LED驱动电源的输出滤波电路及LED驱动电源电路

摘要

本发明公开了LED驱动电源的输出滤波电路及LED驱动电源电路，包括电感L及与电感串联的回转器电路；回转器电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、无极性电容C、电阻R1、R2、R3和R4；A1的正相输入端分别与电感L及A2的正相输入端连接，A1的反相输入端通过电阻R1与其输出端连接，A1的反相输入端通过电容接地，A1的输出端通过电阻R2与A2的反相输入端连接，A2的正相输入端通过电阻R3与其输出端连接，A2的反相输入端通过电阻R4与其输出端连接；电阻R2和R3的阻值乘积小于电阻R1和R4的阻值乘积。本发明中采用体积少及寿命长无极性电容代替电解电容，提高了LED驱动电源的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电源，特别涉及一种LED驱动电源的输出滤波电 路及LED驱动电源电路。

背景技术

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压 转换器。如图1所示，传统LED驱动电源电路在开关频率不高的情况下，为滤 除开关频率下的纹波电压和纹波电流，通常需要采用电容量较大的输出滤波电 容器，这时只能选择电解电容器。为了滤除更高频率的纹波电压和纹波电流， 要求输出整流滤波电容器应具有尽可能小的ESR（等效串联电阻）和ESL（等 效串联电感），因此输出电容其的品质要求非常高，但常规铝电解电容器的ESR 太高，以1000μF/16V铝电解电容器为例，其ESR大约为0.25Ω，在50kHz时的 容抗为3.18mΩ，远低于ESR值，从滤除交流成分角度考虑，电解电容器已经相 当于“电阻”，决定滤波效果将不再是电解电容的电容量而是ESR。

针对上面所出现的问题，现有技术中也出现了一些低ESR的铝电解电容器， 但是低ESR铝电解电容器同样存在寿命短问题，特别是高温条件下，对其寿命 的影响更大，根据测算：电容温度65℃时的寿命只能保证约8万小时；电容温 度75℃时的寿命只能保证约4万小时；电容温度85℃时的寿命只能保证约2万 小时；电容温度95℃时的寿命只能保证约1万小时；可见电解电容温度每上升 10℃，寿命差不多会减半。

目前商用的80～120lm/w光效已是所有照明产品中最高水平，但仍有60% 左右的电能不能转换为光能而转换为热能。所有LED灯具工作时是一个加热体， 使灯具局部形成50～70度甚至85度的高温区，会很快将电解电容的电解液蒸 发。当电容的电解液蒸发到一定程度，电容将最终失效。LED的工作寿命理论 上高达4万小时，而电解电容的寿命只有几千小时，由于系统的寿命是由电源 组件中使用的电解电容的寿命来决定的，因此电解电容的寿命成为LED驱动电 源乃至整个LED的短板。如果不想法解决电解电容的寿命问题，那么LED照明 驱动电源的寿命与LED的寿命就很不匹配，也就很难发挥出LED照明的长工作 寿命优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种LED驱动电源的 输出滤波电路，采用该输出滤波电路代替传统LED驱动电源中的输出滤波电路， 利用该滤波电路中回转器电路的阻抗变化作用，将传统滤波电路中的大容量电 解电容替换成小容量无极性电容，提高了LED驱动电源的使用寿命。

本发明的另一目的提供一种基于上述输出滤波电路的LED驱动电源电路。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：LED驱动电源的输出滤波电 路，包括电感L，还包括与电感L串联的回转器电路；

所述回转器电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、无极性电容 C、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述第一运算放大器A1的正相输入端 分别与电感L及第二运算放大器A2的正相输入端连接，所述第一运算放大器A1 的反相输入端通过电阻R1与其输出端连接，所述第一运算放大器A1的反相输入 端还通过电容C接地，所述第一运算放大器A1的输出端通过电阻R2与第二运算 放大器A2的反相输入端连接，所述第二运算放大器A2的正相输入端通过电阻R3 与其输出端连接，所述第二运算放大器A2的反相输入端通过电阻R4与其输出端 连接；

所述电阻R2和电阻R3的阻值乘积值小于所述电阻R1和电阻R4的阻值乘积 值。

优选的，所述电阻R1的阻值为10Ω，电阻R2的阻值为1Ω，电阻R3的阻值为 1Ω，电阻R4的阻值为20Ω，所述电容C的电容量为1μF。

优选的，所述回转器电路中的第一运算放大器A1和第二运算放大器A2为 LM358芯片。

优选的，所述无极性电容C为陶瓷电容。

优选的，所述回转器电路的阻抗Z_in为：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{U_{\mathrm{in}}}{I_{\mathrm{In}}}=\frac{1}{\mathrm{j\omega C}}\frac{R2·R3}{R1·R4};$

其中ω=100π，R1、R2、R3和R4分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4 的阻值，C无极性电容C的电容量；U_in为所述回转器电路的输入电压，I_in为所述 回转器电路的输入电流，R2·R3<R1·R4。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种LED驱动电源电路，包括 上述输出滤波电路。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明中由运算放大器、电阻和无极性电容所组成回转器电路，在合 理配置电阻的阻值后，可以实现对回转器电路电容量的倍增，从而实现采用小 容量无极性电容代替传统LED驱动电源滤波电路中的大容量电解电容；本发明 中采用体积少及寿命更长无极性电容代替电解电容，提高了LED驱动电源的使 用寿命。

（2）本发明中采用LM358芯片作为回转器电路中的第一运算放大器和第 二运算放大器，且仅采用电阻和电容外围元件，具有集成度高且成本低的优点。

附图说明

图1是传统LED驱动电源电路图。

图2是本发明LED驱动电源的输出滤波电路图。

图3是本发明LED驱动电源采用LM358芯片时的输出滤波电路图。

图4是本发明LED驱动电源电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例

本实施例公开了LED驱动电源的输出滤波电路，包括电感L，以及与电感L 串联的回转器电路；电感与回转器电路串联的一端作为滤波电路的输出端；

如图2所示，回转器电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、无 极性电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；第一运算放大器A1的正相输 入端分别与电感L及第二运算放大器A2的正相输入端连接，第一运算放大器A1 的反相输入端通过电阻R1与其输出端连接，第一运算放大器A1的反相输入端还 通过电容C接地，第一运算放大器A1的输出端通过电阻R2与第二运算放大器A2 的反相输入端连接，第二运算放大器A2的正相输入端通过电阻R3与其输出端连 接，第二运算放大器A2的反相输入端通过电阻R4与其输出端连接；第一运算放 大器A1和第二运算放大器A2均工作在线性区。其中本实施例中所采用的无极性 电容为陶瓷电容。

其中本实施例中电阻R2和电阻R3的阻值乘积值小于电阻R1和电阻R4的阻 值乘积值。本实施例中回转器电路的阻抗Z_in为：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{U_{\mathrm{in}}}{I_{\mathrm{In}}}=\frac{1}{\mathrm{j\omega C}}\frac{R2·R3}{R1·R4};$

其中ω=100π，R1、R2、R3和R4分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4 的阻值，C无极性电容C的电容量；U_in为回转器电路的输入电压，I_in为回转器电 路的输入电流，R2·R3<R1·R4。在本实施例中取电阻R1的阻值为10Ω，电阻R2 的阻值为1Ω，电阻R3的阻值为1Ω，电阻R4的阻值为20Ω，所述电容C的电容量 为1μF。而在传统的LED驱动电源电路的滤波电路中需要采用电容量为200μF的 电解电容才能得到与上述回转器电路相同的阻抗Z_in。可见本实施例的滤波电路 能够采用小容量的陶瓷电容，在配置合理阻值大小的电阻R1、电阻R2、电阻R3 和电阻R4后，能够实现电容量倍增的效果，从而能够代替大容量的电解电容， 得到相同的阻抗。克服了采用电解电容导致LED驱动电源电路体积大及寿命短 的缺陷。

在本实施例的回转器电路中采用LM358芯片，LM358芯片包含有两个运算 放大器，分别作为第一运算放大器A1和第二运算放大器A2。LM358芯片包含有 8个引脚，其中引脚4和引脚8分别为两个运算放大器的接地脚和电源脚，其中引 脚8接5V直流电源。引脚1、2和3分别为第一运算放大器的输出端、反相输入端 和正相输入端，引脚5、6和7为第二运算放大器的正相输入端、反相输入端和输 出端。LM358芯片与电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的具体连接关 系如图3所示。采用LM358芯片作为第一运算放大器和第二运算放大器可以提高 回转器电路的集成度。

如图4所示，本实施例还公开了LED驱动电源电路，该LED驱动电源电路包 括依次连接输入电源、整流模块1、整流滤波模块2、DC/DC变换器3及输出滤波 电路4；其中V_in为LED驱动电源的输入电压。本实施例LED驱动电源的输出滤波 电路采用的是上述电感L和回转器电路组成的输出滤波电路。可见，本实施例的 LED驱动电源电路中采用了回转器电路代替了大容量的电解电容，克服了包含 电解电容的LED驱动电源电路带来的缺陷，具有体积小且寿命长的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。