CN105120562A - 基于多脉冲整流的高压直流led照明驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路，涉及照明电路技术领域，所解决的是提高可靠性及效率的技术问题。该电路包括多脉冲自耦变压器、正母线、负母线，及多个隔离DC/DC变换器，多个整流桥；所述多脉冲自耦变压器的原边绕组接三相交流电，多脉冲自耦变压器的各个副边绕组各接对应整流桥的三相输入端，各整流桥的正输出端分别接到正母线，各整流桥的负输出端分别接到负母线；所述正母线与负母线之间接有输出电容，各个隔离DC/DC变换器的正电源输入端分别接到正母线，各个隔离DC/DC变换器的负电源输入端分别接到负母线。本发明提供的电路，用于为LED灯具供电。

Description

基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路

技术领域

本发明涉及照明电路技术，特别是涉及一种基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路。

背景技术

LED驱动电源的性能包括高效率，高功率因数(PF)，低总谐波失真率(THD)，等主要内容。

如图2-图3所示，常规LED驱动方案是给每个LED灯具X11配备一个直接从交流电网取电的LED驱动电源Q11，这种LED驱动电源Q11是一个两级式变换器，电源的输入是公共电网的220V交流电，输出是LED光源所需的直流恒流源，其中的第一级变换器是不隔离的PWM升压电路Y11，完成功率因数校正功能，同时把输入的交流电压转换为稳定的高压直流电压，作为第二级的电源，第二级变换器是隔离的恒流输出的DC/DC变换器Y12，用于产生LED所需的稳定的直流电流，在两级变换电路之间有一个高压电解电容C11用于储能。这个方案中，第一级变换器的变换效率最高为97％，第二级变换器的变换效率最高为96％，整体效率为96％×97％＝93％。这种常规LED驱动方案的缺陷是：1)内部的高压电解电容寿命短，故障率高；2)驱动电源内部损耗较大，造成电源的温升高，恶化了电解电容以及其它电子元器件的使用环境；3)电源体积大，电磁兼容问题难以处理。

如图4-图5所示，常规LED驱动改进方案改变了LED的供电方式，该方案把常规LED驱动方案中的AC/DC变换部分提取到外部，并集中为一个大功率PWM模式的隔离AC/DC变换器T21，用于把交流电转换为直流电，在灯具X21内部仅配备一个非隔离的DC/DC变换器Q21为LED光源供电；其中的大功率PWM模式的隔离AC/DC变换器T21内部分为两级变换，第一级是不隔离的升压电路Y21，主要用于功率因数校正，并提供一个供第二级电路使用的高压直流电压，这部分电路原理与常规LED驱动电源的第一级电路一致；第二级是隔离的DC/DC变换器Y22，用于提供一个公共的稳定的直流电压，一般为220V左右，LED灯具X21内部的小功率非隔离的DC/DC变换器Q21作为第三级变换，第一级变换的效率最高约为97％，第二级变换的效率最高约为96％，第三级变换的效率最高约为98％，整体效率为97％×96％×98％＝91％。这种方案的优点在于灯具内部不需要高压大电解电容，且LED驱动电源损耗下降，温升下降，故障率降低，但是高压大电解电容并未得以取消，而是集中起来放置到AC/DC变换器中，而且在大功率AC/DC变换器的中间高压直流部分和输出部分都需要高压电解电容C21、C22，只是由于电解电容不需要放置在灯具内部，运行环境和散热条件得以改善。但是集中的AC/DC变换器与原先的常规LED驱动电源相比，可靠性上没有提升，一旦发生故障，将造成所带的所有灯具失效，这样整体可靠性反而变差了，根据效率计算可以发现，整体效率也有所下降，正由于整体可靠性和效率上的问题，这种方案并未获得预期的推广成效。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性及效率高，且成本低的基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路，包括多脉冲自耦变压器、正母线、负母线，及多个隔离DC/DC变换器，多个整流桥；

所述整流桥的数量与多脉冲自耦变压器的副边绕组数量一致，并一一对应；

所述多脉冲自耦变压器的原边绕组接三相交流电，多脉冲自耦变压器的各个副边绕组各接对应整流桥的三相输入端，各整流桥的正输出端分别接到正母线，各整流桥的负输出端分别接到负母线；

所述正母线与负母线之间接有输出电容，各个隔离DC/DC变换器的正电源输入端分别接到正母线，各个隔离DC/DC变换器的负电源输入端分别接到负母线。

本发明提供的基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路，把现有的PWM变换器方案改为三相多脉冲自耦整流变压方案，现有的PWM变换器方案的主要好处在于功率因数高，THD低，体积小，重量轻，当采用集中供电方案时，体积和重量不再是重要的指标；本发明采用多脉冲整流变压完全可以达到常规LED驱动电源的功率因数和THD水平，并具有超高可靠性的优点，这是因为现有方案都需要很复杂的功率电子电路和控制手段，而本发明采用的整流整变压器方案中主要变换部件是变压器，电子元件只有几个二极管整流桥，功率电路的复杂程度大大简化，而且完全没有可控元件，因此可靠性远高于现有其它方案，本发明的可靠性得以提升的另一个重要原因就是不需要高压电解电容，这是因为采用这种方式进行变换后，直流侧不需要数值很大的储能电容，用薄膜电容就可以了，这就取消了原先方案中故障率最高和寿命最低的元件，这样本发明的可靠性和寿命都高于其他方案，为了提高效率，减轻重量，整流变压器采用自耦式的多脉冲整流变压，以18脉冲自耦整流变压为例，功率因数可以达到0.99，THD在10％以内，效率高达98％以上；由于AC/DC部分的变换采用不隔离方案，在灯具内部就必须配备一个隔离的DC/DC变换器，DC/DC变换的效率为96％，这样整体效率为98％×96％＝94％，从整体转换效率上看，本发明的效率是所有方案中最高的；另外由于AC/DC变换部分所用元件非常少，因此造价也是所有方案中最低的。与常规的LED驱动电源和PWM方式的集中供电方案相比，本发明的主要优点除了超高的可靠性之外，包括高效率和低成本，同时保持了与其它方案相似的高功率因数和低THD。

附图说明

图1是本发明实施例的基于多脉冲整流的高压直流LED照明供电电路的结构示意图；

图2是常规LED驱动方案的结构示意图；

图3是常规LED驱动方案中的LED驱动电源的结构示意图；

图4是常规LED驱动改进方案的结构示意图；

图5是常规LED驱动改进方案中的PWM模式隔离AC/DC变换器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于多脉冲整流的高压直流LED照明供电电路，包括多脉冲自耦变压器T1、正母线M+、负母线M-，及多个隔离DC/DC变换器U1、U2、U3，多个整流桥B1、B2、B3；

所述整流桥的数量与多脉冲自耦变压器T1的副边绕组数量一致，并一一对应；

所述多脉冲自耦变压器T1的原边绕组接三相交流电，多脉冲自耦变压器T1的各个副边绕组各接对应整流桥的三相输入端，各整流桥的正输出端分别接到正母线M+，各整流桥的负输出端分别接到负母线M-；

所述正母线M+与负母线M-之间接有输出电容Cdc，各个隔离DC/DC变换器的正电源输入端分别接到正母线M+，各个隔离DC/DC变换器的负电源输入端分别接到负母线M-。

本发明实施例中，所述多脉冲自耦变压器可以采用六脉冲自耦变压器、十二脉冲自耦变压器、十八脉冲自耦变压器、二十四脉冲自耦变压器等现有的多脉冲自耦变压器。

本发明实施例工作时，可以通过各个隔离DC/DC变换器为LED灯供电，以5kVA集中供电方案为例，5kVA集中供电方案可采用十八脉冲自耦变压器，十八脉冲自耦变压器的原边侧每相电感量Ldm为2.6mH，直流侧滤波电感Ldc的电感量为5mH，输出电容Cdc的容量为550uF(由5个110uF的薄膜电容并联而成)，该供电方案(以下简称本方案)的基本性能指标如下：

1)功率因数大于0.98；

2)效率98％；

3)THD<10％；

4)在输入的交流线电压为380V时，输出电压为540V；

5)输出电压纹波峰峰值<1％；

6)输出电压相对于地电位分别为+270Vdc和-270Vdc；

从功率因数、效率和THD上看，本方案明显优于常规LED驱动方案(常规方案功率因数在0.95与0.98之间，AC/DC部分效率最多为97％，THD在10％到15％之间)；与现有的PWM式AC/DC变换方案(以下简称PWM方案)相比，本方案在效率上要优于PWM方案(PWM方案的AC/DC部分效率最多为97％)；

另外，本方案中直流电压虽然是540V，但其正负两端的对地电压分别是+270V和-270V，也就是说电源和地之间不需要按照540V的绝缘标准进行设计，在普通交流系统中，火线对地的最高电压是有效值的根号2倍，一般情况下，峰值为220×1.414＝311V，比本方案中的270V还大，因此本方案中直流导线的绝缘只需跟普通交流线一致就可以了，这是本方案的又一个优点：虽然线间电压高达540V，但对地绝缘水平并不需要因此而增强。

Claims (1)

1.一种基于多脉冲整流的高压直流LED照明驱动电路，其特征在于：包括多脉冲自耦变压器、正母线、负母线，及多个隔离DC/DC变换器，多个整流桥；

所述整流桥的数量与多脉冲自耦变压器的副边绕组数量一致，并一一对应；

所述多脉冲自耦变压器的原边绕组接三相交流电，多脉冲自耦变压器的各个副边绕组各接对应整流桥的三相输入端，各整流桥的正输出端分别接到正母线，各整流桥的负输出端分别接到负母线；

所述正母线与负母线之间接有输出电容，各个隔离DC/DC变换器的正电源输入端分别接到正母线，各个隔离DC/DC变换器的负电源输入端分别接到负母线。