基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源及切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于BOOST‑反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源及切换方法，包括由第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4组成的桥式整流电路，桥式整流电路输入端包括交流输入，滤波电容Cf和滤波电感Lf，滤波电容Cf与滤波电感Lf组成LC滤波器，桥式整流电路输出端包括第一开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D1、二极管D2，电感L1、电感L2，输出滤波电容Co及LED负载；本发明专利技术采用了交错并联技术，将BOOST变换器与反极性BUCK变换器交错并联，实现了高功率因数和恒流输出。具有集成度高、体积小、无电解电容、使用寿命长等特点。

【技术实现步骤摘要】
基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源及切换方法
本专利技术涉及电力电子应用
，具体涉一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联电路，适用于开关电源尤其是LED驱动电源，属于交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)变换器领域。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，LED)具有光效高、光色全、寿命长与无污染等优点，有望成为第四代电光源。驱动电源是LED的动力之源，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，LED采用恒流驱动已经逐渐形成共识。交流LED驱动电源必须具备功率因数校正和恒流驱动两大功能。功率因数校正使输入电流为与输入电压同频同相的正弦电流，输入瞬时功率为2倍工频脉动功率，而输出瞬时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，无论是有源或无源功率因数校正，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差值。然而，额定工作条件下电解电容的寿命只有几千小时，而且环境温度每升高10℃，其寿命会降低一半，这与LED的理论寿命(10万小时)不匹配，因此需要研究无电解电容交流LED驱动电源。
技术实现思路
针对传统的LED驱动电源存在的驱动电源寿命短、体积大，两级式驱动电源效率低等问题，本专利技术优化了传统BOOST-反极性BUCK驱动电源，提出了一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联单极无电解电容LED驱动电源及其切换方法。本专利技术采用的技术方案为：一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，包括由第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4组成的桥式整流电路，桥式整流电路输入端包括交流输入，滤波电容Cf和滤波电感Lf，滤波电容Cf与滤波电感Lf组成LC滤波器，桥式整流电路输出端包括第一开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D1、二极管D2，电感L1、电感L2，输出滤波电容Co及LED负载；电感L1的一端连接第二二极管Dr2的阴极，电感L1的另一端连接第一开关管Q1的漏极；第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的源极和二极管D1的阳极；第一开关管Q1的源极与第四二极管Dr4的阳极和储能电容Cb的负极相接；第二开关管Q2的漏极接电感L2的一端、输出电容Co的正极、负载LED的阳极；二极管D1的阴极连接电感L2的另一端、二极管D2的阴极及储能电容Cb的正极；二极管D2的阳极接输出电容Co的负极和负载LED的阴极。进一步，桥式整流电路中，所述第一二极管Dr1的阳极连接所述第三二极管Dr3的阴极，所述第二二极管Dr2的阳极连接所述第四二极管Dr4的阴极，所述第一二极管Dr1与所述第二二极管Dr2的阴极对接，所述第三二极管Dr3与所述第四二极管Dr4的阳极对接。进一步，电感L1、电感L2都工作在电流断续模式，第一开关管Q1和第二开关管Q2共用一个驱动信号。本专利技术的基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源的切换方法，包括步骤：模态1[t0，t1]：在模态1开始之前，电感L1上的电流iL1、电感L2上的电流iL2均为0，此模态中，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，二极管D1、二极管D2关断，交流输入、桥式整流电路、电感L1及第一开关管Q1构成电感L1充电回路；交流输入对电感L1进行充电，电感L1上的电流iL1线性上升，储能电容Cb、电感L2、第二开关管Q2、第一开关管Q1构成电感L2供电回路，电感L2上的电流iL2线性上升；输出电容Co向负载LED供电，在模态1结束时刻，电感L1上的电流iL1达到峰值；模态2[t1，t2]：在电感L1上的电流iL1达到峰值的时刻，关断第一开关管Q1和第二开关管Q2，二极管D1、二极管D2导通，电感L1、二极管D1和储能电容Cb组成BOOST升压电路给储能电容Cb充电，电感L2通过二极管D2给输出电容Co和负载LED供电，在t2时刻，电感L1上的电流iL1线性下降至0，电感L2上的电流iL2下降至其中ucb为储能电容Cb上的电压；uco为输出电容Co上的电压；模态3[t2-t3]：第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，电感L1上的电能释放完毕，电感L2继续通过二极管D2给输出电容Co和负载LED供电，在t3时刻，电感L2上的电流iL2下降至0；模态4[t3-t4]：第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，电感L1和电感L2上的电能均释放完毕，仅由输出电容Co向负载LED供电。所述的交流输入经过滤波电容Cf与滤波电感Lf组成的LC滤波器后经过桥式整流电路，整流过后的电压经过BOOST-反极性BUCK交错并联变换器给负载恒流供电。所述的储能电容通过增大储能电容电压和其纹波的方式，减小电路中电容的容值，可以使用薄膜电容等无电解电容代替原电路中的大容值电解电容，有效的增加了驱动电源的使用寿命。本专利技术采用了交错并联技术，将BOOST变换器与反极性BUCK变换器交错并联，实现了高功率因数和恒流输出。通过增大储能电容电压和其纹波的方式，减小电路中电容的容值，可以使用薄膜电容等无电解电容代替原电路中的大容值电解电容；该BOOST-反极性BUCK交错并联无电解电容LED驱动电源具有集成度高、体积小、无电解电容、使用寿命长等特点。附图说明图1为本专利技术的一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源拓扑结构图；图2为本专利技术一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源主电路在一个开关周期内主要工作波形。图3为本专利技术一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源主电路在一个开关周期内各开关工作模态的等效电路。(a)模态1；(b)模态2；(c)模态3；(d)模态4；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。如图1所示，一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，包括交流输入，滤波电容Cf，滤波电感Lf，由Dr1、Dr2、Dr3、Dr4组成的桥式整流电路，第一开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D1、D2，电感L1、L2，输出滤波电容Co及LED负载；所述BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源中，BOOST电路由电感L1，二极管D1，开关管Q1和电容Cb构成；反极性BUCK电路由电容Cb，电感L2，开关管Q1、Q2，二极管D2和输出电容Co组成。BOOST电路和反极性BUCK电路共用开关管Q1。电路中所涉及的所有电容均为非电解电容。所述BOOST电路由第一开关管Q1，续流二极管D1，电感L1，储能电容Cb组成；所述的反极性BUCK电路由开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D2，电感L2，储能电容Cb，输出滤波电容Co及LED负载组成。所述桥式整流电路由第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3和第四二极管Dr4组成；所述第一二极管Dr1的阳极连接所述第三二极管Dr3的阴极，所述第二二极管Dr2的阳极连接所述第四二极管Dr4的阴极，所述第一二极管Dr1与所述第二二极管Dr2的阴极对接，所述第三二极管Dr3与所述第四二极管Dr4的阳极对接；电感L1的一端接第二二极管Dr2的阴极，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于BOOST‑反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，其特征在于，包括由第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4组成的桥式整流电路，桥式整流电路输入端包括交流输入，滤波电容Cf和滤波电感Lf，滤波电容Cf与滤波电感Lf组成LC滤波器，桥式整流电路输出端包括第一开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D1、二极管D2，电感L1、电感L2，输出滤波电容Co及LED负载；电感L1的一端连接第二二极管Dr2的阴极，电感L1的另一端连接第一开关管Q1的漏极；第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的源极和二极管D1的阳极；第一开关管Q1的源极与第四二极管Dr4的阳极和储能电容Cb的负极相接；第二开关管Q2的漏极接电感L2的一端、输出电容Co的正极、负载LED的阳极；二极管D1的阴极连接电感L2的另一端、二极管D2的阴极及储能电容Cb的正极；二极管D2的阳极接输出电容Co的负极和负载LED的阴极。

【技术特征摘要】
1.一种基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，其特征在于，包括由第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4组成的桥式整流电路，桥式整流电路输入端包括交流输入，滤波电容Cf和滤波电感Lf，滤波电容Cf与滤波电感Lf组成LC滤波器，桥式整流电路输出端包括第一开关管Q1，第二开关管Q2，二极管D1、二极管D2，电感L1、电感L2，输出滤波电容Co及LED负载；电感L1的一端连接第二二极管Dr2的阴极，电感L1的另一端连接第一开关管Q1的漏极；第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的源极和二极管D1的阳极；第一开关管Q1的源极与第四二极管Dr4的阳极和储能电容Cb的负极相接；第二开关管Q2的漏极接电感L2的一端、输出电容Co的正极、负载LED的阳极；二极管D1的阴极连接电感L2的另一端、二极管D2的阴极及储能电容Cb的正极；二极管D2的阳极接输出电容Co的负极和负载LED的阴极。2.根据权利要求1所述的基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，其特征在于，桥式整流电路中，所述第一二极管Dr1的阳极连接所述第三二极管Dr3的阴极，所述第二二极管Dr2的阳极连接所述第四二极管Dr4的阴极，所述第一二极管Dr1与所述第二二极管Dr2的阴极对接，所述第三二极管Dr3与所述第四二极管Dr4的阳极对接。3.根据权利要求1所述的基于BOOST-反极性BUCK变换器交错并联无电解电容LED驱动电源，其特征在于：电感L1、电感L2都工作在电流断续模式，第一开关管Q1和第二开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖志凌，邱殿成，徐长波，张珊珊，曹晨晨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32