一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，包括：橋式整流電路、輸入級Buck-Boost電路電感、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管、直流母線電容、開關管、輸出級Buck-Boost阻斷二極管、輸出級Buck-Boost電路電感、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管、及輸出濾波電容、LED負載；橋式整流電路依次連接輸入級Buck-Boost電路的電感和續(xù)流二極管、直流母線電容、開關管、輸出級Buck-Boost的阻斷二極管和電感、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管、輸出濾波電容、LED負載；輸入級Buck-Boost電路電感依次連接輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管、直流母線電容、開關管組成輸入級Buck-Boost電路，輸入級Buck-Boost電路作為功率因數(shù)校正電路，即PFC變換器；直流母線電容依次連接開關管、輸出級Buck-Boost的阻斷二極管、電路電感和續(xù)流二極管、及輸出濾波電容組成輸出級Buck-Boost電路。
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及電力電子【技術(shù)領域】，特別是涉及一種單開關管雙Buck-Boost電 路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，屬于交流/直流（AC/DC)、直流/直流（DC/DC)變換器領域。 -種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的白熾燈效率低、耗電量大；突光燈雖然可以省電，但使用壽命短、易碎，廢 棄物存在汞污染；高強度氣體放電燈存在效率低、耗電量大、壽命短等缺點。LED是繼白 熾燈、熒光燈和高壓鈉燈之后的第四代光源，已廣泛應用于城市景觀照明、大屏幕顯示背 光源、路燈照明、普通照明、醫(yī)療和交通等領域。高亮度發(fā)光二極管（High-brightness light-emitting diodes, HB LEDs)具有光效高、壽命長、體積小、可靠性高、動態(tài)響應快、節(jié) 能環(huán)保、易調(diào)光、電磁干擾低等優(yōu)點，因此，LED照明在照明應用行業(yè)最具光輝前景。
[0003] 與傳統(tǒng)發(fā)光器件不同，LED發(fā)光器件具有獨特的光一電一熱 (photo-electro-thermal, PET)特性，如：LED是低壓直流器件，很小的正向電壓波動會導 致較大電流波動；LED發(fā)光波長會隨電流變化而發(fā)生偏移等。因此，在交流供電場合需要專 門的LED驅(qū)動電源將交流轉(zhuǎn)換為直流的恒流電源，按照LED器件的要求完成與LED的電壓 和電流的匹配。LED驅(qū)動電源除了要求滿足安全外，還要達到其他方面的要求，如：較高的 輸入功率因數(shù)、高效率、成本低、性能優(yōu)良等要求，這樣才能保證LED發(fā)光品質(zhì)及整體性能， 有利于LED照明的推廣。
[0004] 在交流供電場合，LED驅(qū)動電源需要為LED提供恒定的驅(qū)動電流，并達到較高輸入 功率因數(shù)，傳統(tǒng)的LED驅(qū)動電源通常由前級PFC變換器和后級DC/DC變換器級聯(lián)而成（如 圖1所示），并且需要兩個或兩個以上的開關管，器件數(shù)量多，控制電路也隨著開關管的數(shù) 量增加而變得復雜，大大地增加了 LED驅(qū)動電源的成本。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型目的在于克服傳統(tǒng)的LED驅(qū)動電源因為由前級PFC變換器和后級DC/ DC變換器級聯(lián)而成，導致需要兩個或兩個以上的開關管，器件數(shù)量多，控制電路也隨著開關 管的數(shù)量增加而變得復雜，造成LED驅(qū)動電源成本高的缺點，本實用新型提供一種單開關 管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源。具有開關管數(shù)量少、控制電路簡單、輸入功率 因數(shù)高、輸出電流紋波小、成本低的特點。
[0006] 為達到上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，包括：橋式整流電路、輸 入級buck-boost電路電感、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管、直流母線電容、開關管、輸出級 Buck-Boost阻斷二極管、輸出級buck-boost電路電感、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管、及 輸出濾波電容、LED負載）；其特征在于：所述橋式整流電路依次連接輸入級buck-boost電 路電感、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管、直流母線電容、開關管、輸出級Buck-Boost阻斷二 極管、輸出級buck-boost電路電感、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管、輸出濾波電容、LED負 載；
[0008] 所述橋式整流電路由第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成；所 述第一二極管的陽極連接所述第三二極管的陰極，所述第二二極管的陽極連接所述第四二 極管的陰極，所述第一二極管與所述第二二極管的陰極對接，所述第三二極管與所述第 四二極管的陽極對接；
[0009] 所述輸入級buck-boost電路電感依次連接輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管、直流 母線電容、開關管組成輸入級Buck-Boost電路；所述輸入級buck-boost電路電感一端與所 述第一二極管陰極、第二二極管的陰極、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管陰極相連接，另一 端與所述直流母線電容正極端、開關管漏極相連接；開關管源極與所述第三二極管陽極、第 四二極管的陽極相連接；所述直流母線電容的負極端與輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管的 陽極、輸出級Buck-Boost阻斷二極管的陰極對接；
[0010] 所述直流母線電容依次連接開關管、輸出級Buck-Boost阻斷二極管、輸出 級buck-boost電路電感、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管、及輸出濾波電容組成輸出級 Buck-Boost電路；開關管源極與輸出級buck-boost電路電感一端、輸出濾波電容負極端相 連接；輸出級buck-boost電路電感另一端與輸出級Buck-Boost阻斷二極管的陽極、輸出級 Buck-Boost續(xù)流二極管陽極相連接；輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管陰極與相連接輸出濾 波電容正極端相連接，輸出濾波電容正極端、負極端分別于LED負載的正極端、負極端相連 接；
[0011] 所述橋式整流電路實現(xiàn)交流/直流變換；
[0012] 所述的輸入級Buck-Boost電路經(jīng)過優(yōu)化級聯(lián)輸出級Buck-Boost電路僅需要一個 開關管，兩個電感；
[0013] 所述輸入級Buck-Boost電路電感工作在電流斷續(xù)狀態(tài)；
[0014] 所述輸出級Buck-Boost電路電感工作在電流斷續(xù)狀態(tài)；
[0015] 所述輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管為輸入級buck-boost電路電感提供能量釋放 到直流母線電容的通道，并阻斷輸入電壓直接為直流母線電容充電；
[0016] 所述輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管為輸入級buck-boost電路電感提供能量釋放 到濾波電容和LED負載的通道；
[0017] 所述直流母線電容在開關管關斷后吸收輸入級Buck-Boost電路電感釋放的能 量；
[0018] 所述濾波電容可以濾除輸出電流紋波。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型主要技術(shù)特點和優(yōu)點是：輸入級Buck-Boost電路工 作在電流斷續(xù)狀態(tài)實現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正功能，輸出級Buck-Boost電路工作在電流斷續(xù) 狀態(tài)，輸出電流紋波小，可以減小輸出濾波電容的容量，并為LED負載提供恒定驅(qū)動電流； 輸入級Buck-Boost電路經(jīng)過優(yōu)化級聯(lián)輸出級Buck-Boost電路僅需要一個開關管即可實現(xiàn) 較高輸入功率因數(shù)和恒定電流輸出調(diào)節(jié)，減少了開關管的數(shù)量，簡化了控制電路，并且只需 要兩個電感，降低了 LED驅(qū)動電源的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為傳統(tǒng)的兩級LED驅(qū)動電源原理框圖；
[0021] 圖2為本實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源原理 框圖；
[0022] 圖3為本實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源
[0023] 圖4為本實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源主要 工作波形圖；
[0024] 圖5為本實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源工作 原理等效電路圖；

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型。
[0026] 實施例一：如圖2所示為實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED 驅(qū)動電源。包括：包括交流輸入電源、橋式整流電路、PFC變換器、DC/DC變換器、LED負載、 控制電路；交流輸入電源與此鏈接橋式整流電路、PFC變換器、DC/DC變換器、LED負載、控制 電路；PFC變換器和DC/DC變換器通過優(yōu)化級聯(lián)方式而成，可以減少開關管數(shù)量，減少元器 件數(shù)量，簡化控制電路，降低成本。
[0027] 實施案例二：本實施例與實施例一原理基本相同，其特別之處如下：
[0028] 如圖3所示為本實用新型的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電 源。其特別之處如下：包括：橋式整流電路（1)、輸入級Buck-Boost電路電感（2)、輸入級 Buck-Boost續(xù)流二極管（3)、直流母線電容（4)、開關管（5)、輸出級Buck-Boost阻斷二極 管（6)、輸出級Buck-Boost電路電感（7)、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)、及輸出濾波 電容（9)、LED負載（10)。其特征在于：所述橋式整流電路（1)依次連接輸入級Buck-Boost 電路電感（2)、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)、直流母線電容（4)、開關管（5)、輸出級 Buck-Boost阻斷二極管（6)、輸出級Buck-Boost電路電感（7)、輸出級Buck-Boost續(xù)流二 極管（8)、輸出濾波電容（9)、LED負載（10)。
[0029] 所述橋式整流電路（1)由第一二極管（DJ、第二二極管（DJ、第三二極管（Drt)和 第四二極管（D rt)組成；所述第一二極管（DJ的陽極連接所述第三二極管（Drt)的陰極，所 述第二二極管（DJ的陽極連接所述第四二極管（D rt)的陰極，所述第一二極管（DJ與所述 第二二極管（DJ的陰極對接，所述第三二極管（Dri)與所述第四二極管（D rt)的陽極對接。
[0030] 所述輸入級Buck-Boost電路電感（2)依次連接輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管 (3)、直流母線電容（4)、開關管（5)組成輸入級Buck-Boost電路，輸入級Buck-Boost電路 作為功率因數(shù)校正電路，即PFC變換器；所述輸入級Buck-Boost電路電感（2) -端與所述 第一二極管（Drt)陰極、第二二極管（DJ的陰極、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)陰極 相連接，另一端與所述直流母線電容（4)正極端、開關管（5)漏極相連接；開關管（5)源極 與所述第三二極管（D rt)陽極、第四二極管（Drt)的陽極相連接；所述直流母線電容（4)的負 極端與輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)的陽極、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)的 陰極對接。
[0031] 所述直流母線電容（4)依次連接開關管（5)、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)、 輸出級Buck-Boost電路電感（7)、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)、及輸出濾波電容（9) 組成輸出級Buck-Boost電路，輸出級Buck-Boost電路作為輸出電流調(diào)節(jié)電路，S卩DC/DC變 換器；開關管（5)源極與輸出級Buck-Boost電路電感（7) -端、輸出濾波電容（9)負極端 相連接；輸出級Buck-Boost電路電感（7)另一端與輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)的 陽極、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)陽極相連接；輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8) 陰極與相連接輸出濾波電容（9)正極端相連接，輸出濾波電容（9)正極端、負極端分別于 LED負載（10)的正極端、負極端相連接。
[0032] 下面以圖3為一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源實施案例，結(jié) 合圖4一5敘述本實用新型的具體工作原理：
[0033] 1)工作模態(tài)1，[tQ，tj :其等效工作電路如圖5(a)所示。tQ時刻之前，開關管％ 電流iQ1、輸入級Buck-Boost電路電感L in電流iUn、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管Di電流 iD1、輸出級Buck-Boost阻斷二極管D2電流iD2均為零，輸出級Buck-Boost電路電感L。電流 L、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管D3電流iD3均下降到最低值；電感L。在開關管％開通 期間儲存的能量通過二極管D 3向LED負載釋放。在、時刻，開關管％開通，橋式整流電路 的輸出電壓為Lin充電，直流母線電容(；為電感L。充電，濾波電容C。向LED負載供電，i Q1、 Ln、iD2、I。線性上升，為零，iD3跳變下降為零山時刻開關管％關斷，i Q1、iUn、iD2、k。線 性上升到峰值，工作模態(tài)1切換到工作模態(tài)2。
[0034] 2)工作模態(tài)2, [h，t2]:其等效工作電路如圖5(b)所示。&時刻之前，電流iQ1、 iun、iD2、L線性上升到峰值山時刻，開關管％關斷，iQ1、i D2跳變下降為零，iD1、iD3跳變上 升至峰值；h時刻之后i un、iD1、iD3、L線性下降，電感L。在開關管％開通期間儲存的能量 通過二極管D 3向LED負載釋放；t2時刻，iun、iD1線性下降至零，i D3、L繼續(xù)線性下降，工作 模態(tài)2切換到工作模態(tài)3。
[0035] 4)工作模態(tài)3, [t2, t3]:其等效工作電路如圖5(c)所示。t2時刻電流iQ1、i Un、iD1、 iD2均為零，iD3、L繼續(xù)線性下降，電感L。在開關管％開通期間儲存的能量通過二極管D 3向 LED負載釋放；t3時刻，iD3、L線性下降至最低值，當開關管％開通的時候，工作模態(tài)3循 環(huán)切換到工作模態(tài)1。
[0036] 由上述分析可知，輸入級Buck-Boost電路工作在電流斷續(xù)狀態(tài)實現(xiàn)輸入功率因 數(shù)校正功能，輸出級Buck-Boost電路工作在電流連續(xù)狀態(tài)，輸出電流紋波小，可以減小輸 出濾波電容的容量，并為LED負載提供恒定驅(qū)動電流；輸入級Buck-Boost電路經(jīng)過優(yōu)化級 聯(lián)輸出級Buck-Boost電路僅需要一個開關管即可得到較高輸入功率因數(shù)和恒定電流輸出 調(diào)節(jié)，減少了開關管的數(shù)量，簡化了控制電路，并且只需要兩個電感，降低了 LED驅(qū)動電源 的成本。
[〇〇37] 本實用新型不局限于上述【具體實施方式】，本領域的技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型 公開的內(nèi)容進行多種實施方式。應理解上述實施例子僅用于說明本實用新型而不用于限制 本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，包括：橋式整流電路（1)、 輸入級Buck-Boost電路電感（2)、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)、直流母線電容（4)、 開關管（5)、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)、輸出級Buck-Boost電路電感（7)、輸出級 Buck-Boost續(xù)流二極管（8)、及輸出濾波電容（9)、LED負載（10)，其特征在于：所述橋式整 流電路（1)依次連接輸入級Buck-Boost電路電感（2)、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)、 直流母線電容（4)、開關管（5)、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)、輸出級Buck-Boost電 路電感⑵、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)、輸出濾波電容（9)、LED負載（10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，其特 征在于：所述橋式整流電路（1)由第一二極管（D rt)、第二二極管（DJ、第三二極管（Drt)和 第四二極管（Drt)組成；所述第一二極管（DJ的陽極連接所述第三二極管（D rt)的陰極，所 述第二二極管（DJ的陽極連接所述第四二極管（Drt)的陰極，所述第一二極管（DJ與所述 第二二極管（DJ的陰極對接，所述第三二極管（D ri)與所述第四二極管（Drt)的陽極對接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，其 特征在于：所述輸入級Buck-Boost電路電感（2)依次連接輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管 (3)、直流母線電容（4)、開關管（5)組成輸入級Buck-Boost電路，輸入級Buck-Boost電路 作為功率因數(shù)校正電路，即PFC變換器；所述輸入級Buck-Boost電路電感（2) -端與所述 第一二極管（Drt)陰極、第二二極管（DJ的陰極、輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)陰極 相連接，另一端與所述直流母線電容（4)正極端、開關管（5)漏極相連接；開關管（5)源極 與所述第三二極管（D rt)陽極、第四二極管（Drt)的陽極相連接；所述直流母線電容（4)的負 極端與輸入級Buck-Boost續(xù)流二極管（3)的陽極、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)的 陰極對接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單開關管雙Buck-Boost電路級聯(lián)的LED驅(qū)動電源，其特 征在于：所述直流母線電容（4)依次連接開關管（5)、輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)、 輸出級Buck-Boost電路電感（7)、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)、及輸出濾波電容（9) 組成輸出級Buck-Boost電路，輸出級Buck-Boost電路作為輸出電流調(diào)節(jié)電路，S卩DC/DC變 換器；開關管（5)源極與輸出級Buck-Boost電路電感（7) -端、輸出濾波電容（9)負極端 相連接；輸出級Buck-Boost電路電感（7)另一端與輸出級Buck-Boost阻斷二極管（6)的 陽極、輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8)陽極相連接；輸出級Buck-Boost續(xù)流二極管（8) 陰極與相連接輸出濾波電容（9)正極端相連接，輸出濾波電容（9)正極端、負極端分別于 LED負載（10)的正極端、負極端相連接。
【文檔編號】H02M7/06GK203896538SQ201420128858
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】徐曉慧, 徐小龍 申請人:浙江駻捷新能源科技有限公司