CN102032484A - Led日光灯及其电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种LED日光灯及其电源电路，该LED日光灯具有较好的散热效果和发光稳定性。该LED日光灯包括外壳、LED灯条及电源电路。该电源电路与LED灯条电性连接，为LED灯条提供工作电压，该LED灯条及电源电路均设于该外壳内。该电源电路包括依次电性连接的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压变换电路及恒流控制电路，交流电压输入滤波电路经滤波后，经整流电路和功率因数校正电路后变为高压直流电，再经降压变换电路降压输出至LED灯条，恒流控制电路通过控制芯片采样输出电流。
Description
技术领域
本发明是有关于一种日光灯，且特别是有关于一种散热较好、发光稳定性强的LED(light-emitting diode，发光二级管)日光灯及其电源电路。
背景技术
在日常生活中，我们随处可见日光灯，日光灯相对白炽灯具有光线照明度好、节能的特点，所以被广泛地应用。但是传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果灯破碎水银蒸汽会挥发到大气中，造成环境污染。其次，传统日光灯使用的是交流电，所以每秒种会产生100-120次的频闪，使用时对眼睛有伤害；另外，传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮传统的日光灯。
针对上述问题，市场上推出了LED灯，LED灯是把交流电经二极管整流滤波后，变为高压直流电，再经高频开关变换降压后对LED灯进行供电，使用时灯无噪音、光线柔和、不会产生闪烁现象，且其耗电量是传统日光灯的三分之一以下，所以LED灯被公认为二十一世纪的绿色照明。但是，市场上常见的LED日光灯要达到普通日光灯的效果，一般需要几百只LED连接在一起，而散热仅靠灯具的铝质外壳，受到一定的限制，而且目前还没有更好的散热材料来进行替代。
此外，LED日光灯在发光的过程中，出现发光不稳定的情况，从而减短LED日光灯的寿命。综上，现有技术的LED灯会有散热问题和发光不稳定的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种散热较好、发光稳定性强的LED日光灯。
另外，本发明还提供一种上述LED日光灯的电源电路。
本发明提出一种LED日光灯，其包括外壳、LED灯条及电源电路。该电源电路与LED灯条电性连接，为LED灯条提供工作电压，该LED灯条及电源电路均设于该外壳内。该电源电路包括依次电性连接的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压变换电路及恒流控制电路，交流电压输入滤波电路经滤波后，经整流电路和功率因数校正电路后变为高压直流电，再经降压变换电路降压输出至LED灯条，恒流控制电路通过控制芯片采样输出电流。
优选地，该外壳包括设于LED灯条两端的堵头、灯罩及壳体，LED灯条及堵头容置及固持于该壳体，该壳体与灯罩相对设置形成一相对密闭的空间。
优选地，该灯罩由聚氯乙烯制成，壳体由铝质材料制成。
优选地，该滤波电路为交流输入电磁兼容滤波电路，滤波电路包括火线输入端和零线输入端构成的两个交流电源输入端、保险丝、热敏电阻、第一电阻、第一电容、第二电容、第一电感和第二电感，保险丝在线路发生短路故障时自动熔断，热敏电阻防止电源上电时电流过大，第一电容、第二电容、第一电感和第二电感组成电磁兼容滤波电路，滤除交流输入电源中的高频干扰信号，第一电阻为电流泻放电阻。
优选地，该保险丝和第一电感串联于火线输入端，热敏电阻与第二电感串联于零线输入端，第一电阻跨接于保险丝和第一电感之间的第一节点与热敏电阻和第二电感之间的第二节点之间，第一电容跨接于第一电感的第一端子和第二电感的第一端子之间，第二电容跨接于第一电感的第二端子和第二电感的第二端子之间，交流输入经过滤波电路进行滤波后从第一电感的第二端子和第二电感的第二端子进入整流电路。
优选地，该整流电路为一个金属氧化物半导体场效应管整流电路，该整流电路包括第一至第四金属氧化物半导体场效应管，第一、第二变压器，第一至第四二极管，第二至第九电阻，其中，第二、第四、第六及第八电阻分别为第一至第四金属氧化物半导体场效应管的栅极驱动电阻，第三、第五、第七及第九电阻分别用于第一至第四金属氧化物半导体场效应管截止时放电。
优选地，该第一、第二变压器初级均与交流电源输入端的火线输入端和零线输入端连接，第一、第二变压器的次级经降压后驱动第一至第四金属氧化物半导体场效应管，当交流输入电压为正半周时，第一金属氧化物半导体场效应管导通，而第二金属氧化物半导体场效应管截止，同时，第四金属氧化物半导体场效应管导通，第三金属氧化物半导体场效应管截止，交流电经过第一、第四金属氧化物半导体场效应管后整流成直流电；当交流输入电压为负半周时，正好相反，第二、第三金属氧化物半导体场效应管导通，第一、第四金属氧化物半导体场效应截止，交流电经过第二、第三金属氧化物半导体场效应管后整流成直流电。
优选地，该功率因数校正电路电路包括由第一、第二电解电容，和第五至第七二极管组成的电路，其中，第五二极管阳极接地，阴极与第一电解电容的阴极电性连接；第二电解电容阴极接地，阳极与第六二极管的阳极电性连接，且第一电解电容的阳极与第六二极管的阴极电性连接后，再输出至降压变换电路；第七二极管阳极连接于第五二极管的阴极与第一电解电容的阴极之间，第七二极管阴极连接于第二电解电容的阳极与第六二极管的阳极之间。
优选地，该降压变换电路包括由第五金属氧化物半导体场效应管、第八二极管、第三电感及第三电容组成的电路，其中，第五金属氧化物半导体场效应管的源极和栅极与恒流控制电路电性连接，第五金属氧化物半导体场效应管的漏极与第八二极管的阳极电性连接，该第八二极管的阴极与第三电容的一极电性连接并连接至功率因数校正电路，第三电感跨接于第八二极管的阳极和第三电容的另一极，且该第三电容的两极分别接至LED灯条。
优选地，该恒流控制电路包括由恒流控制芯片，第十、第十一电阻，及第四电容组成的电路，该恒流控制芯片芯片电源输入端、电流采样输入端、芯片接地端、芯片驱动输出端、低频脉冲宽度调制调光端、芯片内部电源输出端、峰值电流比较仪的阈值电压外部设定端及频率控制端，其中该低频脉冲宽度调制调光端、芯片内部电源输出端及峰值电流比较仪的阈值电压外部设定端连接至第四电容并进一步接地；该第十电阻接在频率控制端与地之间；该芯片驱动输出端连接至第五金属氧化物半导体场效应管的栅极；该第十一电阻与第五金属氧化物半导体场效应管的源极电性连接，且第十一电阻的电压反馈到恒流控制芯片的电流采样输入端。
本发明还提供一种LED日光灯的电源电路，用于为LED灯条提供工作电压。该电源电路包括依次电性连接的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压变换电路及恒流控制电路，交流电压输入滤波电路经滤波后，经整流电路和功率因数校正电路后变为高压直流电，再经降压变换电路降压输出至LED灯条，恒流控制电路通过控制芯片采样输出电流。
本发明的LED日光灯及电源电路通过在输入端采用滤波电路，功率因数校正电路提高了功率因素，减小了对电网的污染，同时，在输出端采用了恒流控制，使LED灯发光稳定，延长了LED灯寿命，还采用金属氧化物半导体场效应管整流，减少了电源功耗，改善了电源散热问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的LED日光灯的电源电路功能方框图。
图2为本发明较佳实施例的LED日光灯的电源电路图。
图3为本发明较佳实施例的LED日光灯的结构示意图。
具体实施方式
本发明针对以上所述传统技术中存在的问题，提出一种散热较好、发光稳定性强的LED日光灯。请参阅图1，图1是本发明较佳实施例的LED日光灯的电源电路功能方框图。本实施例中，LED日光灯的电源电路100包括滤波电路11、整流电路12、功率因数校正(power factorcorrection，PFC)电路13、降压变换电路14及恒流控制电路15。该滤波电路11、整流电路12、PFC电路13、降压变换电路14及恒流控制电路15依次电性连接。其中，滤波电路11为交流输入电磁兼容(ElectroMagnetic Compatibility，EMC)滤波电路，交流电压输入滤波电路11并经EMC滤波后，经整流电路12和PFC电路13后变为高压直流电，再经降压变换电路14的高频开关变换电路(详见后述)降压输出，恒流控制电路15通过控制芯片(详见后述)采样输出电流，使LED日光灯工作在恒流状态。
具体地，请参阅图2，图2是本发明较佳实施例的LED日光灯的电源电路图。滤波电路11包括火线(live wire)输入端L和零线(naught wire)输入端N构成的两个交流电源输入端、保险丝F1、热敏电阻NTC、电阻R1、电容C1、C2和电感L1、L2。保险丝F1和电感L1串联于火线输入端L，热敏电阻NTC与电感L2串联于零线输入端N。电阻R1跨接于保险丝F1和电感L1之间的节点A与热敏电阻NTC和电感L2之间的节点B之间，电容C1跨接于电感L1的1号端子和电感L2的1号端子之间，电容C2跨接于电感L1的2号端子和电感L2的2号端子之间。保险丝F1在线路发生短路故障时自动熔断从而对电路起到保护作用。热敏电阻NTC防止电源上电时电流过大。电容C1、C2和电感L1、L2组成EMC滤波电路，滤除交流输入电源中的高频干扰信号。电阻R1起到电流泻放作用。交流输入经过滤波电路11进行EMC滤波后从电感L1的2号端子和电感L2的2号端子进入整流电路12。
整流电路12为一个金属氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemicoductor Field Effect Transistor，MOSFET)整流电路，该整流电路12由MOSFET管Q1～Q4，变压器T1、T2，二极管D6～D9，电阻R4～R11组成。其中，MOSFET管Q1～Q4包括源极S1～S4、栅极G1～G4及漏极D1～D4。变压器T1、T2初级均与交流电源输入端的火线输入端L和零线输入端N连接，变压器T1、T2的次级经降压后驱动MOSFET管Q1～Q4。具体地，变压器T1、T2均包括两个次级线圈，其中标示黑点的一端为次级同名端。二极管D6和电阻R4串联于变压器T1图2中靠上方的一个次级线圈的同名端，并连接至MOSFET管Q1的栅极G1。电阻R5跨接于MOSFET管Q1的栅极G1与该次级线圈非同名端的另一端之间，且该次级线圈非同名端的该另一端连接至MOSFET管Q1的源极S1。二极管D7和电阻R6串联于变压器T1图2中靠下方的一个次级线圈的非同名端的一端，并连接至MOSFET管Q2的栅极G2。电阻R7跨接于MOSFET管Q2的栅极G2与该次级线圈的同名端之间，且该次级线圈的同名端连接至MOSFET管Q2的源极S2。二极管D8和电阻R8串联于变压器T2图2中靠上方的一个次级线圈的同名端，并连接至MOSFET管Q3的栅极G3。电阻R9跨接于MOSFET管Q3的栅极G3与该次级线圈非同名端的另一端之间，且该次级线圈非同名端的该另一端连接至MOSFET管Q3的源极S3。二极管D9和电阻R10串联于变压器T2图2中靠下方的一个次级线图的非同名端的一端，并连接至MOSFET管Q4的栅极G4。电阻R11跨接于MOSFET管Q4的栅极G4与该次级线圈的同名端之间，且该次级线圈的同名端连接至MOSFET管Q4的源极S4。其中，R4、R6、R8、R10分别为MOSFET管Q1～Q4的栅极驱动电阻，电阻R5、R7、R9、R11分别用于MOSFET管Q1～Q4截止时放电，防止其对应的MOSFET管误导通。
此外，MOSFET管Q1的源极S1与MOSFET管Q2的漏极D2电性连接，MOSFET管Q1的漏极D1与MOSFET管Q3的漏极D3电性连接后再连接至PFC电路13。MOSFET管Q3的源极S3与MOSFET管Q4的漏极D4电性连接，MOSFET管Q2的源极S2与MOSFET管Q4的源极S4电性连接后再连接至PFC电路13的接地端。滤波电路11的电感L1的2号端子电性连接至MOSFET管Q1的源极S1与MOSFET管Q2的漏极D2之间，电感L2的2号端子电性连接至MOSFET管Q3的源极S3与MOSFET管Q4的漏极D4之间。
当交流输入电压为正半周时，变压器T1次级同名端电压为正，整流二极管D6导通，D7截止，因此G1、S1两端有电压，使MOSFET管Q1导通，而G2、S2两端无电压，MOSFET管Q2截止；同理，此时MOSFET管Q4导通，MOSFET管Q3截止。交流电经过Q1、Q4后整流成直流电。当交流输入电压为负半周时，正好相反，此时MOSFET管Q2、Q3导通，MOSFET管Q1、Q4截止，交流电经过Q2、Q3后整流成直流电。因为MOSFET管导通时，压降很小，几乎不产生损耗，因此可以提高整个电源输出效率。
PFC电路13由电解电容C4、C5和整流二极管D2、D3、D5组成。其中，二极管D2的阳极接地，阴极与电解电容C4的阴极电性连接。电解电容C5的阴极接地，阳极与二极管D3的阳极电性连接，且电解电容C4的阳极与二极管D3的阴极电性连接后，再输出至降压变换电路14。同时，整流电路12中，MOSFET管Q1的漏极D1与MOSFET管Q3的漏极D3电性连接后再连接至PFC电路13的电解电容C4的阳极与二极管D3的阴极。二极管D5阳极连接于二极管D2阴极与电解电容C4的阴极之间，二极管D5的阴极连接于电解电容C5的阳极与二极管D3的阳极之间。电解电容C4、C5起到滤波作用，使直流电压稳定。二极管D2、D3、D5能使电容充放电时改善输入电流波形，使输入功率因素达到0.85以上。
降压变换电路14为一个DC/DC(直流/直流)降压变换电路。降压变换电路14由MOSFET管Q5、二极管D1、电感L3及电容C3组成。其中，MOSFET管Q5的栅极和源极与恒流控制电路15电性连接，MOSFET管Q5的漏极与二极管D1的阳极电性连接，二极管D1的阴极与电容C3的一极电性连接并连接至PFC电路13。电感L3跨接于二极管D1的阳极和电容C3的另一极。电容C3的两极分别连接至降压变换电路14的输出端LED+、LED-，并外接至LED灯条(图3中标示为21，详见后述)，为该LED灯条提供工作电压。上述MOSFET管Q5不断的开通关断，相当于对电压进行高频开关变换，起到斩波降压作用，L3、C3组成LC滤波电路，使输出直流电压平滑稳定，快恢复二极管D1为续流二极管，当Q5关断时，保持输出回路电流稳定。
恒流控制电路15由LED恒流控制芯片U1，电阻R2、R3，电容C6组成。LED恒流控制芯片U1可以是型号为HV9910的芯片。本实施例中，LED恒流控制芯片U1包括8个引脚，其中，1脚为芯片电源输入端；2脚为电流采样输入端；3脚为芯片接地端；4脚为芯片驱动输出端，其连接至MOSFET管Q5的栅极，驱动MOSFET管Q5的导通；5脚为低频脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)调光脚；6脚为芯片内部电源输出端；7脚为峰值电流比较仪的阈值电压外部设定端。5、6、7脚连接至电容C6并进一步接地。该电容C6为软启动电容，当启动时，确保LED灯条的输出电流是逐渐上升的。LED恒流控制芯片U1的8脚为频率控制端，电阻R2接在此引脚8与地之间，用来设定PWM的频率。R3为外部电流采样电阻，它与MOSFET管Q5的源极串联，此采样电阻的电压反馈到LED恒流控制芯片U1的2脚，当LED恒流控制芯片U1的2脚电压超过峰值电流的设定阈值时，LED恒流控制芯片U1的4脚驱动信号结束，MOSFET管Q5关断，从而使输出电流保持恒定。
上述为本发明LED日光灯的内部电路介绍。请进一步参阅图3，图3为本发明较佳实施例的LED日光灯的结构示意图。本实施例中，LED日光灯包括LED灯条21、设于LED灯条21两端的堵头22、壳体23、灯罩24，以及设于壳体23内部的电源电路100。其中，LED灯条21可由多颗LED组成，电源电路100与LED灯条21电性连接，为LED灯条提供工作电压。壳体23可为铝质材料制成的壳体，用于散热，并用于容置和固持LED灯条21及堵头22。灯罩24为由聚氯乙烯(PolyvinylChloride，PVC)制成的外罩，用于防尘、透光，防止眩光。上述LED灯条21两端连接有堵头22，且LED灯条21连同堵头22一起容置于壳体23，该壳体23与灯罩24相对设置形成一相对密闭的空间，因此，该堵头22、壳体23及灯罩24组成了LED日光灯的外壳，且LED日光灯内部由电源电路100与LED灯条21构成。
综上所述，本发明的LED日光灯的电源输入端采用EMC电路，PFC提高了功率因素，减小了对电网的污染，可通过欧盟CE(EuropeanConformity)认证。同时，输出采用了恒流控制，输出恒流精度为±5％，使LED灯发光稳定，延长了LED灯寿命。采用MOSFET管整流，减少了电源功耗，改善了电源散热问题，使电源效率达到93％以上。此外，产品所有材料均为无铅，制程为无铅控制，无环境污染及产生有害物质的问题，生产加工方便，工序要求简单，操作方便，测试简单。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种LED日光灯，其包括：
外壳，
LED灯条，及
电源电路，该电源电路与LED灯条电性连接，为LED灯条提供工作电压，该LED灯条及电源电路均设于该外壳内，其中，该电源电路包括依次电性连接的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压变换电路及恒流控制电路，交流电压输入滤波电路经滤波后，经整流电路和功率因数校正电路后变为高压直流电，再经降压变换电路降压输出至LED灯条，恒流控制电路通过控制芯片采样输出电流。
2.根据权利要求1所述的LED日光灯，其特征在于，该外壳包括设于LED灯条两端的堵头、灯罩及壳体，LED灯条及堵头容置及固持于该壳体，该壳体与灯罩相对设置形成一相对密闭的空间。
3.根据权利要求2所述的LED日光灯，其特征在于，该灯罩由聚氯乙烯制成，壳体由铝质材料制成。
4.根据权利要求1所述的LED日光灯，其特征在于，该滤波电路为交流输入电磁兼容滤波电路，滤波电路包括火线输入端和零线输入端构成的两个交流电源输入端、保险丝、热敏电阻、第一电阻、第一电容、第二电容、第一电感和第二电感，保险丝在线路发生短路故障时自动熔断，热敏电阻防止电源上电时电流过大，第一电容、第二电容、第一电感和第二电感组成电磁兼容滤波电路，滤除交流输入电源中的高频干扰信号，第一电阻为电流泻放电阻。
5.根据权利要求4所述的LED日光灯，其特征在于，该保险丝和第一电感串联于火线输入端，热敏电阻与第二电感串联于零线输入端，第一电阻跨接于保险丝和第一电感之间的第一节点与热敏电阻和第二电感之间的第二节点之间，第一电容跨接于第一电感的第一端子和第二电感的第一端子之间，第二电容跨接于第一电感的第二端子和第二电感的第二端子之间，交流输入经过滤波电路进行滤波后从第一电感的第二端子和第二电感的第二端子进入整流电路。
6.根据权利要求1所述的LED日光灯，其特征在于，该整流电路为一个金属氧化物半导体场效应管整流电路，该整流电路包括第一至第四金属氧化物半导体场效应管，第一、第二变压器，第一至第四二极管，第二至第九电阻，其中，第二、第四、第六及第八电阻分别为第一至第四金属氧化物半导体场效应管的栅极驱动电阻，第三、第五、第七及第九电阻分别用于第一至第四金属氧化物半导体场效应管截止时放电。
7.根据权利要求6所述的LED日光灯，其特征在于，该第一、第二变压器初级均与交流电源输入端的火线输入端和零线输入端连接，第一、第二变压器的次级经降压后驱动第一至第四金属氧化物半导体场效应管，当交流输入电压为正半周时，第一金属氧化物半导体场效应管导通，而第二金属氧化物半导体场效应管截止，同时，第四金属氧化物半导体场效应管导通，第三金属氧化物半导体场效应管截止，交流电经过第一、第四金属氧化物半导体场效应管后整流成直流电；该当交流输入电压为负半周时，正好相反，第二、第三金属氧化物半导体场效应管导通，第一、第四金属氧化物半导体场效应截止，交流电经过第二、第三金属氧化物半导体场效应管后整流成直流电。
8.根据权利要求1所述的LED日光灯，其特征在于，该功率因数校正电路电路包括由第一、第二电解电容，和第五至第七二极管组成的电路，其中，第五二极管阳极接地，阴极与第一电解电容的阴极电性连接；第二电解电容阴极接地，阳极与第六二极管的阳极电性连接，且第一电解电容的阳极与第六二极管的阴极电性连接后，再输出至降压变换电路；第七二极管阳极连接于第五二极管的阴极与第一电解电容的阴极之间，第七二极管阴极连接于第二电解电容的阳极与第六二极管的阳极之间。
9.根据权利要求1所述的LED日光灯，其特征在于，该降压变换电路包括由第五金属氧化物半导体场效应管、第八二极管、第三电感及第三电容组成的电路，其中，第五金属氧化物半导体场效应管的源极和栅极与恒流控制电路电性连接，第五金属氧化物半导体场效应管的漏极与第八二极管的阳极电性连接，该第八二极管的阴极与第三电容的一极电性连接并连接至功率因数校正电路，第三电感跨接于第八二极管的阳极和第三电容的另一极，且该第三电容的两极分别接至LED灯条。
10.根据权利要求9所述的LED日光灯，其特征在于，该恒流控制电路包括由恒流控制芯片，第十、第十一电阻，及第四电容组成的电路，该恒流控制芯片芯片电源输入端、电流采样输入端、芯片接地端、芯片驱动输出端、低频脉冲宽度调制调光端、芯片内部电源输出端、峰值电流比较仪的阈值电压外部设定端及频率控制端，其中该低频脉冲宽度调制调光端、芯片内部电源输出端及峰值电流比较仪的阈值电压外部设定端连接至第四电容并进一步接地；该第十电阻接在频率控制端与地之间；该芯片驱动输出端连接至第五金属氧化物半导体场效应管的栅极；该第十一电阻与第五金属氧化物半导体场效应管的源极电性连接，且第十一电阻的电压反馈到恒流控制芯片的电流采样输入端。
11.一种LED日光灯的电源电路，用于为LED灯条提供工作电压，其特征在于，该电源电路包括依次电性连接的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压变换电路及恒流控制电路，交流电压输入滤波电路经滤波后，经整流电路和功率因数校正电路后变为高压直流电，再经降压变换电路降压输出至LED灯条，恒流控制电路通过控制芯片采样输出电流。
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