CN108650749B - 一种高频工作的led路灯集成驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于城市新光材LED路灯驱动系统及工程领域，公开了一种高频工作的LED路灯集成驱动系统及驱动方法，系统包括双向功率开关器件；双向功率开关器件串接在输入的市电回路中，双向功率开关器件包括两个电压单方向功率开关器件并进行组合，两个D端或S端的低一端接电网的N，另一端接LED灯珠组中LED灯珠串的输出端b；市电的L端与LED灯珠串组的输入端a相连接；平波电抗器L_f与LED灯珠串组中灯珠串1的a₁端和LED灯珠串中灯珠串2的b₁端相连接。本发明结构简单、价格低；驱动器无电解电容，寿命长；驱动器即可放在灯柱内，也可放在路灯塔中部，便于维护和更换；效率高(η＞0.98)。

Description

一种高频工作的LED路灯集成驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明属于城市新光材LED路灯驱动系统及工程领域，尤其涉及一种高频工作的LED路灯集成驱动系统及驱动方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

目前，利用发光二极管(LED)作为路灯光源，已得到行业的逐步认同，经过多年的技术发展，LED路灯驱动器形成如下二种方案：

(1)以市电为传输母线，路灯灯柱内放置AC/DC变换器装置驱动路灯工作；

(2)以高压直流(400V左右)为传输母线，路灯灯柱内放置DC/DC变换器装置驱动路灯工作。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)用市电驱动LED灯的最常见方案是经过：AC/DC-DC/AC-DC/DC变换。结构复杂，成本高，存在电解电容，路灯的寿命受限，不便于维修；

(2)有相关的专利技术将LED灯珠接成双向整流的特殊阵列，存在LED灯珠闲时过长、亮度调节不方便等问题；

(3)高压直流母线传输的路灯系统，需增加DC/DC变换器，成本高，整体效率不高，需要电解电容等滤波元件，整体寿命受限。

解决上述技术问题的难度和意义：

解决上述问题有如下难题：

(1)LED路灯一般是低压直流(36V-60V)驱动，它与市电的交流电压或直流输出电压不配套，需要加中间变换级，为了维持供电品质，难以除掉变换器中间环节的储能电容器；

(2)国外有专利型的产品，即将LED灯珠连接成特殊的双向整流阵列，它存在灯珠串电压过高，串联数量太多，可靠性不高；

(3)通过交流斩波调节功率，难以保证高功率因数和低电流纹波的难题。

意义：

(1)本发明提供了一种高频交流驱动的LED路灯系统，该系统结构简单，价格低廉，安装方便，便于维护；

(2)本发明提出了一种特殊的LED灯阵列，该阵列能实现双向整流。正负半周内，正负整流LED灯珠均工作，不影响LED照度。

(3)本发明提出的LED路灯驱动电源，无电解电容，寿命长；

(4)本发明提供了一种集高功率因数、交流调光、低压供电于一体的LED灯驱动电源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频工作的LED路灯集成驱动系统及驱动方法。

本发明是这样实现的，一种高频工作的LED路灯集成驱动系统，设置有：

双向功率开关器件；

双向功率开关器件串接在输入的市电回路中，双向功率开关器件包括两个电压单方向功率开关器件并进行组合，两个D端或S端的低一端接电网的N，另一端接LED灯珠组中LED灯珠串的输出端b；

市电的L端与LED灯珠串组的输入端a相连接；

平波电抗器L_f与LED灯珠串组中灯珠串1的a₁端和LED灯珠串中灯珠串2的b₁端相连接。

进一步，LED灯珠串中，集成有LED阵列，LED阵列中采取隐蔽式安装有高频整流管。

进一步，双向功率开关器件和平波电感L_f与LED灯珠串组一体化安装，或分离式安装。

进一步，双向功率开关器件和平波电感L_f安装在路灯灯体外面，通过连线方式驱动路灯。

进一步，双向开关器件、L_f装在驱动电源箱中，或装在LED灯珠串组的背面。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述高频工作的LED路灯集成驱动系统的高频工作的LED路灯集成驱动方法，包括：

市电V_in从的L、N端输入，从ab端进入LED灯珠串组；LED灯珠串组的LED灯珠串与市电间串接双向半导体开关器件；

当V_in为正半周时，电流流通回路为：

L→a→i_in→V_D1→LED灯珠串1→V_D5→L_f→续流回路II→LED灯珠串2→V_D3→b→双向半导体开关→N；

当V_in为负半周时，电流流通回路为：

N→双向半导体开关→b→V_D4→LED灯珠串2→V_D6→L_f→续流回路I→LED灯珠串1→V_D2→a→L；

在t_off期间，对电感L_f电流续流，包括：

回路1：i_Lf→续流回路I→LED灯珠串1→V_D5→i_Lf；

回路2：i_Lf→续流回路II→LED灯珠串2→V_D6→i_Lf。

进一步，除二极管V_D1～V_D6外，LED灯珠在V_in为正、负半周期及续流期间均工作。

进一步，

通过控制双向开关器件的导通占空比控制LED功率和调节功率因数，L_f平滑流过LED的电流，灯珠串阵列中的续流电路在双向开关管关断期间为i_Lf提供续流通路。

进一步，流过双向功率开关器件中的电流i_Lf工作在断续状态。

进一步，双向功率开关器件导通期间与续流期间LED灯珠串1和LED灯珠串2的工作的灯珠数量不变；

续流电路I和续流电路II在双向开关器件开通期间和关断期间均导通工作。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述高频工作的LED路灯集成驱动系统的工矿灯或广场灯大型LED照明系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明集功率因数校正、高频变换、特殊的LED布局于一体，具有成本低、维护方便、布局简单、效率高等优点。

本发明结构简单、价格低；驱动器无电解电容，寿命长；驱动器即可放在灯柱内，也可放在路灯塔中部，便于维护和更换；路灯为交流驱动(ACLED)，正负半周及续流时，所有灯珠都正常工作；熄灭时间极短(t_d＜0.2μs)，不影响视觉；效率高(η＞0.98)。

表1是本发明技术与现有技术对比的数据。

表1本发明技术与现有技术对比数据

	市电带变换器	高压直流	本发明技术
				是否有电解电容	有	有	无
变换器数量	3级级联	两级级联	单级
				元件数量	>80只	>50只	<20只
功率因数	PF<0.8	----	PF>0.99
				成本(200W/元)	>80	>50	<30
转换效率	<0.93	<0.95	≥0.98

下图是仿真效果图。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高频工作的LED路灯集成驱动系统示意图。

图2是本发明实施例提供的集成双向斩波开关管的结构图。

图3是本发明实施例提供的是路灯的LED陈列排布方式图。

图4是本发明实施例提供的双向开关管控制波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，灯柱内变换器太复杂、成本高；难以除掉灯柱中的电解电容、驱动电源的寿命收到限制；维护不方便。

本发明实施例提供的具有集成模式的交流高频斩波电路，该电路结构简单、功能全，集成了交流调压、功率因数校正功能；

本发明实施例提供的高频交流LED阵列结构。该结构正负半周及续流工作时，LED被驱动的数量不变。

图1，本发明实施例提供的高频工作的LED路灯集成驱动系统，包括一个双向功率开关器件，一个LED灯珠组件和一个平波电抗器。

双向功率开关器件串接在输入的市电回路中，其双向开关器件可以由两个电压单方向功率开关器件组合得到(如MOS、SicMOS、SaN等)，两个D端或S端的低一端接电网的N，另一端接ACLED灯珠串的输出端b，市电的L端与灯珠串的输入端a相连接；平波电抗器L_f与灯珠串1的a₁端和灯珠串2的b₁端相连接。

通过控制双向开关器件的导通占空比控制LED功率和调节功率因数，L_f平滑流过LED的电流，灯珠串阵列中的续流电路在双向开关管关断期间为i_Lf提供续流通路。

双向功率开关电路的功能集成了功率调节和功率因数校正功能，在设计上要求i_Lf工作在断续状态。

双向功率开关管(导通)期间与续流期间LED灯珠串1和LED灯珠串2的工作的灯珠数量不变。

续流电路1和续流电路2在双向开关器件开通期间和关断期间都导通工作。

灯珠串阵列电路中无电容器，需加平波电抗器；

LED阵列中需增加高频整流管，二极管能承受输入电源电压和LED电流。

高频整流二极管不发光，需采取隐蔽式安装。

双向功率开关器件和平波电感L_f可以与灯珠串一体化安装，也可以分离式安装，双向功率开关器件和(或)L_f安装在路灯灯体外面，通过连线方式驱动路灯。

本发明实施例提供的高频工作的LED路灯集成驱动方法，包括：

工作过程：将附图1、2、3连接一起后，形成整体电路，其中双向开关管以脉冲宽度调制(PWM)模式工作。控制波形如图4所示。

T为周期，D＝t_on/T为占空比。

在t_on期间，电流流程如下：

市电V_in从附图1的L、N端输入，从ab端进入LED灯珠串组。LED灯珠串与市电间串接有附图2的双向半导体开关器件。

当V_in为正半周(L端为正、N端为负)时，电流流通回路如下：

L→a→i_in→V_D1→LED灯珠串1→V_D5→L_f→续流回路II→LED灯珠串2→V_D3→b→双向半导体开关→N。

当V_in为负半周(L端为负、N端为正)时，电流流通回路如下：

N→双向半导体开关→b→V_D4→LED灯珠串2→V_D6→L_f→续流回路I→LED灯珠串1→V_D2→a→L。

在t_off期间，需对电感L_f电流续流，其续流工作过程如下：

回路1：i_Lf→续流回路I→LED灯珠串1→V_D5→i_Lf；

回路2：i_Lf→续流回路II→LED灯珠串2→V_D6→i_Lf；

由上述工作过程可知：除二极管V_D1～V_D6外，LED灯珠在V_in为正、负半周期及续流期间均工作。在结构上，可以将V_D1～V_D6与双向开关器件、L_f装在驱动电源箱中，或装在灯珠的背面，不影响光效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，所述高频工作的LED路灯集成驱动方法包括：

市电V_in从L、N端输入，从ab端进入LED灯珠串组；LED灯珠串组的LED灯珠串与市电间串接双向半导体开关器件；

当V_in为正半周时，电流流通回路为：

L→a→i_in→V_D1→LED灯珠串1→V_D5→L_f→续流回路II→LED灯珠串2→V_D3→b→双向半导体开关→N；

当V_in为负半周时，电流流通回路为：

N→双向半导体开关→b→V_D4→LED灯珠串2→V_D6→L_f→续流回路I→LED灯珠串1→V_D2→a→L；

在t_off期间，对电感L_f电流续流，包括：

回路1：i_Lf→续流回路I→LED灯珠串1→V_D5→i_Lf；

回路2：i_Lf→续流回路II→LED灯珠串2→V_D6→i_Lf；

其中V_D1～V_D6为整流二极管；t_off为开关管关断时间；i_Lf为平波电抗器中的电流；

运行所述高频工作的LED路灯集成驱动方法的高频工作的LED路灯集成驱动系统，设置有：

双向功率开关器件；

双向功率开关器件串接在输入的市电回路中，双向功率开关器件包括两个电压单方向功率开关器件并进行组合，两个D端或S端的低一端接电网的N，另一端接LED灯珠组中LED灯珠串的输出端b；

市电的L端与LED灯珠串组的输入端a相连接；

平波电抗器L_f与LED灯珠串组中灯珠串1的a₁端和LED灯珠串中灯珠串2的b₁端相连接。

2.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，LED灯珠串中，集成有LED阵列，LED阵列中采取隐蔽式安装有高频整流管。

3.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，双向功率开关器件和平波电感L_f与LED灯珠串组一体化安装，或分离式安装。

4.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，双向功率开关器件和平波电感L_f安装在路灯灯体外面，通过连线方式驱动路灯。

5.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，双向功率开关器件和平波电感L_f安装在在驱动电源箱中，或装在LED灯珠串组的背面。

6.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，除二极管V_D1～V_D6外，LED灯珠在V_in为正、负半周期及续流期间均工作；

通过控制双向开关器件的导通占空比控制LED功率和调节功率因数，i_Lf为平滑流过LED的电流，灯珠串阵列中的续流电路在双向开关管关断期间为i_Lf提供续流通路。

7.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，平波电抗器中的电流i_Lf工作在断续状态。

8.如权利要求1所述的高频工作的LED路灯集成驱动方法，其特征在于，双向功率开关器件导通期间与续流期间LED灯珠串1和LED灯珠串2的工作的灯珠数量不变；

续流电路I和续流电路II在双向开关器件开通期间和关断期间均导通工作。

9.一种应用权利要求1所述高频工作的LED路灯集成驱动方法的工矿灯或广场灯大型LED照明系统。

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