專利名稱：Led照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐返闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明燈應(yīng)用電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于解決半導(dǎo)體照明燈具中驅(qū)動(dòng)電源對(duì)燈具效率、壽命、成本及體積等方面影響的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐贰?br> 背景技術(shù)：
LED照明燈具由于具有發(fā)光效率高、節(jié)電效果明顯、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、抗震動(dòng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，已日益受到世界各國(guó)的重視，有望在不久的將來(lái)全面取代傳統(tǒng)的各種照明燈具。但目前這種燈具在實(shí)際應(yīng)用中還存在以下一些不足之處1、電源轉(zhuǎn)換效率不高在LED照明燈具內(nèi)必需安裝將交流電變?yōu)橹绷麟姷暮懔黩?qū)動(dòng)電源，但這種電源的轉(zhuǎn)換效率卻普遍不高，目前較好的恒流源效率均低于85% ；2、電源壽命與光源壽命不匹配由于開關(guān)電源中常用的電解電容器等的使用壽命一般都低于10000小時(shí)，雖然LED光源的壽命可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上，但是電源損壞后，燈具即不能照明，因此直流驅(qū)動(dòng)電源也是直接影響LED燈具使用壽命的制約因素之一；3、電源成本很難降低近年來(lái)，隨著LED技術(shù)的推廣應(yīng)用，LED光源的價(jià)格也在大幅度降低，但是由于對(duì)可靠性和壽命要求較高，所以驅(qū)動(dòng)電源的成本很難降下來(lái)，目前在大功率照明燈具中驅(qū)動(dòng)電源的成本已經(jīng)接近LED光源的成本，所以驅(qū)動(dòng)電源的壽命與價(jià)格也已成為制約LED燈具推廣應(yīng)用的一個(gè)主要瓶頸。顯然，如果LED燈具也象白熾燈那樣，只要加入交流市電即可點(diǎn)亮照明，無(wú)疑將可以大大降低LED燈具的成本，并大大延長(zhǎng)LED燈具的壽命，還可顯著提高LED燈具的工作效率，節(jié)約更多的電能。4、體積大由于開關(guān)電源中含有變壓器、AC/AC電源變換器等大的元器件，且電路復(fù)雜，導(dǎo)致開關(guān)電路的體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、成本低、工作效率高、使用壽命長(zhǎng)、體積小的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐?。本發(fā)明的技術(shù)解決方案源于以下的理論依據(jù)由于LED有導(dǎo)通閾值電壓的存在， 其負(fù)載特性并不是純阻性負(fù)載，因此在交流輸入時(shí)，其功率因數(shù)較低，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)就需要提高其功率因數(shù)，為此本發(fā)明特在交流直接驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加了功率因數(shù)校正電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路，使之適用于交流輸入電壓比較穩(wěn)定的場(chǎng)合應(yīng)用。根據(jù)上述方案而提供的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐酚蒃MI電路、整流電路、功率因數(shù)校正電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路組成，其中，EMI電路的輸出端與整流電路的輸入端聯(lián)接，功率因數(shù)校正電路具有兩個(gè)功率因數(shù)控制電路，其輸入端與整流電路的輸出端聯(lián)接，兩個(gè)功率因數(shù)控制電路的輸出控制端分別接到LED照明燈串的1/3串列位置處和2/3串列位置處；恒流電路串接在LED照明燈串與整流電路之間。實(shí)際工作中，整流電路將經(jīng)EMI電路輸入的交流電整流為IOOHz饅頭波，加在LED照明燈串和恒流電路兩端，恒流電路作用是當(dāng)輸入電壓超過額定值時(shí)，確保流過LED照明燈的電流保持恒定；功率因數(shù)校正電路通過控制LED的導(dǎo)通角和關(guān)斷角來(lái)控制LED的電流波形，使之跟隨電壓相位的變化而變化，其工作原理是當(dāng)輸入交流電壓在零到1/3峰值電壓區(qū)間時(shí)，僅導(dǎo)通1/3的串聯(lián)LED照明燈；當(dāng)輸入交流電壓在1/3到2/3峰值電壓區(qū)間時(shí)， 僅導(dǎo)通2/3的串聯(lián)LED照明燈；當(dāng)輸入交流電壓高于2/3峰值電壓時(shí)，導(dǎo)通所有的LED照明燈，如此即可通過改變串聯(lián)LED照明燈的數(shù)量達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。該功率因數(shù)校正電路的等效電路如附圖3所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)目前半導(dǎo)體照明控制電源的技術(shù)瓶頸問題，提出了優(yōu)化可行的驅(qū)動(dòng)控制解決方案并設(shè)計(jì)了恒流驅(qū)動(dòng)控制器拓?fù)潆娐罚〉昧思夹g(shù)突破一對(duì) IOOHz饅頭波進(jìn)行電壓自適應(yīng)控制。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，采用該拓?fù)潆娐肥购懔骺刂破鞯碾娫崔D(zhuǎn)換效率大于95 %，功率因數(shù)大于0. 95，控制系統(tǒng)成本降低80 %，使得電源壽命與LED光源的壽命相匹配，實(shí)現(xiàn)了 LED照明燈的長(zhǎng)壽命使用。


圖1 本發(fā)明的工作結(jié)構(gòu)原理的示意圖。圖2 本發(fā)功率因數(shù)校正電路的等效電路圖。圖3 本發(fā)明中恒流驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 本發(fā)明中EMI電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。參見附圖，本發(fā)明所述的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐酚蒃MI電路1、整流電路2、功率因數(shù)校正電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路4。功率因數(shù)校正電路的一個(gè)典型電路如圖1所示，它包含了兩個(gè)同由偏置電阻和三極管構(gòu)成的功率因數(shù)控制電路31和32 (圖1中左邊一個(gè)功率因數(shù)控制電路31由偏置電阻 R6、R7和三極管Kl構(gòu)成，右邊一個(gè)功率因數(shù)控制電路32由偏置電阻R9、RlO和三極管K2 構(gòu)成)，它們的輸出端分別接到LED照明燈串的1/3串列位置處和2/3串列位置處。實(shí)際工作中，當(dāng)輸入交流電壓在零到1/3峰值電壓區(qū)間時(shí)，僅導(dǎo)通1/3的串聯(lián)LED照明燈；當(dāng)輸入交流電壓在1/3到2/3峰值電壓區(qū)間時(shí)，僅導(dǎo)通2/3的串聯(lián)LED照明燈；當(dāng)輸入交流電壓高于2/3峰值電壓時(shí)，導(dǎo)通所有的LED照明燈，從而達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。該功率因數(shù)校正電路的等效電路如圖2所示。串接在LED照明燈串與整流橋電路1之間的恒流電路4的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括一個(gè)由偏置采樣電阻R1、R2和三極管K3構(gòu)成的開關(guān)電路41，在開關(guān)電路41輸出端接入有一個(gè)由MOS管V2、二極管Vl和電阻R5組成的恒流源42。當(dāng)輸入電壓超過額定值時(shí)，恒流電路4可確保流過LED的電流有效值不變。圖3電路結(jié)構(gòu)中恒流源42和開關(guān)電路41的工作過程如下所述。(1) ·計(jì)算電流1 = Vref/R5，二極管 Vl 的 Vref = 2. 5V。(2). V2選取的是高耐壓MOS集成三極管，Vf彡600V,電流彡3倍輸入電流。
(3).電子開關(guān)電路41的工作原理隨著輸入電壓上升，Kl的漏極和V2的柵極電壓開始上升，分壓值由電阻值決定

工作中要求先讓V2導(dǎo)通，再讓Kl通，通過Kl導(dǎo)通關(guān)斷V2。隨著輸入電壓上升，R4取值較大，V2首先導(dǎo)通，使恒流源42工作。設(shè)定R1、R2的值，在0 < Vin < l/3Vpp時(shí)，區(qū)間內(nèi)Kl斷，即VKlbe的分壓小于閾值電壓(0. 7V)，如果是MOS 管，Vre的分壓小于閾值電壓(2. IV)。當(dāng)Vin = l/3Vpp時(shí)，R2上的分壓等于Viabe，則Kl導(dǎo)通，將V2的柵極電壓拉低，V2關(guān)斷。電子開關(guān)電路中R2的取值較小，這樣在Vin = 2/3Vpp 時(shí)，Kl才能導(dǎo)通。圖4為一個(gè)典型的EMI電路，使用電磁干擾(EMI)濾波器來(lái)抑制恒流控制器產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲，通過地線的干擾電流在電源網(wǎng)上產(chǎn)生同相位的共模干擾電壓以及提供最合適的衰減。
權(quán)利要求
1.一種LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐?，其特征在于由EMI電路(1)、整流電路(2)、功率因數(shù)校正電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路(4)組成，EMI電路⑴的輸出端與整流電路⑵的輸入端聯(lián)接，功率因數(shù)校正電路具有兩個(gè)功率因數(shù)控制電路(31、32)，其輸入端與整流電路(2)的輸出端聯(lián)接，兩個(gè)功率因數(shù)控制電路(31、32)的輸出控制端分別接到LED照明燈串的1/3串列位置處和2/3串列位置處；恒流電路⑷串接在LED照明燈串與整流電路(2)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐罚涮卣髟谟诠β室驍?shù)校正電路包含兩個(gè)同由偏置采樣電阻和三極管構(gòu)成的功率因數(shù)控制電路(31、32)，它們的輸出端分別接到LED照明燈串的1/3串列位置處和2/3串列位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐罚涮卣髟谟诤懔麟娐?4)包括一個(gè)由偏置電阻(R1、R2)和三極管(K3)構(gòu)成的開關(guān)電路(41)， 在開關(guān)電路(41)輸出端接入有一個(gè)由MOS管V2、二極管Vl和電阻R5組成的恒流源(42)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于解決半導(dǎo)體照明燈具中驅(qū)動(dòng)電源對(duì)燈具效率、壽命等方面影響的LED照明燈用交流電源直接供電的恒流控制器拓?fù)潆娐?，由EMI電路、整流電路、功率因數(shù)校正電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路組成，EMI電路的輸出端與整流電路的輸入端聯(lián)接，功率因數(shù)校正電路具有兩個(gè)功率因數(shù)控制電路，其輸入端與整流電路的輸出端聯(lián)接，兩個(gè)功率因數(shù)控制電路的輸出控制端分別接到LED照明燈串的1/3串列位置處和2/3串列位置處；恒流電路串接在LED照明燈串與整流電路之間。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，采用該拓?fù)潆娐肥购懔骺刂破鞯碾娫崔D(zhuǎn)換效率大于95％，功率因數(shù)大于0.95，控制系統(tǒng)成本降低80％，使得電源壽命與LED光源的壽命相匹配，實(shí)現(xiàn)了LED照明燈的長(zhǎng)壽命使用。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102202441SQ20101013069
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者何武, 張喆, 白占軍 申請(qǐng)人:陜西西電科大華成電子股份有限公司