[发明专利]改进型Cuk无电解电容LED驱动电源

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，属于交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)变换器领域。

背景技术

高亮度发光二极管(light- emitting diode, LED) 因其高光效、长寿命、环保及小体积等优点，有望成为继白炽灯、荧光灯和高压钠灯之后的第四代照明光源。LED 照明由 LED 芯片、灯具和驱动电源三部分构成。驱动电源是 LED 照明的核心部分，其输出电流决定 LED的亮度、光通量和发光效率等光度学性能指标，故LED驱动电源的好坏直接影响LED的发光品质及整体照明性能。

交流供电 LED 驱动电源必须具备功率因数校正和恒流输出两大功能。当输入电流与输入电压为同频同相的正弦电流时，输入瞬时功率为两倍工频脉动功率，而LED负载功率理论上为恒定值，这就导致输入输出瞬时功率不平衡。因此，一般都采用大容量电解电容平衡输入输出瞬时功率之间的脉动功率。然而，电解电容在额定工作条件下的寿命只有几千小时，这与 LED 的理论寿命（10万小时）不匹配，无电解电容 LED 驱动电源的研究成为了目前的研究热点。Flyback反激变换器在隔离的应用中是最常见的拓扑，但开关管电压应力较高，必须加入吸收电容来抑制变压器漏感引起的振荡和尖峰；更为重要的是变压器工作于第一象限，变压器磁利用率不高，导致效率较低；并且LED 驱动电源通常包含多个开关管，提高了成本，同时使得控制电路的设计较为复杂，并不适合LED驱动电源的发展趋势。

发明内容

本发明目的在于克服传统LED驱动电源寿命短、体积大、开关元件多等缺点，克服Cuk电路低频功率回路，克服隔离式电解电容LED驱动电源效率低、开关管电压应力高的缺点，提供一种改进型Cuk的长寿命LED驱动电源，具有整机效率高、集成度高、无电解电容、长寿命的特点和优点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源，包括桥式整流电路、Cuk电路、辅助二极管、输出滤波电容及LED负载；所述桥式整流电路依次接Cuk电路、输出滤波电容及LED负载，所述辅助二极管连接在Cuk电路内。

所述桥式整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成；所述第一二极管的阳极连接所述第三二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极，所述第一二极管与所述第二二极管的阴极对接，所述第三二极管与所述第四二极管的阳极对接。

所述Cuk电路由第一电感、开关管、储能电容、第五二极管、第二电感组成；所述第一电感的一端连接第一二极管与第二二极管的阴极的公共节点，另一端连接开关管漏极与储能电容的正极的公共节点，所述第五二极管的阳极连接储能电容的负极与第二电感，第五二极管的阴极与开关管源极、第三二极管与所述第四二极管的阳极的公共节点、输出滤波电容正极、LED负载的正极相连；第二电感的一端与输出滤波电容负极、LED负载的负极相连；所述的辅助二极管的阴极连接开关管漏极与储能电容的正极的公共节点，阳极与第一电感相连。

由所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的桥式整流电路实现交流/直流变换。所述辅助二极管打破传统 Cuk 变换器的低频功率回路，当第一电感电流减为零时，辅助二极管能够快速反向截止，承受反向电压，以保护整流桥。

所述储能电容的电压设计为直流电压叠加大脉动纹波电压的工作形式，可以使用容值较小的高压薄膜电容替代电解电容，因而LED驱动电源具有长寿命特点。所述输出滤波电容可以滤除开关频率的输出电压谐波。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点：

本发明辅助二极管打破传统 Cuk 变换器的低频功率回路，具有承受反向电压，保护整流桥的作用；通过增大储能电容纹波电压，采用容值较小的高压薄膜电容替代电解电容，并实现功率解耦的功能；该改进型Cuk无电解电容LED驱动电源具有整机效率高、集成度高、无电解电容、长寿命的特点和优点。

附图说明

图1为本发明的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源主电路。

图2为本发明的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源主电路的一个工频周期主要工作波形。

图3为本发明的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源主电路在一个开关周期内主要工作波形。

图4为本发明的一种改进型Cuk无电解电容LED驱动电源主电路在一个开关周期内各开关模态等效电路。

具体实施方式