專(zhuān)利名稱(chēng):一種市電led照明驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)電路，特別是一種市電LED照明驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
電光源照明經(jīng)歷了白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈三代產(chǎn)品，光效不斷提高，耗電量不斷下降，電的光明對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。今天，由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，又一種新電光源LED發(fā)光二極管以節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽、可靠、體積小巧、色彩多樣、耐閃爍、抗震動(dòng)等全面優(yōu)勢(shì)替代傳統(tǒng)的電光源影響我們的生活，掀起照明產(chǎn)業(yè)的第四次革命。許多廠家注意到了發(fā)光二極管在照明領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景，研制了用發(fā)光二極管作光源的半導(dǎo)體燈。但是，發(fā)光二極管的電氣特性和傳統(tǒng)的電光源完全不同，怎樣合理的驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管使其可靠的工作是制作半導(dǎo)體燈面臨的首要問(wèn)題。發(fā)光二極管是一種低壓直流電流工 作的器件，導(dǎo)通時(shí)動(dòng)態(tài)電阻很小，因此，工作中發(fā)光二極管兩端微小的電壓變化就會(huì)產(chǎn)生很大的電流變化，輕則燈的亮度不穩(wěn)定并且縮短燈的壽命，重則立即使發(fā)光二極管損壞。因此，不能把發(fā)光二極管簡(jiǎn)單的接到電壓源上，必須用LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。LED驅(qū)動(dòng)器對(duì)于半導(dǎo)體燈來(lái)說(shuō)，其地位就相當(dāng)于熒光燈的鎮(zhèn)流器，所起的作用就是把外接電源不穩(wěn)定的電壓變成穩(wěn)定的直流電流供給發(fā)光二極管工作。因此，LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上就是一種非線性電壓/電流變換器。要做好半導(dǎo)體燈就必須合理的選用LED驅(qū)動(dòng)器。而目前LED照明驅(qū)動(dòng)器研究尚處于起步階段，各廠家的研究重點(diǎn)大都放在LED驅(qū)動(dòng)芯片本身的開(kāi)發(fā)上，還沒(méi)有對(duì)LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)提出完整的解決方案。從目前公知的LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案看，均沒(méi)有考慮LED光源驅(qū)動(dòng)電路的整體效率提升、使用壽命的挖掘和LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于電網(wǎng)質(zhì)量的影響，LED光源在照明領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)還沒(méi)有考慮功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波對(duì)電網(wǎng)的影響等問(wèn)題，呈容性負(fù)載，其功率因數(shù)只有0. 5-0. 57，使電網(wǎng)的傳輸效率大大降低，而按民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范要求，用電設(shè)備的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)0.85以上才算合格。由于LED驅(qū)動(dòng)電路必須完成交/直流轉(zhuǎn)換功能，為實(shí)現(xiàn)對(duì)LED工作電流的有效控制還必須設(shè)置一些電子開(kāi)關(guān)電路和PWM脈寬調(diào)節(jié)器，使LED照明驅(qū)動(dòng)器對(duì)電網(wǎng)的諧波影響非常嚴(yán)重，其諧波分量高達(dá)110%左右，波形系數(shù)K值高達(dá)2以上，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的高次諧波污染。此外，LED光源在照明領(lǐng)域的工程化應(yīng)用時(shí)，在高亮度工作一段時(shí)間后，往往由于光衰嚴(yán)重，一年最多二年以后，其實(shí)際發(fā)光量大幅度下降，其照度損失將超過(guò)30%，被迫提前結(jié)束其使用壽命，其實(shí)際使用壽命僅在5000小時(shí)左右，LED光源盡管理論上使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，但由于對(duì)LED芯片的使用不當(dāng)，其實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期值。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)高次諧波影響小的LED照明驅(qū)動(dòng)器，其可以大幅度提高光源使用時(shí)的綜合效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是有效提高LED光源的使用壽命。
本發(fā)明解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其包括[0006]整流模塊，其輸入端接入市電電網(wǎng)，對(duì)輸入電流進(jìn)行整流與濾波；
有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊，其輸入端與整流模塊輸出端相連，可以抑制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波，并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；
直流電壓輸出模塊，其輸入端與有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊的輸出端相連，為L(zhǎng)ED燈串提供工作電壓；
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述整流模塊輸入端連接有電磁濾波模塊，其輸入端接入市電電網(wǎng)，可以對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制與吸收，從而不影響電網(wǎng)質(zhì)量。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊包括儲(chǔ)能電感，所述儲(chǔ)能電感輸入端連接整流模塊的輸出端，所述儲(chǔ)能電感輸出端連接直流電壓輸出模塊的輸入端，所述儲(chǔ)能電感輸出端還連接有功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)還連接有邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元，所述邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)輸入電壓采樣單元連接到整流模塊的輸出端，所述 功率開(kāi)關(guān)與輸入電壓采樣單元輸出端之間設(shè)有電流反饋單元，所述儲(chǔ)能電感與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元之間通過(guò)高頻電流過(guò)零檢測(cè)單元相連。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述直流電壓輸出模塊與輸入電壓采樣單元之間通過(guò)電壓限制保護(hù)單元相連，所述電壓限制保護(hù)單元還與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元相連。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述整流單元連接有邏輯控制電路低壓電電源模塊，其用于向各邏輯控制電路供電。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)器還設(shè)有MCU模塊，所述MCU模塊連接有溫度檢測(cè)單元和功率驅(qū)動(dòng)單元，所述溫度檢測(cè)單元可以對(duì)負(fù)載LED燈串的溫度進(jìn)行檢測(cè)，所述MCU模塊對(duì)檢測(cè)到的負(fù)載LED燈串溫度進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn),所述功率驅(qū)動(dòng)單元包括連接負(fù)載LED燈串的儲(chǔ)能電感，所述儲(chǔ)能電感連接有功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)連接有電流采樣單元，所述電流采樣單元通過(guò)降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元連接MCU模塊，所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元還與功率開(kāi)關(guān)相連。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU模塊上還可以連接照度檢測(cè)單元或亮度調(diào)節(jié)單元，其可以對(duì)負(fù)載LED燈串的發(fā)光強(qiáng)度和周?chē)h(huán)境亮度進(jìn)行檢測(cè)，所述MCU模塊對(duì)檢測(cè)到的環(huán)境亮度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器在整流單元之后設(shè)有源功率因數(shù)校正電路，無(wú)須隔離變壓器，直接輸出直流電壓，減少了能量傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，能量利用率高，由于功率因數(shù)校正電路處于準(zhǔn)諧振工作狀態(tài)，降低了高頻轉(zhuǎn)換的能量損耗，提高能量使用效率，同時(shí)降低了電流電壓的諧波分量，從而提高了整個(gè)驅(qū)動(dòng)的功率因數(shù)，并有效抑制了諧波；同時(shí)其工作電流處于連續(xù)狀態(tài)，有效降低了諧波分量，并且使電流與輸入電壓的相位相同，將整個(gè)電路的功率因數(shù)提高到0. 99以上，減少了諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。
此外，在驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置有溫度檢測(cè)單元，將LED芯片的工作溫度作為驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化控制參數(shù)，從根本上確保LED芯片在使用過(guò)程中不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高或熱擊穿而導(dǎo)致光衰，縮短LED芯片的使用壽命，充分挖掘LED光源長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，將LED芯片的工程化使用壽命從目前的5000小時(shí)提高到50000小時(shí)以上。[0018]本發(fā)明在LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)照度、亮度、工作電流、PWM脈寬調(diào)制的優(yōu)化控制模型，進(jìn)行溫度控制、照明亮度控制等各種控制信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，提供智能化、程式化的LED燈串控制功能，實(shí)現(xiàn)LED燈串發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、控制手段靈活、場(chǎng)景效果可變等人性化、智能化控制功能，并將LED照明驅(qū)動(dòng)器的綜合節(jié)能率提高10%以上，將有效節(jié)約各類(lèi)社會(huì)資源，從而取得良好的社會(huì)效益。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
圖I是本發(fā)明原理框圖；
圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器部分電路原理圖；
圖3是本發(fā)明MCU模塊電路原理圖；圖4是本發(fā)明溫度檢測(cè)部分電路原理圖；
圖5是本發(fā)明照度檢測(cè)部分電路原理圖；
圖6是本發(fā)明功率驅(qū)動(dòng)單元中對(duì)LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)DI、圖2，本發(fā)明的一種市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其包括
電磁濾波模塊，在本發(fā)明中為EMC/EMI，其輸入端連接電網(wǎng)輸入，其可以對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制與吸收，從而不影響電網(wǎng)質(zhì)量；其由諧波抑制電感LI和跨接在其兩端濾波電容Cl、C2組成。由于采用準(zhǔn)諧振有源功率因數(shù)校正方案，驅(qū)動(dòng)器對(duì)電網(wǎng)的諧波影響非常小。因此，采用簡(jiǎn)單的電容濾波和電感諧波抑制即可達(dá)到很好的EMC/EMI電網(wǎng)質(zhì)量控制指標(biāo)。
整流模塊，其輸入端與電磁濾波模塊的輸出端相連，對(duì)輸入電流進(jìn)行整流與濾波，其由組成橋式整流器的整流二極管Dl、D2、D3、D4和濾波電容C3組成。
有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊，其輸入端與整流模塊輸出端相連，可以抑制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波，并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。
在本實(shí)施例中，所述有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊包括儲(chǔ)能電感，所述儲(chǔ)能電感輸入端連接整流模塊的輸出端，其輸出端連接直流電壓輸出模塊的輸入端，所述儲(chǔ)能電感輸出端還連接有功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)還連接有邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元，所述邏輯控制單元通過(guò)輸入電壓采樣單元連接到整流模塊的輸出端，所述功率開(kāi)關(guān)與輸入電壓采樣單元輸出端之間設(shè)有電流反饋單元，所述儲(chǔ)能電感與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元之間通過(guò)高頻電流過(guò)零檢測(cè)單元相連。所述直流電壓輸出模塊與輸入電壓采樣單元之間通過(guò)電壓限制保護(hù)單元相連，所述電壓限制保護(hù)單元還與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元相連。功率因數(shù)校正模塊采用L6562芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中R9、R10輸入電壓采樣，C9為輸入電壓采樣濾波電容，Rll、R12、C10、Tl為電流過(guò)零檢測(cè)，其中Tl兼作儲(chǔ)能電感，R14、C11、C12為補(bǔ)償電路，R15、R16為電流反饋，R17、R18輸出電壓反饋，Q3為功率因數(shù)校正開(kāi)關(guān)管。本功率因數(shù)校正模塊采用帶諧波抑制、有源、準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正電路，旨在改善功率因數(shù)的同時(shí)，使諧波分量盡可能小。通過(guò)在邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元輸出經(jīng)調(diào)制的高頻PWM脈寬調(diào)制信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和截止。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電感進(jìn)行充磁儲(chǔ)能；當(dāng)功率開(kāi)關(guān)截止時(shí)，由于電感的續(xù)流作用產(chǎn)生感生電壓疊加在輸入電壓上，從而有足夠高的電壓給直流電壓輸出單兀的電容充電，即使輸入電壓此時(shí)電壓值很低，輸入電流也是連續(xù)的(不為零)。因此，輸入電流在整個(gè)輸入電壓的正弦周期都可以調(diào)制，可以獲得很高的功率因數(shù)。
此外，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能電感的高頻電流進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，使邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元在高頻電流過(guò)零時(shí)刻開(kāi)始輸出高電平觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使整個(gè)電路的調(diào)制頻率與高頻電流的頻率處于準(zhǔn)諧振工作狀態(tài)。而PWM脈寬調(diào)制的占空比則由邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)輸入電壓采樣值與電流反饋均值比較的結(jié)果進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，當(dāng)電流減小時(shí)，功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)；當(dāng)電流值增大時(shí)，功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間縮短，從而在整個(gè)輸入電壓的正弦周期均可控制輸入電流跟蹤輸入電壓的瞬態(tài)值(波形)，使輸入電流與輸入電壓的相位相同，將功率因數(shù)提高到0. 99以上。
直流電壓輸出模塊，其輸入端與有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊的輸出端相連，為L(zhǎng)ED燈串提供工作電壓。其由反相阻斷二極管D9和濾波電容C13、C14組成。
作為優(yōu)選方式，所述整流單元連接有邏輯控制電路低壓電電源模塊，其用于向各邏輯控制電路供電。另在L6562芯片的工作電源端子處采用D5、D6、Q1、Q2、C18、R4、R5、R6、R7組成一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)調(diào)光信號(hào)接近零時(shí)將控制電源斷開(kāi)，使功率因數(shù)校正電路、LED芯片驅(qū)動(dòng)電路均不加電，使整個(gè)市電LED驅(qū)動(dòng)器的靜態(tài)功耗下降，進(jìn)入節(jié)電模式工作。
參考圖3至圖6，為挖掘LED光源在使用時(shí)的長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)，設(shè)LED芯片工作溫度閉環(huán)控制功能。通過(guò)實(shí)時(shí)采集LED燈串芯片的工作溫度對(duì)LED燈串的工作電流或PWM脈寬調(diào)制特性進(jìn)行控制，自動(dòng)控制LED芯片在工作時(shí)的PN結(jié)溫度，防止LED芯片在工作時(shí)出現(xiàn)發(fā)熱失控甚至熱擊穿LED芯片的PN結(jié)，影響LED芯片的壽命，所述驅(qū)動(dòng)器還設(shè)有MCU模塊，所述MCU模塊連接有溫度檢測(cè)單元和功率驅(qū)動(dòng)單元，所述溫度檢測(cè)單元可以對(duì)負(fù)載LED燈串的溫度進(jìn)行檢測(cè)，采用溫度傳感器在LED芯片的負(fù)極焊點(diǎn)位置采樣芯片的溫度，所述溫度傳感器優(yōu)選為熱敏電阻或熱電耦，所述MCU模塊的采樣端將溫度傳感器檢測(cè)到的LED燈串溫度進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。
作為優(yōu)選，所述溫度閉環(huán)控制可采用下述方法。LED芯片溫度檢測(cè)單元采用小體積的熱敏電阻或熱電耦在LED點(diǎn)陣中間某個(gè)LED芯片的負(fù)極焊點(diǎn)位置附近采樣芯片的溫度。
根據(jù)目前LED芯片的封裝工藝，LED芯片PN結(jié)的發(fā)熱量大約90%是從LED的負(fù)極導(dǎo)出。當(dāng)采用帖片安裝時(shí)，LED芯片與鋁基板接觸非常好，若在LED芯片焊接時(shí)再涂一層導(dǎo)熱良好的硅膠，則可以近似認(rèn)為L(zhǎng)ED芯片負(fù)極焊點(diǎn)的溫度即為L(zhǎng)ED熱沉的溫度。因此，在對(duì)LED芯片熱沉溫度測(cè)量時(shí)，采用熱敏元件帖近LED負(fù)極的焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量來(lái)近似獲得。熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于LED來(lái)說(shuō)，熱阻一般是指從LED芯片PN結(jié)到熱沉上的熱阻。若結(jié)溫為U、熱沉上的溫度為T(mén)c、LED的功耗為PD，則RJc與TJ、Tc及F1D的關(guān)系可表不為
RJC = (TJ-TC) /PD
上式中RJC為L(zhǎng)ED芯片PN結(jié)到熱沉上的熱阻，TJ為L(zhǎng)ED芯片PN結(jié)的溫度，TC為L(zhǎng)ED芯片熱沉上的溫度，PD為加熱功率，PD的單位是W。
在正常使用時(shí)，ro與LED的正向壓降VF、LED的正向電流IF、單位時(shí)間內(nèi)LED芯片通過(guò)電流的占空比Kl (當(dāng)采用連續(xù)恒流工作時(shí)Kl為I)以及LED芯片本身光電轉(zhuǎn)換的效率K2有關(guān)，其關(guān)系式可描述為
PD = K1*K2*VF*IF
在散熱計(jì)算中，當(dāng)選擇了大功率LED后，從數(shù)據(jù)資料中可找到其RJC值；系數(shù)K2為常數(shù)，系數(shù)Kl為L(zhǎng)ED調(diào)光時(shí)的亮度給定信號(hào)(當(dāng)采用調(diào)節(jié)LED電流大小來(lái)調(diào)光時(shí)，系數(shù)Kl為當(dāng)前給定電流相對(duì)于額定工作電流的比值)；當(dāng)確定LED的正向電流IF后，根據(jù)LED的VF可計(jì)算出;若已測(cè)出TC的溫度，則按關(guān)系式可求出LED芯片的PN結(jié)結(jié)溫TJ來(lái)。
本方案中實(shí)際計(jì)算LED芯片PN結(jié)溫度的實(shí)用公式是
TJ = K1*K2*VF*IF*RJC+TC
由于LED芯片的主要功能是用于將電能轉(zhuǎn)化為光能解決照明問(wèn)題，因此，在本發(fā)明中對(duì)LED芯片的PN結(jié)溫度的控制策略主要是作為上限保護(hù)用。即在LED芯片的PN結(jié)溫 度未達(dá)到控制設(shè)定的上限值時(shí)，以亮度給定信號(hào)為準(zhǔn)對(duì)LED芯片的電功率進(jìn)行控制。當(dāng)LED芯片的PN結(jié)溫度達(dá)到或接近上限值時(shí)，則通過(guò)上面的計(jì)算公式對(duì)亮度給定信號(hào)進(jìn)行修正，以修正后的亮度信號(hào)作用于LED芯片以控制施加在LED芯片上的電功率。
在本實(shí)施例中，所述功率驅(qū)動(dòng)單元包括連接負(fù)載LED燈串的儲(chǔ)能電感,所述儲(chǔ)能電感連接有功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)連接有電流采樣單元，所述電流采樣單元通過(guò)降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元連接MCU模塊，所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元還與功率開(kāi)關(guān)相連。所述儲(chǔ)能電感在功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，用于吸收與儲(chǔ)存直流電壓輸出單元加在負(fù)載LED燈串上的過(guò)壓部份能量；當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，由儲(chǔ)能電感向負(fù)載LED燈串續(xù)流供電，以提高LED功率驅(qū)動(dòng)單元的整體驅(qū)動(dòng)效率。所述功率開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)對(duì)LED燈串的供電回路進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。所述電流采樣單元負(fù)責(zé)對(duì)LED燈串的工作電流進(jìn)行閉環(huán)控制，以控制負(fù)載LED燈串的工作電流在恒定值。所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元負(fù)責(zé)接收對(duì)負(fù)載LED芯片優(yōu)化控制后的給定調(diào)光信號(hào)，輸出PWM脈寬調(diào)光控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與截止，以完成對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行恒流PWM脈寬調(diào)光功能。該單元驅(qū)動(dòng)電路選用XTL604芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，使負(fù)載LED燈串工作在恒流源PWM脈寬調(diào)光控制狀態(tài)。以其中一路負(fù)載LED燈串中的功率驅(qū)動(dòng)單元為例，R20用于調(diào)整PWM調(diào)制頻率，7腳的LDl接PWM調(diào)光信號(hào)，5腳用于驅(qū)動(dòng)LED燈串的功率開(kāi)關(guān)Q4。發(fā)光強(qiáng)弱的調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率開(kāi)關(guān)采用MOS管Q4。電流采樣單元由1 22、1 23工20工21組成。使負(fù)載LED芯片的工作電流可控制在上限值附近，既充分挖掘LED芯片的工作潛力，又不會(huì)過(guò)流損壞LED芯片。儲(chǔ)能電感在功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電感用于吸收直流電壓輸出單元的多余電能，在功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，通過(guò)續(xù)流二極管D12向LED燈串續(xù)流供電，以釋放儲(chǔ)存的能量。其中開(kāi)關(guān)控制的方式為PWM(脈沖寬度調(diào)節(jié))開(kāi)關(guān)控制，PWM開(kāi)關(guān)控制的頻率由降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元控制，PWM脈寬調(diào)節(jié)的占空比由MCU綜合各種控制信息后自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU模塊上還可連接照度檢測(cè)單元或亮度給定單元，其可以對(duì)LED燈串的發(fā)光強(qiáng)度和周?chē)h(huán)境亮度進(jìn)行檢測(cè)，所述MCU模塊對(duì)檢測(cè)到的環(huán)境照度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。一方面負(fù)責(zé)對(duì)LED芯片的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，參與控制LED發(fā)光器件的工作電流或PWM占空比，使LED發(fā)光器件工作在高發(fā)光效率區(qū)，提高LED發(fā)光器件的光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面，負(fù)責(zé)對(duì)工作環(huán)境的照度進(jìn)行檢測(cè)，使工作環(huán)境的照度指標(biāo)既符合照明要求達(dá)到一定的照度值，又不致使照度指標(biāo)過(guò)高而白白浪費(fèi)能源。照度檢測(cè)的目的主要是提高LED照明驅(qū)動(dòng)器的綜合效率，通過(guò)實(shí)時(shí)采集工作環(huán)境的實(shí)際照度值，自動(dòng)控制LED芯片的功率消耗與發(fā)光量。
在本實(shí)施例中，所述MCU模塊選用MC9S08QE8微處理器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED芯片的工作溫度、發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)和LED燈串調(diào)光的優(yōu)化控制。LED驅(qū)動(dòng)芯片的PWM調(diào)節(jié)信號(hào)是通過(guò)光電隔離后，連到MCU模塊的PWM調(diào)節(jié)端口，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電弱電的完全隔離，提升驅(qū)動(dòng)器電路的整體可靠性。
溫度檢測(cè)和光強(qiáng)度檢測(cè)由R41、R42、R43組成電橋測(cè)量電路，經(jīng)雙端輸入差動(dòng)放大電路放大后，接到MCU模塊的PTB3/PTB2模擬量采集端口，實(shí)現(xiàn)LED芯片工作溫度和發(fā)光強(qiáng)度的信號(hào)采集。采用上述設(shè)計(jì)，利用儲(chǔ)能電感承受降壓工作時(shí)的電壓差，同時(shí)通過(guò)電感儲(chǔ)能，使在驅(qū)動(dòng)LED時(shí)不損失電能，因此可使能量使用效率提高到95%以上；采用電流采樣反饋電路，可以使輸出恒流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED ;采用PWM調(diào)光控制，可以在保持LED的工作電流恒定 條件下，很好地保持LED發(fā)光的色溫而不受調(diào)光的影響。
此外，所述直流電壓輸出模塊輸出端可以連接多路串并聯(lián)的LED燈串，同樣，每路串并聯(lián)的LED燈串都可以進(jìn)行溫度和照度的檢測(cè)和調(diào)整。
本發(fā)明首創(chuàng)將準(zhǔn)諧振工作方式的有源功率因數(shù)校正電路應(yīng)用到LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED照明驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)的實(shí)質(zhì)性改善。將LED照明驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)從0. 5-0. 57提升到0. 99以上，使LED照明驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入工程化推廣應(yīng)用階段。
本發(fā)明首次將電網(wǎng)諧波質(zhì)量指標(biāo)納入LED照明驅(qū)動(dòng)器的具體設(shè)計(jì)中，將LED照明驅(qū)動(dòng)器的波形系數(shù)由2左右改善到I. 2以下。
本發(fā)明首創(chuàng)將LED芯片的工作溫度作為驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化控制參數(shù)，從根本上確保LED芯片在使用過(guò)程中不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高或熱擊穿而導(dǎo)致光衰，縮短LED芯片的使用壽命，充分挖掘LED光源長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，將LED芯片的工程化使用壽命從目前的5000小時(shí)提高到50000小時(shí)以上。
本發(fā)明首創(chuàng)在LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)照度、亮度、工作電流、PWM脈寬調(diào)制的優(yōu)化控制模型，將LED照明驅(qū)動(dòng)器的綜合節(jié)能率提高10%以上。
此外，本發(fā)明綜合考慮了 LED照明驅(qū)動(dòng)器的工程化應(yīng)用需求，將功率因數(shù)、波形系數(shù)納入LED照明驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出了一種提高LED照明驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)和降低諧波分量的實(shí)用方法，使LED照明驅(qū)動(dòng)器在這兩項(xiàng)指標(biāo)的改進(jìn)方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，為L(zhǎng)ED照明真正進(jìn)入工程化推廣應(yīng)用階段提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。并綜合考慮了 LED光源的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)特性，將LED的工作工況進(jìn)行整體優(yōu)化控制，解決了 LED芯片的發(fā)熱問(wèn)題對(duì)LED芯片使用壽命的影響，使LED光源的使用壽命指標(biāo)真正獲得了質(zhì)的飛躍，使LED照明真正具備了工程化推廣應(yīng)用的價(jià)值。還將LED光源的光學(xué)特性與電學(xué)特性結(jié)合起來(lái)進(jìn)行優(yōu)化控制，使LED芯片工作時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率始終保持在高效區(qū)，使LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的綜合效率提高10%以上。
當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求
所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于包括 整流模塊，其輸入端接入市電電網(wǎng)，對(duì)輸入電流進(jìn)行整流與濾波； 有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊，其輸入端與整流模塊輸出端相連，可以抑制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波，并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償； 直流電壓輸出模塊，其輸入端與有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊的輸出端相連，為負(fù)載LED燈串提供工作電壓； 所述有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊包括儲(chǔ)能電感、高頻電流過(guò)零檢測(cè)單元、邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元、乘法器、輸入電壓采樣單元、功率開(kāi)關(guān)以及電流反饋單元，所述儲(chǔ)能電感輸入端連接整流模塊的輸出端，所述儲(chǔ)能電感輸出端連接直流電壓輸出模塊的輸入端，所述儲(chǔ)能電感輸出端還連接有功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)的輸入端還連接有邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元，所述邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)輸入電壓采樣單元連接到整流模塊的輸出端，所述功率開(kāi)關(guān)輸出端經(jīng)電流反饋單元連接乘法器的一個(gè)輸入端，所述乘法器的另一輸入端連接輸入電壓采樣單元的輸出端，所述乘法器的輸出端連接邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，所述儲(chǔ)能電感的輸出端與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元的輸入端之間通過(guò)高頻電流過(guò)零檢測(cè)單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述整流模塊輸入端連接有電磁濾波模塊，所述電磁濾波模塊輸入端接入市電電網(wǎng)，可以對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制與吸收，從而不影響電網(wǎng)質(zhì)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述直流電壓輸出模塊的輸出端與輸入電壓采樣單元的輸入端之間通過(guò)電壓限制保護(hù)單元相連，所述電壓限制保護(hù)單元的輸出端還與邏輯控制驅(qū)動(dòng)單元的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述整流模塊輸出端連接有邏輯控制電路低壓電電源模塊，所述邏輯控制電路低壓電電源模塊用于向各邏輯控制電路供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)器還設(shè)有MCU模塊，所述MCU模塊連接有溫度檢測(cè)單元和功率驅(qū)動(dòng)單元，所述溫度檢測(cè)單元可以對(duì)負(fù)載LED燈串的溫度進(jìn)行檢測(cè)，所述MCU模塊對(duì)檢測(cè)到的負(fù)載LED燈串溫度進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述MCU模塊上還可以連接照度檢測(cè)單元或亮度調(diào)節(jié)單元，其可以對(duì)負(fù)載LED燈串的發(fā)光強(qiáng)度和周?chē)h(huán)境亮度進(jìn)行檢測(cè)，所述MCU模塊對(duì)檢測(cè)到的環(huán)境亮度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)單元，由功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)負(fù)載LED燈串進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的市電LED照明驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述功率驅(qū)動(dòng)單元包括儲(chǔ)能電感、功率開(kāi)關(guān)、電流采樣單元以及降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元，所述功率驅(qū)動(dòng)單元包含的儲(chǔ)能電感與負(fù)載LED燈串連接,所述功率驅(qū)動(dòng)單元包含的儲(chǔ)能電感與所述功率驅(qū)動(dòng)單元包含的功率開(kāi)關(guān)連接，所述功率驅(qū)動(dòng)單元包含的功率開(kāi)關(guān)與所述電流采樣單元連接，所述電流采樣單元的輸出端與所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元的輸入端連接，所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元的輸入端與MCU模塊的輸出端連接，所述降壓型恒流可調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制單元的輸出端還與所述功率驅(qū)動(dòng)單元包含的功率開(kāi)關(guān)的輸入端連接。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種市電LED照明驅(qū)動(dòng)器。其包括整流模塊，其輸入端接入市電電網(wǎng)，對(duì)輸入電流進(jìn)行整流與濾波；有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊，其輸入端與整流模塊輸出端相連，可以抑制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波，并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；直流電壓輸出模塊，其輸入端與有源準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正模塊的輸出端相連，為負(fù)載LED燈串提供工作電壓。本發(fā)明將準(zhǔn)諧振工作方式的有源功率因數(shù)校正電路應(yīng)用到LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED照明驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)的實(shí)質(zhì)性改善。將LED照明驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)從0.5-0.57提升到0.99以上，將電網(wǎng)諧波質(zhì)量指標(biāo)納入LED照明驅(qū)動(dòng)器的具體設(shè)計(jì)中，將LED照明驅(qū)動(dòng)器的波形系數(shù)由2左右改善到1.2以下。
文檔編號(hào)H02M7/04GKCN101616524 B發(fā)布類(lèi)型授權(quán) 專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N 200910041469
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2009年7月29日
發(fā)明者陳迪泉, 錢(qián)靜, 鐘卓鵬 申請(qǐng)人:廣州復(fù)旦奧特科技股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專(zhuān)利引用 (5),