一种基于单管逆变的LED无线供电装置

技术领域：

本发明属于电学技术领域，涉及一种基于单管逆变的LED无线供电装置，即一种可对LED灯珠进行恒流无线供电的单管逆变感应耦合电能传输装置。

背景技术：

目前，LED大多采用有线的方式进行供电，还未见基于单管LC谐振实现对LED恒流无线供电的相关文献。单管逆变电路，比全桥逆变电路开关器件少、控制简单、开关损耗小的优点，同时不存在上下桥臂的直通问题。较传统LED有线供电来说，单管无线供电电路安全，方便，美观，无需物理拔插实现灯珠的更换。在实现恒流的方法上，采用的为变频控制。因此设计一种可适用LED供电的具有电路结构简单、成本低、可靠性高的基于单管的实现恒流供电装置及控制方法具有较大的实用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，实现基于单管逆变电路的LED无线供电。设计提供一种基于单管逆变恒流输出拓扑结构，且不存在桥臂直通的问题的LED无线供电装置及方法。

本发明的目的是这样实现的。本发明提供了基于单管逆变的LED无线供电装置，所述基于单管逆变的LED无线供电装置包括两种拓扑结构，第一种拓扑结构将220V工频交流电整流后直接为单管电路供电，并记为高压直流供电装置，第二种拓扑结构将220V工频交流电整流后，再应用反激电路降压后为单管电路供电，并记为低压直流供电装置；

所述高压供电装置的拓扑结构包括工频交流电源AC、电磁干扰抑制电容C1、共模电感L1、工频整流桥Z1、校正电感L2、校正电容C2、原边谐振电容C3、原边发射电感Lp、副边接收电感Ls、副边谐振电容C4、高频整流桥Z2、高频滤波电容C5、开关管Q1和LED灯组；所述工频交流电源AC与电磁干扰抑制电容C1并联后接共模电感L1、共模电感L1的另一端接工频整流桥Z1的输入端，工频整流桥Z1的输出端与校正电容C2并联，校正电感L2接在工频整流桥Z1输出端的正极和校正电容C2的正极之间，原边谐振电容C3与原边发射电感Lp并联后，其正极与校正电容C2的正极相接、负极与开关管Q1的源极相接，开关管Q1的漏极分别与校正电容C2的负极、大地相接，所述原边发射电感Lp和副边接收电感Ls通过互感M互相耦合，副边接收电感Ls与副边谐振电容C4并联后与高频整流桥Z2的输入端相接，高频整流桥Z2的输出端与高频滤波电容C5并联，高频滤波电容C5的正负极即为高压直流供电装置的输出端，该输出端与LED灯组并联；

将高压供电装置中的原边谐振电容C3与开关管Q1相接形成的电路记为中间电路，该中间电路的一端为原边谐振电容C3的正极，另一端为开关管Q1的漏极；所述低压供电装置的拓扑结构为在高压供电装置的校正电容C2和中间电路之间插入一个单端反激电路。

优选地，所述单端反激电路的拓扑结构包括反激电路开关管Q2、吸收二极管D1、吸收电阻R1、吸收电容C5、变压器T、单端反激输出二极管D2、第一单端反激输出滤波电容C6、第二单端反激输出滤波电容C7和单端反激滤波电感L3，其中，开关管Q2的漏极分别与大地、校正电容C2的负极相接，第二单端反激输出滤波电容C7与中间电路并联；

所述吸收电阻R1与吸收电容C5并联后，一端与校正电容C2的正极相接，另一端与吸收二极管D1的阴极相接，变压器T一次侧的一端与吸收电容C5的正极相接，另一端与吸收二极管D1的阳极、开关管Q2的源极相接；变压器T二次侧的一端与单端反激输出二极管D2的阳极相接，另一端与第一单端反激输出滤波电容C6、第二单端反激输出滤波电容C7的负极相接，单端反激输出二极管D2的阴极与第一单端反激输出滤波电容C6的正极、单端反激输出滤波电感L3的一端相接，单端反激输出滤波电感L3的另一端与单端反激输出滤波电容C7的正极相接。

优选地，在工频交流电源AC与电磁干扰抑制电容C1之间装有保险丝F。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明实现了应用单管逆变电路为LED灯组恒流无线供电，免除拔插产生的机械损耗，LED灯组更换简单。

2、本发明实现了为LED灯组无线供电的逆变电路采用一个开关管，体积小、成本低，仅控制单个开关管控制简单，无桥臂直通问题可靠性高。

3、本发明是基于单管逆变电路的LED无线恒流供电实现稳定运行的一种技术方案，此条件下的基于单管逆变的LED恒流无线供电还未大规模探索，因此本发明的提出基于单管逆变的LED恒流无线供电填补了空白。

附图说明：

图1为本发明所述高压直流供电装置的拓扑图。

图2为本发明所述低压直流供电装置的拓扑图。

图3为本发明所述单端反激电路的拓扑图。

图4为本发明实施例中LED灯组的连接示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

图1为本发明所述高压直流供电装置的拓扑图，图2为本发明所述低压直流供电装置的拓扑图，图3为本发明所述单端反激电路的拓扑图。由图1-图3可见，本发明提供了一种基于单管逆变的LED无线供电装置，所述基于单管逆变的LED无线供电装置包括两种拓扑结构，第一种拓扑结构将220V工频交流电整流后直接为单管电路供电，并记为高压直流供电装置，第二种拓扑结构将220V工频交流电整流后，再应用反激电路降压后为单管电路供电，并记为低压直流供电装置。

所述高压供电装置的拓扑结构包括工频交流电源AC、电磁干扰抑制电容C1、共模电感L1、工频整流桥Z1、校正电感L2、校正电容C2、原边谐振电容C3、原边发射电感Lp、副边接收电感Ls、副边谐振电容C4、高频整流桥Z2、高频滤波电容C5、开关管Q1和LED灯组。所述工频交流电源AC与电磁干扰抑制电容C1并联后接共模电感L1、共模电感L1的另一端接工频整流桥Z1的输入端，工频整流桥Z1的输出端与校正电容C2并联，校正电感L2接在工频整流桥Z1输出端的正极和校正电容C2的正极之间，原边谐振电容C3与原边发射电感Lp并联后，其正极与校正电容C2的正极相接、负极与开关管Q1的源极相接，开关管Q1的漏极分别与校正电容C2的负极、大地相接，所述原边发射电感Lp和副边接收电感Ls通过互感M互相耦合，副边接收电感Ls与副边谐振电容C4并联后与高频整流桥Z2的输入端相接，高频整流桥Z2的输出端与高频滤波电容C5并联，高频滤波电容C5的正负极即为高压直流供电装置的输出端，该输出端与LED灯组并联。

将高压供电装置中的原边谐振电容C3与开关管Q1相接形成的电路记为中间电路，该中间电路的一端为原边谐振电容C3的正极，另一端为开关管Q1的漏极；所述低压供电装置的拓扑结构为在高压供电装置的校正电容C2和中间电路之间插入一个单端反激电路。

所述单端反激电路的拓扑结构包括反激电路开关管Q2、吸收二极管D1、吸收电阻R1、吸收电容C5、变压器T、单端反激输出二极管D2、第一单端反激输出滤波电容C6、第二单端反激输出滤波电容C7和单端反激滤波电感L3，其中，开关管Q2的漏极分别与大地、校正电容C2的负极相接，第二单端反激输出滤波电容C7与中间电路并联。

所述吸收电阻R1与吸收电容C5并联后，一端与校正电容C2的正极相接，另一端与吸收二极管D1的阴极相接，变压器T一次侧的一端与吸收电容C5的正极相接，另一端与吸收二极管D1的阳极、开关管Q2的源极相接；变压器T二次侧的一端与单端反激输出二极管D2的阳极相接，另一端与第一单端反激输出滤波电容C6、第二单端反激输出滤波电容C7的负极相接，单端反激输出二极管D2的阴极与第一单端反激输出滤波电容C6的正极、单端反激输出滤波电感L3的一端相接，单端反激输出滤波电感L3的另一端与单端反激输出滤波电容C7的正极相接。

在本实施例中，在工频交流电源AC与电磁干扰抑制电容C1之间装有保险丝F。

图4给出了本发明实施例中LED灯组的连接示意图。由图4可见，在本实施例中采用的为混合连接方式，该方式使得单个LED灯珠损坏后不影响其他LED灯珠的正常工作。

在本实施例中，将电磁干扰抑制电容C1和共模电感L1构成的电路记为电磁干扰抑制电路，将校正电感L2和校正电容C2构成的电路记为功率因子校正电路，将原边谐振电容C3和原边发射电感Lp构成的电路记为原边谐振网络，将副边接收电感Ls和副边谐振电容C4构成的电路路记为副边谐振网络。在本实施例中，高压直流供电装置的工作过程如下：

S1，交流电经过保险丝F后，通过电磁干扰抑制电路、工频整流桥Z1被整流为高压直流电；

S2，工频整流桥Z1的输出与功率因数校正级联提高电路的功率因数；

S3，通过控制开关管Q1的动作将高压直流电转变为高频交流电；

S4，高频交流电通过互感耦合M将能量由原边谐振网络传递至副边谐振网络；

S5，副边谐振网络与高频整流桥Z2级联，高频整流桥Z2将高频交流电整流为直流电；

S6，将直流电经高频滤波电容C5滤除高频干扰后为LED灯组供电。

在本实施例中，低压直流供电装置为单管逆变电路供电的过程如下：

S1，交流电经过保险丝F后，通过电磁干扰抑制电路、工频整流桥Z1被整流为高压直流电；

S2，工频整流桥Z1的输出与功率因数校正级联提高电路的功率因数；

S3，通过单端反激电路对高压直流电进行级联降压，得到低压直流电；

S4，通过控制开关管Q1的动作将低压直流电转变为高频交流电；

S5，高频交流电通过互感耦合M将能量由原边谐振网络传递至副边谐振网络；

S6，副边谐振网络与高频整流桥Z2级联，高频整流桥Z2将高频交流电整流为直流电；

S7，直流电经高频滤波电容C5滤除高频干扰后为LED灯组供电。