dmin为开关的最小占空比；n为变压比；

电源次级整流管在输出电压较低的情况下，采用肖特基二极管；当输出电压较高时，则需要采用快恢复二极管；当开关频率较高时，应采用超快恢复二极管作整流管；

滤波电容的选择应根据容量要满足输出电压纹波的要求，电容、电感应有效地滤除开关所产生的噪声影响；

采样电路单元：采用电阻分压取样，采样电路是将开关电源输出的电压和正常设定输出的电压值进行比较，然后采样后反馈到PWM调制单元上，这样就可以决定开关电源中开关管的工作时长，达到稳压；

PWM调制单元：采用TOP227作为开关器件，TOP227内部有PWM调制器，通过改变控制端电流I_C的大小，连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制并能滤掉开关噪音电压；使用与源极连接的薄片以降低电磁干扰；

开关变压器和输出整流滤波组成的一个整体，把原边的能量转换到副边输出，通过PWM调制单元使得输出趋于稳定。