CN101989817A

CN101989817A - 三相led电源

Info

Publication number: CN101989817A
Application number: CN2009101622186A
Authority: CN
Inventors: 王健; 赵宏
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Karent Lighting Solutions Co ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: US20110234106A1; US8593070B2; CN101989817B; WO2011014450A1

Abstract

三相整流器整流所接收的三相交流电以生成纹波直流电压。配电总线将包括纹波直流电压或从其获得的交流电压的分配功率传输到远离三相整流器的LED灯的位置。设置有LED灯的附加电路使用分配功率驱动LED灯。

Description

三相LED电源

技术领域

以下涉及照明领域、发光领域、电功率领域、以及相关领域。

背景技术

发光二极管(LED)灯被用于多种户外发光和照明系统中，诸如红绿灯、高架(例如柱上)灯、宣传和其他商业照明标识等。这些发光或照明系统有时在商业或工业应用环境中，诸如商业标识、用于零售中心、商业街、超市等的停车场照明等。

在商业和工业设置中，可用电能通常为三相交流电，诸如通常在美国的商业或工业设置中为120/208V或277/480V三相功率，在中国为220/380V三相功率等。三相功率通常为高电压(例如，超过每相100伏特)。为了高操作效率，用电负载应该在三相之间平衡。

另一方面，LED灯通常由直流电驱动，这是由于二极管具有极性并且不在“负”偏压下操作。发光二极管还通常在相对低电压处(穿过p/n结的几伏特)和在相对高电流(流过每个二极管的几百毫安培至几安培等级的电流)处操作。从而，LED灯一般不能与三相交流电很好地匹配。

在使用三相交流电驱动LED灯的已知方法中，灯由Y连接三相交流电源的一相(即，在相和地之间)驱动，或穿过Y-或△连接交流电源的两相驱动。为了平衡负载，多个这样的LED灯以平衡方式分配于电源的多个相之间。通常使用昂贵的电解电容器作为滤波器将正弦交流相到地或相到相电压转换成直流。而且，为了有效功率使用，功率因数(PF)校正电路被用于确保LED灯在接近于一的PF处被驱动。

这些方法采用复杂和昂贵的电路。另外，这些是用于抽拉掉三相交流分配总线的非标准方法。结果，LED灯的电连接通常要求在三相交流配电板处执行基本的电工工作，诸如安装一个或多个专用相到地或相到相功率触头。在分配面板处进行大量的电工工作是不希望的并且可能引入实际上的安全事故。

另一种考虑是功率转换系统的位置。在商业或工业设置中，LED灯有时被安装在远离或难以访问的位置。实例包括柱上灯、安装在抬高的宣传或建筑物墙上的照明管道字母标识等。典型地，地下管道在地平面处提供交流电。在一种方法中，功率转换电路被安装成接近于抬高的灯。该方法不利地影响维护。如果功率电路故障或者需要维修，通常需要三个人的工作队(一个电工、一个起重机操作员、以及一个第三“安全观察员”)来执行在抬高的灯的位置的维护。在另一种方法种，功率转换电路位于地平面。然而，该方法具有要求低电压的缺点，高电流直流电能将从地平面传导至灯的抬高位置，这增加了“I²R”阻抗功率损失。另外，这种方法可能必须在地平面处增加专用防风雨外壳，以覆盖用于LED灯的专用功率转换电路。

发明内容

在此处作为示例性实例披露的一些实施例中，一种装置包括：三相整流器，被配置成整流所接收的三相交流电以生成纹波直流电压；以及直流至直流转换器，被配置成将纹波直流电压转换为稳压直流电。

在此处作为示例性实例披露的一些实施例中，一种方法包括：在第一位置，执行所接收三相交流电的三相整流以生成纹波直流电压；以及，在第二位置，执行直流至直流转换以从波形直流电压生成稳压直流电。

在作为示例性实例披露的一些实施例中，一种装置包括：三相整流器，被配置成整流所接收的三相交流电以生成纹波直流电压；配电总线，被配置成将包括纹波直流电压或从其获得的交流电压的分配功率传送至远离三相整流器的LED灯的位置；以及附加电路，设置有LED灯并且被配置成使用分配功率驱动LED灯。

附图说明

本发明采用多种组件和组件的布置、以及多种处理操作和处理操作的布置。附图仅用于示出优选实施例并且不构成对本发明的限制。

图1用图表示出包括LED灯的装置和用于转换三相交流电以驱动LED灯的电源装置。

图2用图表示出电源装置，在附加详情中，包括适当电路的示例性实例。

图3用图表示出图1的电源装置的示例性定量实例。

图4图示出通过图1和图2的电源装置的三相全波整流器输出的纹波直流电压。

图5用图表示出图1和图2的电源装置的三相全波整流器的实施例，其中，三相全波整流器被设置在被配置成用于装配在三相配电面板中的接线盒之中或之上。

图6用图表示出包括柱上LED灯的装置和用于驱动柱上LED灯的电源固定结构。

附图说明

参考图1至图5，装置包括三相全波整流器10，其在图1所示的实施例中被设置在三相配电面板12中。三相全波整流器10接收包括相V_P1、V_P2、V_P3的三相交流电并且输出纹波直流电压V_RDC。相V_P1、V_P2、V_P3可以例如为Y字形(“Y”)连接三相功率配置或三角形(“△”)连接三相功率配置的相到中性或相到相交流电压。如图5所示，三相V_P1、V_P2、V_P3经由被配置用于安装在三相交流配电板12中的接线盒14中的对应三相T_P1、T_P2、T_P3输入，同时纹波直流电压V_RDC穿过端子T_o ⁺、T_o ^-被输出。所示的接线盒14还包括具有与直接输送至输出端子T_NO的三相交流电的电中性或地连接的输入端子T_N的可选中性路径。如果需要按照电安全考虑，这提供了在输出处的电中性或地。接线盒14有利地可以被配置为传统上用于三相交流配电板12的传统接线盒，使得不需要特殊配线或其他配置来安装三相全波整流器10。继续参考图5(并且还在图2中示出)，三相全波整流器10由三组功率二极管对适当地具体化。一个功率二极管对提供相V_P1和第一或正端子T_o ⁺之间的第一极性连接和在相V_P1和第二或负端子T_o ^-之间的第二(相反)极性连接。一个功率二极管对提供在相V_P2和正端子T_o ⁺之间的第一极性连接和在相V_P2和负端子T_o ^-之间的相反极性连接。一个功率二极管对提供在相V_P3和正端子T_o ⁺之间的第一极性连接以及在相V_P3和负端子T_o ^-之间的相反极性连接。图4示出了所得到的穿过端子T_o ⁺、T_o ^-的纹波直流电压V_RDC。每个功率二极管对执行所连接相的全波整流。三相全波整流相电压由图4中的虚线示出，三全波整流相电压加在端子T_o ⁺、T_o ^-上，限定跨过端子T_o ⁺、T_o ^-的纹波直流电压V_RDC。纹波直流电压V_RDC通常具有平均直流值的约10％的纹波，虽然精确的纹波取决于诸如相的谐波畸变等的多种因素。纹波直流电压V_RDC是高电压信号。例如，图3提供了用于480伏特的输入三相交流电的示意性定量值，“Y”连接在60Hz处，诸如在美国通常为一些商业和和工业三相交流电。用于该输入的三相全波整流器10的输出(忽略谐波畸变等)为约648伏特的纹波直流电压，通常为几十伏特的电压的纹波。

继续参考图1至图5，在一些实施例中，纹波直流电压V_RDC经由配电总线16(用图表虚拟地示出)被适当地分配以给LED灯供电。在图1中，用示意性示出的一些组件示出由纹波直流电压V_RDC驱动的示意性LED灯固定结构20，同时用图表虚拟地示出附加LED灯固定结构22。固定结构20包括适于将纹波直流电压V_RDC转换为适于操作LED灯30的稳压低电压直流电，其在图1所示的实施例中为所示标识的一部分，其在该所示的实例中为具有由LED 34照明的拉丁字母的字母“E”的形状的管道字母32。例如在2002年12月5日公开的国际公开出版物WO 02/097770A2中描述了由LED照明的管道字母标识的一些示意性实例。

通常，在此所使用的术语“LED灯”和类似措辞用于包括采用用于发光目的(诸如普通照明、建筑重点照明、照明标识等)的一个或多个发光二极管的任何光源。在此所使用的术语“发光二极管”或“LED”或类似措辞表示响应于每个LED装置的相对低电压(例如，几伏)和相对高电流的输入的直流电产生照明的压缩固态发光装置。在此使用的术语“发光二极管”或“LED”包括基于半导体的LED(可选地包括完整磷光体)、有机LED(有时在领域中由取首字母的OLED表示)、半导体激光器二极管等。在此所使用的术语“发光二极管”或“LED”不包括结合抽空容量或流体(即，气体或液体)组件或每个装置在高电压(例如，在白炽或荧光装置的情况下，每个装置为几十或几百伏特)操作的装置，诸如白炽灯泡、荧光灯管或压缩荧光灯(CFL)装置、卤素灯泡等。

继续参考图1至图3，所示的LED灯固定结构20包括将纹波直流电压V_RDC转换为交流电压V_HAC的直流至交流转换器40。在图2的示意性实例中，直流至交流转换器40被具体化为合适的振荡器等(未示出)驱动的控制晶体管切换的功率二极管限定的半桥转换。在一些实施例中，半桥转换器的切换频率约20-50kHz，但是还可以想到更高或更低的切换频率。所示的半桥转换器将纹波直流电压V_RDC切换成在该示意性实施例中限定交流电压V_HAC的方波电压。可选的高频降压变压器42将交流电压V_HAC转换为在更低电压处的交流电压V_LAC。在图3的示意性定量实例中，直流至交流转换器40为将648V(RMS)纹波直流电压V_RDC斩波为具有678V振幅并且具有在20-50kHz范围内的频率的方波电压形式的交流电压V_HAC(双极，即，在方波电压在正极和负极之间切换时，在+678V和-678V之间进行切换)。然后，在图3的定量实例中，该方波电压通过可选的高频降压变压器42被减小至在36V的更低电压处的交流电压V_LAC。

继续参考图1至图3，所示的LED灯固定结构20进一步包括由直流至交流转换器40输出的交流电压V_HAC驱动的或由可选的高频降压变压器42输出的更低电压交流电压V_LAC驱动的稳压电源44。在图2的示意性实例中，稳压电源44为切换模式电源；然而，还可以想到诸如线性调节器布局的其他稳压电源布局。稳压电源44输出适于驱动LED灯30的稳压直流电V_R。图2中所示的示意性切换模式电源包括四二极管组合限定的全波整流器，其中，四二极管组合生成由通过反应滤波组件平滑的全波整流电压并且驱动基于操作放大器(op-amp)或磁滞的电流调节切换电路。由图2的切换模式电源输出的稳压直流电V_R关于电流被调节-换句话说，功率调节是确保输出功率处于所选恒定电流等级(在功率调节设计的容限内)。用于稳压直流电V_R的所选恒定电流等级被选择以提供适当的电流，以操作LED灯30。可选地，还可以想到采用输出稳定电压的稳压电源，在这种情况下，调节确保了输出电压处于所选恒定电压等级(再次，在功率调节设计的容限内)。

图2的详细电路被提供为示意性实例。应该明白，诸如直流至交流转换器40和稳压电源44的多种组件可以以多种方式实现，诸如使用多种切换模式或用于稳压电源44的线性功率调节布局、用于直流至交流转换器的多种斩波电路等。交流电压V_HAC可以具有除了由示意性直流至交流转换器40生成的示意性双极方波之外的波形，诸如正弦波形式或三角波形式。还可以想到包括滤波组件以减小纹波直流电压V_RDC的波形。

电路还可以以不同方式示出。如图2中所示，稳压电源44的直流至交流转换器40、高频降压变压器42、以及稳压电源44的整流器桥组件46可以共同被认为是直流至直流转换器48。所示的直流至直流转换器48采用在示意性实施例中被具体化为半桥转换器的直流至交流转换器40。然而，还可以想到其他直流至直流转换器布局，诸如前向直流至直流转换器布局、回扫直流至直流转换器布局等。在前向和回扫布局中，不存在直流至交流转换器组件。不管选择的直流至直流转换器布局怎样，直流至直流转换器48的目的在于从三相全波整流器10获得纹波直流电压V_RDC并且生成更低电压整流直流电压。整流器桥组件46的电下游的稳压电源44的部分提供转换后的直流电压的平滑或其他调节，以生成适于驱动LED灯30的稳压直流电V_R。

然而，在一些优选实施例中，该装置不包括被配置成执行或用于执行交流至直流转换的电解滤波器电容器。该优选的省略降低了制造成本和功率转换装置的重量，并且改善了系统的可靠性。然而，可以想到在功率转换装置的其他地方使用电解电容器。例如，图2中示出的电路的电容器中的一个、一些或所有均可以由电解电容器具体化。

图1的系统的优势在于由LED灯30利用的负载本来是平衡的，由于三相全波整流器10在生成纹波直流电压V_RDC中对称地和相等地在三相V_P1、V_P2、V_P3上进行操作。图1的系统还有利地不采用功率因子(PF)校正电路，但是提供具有基本均一的功率因子的负载。所示的三相整流器10是全波整流器。应该想到代替用于所示三相全波整流器10的三相半波整流器。三相半波整流器还提供本来平衡的负载的优势。

图1的系统的另一优势在于三相交流配电板12可以为传统配置，并且分接三相交流配电板12以给LED灯30供电，必须安装接线盒14，其如图5中所示可以被配置用于在传统三相交流配电板中的安装。图1的布置包括分配纹波直流电压V_RDC的配电总线16。对于一些实例，可以优选地代替分配由直流至交流转换器40输出的高电压交流电V_HAC，由于这便于用于电绝缘或其他目的的转换器动作的使用，同时还提供高电压，使得减小跨过长传输线的“I²R”阻抗功率损失。

参考图6，示出另一示意性实例，其采用高电压交流电V_HAC的传输。图6的应用是诸如通常用于照亮停车场、公路、人行道等的顶部照明。在该应用中，柱100通常由基座102垂直地保持，并且包括上部支架或组件104，上部支架或组件支持或整体包括保持在相对于地平面的抬高位置中由柱100保持的LED灯130。柱100、基座102、以及上部支架或组件104共同限定灯柱组件100、102、104。在提供通常在向下方向上提供照明的配置中，所示的抬高LED灯130被配置为LED 134被装配在底层140上的向下照射的灯。虽然所示的柱100被精确地保持垂直，但是可以想到柱100的倾斜或歪斜，例如以使灯悬于公路或其他照明区域上。可选地，LED灯130可以包括适当配置的反射体、反射隔板等(未示出)，以最优化向下照明图案。例如在2009年1月22日公开的WO2009/012314A1中描述了这种配置的一些实例。所示LED灯130还包括用于散发由LED 134产生的热的散热片142，并且可以选择性地包括诸如用于控制灯130的操作的环境光传感器(未示出)的其他操作组件。

在图6所示的配置中，三相全波整流器10被设置在灯柱组件100、102、104的基座102中。由直流至交流转换器40输出的纹波直流电压V_RDC由电缆150通过空导管或柱100的内部在柱100上传导至直流至直流转换器48(见图2)，其在包括直流至交流转换器40、高频降压变压器42、以及稳压电源44的所示实施例中，它们中的所有均位于支持或整体包括LED灯130的上部支架或组件104的抬高位置处。由于三相全波整流器10设置在处于地平面处的基座102中，由于维修或维护人员可以访问三相全波整流器10而不使用起重机卡车等，因此简化了该组件10的维修或维护。三相全波整流器10通常为最缺少或要求维护的组件，这是由于它在高交流电压处操作。另一方面，在抬高的上部支架104中的直流至直流转换器很少故障，并且在一些实施例中可能可以被替换为单个模块化单元。从而，图6的配置有利地平衡了装置访问性与操作有效性以及功率传输有效性。

而且，参考图1和图5已经注意到，三相全波整流器10可选地被安装在三相交流配电板中，例如，被具体化为图5中所示的接线盒14，而不是在图6中所示的灯基座102中。在这样的配置中，装配在三相交流配电板中的单个接线盒14可以被用于生成纹波直流电压V_RDC，然后其被分配给多个柱上灯的基座以驱动灯。

还可以想到其他种类的组件用于多种应用。例如，在图1的分配系统中，直流至交流转换器40可选地结合或包括图5中所示的接线盒14。在该可选配置中，输出端子T_o ⁺、T_o ^-承载用于配电的高电压交流电V_HAC，其轮流有利地能够进行基于转换器结合到配电总线16的可选结合。在一些这样的实施例中，可以想到采用用于电压降低和用于分接配电总线16的高频降压变压器42。如果图6的实施例以该方式被具体化，然后，高压交流电V_HAC通过电缆150经由柱100被向上传导至包括电固定结构和柱上LED灯130的柱上组件。在这种实施例中，高压交流电V_HAC适于被分配至多个柱上灯以驱动灯。

已经示出和描述了多个优选实施例。明显地，在读取和明白以上详细描述时可以想到其他修改和改变。应该想到，在它们落入所附权利要求及其等价物的范围内时，本发明可以解释为包括在该范围内的所有改变和修改。

Claims

1.一种装置，包括：

三相整流器，被配置成整流所接收到的三相交流电以生成纹波直流电压；以及

直流至直流转换器，被配置成将所述纹波直流电压转换为稳压直流电。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直流至直流转换器包括：

直流至交流转换器，被配置成将所述纹波直流电压转换为第一交流电压；以及

高频降压变压器，被配置成将所述第一交流电压变换为处于低压的第二交流电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述直流至交流转换器包括：

半桥转换器，被配置成将所述纹波直流电压斩波成方波电压。

4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

LED灯，由所述稳压直流电电驱动。

5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

接线盒，被配置成用于安装在三相交流配电板中，所述接线盒至少包括用于接收所接收到的三相交流电的三相的端子

和用于输出所述纹波直流电压的端子，所述三相整流器被设置在所述接线盒之上或之中。

6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：

固定结构，与LED灯集成在一起或配置成与LED灯可操作地连接，所述直流至直流转换器设置在所述固定结构之上或之中，所述固定结构不被配置成用于安装在三相交流配电板中。

7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：

电力总线，承载所述纹波直流电压并且被配置成与多个所述固定结构可操作地连接。

8.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：

所述LED灯。

9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

LED灯，包含或集成有所述直流至直流转换器，但是不包含或集成有所述三相整流器。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置不包括：被配置成执行或参与执行交流至直流转换的电解滤波器电容器。

11.一种方法，包括：

在第一位置，执行所接收到的三相交流电的三相整流以生成纹波直流电压；以及

在不同于所述第一位置的第二位置，执行直流至直流转换以从所述纹波直流电压生成稳压直流电。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

在所述第二位置，驱动LED灯以使用所生成的稳压直流电发光。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二位置是与所述LED灯相关的固定结构。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一位置是三相交流配电板。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述执行直流至直流转换包括：

将所述纹波直流电压转换为第一交流电压；以及

将所述第一交流电压降压转换为与所述第一交流电压相比具有降低的电压的第二交流电压，所述稳压直流电由所述第二交流电压生成。

16.一种装置，包括：

三相整流器，被配置成整流所接收的三相交流电以生成纹波直流电压；

配电总线，被配置成将包括所述纹波直流电压或从其获得的交流电压的分配功率传输至远离所述三相整流器的LED灯的位置；以及

附加电路，设置有所述LED灯并且被配置成使用所述分配功率驱动所述LED灯。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述三相整流器被配置作为适于装配在三相交流配电板之上或之中的接线盒。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，由被配置为接线盒的所述三相整流器生成的所述纹波直流电压通过所述配电总线作为分配功率被传送。

19.根据权利要求16所述的装置，其中，设置有所述LED灯并且被配置成使用所述分配功率驱动所述LED灯的所述附加电路包括：

直流至直流转换器，被配置成将包括所述纹波直流电压的配电功率转换为用来驱动所述LED灯的稳压直流电。

20.根据权利要求16所述的装置，进一步包括：

所述LED灯。

21.根据权利要求20所述的装置，其中：

所述LED灯和设置有所述LED灯并用来使用所述分配功率驱动所述LED灯的所述附加电路被一起设置在抬高位置处；

所述三相整流器被设置在所述抬高位置之下的地平面处；以及

所述配电总线，被配置成将包括所述纹波直流电压或从其获得的单相交流电压的分配功率从地平面传输至所述抬高位置。