基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置制造方法及图纸

基于Flyback和Class‑E的高效率单级LED驱动装置，属于LED驱动领域，解决了现有双级LED驱动器的系统可靠性低和效率低的问题。所述单级LED驱动装置：桥式整流单元接入交流电源，并与Flyback功率因数校正单元电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class‑E谐振变换单元电气连接，Class‑E谐振变换单元与全波整流单元电气连接，全波整流单元与待驱动的LED电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class‑E谐振变换单元共用一个开关管，Flyback功率因数校正单元工作于DCM模式。本发明专利技术特别适用于LED的恒流驱动。

【技术实现步骤摘要】
基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置
本专利技术涉及一种LED驱动装置，具体涉及一种基于Flyback电路和Class-E电路的单极谐振LED驱动装置，属于LED驱动领域。
技术介绍
LED因具有使用寿命长、环保无污染、发光光色纯净和工作效率高等诸多优点，被广泛地应用于街道照明、室内照明和LCD背光光源等多个领域。随着LED封装技术的不断发展，LED已经呈现出取代荧光灯之势。当下，在遵循LED恒流驱动特性的基础上，寻求高效稳定的LED驱动电路已经成为研究人员的热门课题。现有的LED驱动器主要存在以下问题：1、现有的LED驱动器通常包含两级结构：前级结构为功率因数校正单元，用于提高系统的功率因数，降低系统的总谐波因数，降低系统对电网的干扰，以满足IEC61000标准和EnergyStar标准对LED照明系统的要求。后级结构为DC-DC变换单元，用于为待驱动的LED提供能量。这种两级结构的LED驱动器具有较高的功率因数和工作性能，但是，所述两级结构需要分别配置开关管，因此，系统的可靠性低，整体成本较高。除此之外，所述开关管工作在硬开关状态，不利于系统效率的提高，损耗大。2、现有的前级结构通常为Buck电路或Boost电路。当前级结构为Buck电路时，在占空比较大的情况下，前级结构的输出电压远小于负载端电压，导致驱动器无法正常驱动LED；当前级结构为Boost电路时，其对母线电压应力要求较高，对器件要求过高，不适用于Class-E电路。现有的DC-DC变换单元，其LLC电路需要两个开关管，由此，增加了系统的复杂程度和成本。
技术实现思路
本专利技术为解决现有双级LED驱动器的系统可靠性低和效率低的问题，提出了一种基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置。本专利技术所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置包括桥式整流单元、Flyback功率因数校正单元、Class-E谐振变换单元和全波整流单元；桥式整流单元接入交流电源，并与Flyback功率因数校正单元电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元电气连接，Class-E谐振变换单元与全波整流单元电气连接，全波整流单元与待驱动的LED电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元共用一个开关管；Flyback功率因数校正单元工作于DCM模式；桥式整流单元和全波整流单元均用于将交流电转变为直流电。作为优选的是，桥式整流单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容C1；第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极均与第一电容C1的第一端相连，三者的公共端为桥式整流单元的电压输出端；第三二极管D3的正极、第四二极管D4的正极和第一电容C1的第二端均与电源地相连；第一二极管D1的正极同时与交流电源AC的第一端和第三二极管D3的负极相连，第二二极管D2的正极同时与交流电源AC的第二端和第四二极管D4的负极相连。进一步的是，所述开关管为金氧半场效晶体管Q；Flyback功率因数校正单元还包括第五二极管D5、第一电感L1、第一变压器T1和第六二极管D6；Class-E谐振变换单元还包括第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第二电容C3、第三电容C4和第七二极管D7；Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元还共用第一电解电容C2；第五二极管D5的正极为Flyback功率因数校正单元的电压输入端，Flyback功率因数校正单元的电压输入端与桥式整流单元的电压输出端相连；第五二极管D5的负极同时与第一电感L1的第一端和第一变压器T1的原边电感Lm1的同名端相连，第一变压器T1的副边电感Ls1的异名端与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极同时与第二电感L2的第一端和第一电解电容C2的正极相连，第二电感L2的第二端同时与第一电感L1的第二端、第一变压器T1的原边电感Lm1的异名端、金氧半场效晶体管Q的漏极D、第七二极管D7的负极、第二电容C3的第一端和第三电感L3的第一端相连，第三电感L3的第二端与第三电容C4的第一端相连，第三电容C4的第二端与第四电感L4的第一端相连，第一变压器T1的副边电感Ls1的同名端、第一电解电容C2的负极、金氧半场效晶体管Q的源极S、第七二极管D7的正极、第二电容C3的第二端和第四电感L4的第二端均接入电源地；第四电感L4与第三电容C4的公共端为Class-E谐振变换单元的第一电气连接端，第一变压器T1的副边电感Ls1、第一电解电容C2、金氧半场效晶体管Q、第七二极管D7、第二电容C3与第四电感L4的公共端为Class-E谐振变换单元的第二电气连接端；Class-E谐振变换单元的第一电气连接端和第二电气连接端分别与全波整流单元的第一电气连接端和第二电气连接端相连；金氧半场效晶体管Q的栅极G为方波信号输入端。进一步的是，全波整流单元包括第二变压器T2、第八二极管D8、第九二极管D9和第二电解电容C5；第二变压器T2的原边电感Lm2的同名端和异名端分别为全波整流单元的第一电气连接端和第二电气连接端；第二变压器T2的副边电感Ls2的同名端与第八二极管D8的正极相连，第八二极管D8的负极同时与第二电解电容C5的正极和第九二极管D9的负极相连，三者的公共端为待驱动的LED的正极接入端，第二电解电容C5的负极和第二变压器T2的副边电感Ls2的中心抽头均接入电源地，第二电解电容C5与第二变压器T2的公共端为待驱动的LED的负极接入端。本专利技术所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置，Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元共用一个开关管，解决了现有两极结构的LED驱动器因其前、后级结构需要分别配置开关管而导致系统可靠性低的问题。本专利技术所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置通过设置Class-E谐振变换单元，以谐振的控制策略使开关管工作于软开关状态下，与现有的双级LED驱动器相比，其效率较高。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置进行更详细的描述，其中：图1是实施例二所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置的电路原理图；图2是实施例三提及的Flyback功率因数校正单元的电流波形图；图3是实施例四提及的Class-E谐振变换单元的工作波形图；图4是实施例四所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置的输入电压和输入电流的波形图；图5是实施例四提及的Flyback功率因数校正单元的原边电感电流以及驱动信号的波形图；图6是实施例四提及的金氧半场效晶体管Q的电压波形图；图7是实施例四提及的控制驱动电路的电路原理图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置作进一步说明。实施例一：本实施例所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置包括桥式整流单元、Flyback功率因数校正单元、Class-E谐振变换单元和全波整流单元；桥式整流单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Flyback和Class‑E的高效率单级LED驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括桥式整流单元、Flyback功率因数校正单元、Class‑E谐振变换单元和全波整流单元；桥式整流单元接入交流电源，并与Flyback功率因数校正单元电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class‑E谐振变换单元电气连接，Class‑E谐振变换单元与全波整流单元电气连接，全波整流单元与待驱动的LED电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class‑E谐振变换单元共用一个开关管；Flyback功率因数校正单元工作于DCM模式。

【技术特征摘要】
1.基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括桥式整流单元、Flyback功率因数校正单元、Class-E谐振变换单元和全波整流单元；桥式整流单元接入交流电源，并与Flyback功率因数校正单元电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元电气连接，Class-E谐振变换单元与全波整流单元电气连接，全波整流单元与待驱动的LED电气连接，Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元共用一个开关管；Flyback功率因数校正单元工作于DCM模式。2.如权利要求1所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置，其特征在于，桥式整流单元包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和第一电容(C1)；第一二极管(D1)的负极和第二二极管(D2)的负极均与第一电容(C1)的第一端相连，三者的公共端为桥式整流单元的电压输出端；第三二极管(D3)的正极、第四二极管(D4)的正极和第一电容(C1)的第二端均与电源地相连；第一二极管(D1)的正极同时与交流电源(AC)的第一端和第三二极管(D3)的负极相连，第二二极管(D2)的正极同时与交流电源(AC)的第二端和第四二极管(D4)的负极相连。3.如权利要求2所述的基于Flyback和Class-E的高效率单级LED驱动装置，其特征在于，所述开关管为金氧半场效晶体管(Q)；Flyback功率因数校正单元还包括第五二极管(D5)、第一电感(L1)、第一变压器(T1)和第六二极管(D6)；Class-E谐振变换单元还包括第二电感(L2)、第三电感(L3)、第四电感(L4)、第二电容(C3)、第三电容(C4)和第七二极管(D7)；Flyback功率因数校正单元与Class-E谐振变换单元还共用第一电解电容(C2)；第五二极管(D5)的正极为Flyback功率因数校正单元的电压输入端，Flyback功率因数校正单元的电压输入端与桥式整流单元的电压输出端相连；第五二极管(D5)的负极同时与第一电感(L1)的第一端和第一变压器(T1)的原边电感(Lm1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王懿杰，张树，邱玉萍，张相军，刘晓胜，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23