CN103716968A - 三相交流市电变换直流高压直驱led道路照明方法 - Google Patents

三相交流市电变换直流高压直驱led道路照明方法 Download PDF

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Abstract

三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法，由三相全波整流器和多盏直流高压直驱LED路灯组成。三相交流全波整流所得直流高压VH直接驱动LED路灯，该LED路灯是一种直流高压直驱LED路灯，它由多个同向串联的LED作为负载，并由专用集成电路根据流过LED负载的瞬态电流大小对LED负载的个数进行分级控制，以保证在任何时刻流过LED负载的瞬态电流基本恒定。本发明具有LED驱动电源效率高、功率因数高、谐波失真小、可靠性高、抗光频闪特性好、成本低等特点；同时由于是直流高压直驱LED路灯，流过道路照明系统的电线电缆的电流特别小、电线电缆成本降低50%以上，LED路灯的光效提高约6%。

Description

三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法
技术领域
本发明属于电子领域，具体涉及三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法。
背景技术
LED作为一种先进发光器件广泛应用于道路照明，但已有的LED路灯照明系统驱动都是采用单相交流市电供电，例如单相交流220伏，该单相交流市电驱动的LED道路照明技术有两个明显的缺点，其一是道路大功率照明系统的驱动电流大，所需要的电线电缆成本高；其二是LED灯具的驱动电源效率比较低，一般仅为90%左右。
发明内容
三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明技术，由三相全波整流器和多盏直流高压直驱LED路灯组成。三相交流全波整流所得直流高压直接驱动LED路灯，该直流高压直驱LED路灯由多个同向串联的LED作为负载，并由专用集成电路根据流过LED负载的瞬态电流大小对LED负载的个数进行分级控制，以保证在任何时刻流过LED负载的瞬态电流基本恒定。
本发明的一种三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法具有LED驱动电源效率高、功率因数高、谐波失真小、可靠性高、抗光频闪特性好、成本低等特点；同时由于是直流高压直驱LED路灯，流过道路照明系统的电线电缆的电流特别小、线缆成本大大降低。
本发明的技术方案如下：
三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法，由三相全波整流器和四组以上的直流高压直驱LED路灯组成，其中三相全波整流器由三相全波整流桥B1构成、三相全波整流器的三个三相交流市电输入端口依次为第一输入端口Vin1、第二输入端口Vin2和第三输入端口Vin3，三相全波整流器的两个直流高压输出端口依次直流高压端口VH和参考地端口GND；直流高压直驱LED路灯由常亮发光二极管LED灯组子电路和两组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是常亮发光二极管LED灯组子电路的首端，该首端是直流高压直驱LED路灯的直流高压端口VH，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流出端是该常亮发光二极管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，将上述的常亮发光二极管LED灯组子电路和数个受控发光二极管LED灯组子电路依次串联在一起，最后一个受控发光二极管LED灯组子电路的电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3与驱动直流高压的参考地端口GND相连；直流高压直驱LED路灯之间都是相互并联的，通过路灯电缆线分别与三相全波整流装置的输出端，即直流高压端口VH和参考地端口GND相连。此外：三相交流全波整流所得直流高压直接驱动LED路灯，该直流高压直驱LED路灯由同向串联的LED作为负载，并由专用集成电路根据流过LED负载的瞬态电流大小对LED负载的个数进行分级控制，以保证在任何时刻流过LED负载的瞬态电流基本恒定。
本发明的积极效果是：
本发明一种三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明，它由三相全波整流器和多盏直流高压直驱LED路灯组成，其中三相全波整流器对交流市电进行全波整流得到含有一定纹波成分的直流高压VH，该直流高压作为直流高压直驱LED路灯的电源，直接驱动LED路灯中的多个（例如180～200个）同向串联的LED负载，LED灯具有直驱LED集成电路，该集成电路根据流过LED负载的瞬态电流大小对LED负载的个数进行自动分级选择LED负载的数量，以保证在任何时刻流过LED负载的电流始终保持基本恒定。本发明一种三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明技术具有LED驱动电源效率高、功率因数高、谐波失真小、可靠性高、抗光频闪特性好、成本低等特点；同时由于是直流高压直驱LED路灯，流过道路照明系统的电线电缆的电流特别小、电线电缆成本降低50%以上，LED路灯的光效提高约6%。
附图说明
图1为本发明的10KW三相交流全波整流电路图。
图2为本发明的直流高压直驱LED路灯的电路图。
图3为本发明的结构和应用框图。
图4为本发明现采用1个三相全波整流器单元1和100组的直流高压直驱LED路灯单元2的三相交流电的直驱LED道路照明电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
实施例1
参见图1，图1为本发明的10 KW三相交流全波整流器电路图，其中B1为三相全波整流桥模块，型号为MDS100A、最大电流100A、最高电压1200V。图中Vin1、Vin2、Vin3为B1的三个三相交流输入端，VH为B1的直流高压输出端、GND为B1的参考地端。对于三相380V50HZ交流输入，直流高压VH为由交流纹波电压VA和的直流电压VD组成，其中VD等于380V*                                               
Figure 2014100092111100002DEST_PATH_IMAGE002
/2；VA的纹波频率为300HZ，VA等于380V*（
Figure 2014100092111100002DEST_PATH_IMAGE004
-
Figure 403942DEST_PATH_IMAGE002
/2）；VA的峰值电压为380V*。
实施例2
参见图2，图2为本发明的直流高压直驱LED路灯的电路图，其中同向串联的LED111～LED130为常亮发光二级管LED灯组子电路，同向串联的LED131～LED140和直驱LED集成电路U以及电流采样电阻Rs构成第1级受控LED子电路，同向串联的LED181～LED190和直驱LED集成电路U以及电流采样电阻Rs构成第6级受控LED子电路。如图2所示，常亮发光二极管LED灯组子电路与6级受控LED发光二级管灯组子电路相串联。来自三相整流器的直流高压VH和参考地分别直接驱动LED负载。LED1～LED130为常亮二极管，LED131～LED190分别由6个专用集成电路U根据流过LED负载的瞬态电流大小将对应的LED进行接入和短路控制，以保证在任何时刻流过LED的电流基本恒定。
图2中，LED1～LED190为3.5V350MA白光LED, 专用集成电路U的型号为TF11，6级受控发光二级管LED子电路中的电流采样电阻Rs的阻值分别为5欧姆、5.6欧姆、6.2欧姆、6.8欧姆、7.5欧姆、8.2欧姆。
本发明的直流高压直驱LED路灯的参数为：输入电压范围，VH=300V～700V；
输出功率P=100W（三相交流输入380V），电源效率大于95%，功率因数大于0.97，谐波失真THD小于20%，光频闪深度小于20%。与同类功率和道路照明距离的220伏交流单相交流直驱LED路灯系统相比，电线电缆成本降低50%以上，LED路灯的光效提高约6%。
在图2中所用LED为单芯片封装的LED，其导通电压约为3.5V，也可以使用多芯片封装的LED，只是图2中所用LED的个数需要响应减少。例如使用2个芯片封装的LED，其导通电压约为7V，此时图2中所用LED的个数将由原来的190个变为95个。
实施例3
参见图3，图3为本发明的三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明系统结构与应用框图。包括三相全波整流器、双芯电缆线和100盏直流高压直驱LED路灯，每个LED路灯的功率为100W，总功率10KW，电缆线长度公里，电缆铜线截面积为10平方毫米。与同类功率的单相交流市电驱动的LED路灯相比，电缆铜线的截面积减少50%，电缆铜线的成本降低约50%，LED路灯光效为每瓦120流明，电源转换效率大于95%，功率因数PF大于0.97，谐波失真小于20%，光频闪深度小于20%。
为阐明本发明的技术特点，现以一个由1个三相全波整流器单元1和100组的直流高压直驱LED路灯单元2组成的三相交流电的直驱LED道路照明电路进一步说明，
参见图4，所述三相全波整流器单元1是型号为MDS100A的三相全波整流桥B1；三相全波整流器单元1的最大电流100A、最高电压1200V；三相全波整流器单元1的一侧为三相交流市电输入端，三相全波整流器单元1的另一侧为直流高压输出端口，其中，三相交流市电输入端由第一输入端口Vin1、第二输入端口Vin2和第三输入端口Vin3组成，分别与380V电网的三相线依次连接；直流高压输出端口由直流高压输出端VH和参考地端GND组成；直流高压直驱LED路灯单元2均并联在直流高压输出端VH和参考地端GND之间。直流高压直驱LED路灯单元2均为1组常亮发光二极管LED灯组子电路21和6组受控发光二极管LED灯组子电路22依次串联而成；所述常亮发光二极管LED灯组子电路21由130个同向串联的发光二极管LED组成；常亮发光二极管LED灯组子电路21内第1个发光二极管LED的正极为常亮发光二极管LED灯组子电路21的电流流入端，常亮发光二极管LED灯组子电路21内第130个发光二极管LED的负极为常亮发光二极管LED灯组子电路21的电流流出端；所述受控发光二极管LED灯组子电路22均由1个型号为TF11的直驱LED集成电路U、1个电流采样电阻Rs和1个受控发光二极管串LEDsControlleds组成；其中，所述直驱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；受控发光二极管LED串LEDsControlleds由10个同向串联的发光二极管LED组成；所述受控发光二极管LED串LEDsControlleds内第1个发光二极管LED的正极为该受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流入端，受控发光二极管LED串LEDsControlleds内第10个发光二极管LED的负极为该受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流出端；开关控制端口U1与受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流入端相连接，开关控制端口U1与受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流入端之间的连接点为该受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输入端；电流采样端口U2与受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流出端相连接，电流采样端口U2与受控发光二极管LED串LEDsControlleds的电流流出端之间的连节点与电流采样电阻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，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3之间的连接点为该受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输出端。常亮发光二极管LED灯组子电路21的电流流入端与直流高压输出端VH相连接；常亮发光二极管LED灯组子电路21的电流流出端与第1个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输入端相连接，第1个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输出端与第2个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输入端相连接，依次类推，第5个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输出端与第6个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输入端相连接，第6个的受控发光二极管LED灯组子电路22的电流输出端与参考地端GND相连接。本实施例中的6个受控发光二级管LED子电路中的电流采样电阻Rs的阻值分别为5欧姆、5.6欧姆、6.2欧姆、6.8欧姆、7.5欧姆、8.2欧姆。本实施例中直流高压直驱LED路灯的参数为：输入电压范围，VH=300V至700V；输出功率P=100W（三相交流输入380V），电源效率大于95%，功率因数大于0.97，谐波失真THD小于20%，光频闪深度小于20%。相对于现有结构，性能显著提高。转换后的直流高压范围一般为380*1.414的正负20%，即429V~645V。

Claims (1)

1.三相交流市电变换直流高压直驱LED道路照明方法，由三相全波整流器和四组以上的直流高压直驱LED路灯组成，其中三相全波整流器由三相全波整流桥B1构成、三相全波整流器的三个三相交流市电输入端口依次为第一输入端口Vin1、第二输入端口Vin2和第三输入端口Vin3，三相全波整流器的两个直流高压输出端口依次为直流高压端口VH和参考地端口GND；直流高压直驱LED路灯由常亮发光二极管LED灯组子电路和两组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是常亮发光二极管LED灯组子电路的首端，该首端是直流高压直驱LED路灯的直流高压端口VH，常亮发光二极管LED灯组子电路的电流流出端是该常亮发光二极管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，将上述的常亮发光二极管LED灯组子电路和数个受控发光二极管LED灯组子电路依次串联在一起，最后一个受控发光二极管LED灯组子电路的电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3与驱动直流高压的参考地端口GND相连；直流高压直驱LED路灯之间都是相互并联的，通过路灯电缆线分别与三相全波整流装置的输出端，即直流高压端口VH和参考地端口GND相连，其特征在于：三相交流全波整流所得直流高压直接驱动LED路灯，该直流高压直驱LED路灯由同向串联的LED作为负载，并由专用集成电路根据流过LED负载的瞬态电流大小对LED负载的个数进行分级控制，以保证在任何时刻流过LED负载的瞬态电流基本恒定。
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