[发明专利]一种无电解电容的高功率因数LED驱动电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种无电解电容的高功率因数LED驱动电源，属于电能变换装置中的交流-直流变换器技术领域。

背景技术

发光二极管(Lighting Emitting Diode，LED)属于固态冷光源，它具有高效节能、绿色环保、长寿命、体积小、安全、响应快等优点，成为新一代的绿色照明光源。随着LED本体与驱动电源技术的发展，它已被广泛应用于手机、汽车、景观、大屏幕以及军用、家用照明等领域，它将淘汰其它的照明光源。LED发光品质是由其平均电流和峰均比决定的，因此LED的驱动电源性能显得至关重要，制造高效率、高功率因数、长寿命的驱动电源成关键。LED本体的寿命达100000小时，而传统LED驱动电源是采用功率因数校正电路(Power Factor Correction，PFC)的交流-直流变换器，如图1所示，它的输出端存在大容量电解电容，它的寿命仅为几千小时，而且温度每升高10℃，其寿命减少一半，这与LED的寿命极不匹配，而且电解电容的体积较大，也将影响LED驱动电源功率密度的进一步提高。因此发展高性能无电解电容的高功率因数驱动电源是促进LED进一步推广使用的首要任务。

在传统的PFC变换器中，假设功率因数为1，则输入电流i_in与电源电压u_in的波形为同相位的正弦波，令则电源端输入的瞬时功率p_in为：

p_in＝u_in·i_in＝U_in·I_in·(1-cos2wt)

此时输入功率p_in为正弦波平方形式，如图2所示。如要实现恒压输出时，即输出功率P_o恒定，输入功率与输出功率所差的部分能量全部由输出电容吸收，因此需要采用容量较大的电解电容，这是需要采用电解电容的根本原因。为了解决LED驱动电源中的电解电容问题，目前主要有三种方法，一是注入低次谐波的方法，如专利申请号为200910027360.X中提到的方法，在输入电流中注入适量的三次谐波以降低输出电容的容量，但是此方法会受到输入功率因数的限制；二是输出脉动电流法，如专利申请号为201010568595.2中提到的方法，此方法能有效减少电容的容量，但是脉动电流影响LED的寿命且会出现频闪现象；三是PFC电路中附加支路法，如专利申请号201110457731.5中提到的方法，此方法同样对减少输出电容容量有效，但是存在局限性，仅提出了在反激PFC电路中的附加支路，不具一般性，不适用于大功率LED驱动电源。

发明内容

1、发明目的

为了克服传统LED驱动电源因使用电解电容而不能与长寿命LED相匹配的严重缺陷和解决驱动电源性能受功率因数限制的问题，本发明提供一种新的解决方案，不仅无需电解电容，而且还能实现对功率因数进行补偿的高功率因数无电解电容LED驱动电源。

2、技术方案

为达到上述的发明目的，本发明的无电解电容的高功率因数LED驱动电源，其特征在于：包括交流输入电源u_in、单相不控整流桥、主DC/DC变换电路、辅DC/DC变换电路、滤波电容和储能电容。

其中所述的主DC/DC变换电路的功能是在无输出电解电容的情况下，能为负载提供恒定输出电压或功率，可以通过控制在主DC/DC变换电路的输入电流中注入三次谐波，注入三次谐波的目的仅是为了解决输出端的电解电容问题，而无需要考虑功率因数的问题，而所述的辅DC/DC变换电路的功能即是消除注入三次谐波对输入功率因数的影响。

其中所述的辅DC/DC变换电路的作用是对主DC/DC变换电路的输入功率进行调整，以平衡主DC/DC变换电路输入输出之间的瞬时功率。当电源输入瞬时功率p_in大于输出所需的恒定功率P_o时(p_in＞P_o)，多余的功率转移到辅DC/DC变换电路中；当电源输入瞬时功率p_in小于输出所需的恒定功率P_o时(p_in＜P_o)，不足的功率由辅DC/DC变换电路来提供，因此辅DC/DC变换电路是省去电解电容的关键，同时辅DC/DC变换电路的功率是双向流动，因而需要采用双向DC/DC电路。