專利名稱：基于lcl諧振網(wǎng)絡的無源大功率led恒流驅(qū)動電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種大功率半導體照明的驅(qū)動電源。具體說是利用LCL諧振網(wǎng)絡 實現(xiàn)功率因數(shù)校正與恒流輸出兩大功能的半導體驅(qū)動電源。
背景技術：
驅(qū)動電源是LED的動力之源，其輸出電流決定LED的亮度、光通量、發(fā)光效率等光 度學性能指標，LED采用恒流驅(qū)動已逐漸形成共識。交流輸入LED驅(qū)動電源必須具備功率因 數(shù)校正和恒流輸出兩大功能。傳統(tǒng)的大功率LED恒流驅(qū)動電源，都需要大容量儲能電容進 行能量緩沖，該儲能電容一般采用電解電容。然而，額定工作條件下電解電容的壽命只有幾 千小時，而且環(huán)境溫度每升高10°C，其壽命會降低一半，這與LED的理論壽命(100000小時) 不匹配。近年來，相繼提出的不含電解電容的有源大功率LED恒流驅(qū)動電源，因需要輔助電 源、有源開關驅(qū)動電路等輔助電路，增加了大功率LED恒流驅(qū)動電源電路復雜程度，同時降 低了其可靠性。附圖1所示的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，由輸入濾波電容、輸入電感、 二極管全橋整流電路(I)、Villy Fill電路(J)、輸出電感構(gòu)成，在交流輸入時，能夠?qū)崿F(xiàn)功 率因數(shù)校正功能與恒流輸出功能，而且不含有電解電容、有源開關、輔助電源等電路，可靠 性以及效率非常高。但是，此無源大功率LED恒流驅(qū)動電源在電路結(jié)構(gòu)上比較復雜，實現(xiàn)起 來相對困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可滿足綠 色照明高效節(jié)能、可靠性高、綠色環(huán)保三大技術標準的無源大功率LED照明的恒流驅(qū)動電 源。本發(fā)明采用的技術方案是基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，其 特征在于，包括LCL諧振網(wǎng)絡單元和整流電路單元；LCL諧振網(wǎng)絡單元的輸入端接工頻交流 電源，LCL諧振網(wǎng)絡單元的輸出端與整流電路單元的輸入端相連接，整流電路單元的輸出端 與LED陣列連接，將LCL諧振網(wǎng)絡單元輸出的交變電流整流成直流電流驅(qū)動LED陣列；其 中所述LCL諧振網(wǎng)絡單元由第一電感Z、第二電感總和一個電容C構(gòu)成；第一電感Z與第 二電感Z3串連，第一電感Z的一端接工頻交流電源的一端，第二電感Z3的一端接整流電路 單元第一輸入端；電容C的一端接第一電感Z與第二電感Z3串連的節(jié)點，電容C的另一端 與整流電路單元的第二輸入端相連，整流電路單元的第二輸入端與電容C的節(jié)點接工頻交 流電源的第二端；
所述整流電路單元由四個整流二極管構(gòu)成全橋整流電路。進一步，在本發(fā)明基本輸入輸出方案的基礎上還可以拓展為帶變壓器隔離以及多 路輸出的方案。具體方案如下X.直接接到交流電源上，其輸出端與整流單元中間加入一隔離變壓器， 該隔離變壓器既可以做成單輸入，單輸出，也可以做成單輸入，多輸出，通過取合適的變壓 器變比驅(qū)動單路LED陣列或多路LED陣列。f LCL諧振網(wǎng)絡的輸入端與交流電源中間加入 一隔離變壓器，其輸出端與整流單元直接相連，該隔離變壓器既可以做成單輸入，單輸出， 也可以做成單輸入，多輸出，通過取合適的變壓器變比驅(qū)動單路或多路LCL諧振網(wǎng)絡。本發(fā)明中功率因數(shù)校正功能和恒流輸出功能只通過一個LCL諧振網(wǎng)絡來實現(xiàn)。由 于不含電解電容和有源開關等元器件，本發(fā)明比傳統(tǒng)的大功率LED恒流驅(qū)動電源可靠性 高、能量轉(zhuǎn)化效率高、更環(huán)保，比現(xiàn)有的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)簡單，更容易實 現(xiàn)。而且本發(fā)明綠色環(huán)保，90%以上的驅(qū)動材料可以回收再利用，減少了電子垃圾的產(chǎn)生。


圖1是現(xiàn)有技術的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源電路圖。圖2是本發(fā)明無源大功率LED恒流驅(qū)動電源電路圖。圖3是本發(fā)明拓展無輸入隔離變壓器有輸出隔離變壓器，輸出隔離變壓器為單輸 入，單輸出的電路圖。圖4是本發(fā)明拓展無輸入隔離變壓器有輸出隔離變壓器，輸出隔離變壓器為單輸 入，多輸出的電路圖。圖5是本發(fā)明拓展有輸入隔離變壓器無輸出隔離變壓器，輸入隔離變壓器為單輸 入，單輸出的電路圖。圖6是本發(fā)明拓展有輸入隔離變壓器無輸出隔離變壓器，輸入隔離變壓器為單輸 入，多輸出的電路圖。
具體實施例方式本發(fā)明基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，主體由LCL諧振網(wǎng)絡 單元與整流電路單元構(gòu)成，其中LCL諧振網(wǎng)絡單元由兩個電感和一個電容構(gòu)成，通過對電 感電容參數(shù)的設定，在交流電源輸入后，使LCL諧振網(wǎng)絡處于諧振狀態(tài)即可實現(xiàn)恒流輸出 功能和功率因數(shù)校正的功能。整流單元是由四個整流二極管構(gòu)成的全橋整流電路，其輸入 端與LCL諧振網(wǎng)絡的輸出端相連接，其輸出端與LED陣列連接，可以將LCL諧振網(wǎng)絡單元輸 出的交變電流整流成直流電流驅(qū)動LED陣列。如圖2所示，基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，由LCL諧振網(wǎng)絡 單元(2)和整流單元(3)構(gòu)成；LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)的輸入端接工頻交流電源(1)，工頻交 流電源的一端與LCL諧振網(wǎng)絡單元中第一電感Z的一端相連，第一電感Z的另一端與第二 電感Z3的第一端及電容C的第一端相連，電感Z3的第二端與整流單元中的整流二極管 的正極及整流二極管負極相連，電容C的第二端與交流輸入電源第二端相連后再與整流 單元中的整流二極管的正極及整流二極管的負極相連，整流單元中的整流二極管 的負極與整流二極管的負極相連后再與LED陣列的正極性端相連，整流單元中的整流二 極管的正極與整流二極管的正極相連后再與LED陣列的負極性端相連。
參見圖3，本發(fā)明的第一種拓展方案，與圖2不同之處在于LCL諧振網(wǎng)絡的輸出端 與整流單元連接處加入一隔離變壓器/；，此隔離變壓器為單輸入，單輸出變壓器。參見圖4，本發(fā)明的第二種拓展方案，與圖2不同之處在于LCL諧振網(wǎng)絡的輸出端 與整流單元連接處加入一隔離變壓器&，此隔離變壓器為單輸入，多輸出變壓器。參見圖5，本發(fā)明的第三種拓展方案，與圖2不同之處在于LCL諧振網(wǎng)絡的輸入端 與交流電源連接處加入一隔離變壓器r3，此隔離變壓器為單輸入，單輸出變壓器。參見圖6，本發(fā)明的第四種拓展方案，與圖2不同之處在于LCL諧振網(wǎng)絡的輸入端 與交流電源連接處加入一隔離變壓器G，此隔離變壓器為單輸入，多輸出變壓器。下面根據(jù)圖2敘述本發(fā)明的工作原理和工作過程
1)交流輸入電源(1)為工頻交流電源，假設其輸入頻率為f。2) LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)由兩個電感和一個電容構(gòu)成，設電容容值為G兩個電感 感值相等，都為Z。3)當工頻交流電源的頻率/，電感感值Z，電容容值C滿足公式/,即
輸入的工頻交流電源使電感，電容處于諧振狀態(tài)，此時LCL諧振網(wǎng)絡可以輸出幅值大小恒 定，頻率與工頻交流電源頻率相同的交變電流，并且工頻交流電源輸出功率完全為有功功 率，即實現(xiàn)了功率因數(shù)校正功能。理論上LCL諧振網(wǎng)絡后面接入的負載無論多大值，其輸出 的電流幅值大小都保持恒定不變，但實際應用時，由于非理想因素的影響(如兩個電感感值 不可能絕對相同，電感與電容取值不可能與理論值絕對相同等)，LCL諧振網(wǎng)絡后面所接入 的負載值必須限制在一定范圍內(nèi)，其輸出的電流才可以以恒定電流輸出。4) LCL諧振網(wǎng)絡輸出的電流為幅值恒定的交變電流，而驅(qū)動大功率LED必須為直 流電流，所以需要在LCL諧振網(wǎng)絡后加入由四個二極管構(gòu)成的全橋整流電路，將LCL諧振網(wǎng) 絡輸出的恒定的交變電流整定成恒定的直流電流后來驅(qū)動大功率LED陣列。5)本發(fā)明其他拓展方案，如可以在LCL諧振網(wǎng)絡與全橋整流電路中間加入一隔離 變壓器，此變壓器即可以是單輸入，單輸出，也可以是單輸入，多輸出(如圖3，圖4)，以實現(xiàn) 電氣隔離以及多路輸出功能，也可以在LCL諧振網(wǎng)絡與工頻交流電源中間加入一隔離變壓 器，此變壓器既可以使單輸入，單輸出，也可以是單輸入，多輸出(如圖5，圖6)，以實現(xiàn)電氣 隔離以及升降壓和單路輸入多路輸出功能。由上可以看出本發(fā)明中功率因數(shù)校正功能和恒流輸出功能只通過一個LCL諧振 網(wǎng)絡來實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)非常簡單，實現(xiàn)起來非常容易。由于不含電解電容和有源開關等元器 件，本發(fā)明比傳統(tǒng)的大功率LED恒流驅(qū)動電源可靠性高、能量轉(zhuǎn)化效率高、更環(huán)保(絕大部 分元件可以回收再利用)。
權(quán)利要求
1.基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，其特征在于，包括LCL諧振網(wǎng)絡 單元(2)和整流電路單元(3) ；LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)的輸入端接工頻交流電源(1)，LCL諧 振網(wǎng)絡單元(2)的輸出端與整流電路單元(3)的輸入端相連接，整流電路單元(3)的輸出端 與LED陣列連接，將LCL諧振網(wǎng)絡單元輸出的交變電流整流成直流電流驅(qū)動LED陣列；其中所述LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)由第一電感Z、第二電感之和一個電容C構(gòu)成； 第一電感Z與第二電感Z3串連，第一電感Z的一端接工頻交流電源的一端，第二電感Z3的 一端接整流電路單元(3)第一輸入端；電容C的一端接第一電感Z與第二電感Z3串連的節(jié) 點，電容C的另一端與整流電路單元(3)的第二輸入端相連，整流電路單元(3)的第二輸入 端與電容C的節(jié)點接工頻交流電源的第二端；所述整流電路單元(3 )由四個整流二極管構(gòu)成全橋整流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，其特征 在于，所述LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)的輸出端與整流電路單元(3)之間設有隔離變壓器乃，驅(qū) 動單路LED陣列或多路LED陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，其特征 在于，所述LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)的輸入端與工頻交流電源之間設有隔離變壓器&，驅(qū)動單 路LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)或多路LCL諧振網(wǎng)絡；LCL諧振網(wǎng)絡單元(2)的輸出端與整流電路 單元(3)的輸入端相連接。
全文摘要
一種基于LCL諧振網(wǎng)絡的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源，包括LCL諧振網(wǎng)絡單元和整流電路單元；LCL諧振網(wǎng)絡單元的輸入端接工頻交流電源，LCL諧振網(wǎng)絡單元的輸出端與整流電路單元的輸入端相連接，整流電路單元的輸出端與LED陣列連接，將LCL諧振網(wǎng)絡單元輸出的交變電流整流成直流電流驅(qū)動LED陣列。本發(fā)明中功率因數(shù)校正功能和恒流輸出功能只通過一個LCL諧振網(wǎng)絡來實現(xiàn)。由于不含電解電容和有源開關等元器件，本發(fā)明比傳統(tǒng)的大功率LED恒流驅(qū)動電源可靠性高、能量轉(zhuǎn)化效率高、更環(huán)保，比現(xiàn)有的無源大功率LED恒流驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)簡單，更容易實現(xiàn)。
文檔編號H05B37/02GK102088811SQ20111005251
公開日2011年6月8日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者盧偉國, 周雒維, 支樹播, 羅全明 申請人:重慶大學