高效率AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法技术

本发明专利技术提供一种高效率AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法，该AC/DC电源电路在交流电源电压幅值高于中间储能电路电压与负载电压之和时，交流电源对中间储能电路充电并向负载提供能量；在交流电源电压幅值低于中间储能电路电压与负载电压之和的同时，交流电源电压幅值高于负载电压与中间储能电路电压之差时，交流电源与中间储能电路共同向负载提供能量，中间储能电路放电。控制中间储能电路放电电流的幅值或放电时间，可实现输出恒流。本发明专利技术功率器件损耗极低，转换效率极高，轻松扩大驱动电源的功率应用范围；增加了整流桥的导通角，使电源电路的功率因数高于传统整流电路；输出电压及电流纹波小，并有较好的抗击雷击浪涌的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效率AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法，涉及AC/DC电源领域，且更特定来说，涉及非隔离的LED驱动电源领域。
技术介绍
在越来越多的照明装置中，发光二极管LED正在取代传统照明光源，因为其具有更小的尺寸、低功耗、快速的发光操作、以及长发光寿命。LED不能直接连接到交流电，需要配置相应的限流驱动电源，当前LED驱动使用的方案以传统的高频开关电源为主，电路复杂，成本高，使得众多厂商转用线性电源方案。传统线性电源电路如图1所示：交流电经由整流桥整流后给储能电容C1(或者没有储能电容C1)充电，储能电容C1维持其两端的电压始终大于负载R_load两端的电压，限流功率器件M1承担储能电容C1上超出储能电容C2电压以维持负载R_load的电流恒定。线性限流电路的特点是电路简单，限流功率器件M1可以集成在一个专用IC内部；该电路的缺点为：一、是当市电电压偏高时，限流功率器件M1的功耗非常大，限流功率器件M1的温升偏高，这限制了线性驱动电源的应用功率范围。二、如果没有储能电容C1或者C1容量很小：当输入电压瞬时值低于储能电容C2两端电压时，储能电容C1不能维持其两端电压始终大于负载两端的电压，导致负载R_load在储能电容C2放电后期没有电流流过，纹波比较大，负载的利用率低；当输入电压有效值比较低时，限流功率器件M1无法达到恒流的目的，使得线性调整率低。三、如果有较大的储能电容C1存在，因为整流桥的导通角比较小，该线性电源电路功率因数较低。上述问题是在AC/DC电源电路的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效率AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法，从根本上避免了上述3种危害，尤其是显著提高了驱动电源的效率，扩大了驱动
电源的应用功率范围，并满足对功率因素的要求，解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术的技术解决方案是：一种高效率AC/DC电源电路，包括：一交流电源，提供交流电；一整流电路，将交流电源提供交流电转换为直流电；一限流-恒流电路，包括开关器件与中间储能电路，用于在交流电源电压幅值高于中间储能电路电压与负载电压之和时，交流电源对中间储能电路充电并向负载提供能量，中间储能电路储存能量并实现限流作用；且用于在交流电源电压幅值低于中间储能电路电压与负载电压之和的同时，交流电源电压幅值高于负载电压与中间储能电路电压之差时，交流电源与中间储能电路共同向负载提供能量，中间储能电路放电；控制中间储能电路放电电流的幅值或放电时间，实现输出恒流。一负载电路，连接到整流电路与限流-恒流电路之间，将交流电源与限流-恒流电路提供的电能转换为输出能量。进一步地，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极通过中间储能电路连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过负载连接整流电路的负极输出端；开关器件M1的一端连接在二极管D5的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M1的另一端连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关器件M2的一端连接在二极管D5的正极与整流电路的正极输出端的交汇处，开关器件M2的另一端连接在中间储能电路与二极管D6的正极的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。进一步地，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端通过负载连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过中间储能电路连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接整流电路的负极输出端；开关器件M1的一端连接在二极管D6的正极与负载的交汇处，开关器件
M1的另一端连接在中间储能电路与二极管D5的正极的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关器件M2的一端连接在二极管D6的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M2的另一端连接在二极管D5的负极与整流电路的负极输出端的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。进一步地，还包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2与负载并联。进一步地，中间储能电路采用中间储能电容C1或中间储能电路采用储能电容网络，储能电容网络的特征在于：在充电期间等效为两个或两个以上电容串联，在放电期间等效为两个或多个电容并联。进一步的，储能电容网络包括电容C3、电容C4、电容C5，电容C3的一端连接在二极管D7的负极与二级管D8的正极的交汇处，电容C3的另一端连接二极管D9的负极与二极管D12的负极的交汇处，电容C4一端连接在二极管D8的负极与二级管D9的正极的交汇处，电容C4的另一端连接在二极管D10的负极与二级管D11的正极的交汇处，电容C5的一端连接在二极管D11的负极与二级管D12的正极的交汇处，电容C5的另一端连接在二极管D10的正极与二极管D7的正极的交汇处。进一步地，开关器件M1采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D5的负极与中间储能电路的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，场效应管M1的栅极外接控制信号。进一步地，开关器件M2采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D5的正极与整流电路的正极输出端的交汇处，场效应管M2的源极连接在中间储能电路与二极管D6的正极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。进一步的，开关器件M1采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D6的正极与负载的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D5的正极与中间储能电路的交汇处，场效应管M1的栅极外接控制信号。进一步的，开关器件M2采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D6的负极与中间储能电路的交汇处，场效应管M2的源极连接在整流电路负极输出端与二极管D5的负极极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。一种上述任一项所述高效率AC/DC电源电路的控制方法，开关器件M1和开关器件M2被分别控制工作在线性状态或开关状态。进一步地，控制开关器件M2工作在开关状态，并只在交流电源电压幅值低于负载电压时，开关器件M2导通，其余时间关断开关器件M2；控制开关器件M1工作在开关状态，在交流电源电压幅值低于负载电压和中间储能电路电压之差期间的某一时间开通开关器件M1，根据需求控制开关器件M1的关断时间进而控制传递到输出端的能量；在交流电源电压幅值高于负载电压时强制关断开关器件M1。一种上述任一项所述高效率AC/DC电源电路的供电方法，交流电源通过中间储能电路给负载提供能量：供电方式一：交流电源经由整流电路、二极管D5、中间储能电路及二极管D6向负载提供能量，中间储能电路充电；供电方式二：交流电源经由整流电路、开关器件M2、中间储能电路及开关器件M1向负载提供能量，中间储能电路放电。进一步地，交流电源还可分时或同时进行供电方式三：交流电源经由整流电路、二极管D5、开关器件M1或是交流电源经由整流电路、开关器件M2、二极管D6，向负载提供能量。进一步地，交流电源电压幅值高于中间储能电路电压和负载电压之和时，进入供电方式一；交流电源电压的幅值低于中间储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率AC/DC电源电路，其特征在于，包括：一交流电源，提供交流电；一整流电路，将交流电源提供交流电转换为直流电；一限流‑恒流电路，包括开关器件与中间储能电路，用于在交流电源电压幅值高于中间储能电路电压与负载电压之和时，交流电源对中间储能电路充电并向负载提供能量，中间储能电路储存能量并实现限流作用；且用于在交流电源电压幅值低于中间储能电路电压与负载电压之和的同时，交流电源电压幅值高于负载与中间储能电路电压之差时，交流电源与中间储能电路共同向负载提供能量，中间储能电路放电；控制开关器件，从而控制中间储能电路放电电流的幅值或放电时间，实现输出恒流。一负载电路，串联在整流电路与限流‑恒流电路之间，将交流电源与限流‑恒流电路提供的电能转换为输出能量。

【技术特征摘要】
1.一种高效率AC/DC电源电路，其特征在于，包括：一交流电源，提供交流电；一整流电路，将交流电源提供交流电转换为直流电；一限流-恒流电路，包括开关器件与中间储能电路，用于在交流电源电压幅值高于中间储能电路电压与负载电压之和时，交流电源对中间储能电路充电并向负载提供能量，中间储能电路储存能量并实现限流作用；且用于在交流电源电压幅值低于中间储能电路电压与负载电压之和的同时，交流电源电压幅值高于负载与中间储能电路电压之差时，交流电源与中间储能电路共同向负载提供能量，中间储能电路放电；控制开关器件，从而控制中间储能电路放电电流的幅值或放电时间，实现输出恒流。一负载电路，串联在整流电路与限流-恒流电路之间，将交流电源与限流-恒流电路提供的电能转换为输出能量。2.如权利要求1所述的高效率AC/DC电源电路，其特征在于：限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极通过中间储能电路连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过负载连接整流电路的负极输出端；开关器件M1的一端连接在二极管D5的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M1的另一端连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关器件M2的一端连接在二极管D5的正极与整流电路的正极输出端的交汇处，开关器件M2的另一端连接在中间储能电路与二极管D6的正极的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。3.如权利要求1所述的高效率AC/DC电源电路，其特征在于：限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端通过负载连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过中间储能电路连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接整流电路的负极输出端；开关器件M1的一端连接在二极管D6的正极与负载的交汇处，开关器件M1的另一端连接在中间储能电路与二极管D5的正极的交汇处，开关器件M1
\t的控制端接控制信号；开关器件M2的一端连接在二极管D6的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M2的另一端连接在二极管D5的负极与整流电路的负极输出端的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。4.如权利要求2或3所述的高效率AC/DC电源电路，其特征在于：负载电路还包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2与负载并联。5.如权利要求2或3所述的高效率AC/DC电源电路，其特征在于：中间储能电路采用中间储能电容C1或中间储能电路采用储能电容网络，储能电容网络在充电期间等效为两个或两个以上电容串联，在放电期间等效为两个或多个电容并联。6.如权利要求2或3所述的高效率AC/DC电源电路，其特征在于：储能电容网络包括电容C3、电容C4、电容C5，电容C3的一端连接在二极管D7的负极与二级管D8的正极的交汇处，电容C3的另一端连接二极管D9的负极与二极管D12的负极的交汇处，电容C4一端连接在二极管D8的负极与二级管D9的正极的交汇处，电容C4的另一端连接在二极管D10的负极与二级管D11的正极的交汇处，电容C5的一端连接在二极管D11的负极与二级管D12的正极的交汇处，电容C5的另一端连接在二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔俊国，朱成花，
申请(专利权)人：芜湖锐芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34