CN101711066A - Led交流直接供电电路及供电方法 - Google Patents

Led交流直接供电电路及供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED交流直接供电电路及供电方法，将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，加在LED灯串和限流电路串联而成的电路两端；LED灯串均分为n+1段；采用分压电路将全波的电压峰值均分为n+1份，电子开关的基极或栅极连接分压电路的输出端，电子开关的集电极或漏极连接各段灯串，电子开关的发射极或源极连接灯串与限流电路的交点。通过控制电子开关的导通和关断，来控制每段LED亮灭。本发明使用寿命远高于常规的LED驱动电源，电源转换效率达到97％，功率因数高达0.95，体积和重量远小于常规LED驱动电源。

Description

LED交流直接供电电路及供电方法
技术领域
本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种LED光源的供电电路及其供电方法。
背景技术
发光二极管(LED)固体光源具有发光效率高、环保、长寿命等优点，被誉为第五代照明光源。目前LED的发光效率已经可以达到186lm/W。
由于LED具有只能正向导通的特点，因此现有的LED灯都需要由AC/DC电源变换器将交流电转换成直流电进行供电，这就需要用到电容等储能元件，而电容的寿命是有限的。另外，由于需要采用电容、变压器等大体积元件，LED灯所需电源的体积也不易缩小，且电源的功率因数和电源转换效率也较低。
发明内容
为了克服现有技术电源寿命有限、电源功率因数低、电源转换效率低、体积大的不足，本发明提供一种LED交流直接供电电路，能够达到延长电源使用寿命，提高电源效率，缩小电源体积等效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括整流桥、限流电路、电子开关电路和LED灯串。整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，加在LED灯串和限流电路串联而成的电路两端；限流电路的最大工作电流小于等于LED的最大工作电流，使流过LED的电流不超出LED所能承受的极限电流；电子开关Ki(i＝1，…n，n≥1)采用双极型三极管或场效应管；LED灯串均分为n+1段；采用分压电路将全波的电压峰值Umax均分为n+1份，电子开关Ki的基极或栅极连接分压电路的输出端电子开关Ki的集电极或漏极连接第Ki段LED灯串和第Ki+1段LED灯串的交点，电子开关Ki的发射极或源极连接LED灯串与限流电路的交点，K1、K2…Kn组成导通和关断电路。通过控制电子开关的导通和关断，来控制每段LED亮灭；随着电压U的升高，电子开关Ki依次导通和关断，直到电压峰值Umax；当电压处于
Figure G2009102544729D00012
至
Figure G2009102544729D00013
之间时，电子开关Ki导通，其他电子开关关断；当电压达到
Figure G2009102544729D00014
至Umax之间时，所有电子开关全部关断。然后随着电压U的降低，电子开关Ki依次导通，直到电压为0；当电压处于
Figure G2009102544729D00021
至Umax之间时，所有电子开关全部关断，当电压处于
Figure G2009102544729D00022
至
Figure G2009102544729D00023
之间时，电子开关Ki导通。这样使得电压变化时，每段电压都能得到充分的利用，同时又使每颗LED两端的电压始终不超出其限值，从而达到提高电源利用效率和功率因数的目的。
所述的分压电路由2i个电阻构成，每两个电阻Ri1和Ri2串联为一组，n组串联电阻并联后通过限流电路连接整流桥输出的全波；第i组的两个电阻Ri1和Ri2的阻值比为
Figure G2009102544729D00024
电子开关Ki的基极或栅极连接电阻Ri1和Ri2的交点。本发明还提供一种LED交流直接供电方法，包括以下步骤：
一.将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，全波的峰值电压为Umax。
二.将LED灯串依次均分为n+1段(n≥2)。
三.随着全波电压U的升高，当电压处于
Figure G2009102544729D00025
至
Figure G2009102544729D00026
(i＝1，2…n)之间时，给前i段LED灯串两端施加电压U。
四.当电压达到
Figure G2009102544729D00027
至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U。
五.随着全波电压U的降低，当电压处于
Figure G2009102544729D00028
至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U。
六.当电压处于
Figure G2009102544729D00029
至之间时，给前i段LED灯串两端施加电压U。
七.判断全波波形是否结束，结束则终止供电，未结束则返回步骤三。
本发明的有益效果是：
1、由于本发明所述电路全部由半导体器件和电阻构成，没有任何种类的电容，因此其使用寿命与LED寿命相匹配，能够达到5万小时以上，远高于常规的LED驱动电源。
2、本发明的电源转换效率达到97％，高于现有LED驱动器85％左右的电源转换效率；其功率因数高达0.95，优于0.9±0.05的国标草案要求。
3、由于本发明所述电路不需用变压器、电感、电解电容等体积和重量较大的器件，因此本发明的体积和重量远小于常规LED驱动电源，同功率的交流直接供电电路体积仅为常规电路的1/10左右。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明电路原理框图，图中H为限流电路。
图2是本发明实施例1的电路框图。
具体实施方式
装置实施例：参照图2，将整条LED灯串分为三段，输入的50Hz正弦波交流电经整流桥整流后的电压波形为100Hz的全波，加在LED灯串和限流电路串联而成的电路两端，限流电路的最大工作电流小于等于LED的最大工作电流。分压电路与LED灯串并联，分别设电压检测点为输入额定电压的1/3处和2/3处，即所述的分压电路由4个电阻构成，电阻R1和R2串联为一组，电阻R1和R2的阻值比为1∶3；电阻R3和R4串联为一组，电阻R3和R4的阻值比为2∶3；两组串联电阻并联后构成分压电路。三极管K1的基极连接电阻R1和R2的交点；三极管K2的基极连接电阻R3和R4的交点。三极管K1和K2的集电极分别连接LED灯串的1/3处和2/3处，三极管K1和K2的发射极连接限流电路。当输入电压在0～1/3输入额定电压范围之间上升时，K1导通，仅接入的1/3LED灯串导通工作；当输入电压上升到1/3～2/3输入额定电压范围之间时，K1关断，K2导通，此时接入2/3的LED导通工作；当输入电压高于2/3输入额定电压后，K2关断，所有LED导通工作；当输入电压下降至2/3～1/3额定输入电压时，K2导通，剩余2/3的LED导通工作；当输入电压低于1/3输入额定电压范围时，K1导通，仅有1/3的LED导通工作。以此类推，可以增减段数。
所述的三极管可以采用场效应管代替。
方法实施例，包括以下步骤：
一.将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，全波的峰值电压为Umax。
二.将LED灯串依次均分为3段。
三.随着全波电压U的升高，当电压处于0至
Figure G2009102544729D00031
之间时，给第一段LED灯串两端施加电压U；当电压处于
Figure G2009102544729D00041
至
Figure G2009102544729D00042
之间时，给串联的第一段和第二段LED灯串两端施加电压U。
四.当电压达到
Figure G2009102544729D00043
至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U。
五.随着全波电压U的降低，当电压处于
Figure G2009102544729D00044
至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U。
六.当电压处于
Figure G2009102544729D00045
至
Figure G2009102544729D00046
之间时，给串联的第一段和第二段LED灯串两端施加电压U；当电压处于0至
Figure G2009102544729D00047
之间时，给第一段LED灯串两端施加电压U。
七.判断全波波形是否结束，结束则终止供电，未结束则返回步骤三。
由上可见，使用本实施例的供电电路，随着电压的升高，LED分段点亮，由于频率在100Hz以上，人眼感觉不到闪烁，这样电路就可以以分段微分的方式充分利用交流电，经测试，功率因数可达95％以上。

Claims (3)

1.LED交流直接供电电路，包括整流桥、限流电路、电子开关电路和LED灯串，其特征在于：整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，加在LED灯串和限流电路串联而成的电路两端；限流电路的最大工作电流小于等于LED的最大工作电流；电子开关Ki采用双极型三极管或场效应管，i＝1，…n，n≥1；LED灯串均分为n+1段；采用分压电路将全波的电压峰值Umax均分为n+1份，电子开关Ki的基极或栅极连接分压电路的输出端
Figure F2009102544729C00011
Umax，电子开关Ki的集电极或漏极连接第Ki段LED灯串和第Ki+1段LED灯串的交点，电子开关Ki的发射极或源极连接LED灯串与限流电路的交点。
2.根据权利要求1所述的LED交流直接供电电路，其特征在于：所述的分压电路由2i个电阻构成，每两个电阻Ri1和Ri2串联为一组，n组串联电阻并联后通过限流电路连接整流桥输出的全波；第i组的两个电阻Ri1和Ri2的阻值比为
Figure F2009102544729C00012
电子开关Ki的基极或栅极连接电阻Ri1和Ri2的交点。
3.一种利用权利要求1所述装置的LED交流直接供电方法，其特征在于包括下述步骤：
一.将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，全波的峰值电压为Umax；
二.将LED灯串依次均分为n+1段，n≥2；
三.随着全波电压U的升高，当电压处于Umax至
Figure F2009102544729C00014
Umax之间时，给前i段LED灯串两端施加电压U，i＝1，2…n；
四.当电压达到
Figure F2009102544729C00015
Umax至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U；
五.随着全波电压U的降低，当电压处于
Figure F2009102544729C00016
Umax至Umax之间时，给整个LED灯串两端施加电压U；
六.当电压处于至
Figure F2009102544729C00018
之间时，给前i段LED灯串两端施加电压U；
七.判断全波波形是否结束，结束则终止供电，未结束则返回步骤三。
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