專利名稱：高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)led照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種照明燈，特別是涉及一種使用AC 220V輸入的高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈，屬于照明電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LED照明作為一種革命性的綠色節(jié)能照明技術(shù)，近年來(lái)獲得了飛速發(fā)展，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的要求也在不斷提高。AC 220V輸入的LED照明燈，基于安全規(guī)范的要求，具備高功率因數(shù)PF、高效率、輸出隔離、高電流控制精度、符合EMC/EMI相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、成本低廉，已成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源分為非隔離輸出和全隔離輸出兩類、線性恒流源和開(kāi)關(guān)電源恒流源兩種型式。在相同輸出功率的情況下，線性恒流源輸出電壓較高，適用于多個(gè)LED燈珠串聯(lián)的應(yīng)用，即適用于LED燈珠的多串少并；開(kāi)關(guān)電源恒流源由于電子開(kāi)關(guān)和電感元件的存在，輸出電壓較低，適用于少量LED燈珠串聯(lián)后多個(gè)并聯(lián)的應(yīng)用，即適用于LED燈珠的少串多并；在1^0照明燈應(yīng)用領(lǐng)域形成二者互·補(bǔ)的格局。功率因數(shù)PF (Power Factor)是衡量電器設(shè)備技術(shù)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，功率因數(shù)低的電器設(shè)備，不利于電力電網(wǎng)傳輸功率的充分利用。交流電路中，在沒(méi)有諧波的情況下，功率因數(shù)是電壓與電流之間相位差Φ的余弦COSO，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即COSO =P/S。雖然不是所有國(guó)家都絕對(duì)強(qiáng)制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù)，但在某些應(yīng)用方面有這樣的要求，美國(guó)“能源之星”(ENERGY STAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定，任何功率等級(jí)皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正PFC(Power Factor Correction)。其中，住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于O. 7，商業(yè)應(yīng)用中則須大于O. 9。雖然該標(biāo)準(zhǔn)最早應(yīng)用于電腦產(chǎn)品的推廣中，且屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)，但其有利于電力供電電網(wǎng)功率充分利用、PF越高電能利用率越高的事實(shí)，已受到LED照明產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)的重視。為改善輸入電流波形，提高LED驅(qū)動(dòng)電源的功率因數(shù)，就需要在LED驅(qū)動(dòng)電源中加入功率因數(shù)校正PFC電路，包括無(wú)源PFC及有源PFC兩種。無(wú)源PFC方案的體積較大，能夠?qū)崿F(xiàn)大于O. 7的功率因數(shù)，在小功率LED照明中應(yīng)用；有源PFC方案必須采用有源功率因數(shù)校正控制IC芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)大于O. 9的功率因數(shù)，在大功率LED照明中應(yīng)用。事實(shí)是無(wú)論采用無(wú)源電路、還是有源電路，雖然提高了 LED驅(qū)動(dòng)電源的功率因數(shù)，但效率都會(huì)下降，采用有源電路的下降最多，使得LED驅(qū)動(dòng)電源的效率很難超過(guò)80%。
發(fā)明內(nèi)容研發(fā)“高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈”的目的，在于克服現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電源功率因數(shù)低的不足，提供一種既不采用無(wú)源PFC、也不采用有源PFC，在輸入輸出全隔離、恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈、與負(fù)載LED匹配良好的情況下，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)PF > O. 95、效率>82 %的技術(shù)指標(biāo)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型由EMI濾波電路、高頻開(kāi)關(guān)電源、恒流驅(qū)動(dòng)電路和LED照明燈構(gòu)成，上述部分的組成結(jié)構(gòu)分別為EMI濾波電路，由電感、電容、壓敏電阻和熔絲管組成。其作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)也抑制電源本身對(duì)外界的電磁干擾，可以選用通用電路。高頻開(kāi)關(guān)電源采用了對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率、波形變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)性的非周期性RCC振蕩抑制型開(kāi)關(guān)電源，由整流二極管01、02、03、04、05、06、07 ;電阻Rl、R2、R3、R4 ;電容C1、C2、C3、C4 ;穩(wěn)壓二極管ZD ;過(guò)流保護(hù)管Q l ;振蕩三極管Q2 ；肖特基二極管D8 ;高頻開(kāi)關(guān)變壓器T組成。RCC型開(kāi)關(guān)電源由穩(wěn)壓器組成電平開(kāi)關(guān)，控制過(guò)程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)，RCC型開(kāi)關(guān)電源的控制過(guò)程并非線性連續(xù)變化，它只有兩個(gè)狀態(tài)當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止；當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間取決于負(fù)載電流的大小，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通或截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制。恒流驅(qū)動(dòng)電路，由線性恒流元件CRD組成。為二端或者三端器件，二端器件的陽(yáng)極接a端、陰極接c端，當(dāng)使用二端E803恒流二極管時(shí)，其恒流輸出電流為80mA，2只并聯(lián)為160mA ;當(dāng)使用二端2DHL300恒流二極管時(shí)，其恒流輸出電流可達(dá)到300mA，2只并聯(lián)為600mA ;當(dāng)使用三端LM317接成恒流源輸出時(shí),其輸入端接a端，輸出端接b端,調(diào)整端接c端，R5是電流取樣電阻，R5 = I. 25/恒流值，即當(dāng)恒流輸出IA時(shí)，R5 = I. 25 Ω。LED照明燈，由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。當(dāng)選擇每個(gè)正向工作電流為60mA、功率O. 18W的156個(gè)5050貼片LED組成時(shí)，如果設(shè)計(jì)為12串13并，即M = 12、N=13時(shí)，則LED照明燈的功率為28W，若不計(jì)算LED燈珠負(fù)溫特性造成的正向壓降漂移，此時(shí)LED照明燈的工作電壓約為3. 2VX 12 = 38. 4V，線性恒流元件正向壓降可以設(shè)為4V，則設(shè)定高頻開(kāi)關(guān)電源輸出的直流電壓大于38. 4V+4V就能穩(wěn)定工作。本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是滿足了“高頻開(kāi)關(guān)電源-恒流驅(qū)動(dòng)電路-LED照明燈”的最優(yōu)匹配，具有成本低廉、可靠性高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。

圖I是本實(shí)用新型“高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈”的原理方框圖；圖2是本實(shí)用新型“高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈”的電原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖所示，本實(shí)用新型由EMI濾波電路、高頻開(kāi)關(guān)電源、恒流驅(qū)動(dòng)電路和LED照明燈構(gòu)成，上述部分的組成結(jié)構(gòu)分別為EMI濾波電路，由電感、電容、壓敏電阻和熔絲管組成。其作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)也抑制電源本身對(duì)外界的電磁干擾，可以選用通用電路。高頻開(kāi)關(guān)電源采用了對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率、波形變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)性的非周期性RCC振蕩抑制型開(kāi)關(guān)電源，由整流二極管01、02、03、04、05、06、07 ;電阻Rl、R2、R3、R4 ;電容Cl、C2、C3、C4 ;穩(wěn)壓二極管ZD ;過(guò)流保護(hù)管Q I ;振蕩三極管Q2 ；肖特基二極管D8 ;高頻開(kāi)關(guān)變壓器T組成。RCC型開(kāi)關(guān)電源由穩(wěn)壓器組成電平開(kāi)關(guān)，控制過(guò)程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)，RCC型開(kāi)關(guān)電源的控制過(guò)程并非線性連續(xù)變化，它只有兩個(gè)狀態(tài)當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止；當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間取決于負(fù)載電流的大小，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通或截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制。恒流驅(qū)動(dòng)電路，由線性恒流元件CRD組成。為二端或者三端器件，二端器件的陽(yáng)極接a端、陰極接c端，當(dāng)使用二端E803恒流二極管時(shí)，其恒流輸出電流為80mA，2只并聯(lián)為160mA ;當(dāng)使用二端2DHL300恒流二極管時(shí)，其恒流輸出電流可達(dá)到300mA，2只并聯(lián)為600mA ;當(dāng)使用三端LM317接成恒流源輸出時(shí)，其輸入端接a端，輸出端接b端，調(diào)整端接c端，R5是電流取樣電阻，R5 = 1.25/恒流值，即當(dāng)恒流輸出IA時(shí)，R5 = I. 25Ω。LED照明燈，由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。當(dāng)選擇每個(gè)正向工作電流為60mA、功率O. 18W的156個(gè)5050貼片LED組成時(shí)，如果設(shè)計(jì)為12串13并，即M = 12、N=13時(shí)，則LED照明燈的功率為28W，若不計(jì)算LED燈珠負(fù)溫特性造成的正向壓降漂移，此時(shí)LED照明燈的工作電壓約為3. 2VX 12 = 38. 4V，線性恒流元件正向壓降可以設(shè)為4V，則設(shè)定高頻開(kāi)關(guān)電源輸出的直流電壓大于38. 4V+4V就能穩(wěn)定工作。二極管 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7 型號(hào)為 1N4007 ；D8 肖特基二極管是 SR3010 ;電 阻 Rl、R2、R3、R4 分別是 180ΚΩ-1. 2M Ω、100 Ω-830 Ω、82Κ Ω-330K Ω、2 Ω—16 Ω ；R5 是電流取樣電阻，R5 = I. 25/恒流值，SP :當(dāng)恒流輸出IA時(shí)，R5 = 1.25Ω ;電容Cl、C2、C3、C4分別為 2200PF-33000PF、330PF-4700PF、0. I μ F-47 μ F、100 μ F-4700 μ F ;穩(wěn)壓二極管 ZD 穩(wěn)壓值為3V-12V ;Q1、Q2分別為S8580、MJE13005 ;高頻開(kāi)關(guān)變壓器T有3個(gè)繞組；線性恒流元件CRD可以是E803、2DHL300、LM317器件；LED照明燈，由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程為交流220V經(jīng)Dl D4橋式整流后，形成一個(gè)300V左右的直流電壓，經(jīng)高頻開(kāi)關(guān)變壓器T的1、2繞組加至振蕩三極管Q2的c極，同時(shí)經(jīng)啟動(dòng)電阻Rl為Q2的b極提供一個(gè)正向偏置電壓，使Q2導(dǎo)通。此時(shí)，由三極管Q2和開(kāi)關(guān)變壓器T組成的間歇振蕩電路開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)變壓器T的1、2初級(jí)繞組中有電流通過(guò)，由于正反饋?zhàn)饔茫琎2的Ic迅速上升而飽和；電容Cl與反饋電阻R2為開(kāi)關(guān)電源定時(shí)元件，電容容量及電阻阻值大小直接影響開(kāi)關(guān)電源振蕩頻率，變壓器T的3、4繞組感應(yīng)的電壓通過(guò)C1、R2加到三極管Q2的b極，使Q2的b極導(dǎo)通電流加大，迅速進(jìn)人飽和區(qū)。隨著電容Cl兩端電壓不斷升高，Ql的b極電壓逐漸降低，使三極管Q2逐漸退出飽和區(qū)，其集電極電流開(kāi)始減少，變壓器T的1、2繞組中產(chǎn)生的磁通量也開(kāi)始減少。在變壓器T的3、4繞組感應(yīng)的負(fù)反饋電壓，使Q2迅速截止，完成一個(gè)振蕩周期。開(kāi)關(guān)變壓器的反饋繞組3、4產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖經(jīng)D7整流、C3濾波后產(chǎn)生一個(gè)與振蕩脈沖個(gè)數(shù)呈正比的直流電壓；當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后，穩(wěn)壓二極管ZD被擊穿，從而將Q2的基極電位拉低，導(dǎo)致Q2推遲開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，從而控制了能量輸入到T的1、2繞組中，使5、6輸出電壓降低，反之，使輸出電壓升高，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。此電壓若超過(guò)穩(wěn)壓管ZD的穩(wěn)壓值，ZD便導(dǎo)通，此負(fù)極性整流電壓便加在Q2的基極上，使其迅速截止。Q2的截止時(shí)間與其輸出電壓呈反比，在Q2進(jìn)入截止期間，開(kāi)關(guān)變壓器T輸出繞組5、6產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，經(jīng)D8整流、C4濾波后，向負(fù)載輸出穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓管ZD的導(dǎo)通或截止直接受電網(wǎng)電壓和負(fù)載的影響，電網(wǎng)電壓越低或負(fù)載電流越大，ZD的導(dǎo)通時(shí)間越短，Q2的導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，反之，電網(wǎng)電壓越高或負(fù)載電流越小，D7的整流電壓越高，ZD的導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，Q2的導(dǎo)通時(shí)間就越短。Ql是過(guò)流保護(hù)管，R4是Q2的過(guò)流取樣保護(hù)電阻。在接通電源瞬間或當(dāng)某種原因使三極管Q2的Ie電流過(guò)大時(shí)，在R4上的壓降就大，通過(guò)D6使過(guò)流保護(hù)管Ql導(dǎo)通、Q2截止，既可有效防止開(kāi)關(guān)管因沖擊電流過(guò)大而損壞，同時(shí)對(duì)ZD的控制功能也是一種補(bǔ)償。ZD以電壓取樣來(lái)控制Q2的振蕩時(shí)間，而Ql是以電流取樣來(lái)控制Q 2的振蕩時(shí)間。T的5、6輸出繞組經(jīng)肖特基二極管高頻整流、C4濾波后，輸出穩(wěn)定的直流電壓，供給下一級(jí)的恒流驅(qū)動(dòng)電路。恒流驅(qū)動(dòng)電路可以由二端或三端線 性恒流元器件組成IA的恒流輸出，推動(dòng)LED照明燈發(fā)光。LED照明燈，根據(jù)用戶需要由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。
權(quán)利要求1.一種高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈，其特征在于，該由EMI濾波電路、高頻開(kāi)關(guān)電源、恒流驅(qū)動(dòng)電路和LED照明燈構(gòu)成，上述部分的組成結(jié)構(gòu)分別為 EMI濾波電路，由電感、電容、壓敏電阻和熔絲管組成； 高頻開(kāi)關(guān)電源采用了對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率、波形變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)性的非周期性RCC振蕩抑制型開(kāi)關(guān)電源，由整流二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7 ;電阻R1、R2、R3、R4 ;電容Cl、C2、C3、C4 ;穩(wěn)壓二極管ZD ;過(guò)流保護(hù)管Ql ;振蕩三極管Q2 ；肖特基二極管D8 ;高頻開(kāi)關(guān)變壓器T組成； 恒流驅(qū)動(dòng)電路，由線性恒流元件CRD組成； LED照明燈，由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈，其特征在于，線性恒流元件CRD為二端或者三端器件，二端器件的陽(yáng)極接a端、陰極接c端；當(dāng)使用三端LM317接成恒流源輸出時(shí),其輸入端接a端，輸出端接b端，調(diào)整端接c端，R5是電流取樣電阻。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高功率因數(shù)全隔離恒流驅(qū)動(dòng)LED照明燈，由EMI濾波電路、高頻開(kāi)關(guān)電源、恒流驅(qū)動(dòng)電路和LED照明燈構(gòu)成，上述部分的組成結(jié)構(gòu)分別為EMI濾波電路，由電感、電容、壓敏電阻和熔絲管組成；高頻開(kāi)關(guān)電源采用了對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率、波形變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)性的非周期性RCC振蕩抑制型開(kāi)關(guān)電源，恒流驅(qū)動(dòng)電路，由線性恒流元件CRD組成；LED照明燈，由M個(gè)LED燈珠串聯(lián)后再N個(gè)并聯(lián)后組成。本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是滿足了“高頻開(kāi)關(guān)電源-恒流驅(qū)動(dòng)電路-LED照明燈”的最優(yōu)匹配，具有成本低廉、可靠性高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202713734SQ20122037922
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者韓清安 申請(qǐng)人:韓清安