CN103561523A

CN103561523A - 用于高pf交流直驱led电路的抗光频闪电路

Info

Publication number: CN103561523A
Application number: CN201310563708.3A
Authority: CN
Inventors: 赵天鹏; 李雪白
Original assignee: HEFEI SPRUCE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEFEI SPRUCE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-02-05

Abstract

针对现有LED交流直接驱动LED电路的光频闪与功率因数不能兼顾的技术难题，本发明提供一种用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路，由整流桥B、常亮发光二极管LED灯组子电路和三个以上的受控发光二极管LED灯组子电路组成；特别重要的是还设有高压储能电容C_h、低压储能电容C_l和防反二极管D，该抗光频闪电路中对常亮LED灯组加高压储能电容、对受控LED灯组加低压储能电容和防反二极管隔离的方法，明显减小LED发光的频闪深度甚至完全克服光频闪，而且对电路的功率因数没有负面影响。本发明不仅可以彻底解决已有的高PF交流直驱LED电路存在的光频闪技术难题，同时还具有光效高、功率因数高、谐波失真小等特点。

Description

用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及是一种用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路。

背景技术

一种高功率因数（PF）的交流直驱LED电路是一种新型LED驱动技术，其原理是根据交流输入电压的瞬态值大小自动选择接入的同向串联的LED负载个数，实现交流对LED的直接驱动。它具有效率高、PF高、谐波失真（THD）小、可靠性高、结构简单、成本低、寿命长和电磁干扰小等特点受到广泛重视。但已有的高PF交流直驱LED电路存在严重的光频闪问题，其照明光的频闪深度甚至高达100%，不仅视觉疲劳问题严重而且会使摄像和电子抓拍等拍照应用无法正常进行。如何解决高PF交流直驱LED的光频闪问题是目前LED照明领域的紧要课题。该技术的难度高，它要求LED驱动电路不仅抗光频闪特性优良同时还需要具有功率因数高、谐波失真小、效率高、可靠性高、成本低和电磁干扰小等特点。

形成光频闪的原因是交流整流输出电压是一种交流脉动电压，其瞬态电压的最小值为零，最大值为输入交流电压有效值的

倍，其频率是输入交流电压频率的两倍，例如100Hz。应用交流全波整流输出电压直接驱动LED发光，其瞬态光的强度也是脉动变化的，其光的最小值是零，最大值为平均光强的

倍，光强的脉动频率是输入交流电压频率的两倍,例如100Hz。此时光频闪的问题最为严重，光频闪的深度高达100%。

如果在电路整流桥的输出端之间加一个高压储能电容就可以增加整流输出的电压的直流成分而起到抗光频闪的作用，但是它有一个重要的技术问题是这会造成电路的功率因数（PF）的严重下降。高压储能电容的电容值越大，则储能效果越好，抗光频闪效果越好，但是功率因数（PF）的下降越严重。例如在交流直接驱动LED电路的整流桥输出端之间不加高压储能电容时，其功率因数一般可高达0.95以上，但是此时由该电路驱动的LED所发光的频闪深度高达100%，如果在交流直接驱动LED电路的整流桥输出端之间加一个较大的高压储能电容，则整流桥的输出电压就会变成直流电压，此时由该电路驱动的LED所发光的是近于无光频闪的，其频闪深度低达0%，但是此时电路的功率因数（PF）由原来的0.95下降至0.3以下，将对电网造成十分严重影响。

发明内容

本发明的内容主要包括：在已有的高PF交流直驱LED电路中，将高压储能电容C_h与同向串联的常亮发光二极管LED负载直接并联，作为常亮发光二极管LED负载的储能电容，以改善或完全克服常亮发光二极管LED的发光的光频闪。将低压储能电容C_l与同向串联的受控发光二极管LED负载直接并联，作为受控发光二极管LED的储能电容，以改善或完全克服受控发光二极管LED的发光的光频闪。将防反二极管D接在同向串联的受控发光二极管LED与交流直驱LED集成电路的开关控制端之间，以防止交流直驱LED集成电路在开关控制时会造成低压储能电容短路的问题。本发明的具体结构如下：

用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路，由整流桥B、常亮发光二极管LED灯组子电路和三个以上的受控发光二极管LED灯组子电路组成；常亮发光二极管LED灯组子电路为一组同向串联的发光二极管LED，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流入端作为常亮发光二极管LED灯组子电路的首端，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流出端作为该常亮发光二极管LED灯组子电路的尾端；每个受控发光二极管LED灯组子电路均包括一个交流直驱LED集成电路U、一个电流采样电阻Rs和一组同向串联的发光二极管LED；所述交流直驱LED集成电路U含有三个端口，依次为开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；在每个受控发光二极管LED灯组子电路内，受控发光二极管LED灯组子电路的电流流入端为该受控发光二极管LED灯组子电路的首端，该受控发光二极管LED灯组子电路中同向串联的发光二极管LED的尾端与电流采样端口U2、电流采样电阻Rs的一端相连接，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3相连接，为该受控发光二极管LED灯组子电路的电流流出端，即作为该受控发光二极管LED灯组子电路的尾端；所述整流桥B含有两个交流输入端子、一个高压输出端HV和一个负端GND；整流桥B的两个交流输入端子分别与市电的零线N和火线L相连，在整流桥B的高压输出端HV与整流桥B的负端GND之间，将上述的常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路依次串联在一起；此外：在常亮发光二极管LED灯组子电路中设有高压储能电容C_h、在每个受控发光二极管LED灯组子电路中设有低压储能电容C_l和防反二极管D；

在常亮发光二极管LED灯组子电路中的同向串联的发光二极管LED的首尾两端并联一个高压储能电容C_h；该高压储能电容C_h用以对常亮发光二极管LED灯组子电路进行储能，以改善甚至完全克服常亮发光二极管LED灯组子电路内LED负载的光频闪的问题；

在每个受控发光二极管LED灯组子电路中的同向串联的发光二极管LED的首尾两端均并联有一个低压储能电容C_l；该低压储能电容C_l用以对受控发光二极管LED灯组子电路进行储能，以改善甚至完全克服受控发光二极管LED灯组子电路内LED的光频闪的问题；

在每个受控发光二极管LED灯组子电路内，防反二极管D的正极与开关控制端口U1以及前一级电路的电流流出端（即前一级电路的尾端）相连接；防反二极管D的负极与低压储能电容C_l和受控发光二极管LED灯组子电路中的同向串联的发光二极管LED的首端的连接点相连接，所述防反二极管D用以防止交流直驱LED集成电路U在开关控制时所造成的低压储能电容C_l短路的问题。

本发明的积极效果是：

本发明不仅可以彻底解决已有的高PF交流直驱LED电路存在的光频闪技术难题，同时还具有光效高、功率因数高、谐波失真小、可靠性高、成本低、电磁干扰小等特点，具有良好的经济和社会效益。

本发明将高压储能电容接在同向串联的常亮LED负载两端，作为常亮LED负载的储能电容，以改善甚至完全克服常亮LED负载的光频闪。

本发明将低压储能电容接在同向串联的受控LED两端，作为受控LED的储能电容，以改善甚至完全克服受控LED的光频闪。

本发明将防反二极管接在同向串联的受控LED与交流直驱LED集成电路的开关控制端之间，以防止交流直驱LED集成电路在开关控制时造成的低压储能电容短路问题。

实验证明，采用本发明所提出的方法——对常亮LED灯组加高压储能电容、对受控LED灯组加低压储能电容和防反二极管隔离的方法，可以明显减小LED发光的频闪深度甚至完全克服光频闪，而且对电路的功率因数没有负面影响。其技术原理是高压储能电容将会使加在常亮LED灯组的交流驱动电压变成了含有一定直流成分的交直流电压甚至完全变成直流电压，低压储能电容将会使加在受控LED灯组的交流驱动电压变成了含有一定直流成分的交直流电压甚至完全变成直流电压，因而改善甚至完全克服LED发光的光频闪问题，这种对LED分段驱动和分段加储能电容的方法对电路的功率因数没有负面影响，而隔离二极管是需要的，否则交流直驱LED集成电路对LED开关控制时会造成低压储能电容短路而使电容储能失效。

附图说明

图1为本发明的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

参见图1，用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路，由整流桥B、常亮发光二极管LED灯组子电路和三个以上的受控发光二极管LED灯组子电路组成；常亮发光二极管LED灯组子电路为一组同向串联的发光二极管LED，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流入端作为常亮发光二极管LED灯组子电路的首端，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流出端作为该常亮发光二极管LED灯组子电路的尾端；每个受控发光二极管LED灯组子电路均包括一个交流直驱LED集成电路U、一个电流采样电阻Rs和一组同向串联的发光二极管LED；所述交流直驱LED集成电路U含有三个端口，依次为开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；在每个受控发光二极管LED灯组子电路内，受控发光二极管LED灯组子电路的电流流入端为该受控发光二极管LED灯组子电路的首端，该受控发光二极管LED灯组子电路中同向串联的发光二极管LED的尾端与电流采样端口U2、电流采样电阻Rs的一端相连接，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3相连接，为该受控发光二极管LED灯组子电路的电流流出端，即作为该受控发光二极管LED灯组子电路的尾端；所述整流桥B含有两个交流输入端子、一个高压输出端HV和一个负端GND；整流桥B的两个交流输入端子分别与市电的零线N和火线L相连，在整流桥B的高压输出端HV与整流桥B的负端GND之间，将上述的常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路依次串联在一起；此外：在常亮发光二极管LED灯组子电路中设有高压储能电容C_h、在每个受控发光二极管LED灯组子电路中设有低压储能电容C_l和防反二极管D；

采用本发明的结构后，常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路的效率大于90%、功率因数PF大于0.95、谐波失真THD小于20%、抗光频闪特性优良其频闪深度小于10%。

对于交流220伏市电，常亮发光二极管LED灯组子电路以及受控发光二极管LED灯组子电路内的发光二极管LED的总个数一般为100至130粒之间；典型方案是：常亮发光二极管LED灯组子电路内的发光二极管LED为60粒，每个受控发光二极管LED灯组子电路内的发光二极管LED均为10粒，采用6级低压LED控制子电路。若采用110伏的交流市电，则上述的LED数量均减半，即对于交流110伏市电的典型方案是：常亮发光二极管LED灯组子电路内的发光二极管LED为30粒，每个受控发光二极管LED灯组子电路内的发光二极管LED均为5粒。上述的发光二极管LED是单颗芯片封装，其工作电压约为3.0～3.5V，对于多芯片封装的LED，则LED数量相应减小。

图1中，整流桥B的型号为DB157S；交流直驱LED集成电路U的型号均为TF11；上述发光二级管LED的额定电流均为150mA，其工作电压约为3.0～3.5V；防反二极管D的型号为FR107；低压储能电容C_l的额定电压50V、电容值为200微法；高压储能电容C_h的额定电压250V、电容值为47微法；采样电阻Rs的电阻值为1～100欧姆。六个受控发光二极管LED灯组子电路中电流采样电阻Rs的采样电阻值依次为：20欧姆、18欧姆、15欧姆、13欧姆、12欧姆、11欧姆。

对上述电路结构，发明人采用如下的测试设备和方法进行检测和验证：

采用的检测设备：包括日本横河公司（YOKOGAWA）的型号为WT210功率计，美国泰克公司的型号为TDS1012B示波器和国产3DU硅光电传感器。

检测的方法为：首先，用WT210功率计测量本产品的输入功率、输出功率、功率因数和谐波失真（THD），随后，用3DU硅光电传感器将LED的光信号转换成电信号，再用TDS1012B示波器对所测光电信号中的交直流成分进行测量，得到LED发出光的光频闪参数。

经应用WT210功率计、TDS1012B示波器和3DU硅光电传感器进行测量，采用本发明结构如图1的产品的工作参数如下：整流桥B的输入交流电压范围在165V至265V之间、220V时典型功率为18瓦；常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路的效率大于92%、功率因数PF大于0.97、谐波失真THD小于20%、抗光频闪特性优良，其频闪深度小于10%。

相对于传统结构，本产品的性能显著提高，具体对比如下：

在图1中，如果去掉高压储能电容C_h、低压储能电容和防反二极管，即为已有技术的通用电路，其指标为整流桥B的输入交流电压范围在165V至265V之间、功率18瓦；常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路的效率大于92%、功率因数PF大于0.97、谐波失真THD小于20%，与本发明的参数相当；但是传统结构下的交流直驱LED电路完全没有抗光频闪性能，其光频闪深度高达100%。

在图1中，如果去掉高压储能电容C_h、低压储能电容C_l和防反二极管D，同时在整流桥输出端加一个47微法400伏的高压储能电容，即为已有技术的抗频闪通用电路，其指标为整流桥B的输入交流电压范围在165V至265V之间、220V时典型功率为18瓦；常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路的效率大于92%、谐波失真THD小于20%、其光频闪特性优良，其频闪深度小于10%，与本发明的参数相当；但是该结构下的功率因数PF特别低，PF小于0.50。

综上所述，现有的交流直驱LED技术，存在光频闪特性与功率因数不能兼顾的技术难题。本发明将高压储能电容接在同向串联的常亮LED负载两端，作为常亮LED负载的储能电容，改善甚至完全克服常亮LED负载的光频闪。将低压储能电容接在同向串联的受控LED两端，作为受控LED的储能电容，以改善甚至完全克服受控LED的光频闪。将防反二极管接在同向串联的受控LED与交流直驱LED集成电路的开关控制端之间，以防止交流直驱LED集成电路在开关控制时造成的低压储能电容短路问题，解决了上述技术难题。

Claims

1.用于高PF交流直驱LED电路的抗光频闪电路，由整流桥B、常亮发光二极管LED灯组子电路和三个以上的受控发光二极管LED灯组子电路组成；常亮发光二极管LED灯组子电路为一组同向串联的发光二极管LED，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流入端作为常亮发光二极管LED灯组子电路的首端，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流出端作为该常亮发光二极管LED灯组子电路的尾端；每个受控发光二极管LED灯组子电路均包括一个交流直驱LED集成电路U、一个电流采样电阻Rs和一组同向串联的发光二极管LED；所述交流直驱LED集成电路U含有三个端口，依次为开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；在每个受控发光二极管LED灯组子电路内，受控发光二极管LED灯组子电路的电流流入端为该受控发光二极管LED灯组子电路的首端，该受控发光二极管LED灯组子电路中同向串联的发光二极管LED的尾端与电流采样端口U2、电流采样电阻Rs的一端相连接，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3相连接，为该受控发光二极管LED灯组子电路的电流流出端，即作为该受控发光二极管LED灯组子电路的尾端；所述整流桥B含有两个交流输入端子、一个高压输出端HV和一个负端GND；整流桥B的两个交流输入端子分别与市电的零线N和火线L相连，在整流桥B的高压输出端HV与整流桥B的负端GND之间，将上述的常亮发光二极管LED灯组子电路和受控发光二极管LED灯组子电路依次串联在一起；其特征在于：在常亮发光二极管LED灯组子电路中设有高压储能电容C_h、在每个受控发光二极管LED灯组子电路中设有低压储能电容C_l和防反二极管D；

在每个受控发光二极管LED灯组子电路内，防反二极管D的正极与开关控制端口U1以及前一级电路的电流流出端相连接；防反二极管D的负极与低压储能电容C_l和受控发光二极管LED灯组子电路中的同向串联的发光二极管LED的首端的连接点相连接，所述防反二极管D用以防止交流直驱LED集成电路U在开关控制时所造成的低压储能电容C_l短路的问题。