CN109714865A - 一种无频闪高功率因数的led驱动电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，涉及各种场景的LED照明技术领域。为解决现有LED照明技术中出现的频闪现象，导致pF值无法达到一定值的问题。本发明包括n个防护电容、滤波电容、信号调节器和整流电路，整流电路的正输出端连接n个LED灯珠的串联电路的阳极，n个防护电容分别与n个LED灯珠一一对应、且每个防护电容并联在所对应的LED灯珠两端，n取正整数，n个LED灯珠的串联电路的阴极分别连接滤波电容的一端和信号调节器的输入端，滤波电容的另一端连接信号调节器的输出端，信号调节器的输出端连接整流电路的负输出端。本发明适用于驱动LED灯珠发光。

Description

一种无频闪高功率因数的LED驱动电路及方法

技术领域

本发明涉及各种场景的LED照明技术领域，具体涉及一种LED驱动电路。

背景技术

灯光一直是人们赖以生存的照明手段，伴随着人类度过了数千年的漫漫长夜。自猿人钻木取火以来，人类经历了动物油灯、植物油灯、煤油灯、蜡烛的照明历程，直到1808年，英国科学家戴维发明了电弧灯，从此人类便开始进入电气照明的时代。在20世纪后期开始发展的发光二极管给未来照明又带来新曙光，随着目前LED技术的进步，LED照明既节能环保，又方便人们的生活。目前，生产LED照明灯具成品的国内外企业很多，产品质量、价格差别很大。特别是LED灯具的EMI问题、频闪问题、功率因数、发光效率和寿命更为明显。

2017年央视“3·15”晚会上的一个环节，至今人们还在热议。晚会主持人请来专家现场支招用手机拍照功能检测LED灯频闪问题。这一环节曝光了长期使用高频闪LED灯会造成消费者视力衰退，甚至头痛的现象。LED频闪问题顿时成为了消费者关注焦点。

据美国电气与电子工程师协会(IEEE)2010年发布的一篇报告指出，3～70Hz范围的灯闪烁频率人很容易感知到，让人感到身体不舒服。即使是重复的闪光灯和静态的重复几何图案也可能导致这些人疾病突然发作，发生率约为0.025％。还一些研究人员声称，视网膜可以感觉到高达200Hz的闪烁，但测试表明，160Hz以上，闪烁对健康的影响可以忽略不计。因此，人们开始关注人长期曝光在70～160Hz频率范围内闪烁下的影响。然而，与传统照明技术一样，大多数LED灯直接连接到50或60Hz的交流电源。即使整流到100Hz或120Hz的频率之后，由于所涉及的频率相对低，任何与线相关的闪烁都可能被人的肉眼检测到。事实上，整流的线路可能导致频闪。实际上，100Hz或120Hz的闪烁对人体健康的影响不仅是频率，还包括身体和生理因素。

对于很多LED照明灯具来说，光源的工作电流随着输入电压的波动而波动，这会直接导致光的输出波动，进而产生频闪。这就十分明显：驱动电流是LED灯闪烁的关键来源，恒流供电是LED驱动器的主要职责。当讨论100～120Hz的闪烁时，人们最常关注的是室内照明应用。室内照明有很多LED驱动器方案可以提供恒定的电流。同时，商业应用需要大于0.9的pF。越来越多的国家和标准协会，如能源之星要求照明灯具的功率因数要大于0.9。

LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件(MOSfet)、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。LED电源按驱动方式分类:

(一)恒流式，恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED 的使用数量。

(二)稳压式，当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；亮度会受整流而来的电压变化影响。LED电源按电路结构可以分为六类：

1、常规变压器降压：这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45％～60％，因为可靠性不高，所以一般很少用。

2、电容降压：这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响，电源效率低，不宜LED在闪动时使用，因为电路通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过 LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。

3、电子变压器降压：这种电源结构不足之处是转换效率低，电压范围窄，一般180～ 240V，波纹干扰大。

4、电阻降压：这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。因为电路通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量。

5、RCC降压式开关电源：这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70％～80％，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差。

6、PWM控制式开关电源：目前来说，PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高，一般都可以高达 80％～90％，并且输出电压、电流十分稳定。这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。虽然这种电路都有完善的保护措施，但存在EMI问题，成本高。

7、高压线性驱动：线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。其电路简单、体积小巧，能满足应用的定场合较多。

随着微电子技术的发展，高压非隔离方案日渐成熟，IC厂家也越来越多，LED市场的竞争也相当激烈。不断地在压缩成本，寻求新的方案。如今，线性的驱动方案成本更低了。现在有许多单颗单通道线性恒流LED驱动芯片，应用于市电输入的LED照明领域。图1为线性IC电源驱动LED的原理示意图、图2为一种线性IC电源组成的整灯驱动电路图和图3为另一种线性IC电源组成的整灯驱动电路图，图4是利用线性高压驱动方法驱动LED灯珠的电路示意图，以及实际应用电路图。这些芯片集成了高压启动电路以及高压功率MOS管，最高耐压达500V，应用电路非常简单，无需电感，系统工作时没有 EMI的问题，芯片具有LED开路保护、LED短路保护以及温度补偿功能，使得应用时系统具有最大程度的安全性。特点：在整流桥输出端加电容，没有100Hz频闪，但pF 低；整流桥输出端不加电容，pF>0.9；效率＞0.85；具有LED开路以及LED短路保护；当IC温度达到120℃高时的温度补偿，保证了最大输出电流60mA；单颗IC最大输出功率12W；不存在EMI问题。

在图2和图3中，由于桥式整流后电容的充放电作用以及电容两端电压的存在，使得整流电路输出电压的脉动程度大为减弱，波形近于平滑，起到了滤波的作用。桥式整流输出电压波形如图5所示，在这种电路中，电容的容量越大，电容放电就越慢，输出电压也就越平滑。但是电容的容量越大，pF值越小，同时高压电解电容电容的容量越大，电容的体积越大，成本也高。也就是该方案频闪和pF值互相矛盾，这时产品难于满足商业应用，既无频闪，pF值又大于0.9的要求。

目前，LED灯具的频闪问题。使用者长期使用高频闪LED灯会造成消费者视力衰退，甚至头痛的现象。现有驱动LED的电路中，电容的容量越大，电容放电就越慢，输出电压也就越平滑。但是电容的容量越大，pF值越小。同时高压电解电容电容的容量越大，电容的体积越大，成本也高。因为，现有技术中采用高电源的pF值，就会导致频闪现象的产生，当采用低电源的pF值时，就不会出现频闪的现象。所以，现有技术无法做到使得LED灯即无频闪，电源pF值又能大于0.9的状态，频闪和电源pF值互相矛盾。

综上所述，现有LED照明技术的缺点为出现频闪的现象，危害人体健康，频闪和pF值互相矛盾的问题。

发明内容

本发明为解决现有LED照明技术中出现的频闪现象，导致pF值无法达到一定值的问题，而提出一种无频闪高功率因数的LED驱动电路及连接方法。

本发明的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其组成包括n个防护电容、滤波电容、信号调节器和整流电路；

整流电路的正输出端连接n个LED灯珠的串联电路的阳极，n个防护电容分别与n个LED灯珠一一对应、且每个防护电容并联在所对应的LED灯珠两端，n取正整数，n 个LED灯珠的串联电路的阴极分别连接滤波电容的一端和信号调节器的输入端，滤波电容的另一端连接信号调节器的输出端，信号调节器的输出端连接整流电路的负输出端。

本发明的一种无频闪高功率因数的LED驱动方法，具体步骤如下：

在每个LED灯珠的两端分别并联一个防护电容，在滤波电容的两端并联一个信号调节器，使得每个LED灯珠的脉动程度减弱，进而驱动n个相互串联的LED灯珠。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明克服了现有技术的缺点，实现了LED灯不会出现频闪的现象，避免危害人体健康。

二、本发明克服了现有技术的缺点，打破频闪和pF值之间的矛盾，即使pF值大于0.9，又消除LED灯频闪的现象。

三、本发明采用在信号调节器上并联一个滤波电容，实现对整流电源起到滤波的作用，并起到保护电路的作用。

附图说明

图1是背景技术中所述的线性IC电源驱动LED的原理示意图；

图2是背景技术中所述的一种线性IC电源组成的整灯驱动电路图；

图3是背景技术中所述的另一种线性IC电源组成的整灯驱动电路图；

图4是背景技术中所述利用线性高压驱动方法驱动LED灯珠的电路示意图；

图5是背景技术中所述的本系统电路桥式整流后的波形图,其中U₀为整流电路输出电压，t为时间，曲线1为直流输出电压，曲线2为整流输出电压；

图6是本发明线性高压驱动时LED灯珠连接电路图；

图7是本发明所述的的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，本实施方式包括n个防护电容1、滤波电容4、信号调节器3 和整流电路2；

整流电路2的正输出端连接n个LED灯珠的串联电路的阳极，n个防护电容1分别与n个LED灯珠一一对应、且每个防护电容1，并联在所对应的LED灯珠两端，n取正整数，n个LED灯珠的串联电路的阴极分别连接滤波电容4的一端和信号调节器3的输入端，滤波电容4的另一端连接信号调节器3的输出端，信号调节器3的输出端连接整流电路2的负输出端；

本实施方式中在整流电路2的正输出端和信号调节器3一端之间可以连接多组LED灯珠和电容的并联电路，实现同时驱动多组LED灯珠，采用在LED灯珠上并联电容，并利用信号调节器3，实现驱动LED灯珠无频闪的效果。

具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述整流电路2采用桥式电路，桥式电路的型号为MB6S；

本实施方式采用桥式电路，使输入的220V/50HZ的交流电经整流桥整流之后，在整流桥的输出端的峰值电压为311V，时间周期为10ms的正弦半波脉动电压。

具体实施方式三：结合图7说明本实施方式，本实施方式的桥式电路的输入端连接一根保险丝；

本实施方式采用保险丝，当输入电压不稳定时，可以起到保护电路的作用。

具体实施方式四：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述的n的取值为5～100。

具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述的n个防护电容1的容量均为10uF。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述的LED灯珠的额定电压为3V～3.7V。

具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述的信号调节器3为PT4515型线性恒流源；

本发明采用PT4515型线性恒流源，为了利用其负反馈特性，保证流经负载电阻的电流值恒定，提高驱动电路的稳定性。

具体实施方式八：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述的n个防护电容1的耐压值均为16V。

具体实施方式九：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述一种无频闪高功率因数的LED驱动电路的连接方法，具体步骤如下：

步骤一、将n个LED灯珠串联连接，并将LED串联电路的一端连接到整流电路2 的正输出端，另一端连接滤波电容4的一端和信号调节器3的输入端；

步骤二、将n个防护电容1逐一并联到每个LED灯珠上，再将n个防护电容1串联连接；

步骤三、将滤波电容4的另一端连接信号调节器3的输出端，信号调节器3的输出端连接整流电路2的负输出端。

工作原理

输入市电为220V/50Hz的交流电经整流桥整流之后，在整流桥的两个输出端口得到脉动直流高压，该电压峰值电压为311V、时间周期为10ms的正弦半波脉动电压。该电压作为LED光源和恒流源串联的输入电压，由于在电路中是由n个防护电容和LED并联、串联后并连接到整流桥的输出端，若一号电容到n号电容和滤波电容容量均为10uF, 则电容串联后总的电容量等于10/(n+1)uF，这时电容的充电速度提高n倍，由于每颗灯珠均并联了一个电容，而对于每颗灯珠，这时放电的速度仍为容量为10uF时的速度，使得每颗灯珠上电压的脉动程度大为减弱，波形近于平滑，极大的提高了滤波的作用；由于链接到整流桥的输出端的总电容量等于10/n uF，远远的小于单个电容值10uF，这样也提高了pF值；同时不用高压电解电容，而是用低耐压值的电解电容，n越大电容的耐压值越低。

Claims (9)

1.一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，包括整流电路(2)和滤波电容(4)，整流电路(2)的正输出端连接n个串联的LED灯珠阳极，n个串联的LED灯珠阴极连接滤波电容(4)的一端，滤波电容(4)的另一端连接整流电路(2)的负输出端；

其特征在于：所述LED驱动电路还包括n个防护电容(1)和信号调节器(3)；

n个防护电容(1)分别与n个LED灯珠一一对应、且每个防护电容(1)并联在所对应的LED灯珠两端，n个串联的LED灯珠阴极连接信号调节器(3)的输入端，信号调节器(3)的输出端连接滤波电容(4)的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述整流电路(2)采用桥式电路，桥式电路的型号为MB6S。

3.根据权利要求2所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述桥式电路的输入端与电源的通路上串联一根保险丝。

4.根据权利要求1所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述的n的取值为5～100。

5.根据权利要求1所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述的n个防护电容(1)的容量均为10uF。

6.根据权利要求1所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述的LED灯珠的额定电压为3V～3.7V。

7.根据权利要求1所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于：所述的信号调节器(3)为PT4515型线性恒流源。

8.根据权利要求5所述的一种无频闪高功率因数的LED驱动电路，其特征在于所述的n个防护电容(1)的耐压值均为16V。

9.一种无频闪高功率因数的LED驱动电路方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：

在每个LED灯珠的两端分别并联一个防护电容(1)，在滤波电容(4)的两端并联一个信号调节器(3)，使得每个LED灯珠的脉动程度减弱，进而驱动n个相互串联的LED灯珠。