CN202475844U - Led低频直流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED低频直流驱动电路，其特征在于包括：输入端，用于连接市电电源；整流电路，与所述的输入端连接，输出整流的波动电流；滤波和功率因数调整电路，与所述整流电路连接并对输入的波动电流进行滤波和功率因数调整；输出端，与所述的滤波和功率因数调整电路连接并将输出滤波和功率因数调整后的电流作为驱动电源送到LED负载。

Description

LED低频直流驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路，尤其涉及一种LED低频直流驱动电路。

背景技术

节能技术已经成为当今世界发展的必然选择，如何使得照明节能成为现实，则成为全世界各国在实现节能革命过程中必需跨过的门槛。其中，节能荧光灯技术、工艺与设备相对成熟，已经成为当今节能照明应用的主力。但是，只有作为在下一代LED照明技术的真正完善而能够达到广泛的商业应用的情况下，才能真正达到节能照明所要实现的绿色照明的目标。

影响LED在日常照明中的广泛应用的因素是多样的，例如LED芯片的光引出、阵列形成、封装与散热、以及配套的驱动电路等。作为关键因素之一的LED驱动电路，在目前已有技术中的LED无论是采用直流或者交流驱动，在以市电为电源的情况下一般都选用一种称之为高频开关电源集成芯片(top-switch)的电路(如图1所示)，通过两只高频三极管U1和U2的轮流开关导通，把整流后的50～60赫兹的市电转换为几十千到几百千赫兹的高频电流。再通过一只铁氧体磁芯高频变压器T1降压后输送给负载一由大量LED组合构成的发光阵列组件。在该电路中，保险丝F1可选3.15A 205V，电感L2可选22mH，电容C6可选0.1uf 250V，稳压二极管VR1可选型号为P6KE200的稳压二极管，二极管D1可选型号为BYV26C的二极管，电解电容器C1可选47uf 400v，三极管U1可选型号为TOP224P的三极管，变压器T1可选型号为TRANS5的变压器，二极管D2可选型号为MUR420的二极管，电容器C2可选330uF 350V，电感L1可选3.3uH，三极管D3可选型号为IN4148的三极管，电容器C4和C5可分别为0.1uf和47uF，三极管U2可选型号为PC817A的三极管，稳压二极管VR2可选型号为IN55241B的稳压二极管，电容器C7可选型号为1nF 250V的电容器，电容器C3可为220uF 35V，电阻R1、R2和R3可以分别为100欧、220欧和6.8欧。这种把低频交流高压整流变换为低频直流高压、再将得到的直流高压变换为高频交流高压、降压后再将高频交流低压变换为高频直流低压的多次转换过程。这种top-switch电路可以参见王水平、王保保、贾静等编写的“单片开关电源集成电路应用设计实例”(人民邮电出版社，2008年4月1日出版)第5章内容，该文献第5章内容通过引文整体并入本文。由于半导体、磁性材料、电阻电容器件工作的温升要都必然会损失一部分电能，所以转换效率一般难得超过85％。而且由于转换电路采用元器器件多，所以容易造成故障率高，从而影响LED照明装置的可靠性。此外，如此形成的LED照明装置的复杂性高，也增加了LED的应用成本。

另外，LED作为一种发光半导体器件，虽然能够满足在几百千赫兹的高频电流下调光，还很少见影响寿命的报道，但实际上是调光后输入LED的电流减小，光输出降低和温度同步降低来补偿的。LED作为发光二极管的频响范围是和普通低频二极管相差无几，更加适合在低频直流下工作，即使是在top-switch的电路下输入高频直流，这种直流在高频率视波器下观察也是一种脉动或者是叫脉冲式直流，对LED的工作效率和可靠性都有一定的影响。

本实用新型旨在解决上述已有技术存在的问题，提供一种实用的LED低频直流驱动电路。与前述的已有技术中的LED驱动电路相比较，本实用新型的LED低频直流驱动电路具有效率高、电路简单、稳定性好的优点，尤其适于与管型基元LED一体化使用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LED低频直流驱动电路，其特征在于包括：输入端，用于连接市电电源；整流电路，与所述的输入端连接，输出整流的波动电流；滤波和功率因数调整电路，与所述整流电路连接并对输入的波动电流进行滤波和功率因数调整；输出端，与所述的滤波和功率因数调整电路连接并将输出滤波和功率因数调整后的电流作为驱动电源送到LED负载。

根据本实用新型的技术方案，其中所述LED负载是由并串连接的LED二极管阵列组件通过串联而形成的LED阵列构成，并且由选用的LED二极管的工作额定电压以及所述并串连接关系所最终确定的所述LED阵列的端电压与所述驱动电压相吻合。

其中所述LED二极管阵列组件是通过串联的n支LED二极管与另外串联的n支LED二极管相并联而构成，并且通过m个如此形成的所述LED二极管阵列组件的串联而最终构成所述的LED阵列用作LED负载，其中n、m大于或等于1。

为了保持电路工作的稳定性和长寿命，选用来构成负载阵列的全部LED二极管最好是同种型号的LED二极管。

由于避免使用开关电路以及相应的控制电路，使得本实用新型技术方案的LED低频直流驱动电路结构简单、效率高、稳定性好。本实用新型的这种LED低频直流驱动电路方案在很大程度上克服了技术偏见，即用最为简单的常见电路来替代复杂的电路设计来面对同样最简单目的的LED照明应用，同时实现最佳的技术效果，并且为实现采用LED照明灯具的制造提供了基础。

附图说明

下面将结合附图对体现本实用新型精神实质的实施例进行描述，其中：

图1是现有技术中的采用高频开关电源集成芯片的LED低频直流驱动电路的结构示意图；

图2是根据本实用新型构思的用于LED低频直流驱动电路的结构示意图；

图3a和图3b是可被选作LED组件的形式，由这些形式的LED组件形成LED矩阵，用于图2所示的LED低频直流驱动电路的连接负载；

图4示出根据本实用新型的与管型基元LED配套的一体化驱动电路；

图5是对应图4所示驱动电路的电路原理图；

图6是LED组件构成方式的另一实例；

图7示出在制作根据本实用新型的驱动电源的过程中的拼接发光基板的方式；

图8a和图8b示出采用根据本实用新型的LED低频直流驱动电路一体化地制作管型基元LED照明装置的示意图。

具体实施方式

图2示出了根据本实用新型构思的用于LED低频直流驱动电路的结构示意图。

如图2所示，市电的AC输入到输入端ACL和ACN。输入的交流市电提供到整流电路，图2中所示的整流电路是由整流二极管D21至D24形成的一个桥式整流电路。当然，整流电路也可以是桥式整流电路之外的其它类型的整流电路。市电的AC经过二极管D21至D24整流后形成整流波动电流并输出此波动电流到连接的滤波和功率因数调整电路。该滤波和功率因数调整电路由二极管D25至D27以及电容器C23和C24构成，用于对输入的波动电流进行滤波和功率因数调整。经过滤波和功率因数调整后的电流作为驱动电源送到LED负载。

在上述图2示出的LED低频直流驱动电路中，采用对市电桥式整流之后高压电解电容滤波，并且采用低成本高效率的无源逐流式功率因数调整电路，可以把线路的功率因数(PF)值提高到0.95左右。图3a和图3b是可被选作用于构成LED组件的具体方式。通过形成的LED组件来最后构成LED阵列，用作图2所示的LED低频直流驱动电路的连接负载。

负载中的LED采用混合连接方式构成发光组件。如图3a所示，二极管D3a1和D3a2以及二极管D3a3和D3a4分别串联后再进行并联，从而构成一个LED组件；或者如图3b所示，两个二极管D3b1与D3b3直接并联构成一个LED组件。LED串并联后形成的LED组件的工作电压以所用的市电最高波动电压的峰值为准，如AC220～240V。如果市电峰值为AC250V，整流滤波后最高DC电压为353.5V(二者是

的关系)，那么在图3a和图3b中的LED是同型号LED的情况下需要最多96组如图3b所示的LED组件或者是最多48组如图3a所示的LED组件进行串联来作为负载，其结果是每只LED所承受的最高电压同样都是3.68VDC。在该电压下，只要LED组件的散热良好，就能能够长期稳定地工作。这种市电AC250V电压的出现概率比较小或者延续时间非常短暂。反之，如果市电电压下降到最低的AC210V时，整流滤波后最高DC电压为296.9V，每只LED所承受的最高电压是3.09VDC，仅仅是光输出有所降低，LED如长期在这种情况下工作会有更长的寿命。因此，不需要任何采取降压、稳压措施，既提高了效率和可靠性，又节约了成本。

应该指出，图3a和图3b中示出的LED组件是可被选作用于图2所示的LED低频直流驱动电路的连接负载的可选形式，而不是唯一形式。实质上，只要形成作为负载的LED矩阵的端电压和所述驱动电路的输出电压相吻合，则以任何串并连接方式构成的LED组件和最终形成的作为负载的LED矩阵都是可以接受的；但是根据实际功率尽量选用小芯片或者微晶芯片，不仅仅能够提高光子输出和减少系统散热的难度，更重要可以在一定功率下可以尽量多设计采用芯片的数量，便于芯片并联多，降低系统的失效率。因此本专业技术人员可以理解到，决定作为负载的LED矩阵中的LED组件形式的核心参数是单支LED二极管的额定电压和所述LED低频直流驱动电路的输出电压。

下面通过简要的实例说明来进一步理解本实用新型的精神实质和有益效果。

图4示出根据本实用新型的与管型基元LED配套的一体化驱动电路。

如图4所示，本实用新型优选实施例为与T8/20W管型基元LED配套的一体化驱动电路，即灯管与电子板构成一体化紧凑型。例如，LED灯管制成后总长1200mm，直径25.4mm。

5是对应图4所示驱动电路的电路原理图。

参见图5，作为LED灯管驱动电源的电子板位于灯管一端内，约占灯管内腔长度80mm。图5所示的驱动电路的PCB板布线板尺寸可以为板长80mm×板宽24mm。图5中所示的负载灯管是通过级联58组LED组件构成的，其中LED驱动电源可以是如图2所示的LED低频直流驱动电路，即其中的保险丝F5a1、电容器C5a1至C5a4、二极管D5a1至D5a7和电感L5a1可以与图2中的保险丝F21、电容器C21至C24、二极管D21至D27和电感L21为相同的器件。。

图6是采用不同于图3a和图3b所示的LED组件构成方式的实例。其中，光源LED发光组件是采用5×2个LED(D60至D69)先串联后并联来构成的。采用共计48个这种组件串联组成T8/20W的LED矩阵，作为LED负载，用于LED照明灯具的管型基元LED。在市电230VAC情况下，驱动电源输出端电压为325.2VDC，分配给每只LED芯片的电压：325.2VDC/2×48＝3.39VDC；输出电流20W/325.2V＝61.5mA，导入每只芯片的电流：61.5mA/5＝12.3mA，输出光通5.51m。

最后结合附图说明本实用新型的制作过程。

首先，驱动电源PCB板贴片、插件、浸锡、切脚后通电检验备用。

随后，LED芯片贴装在发光基板上，过回流焊后通电检验备用。

图7示出在制作根据本实用新型的驱动电源的过程中的拼接发光基板的方式。

因为一块发光基板不够1100mm以上的长度，因此需要拼接发光基板，以便组成满足长度要求的发光基板。拼接处用金属丝勾结后再上锡焊接，保证机械强度和电连接可靠。

驱动电源PCB板与发光基板对接，对接用金属丝勾结后再上锡焊接，保证机械强度和电连接可靠。

图8a和图8b示出采用根据本实用新型的LED低频直流驱动电路来一体化地制作管型基元LED照明装置的示意图。

在驱动电源PCB板一端接一支芯柱用于排气和充气，在发光基板背面中心位置垂直均匀设置N个弹簧支撑架。如图8a所示，将弹簧支撑架逐个往下压住把对接好的发光基板与驱动电源PCB板塞入T8玻管。然后塞入一端，如图8b所示，直接通过灯头与玻管用环氧，电源引出通过锡焊接，均达到气密性封接的要求。另外芯柱一端，芯柱的喇叭管是略大于玻管内径的，这样便于用环氧气密性封接。

待环氧固化后将芯柱的排气管插接在排气车的锁紧机头上，抽气完毕后充入接近一个大气压的氮气或者惰性气体，排气管气密性烧尖。

将排气管一端的灯头用环氧或者灯头泥与灯管封接上，并且将插入灯头上的金属插针筒内的芯柱的外导丝与其焊锡电连接。

对于制成的灯具燃点老炼，根据传统荧光灯灯座接电引入一端是通过镇流器接火线，一端是零线，考虑到与传统荧光灯灯盘支架通用，取消镇流器和启辉器后的灯座可以把两块金属接触片的引出线并联；LED灯管两端的电源引出线也是分别并联的，因此，十分方便与传统日光灯T8/36W支架通用。

经过测试，输入电压230VAC，输入电流88mA，灯功率19.2W，功率因数PF：0.95，光通2521lm，光效130.3lm/W，色温6560K，显色指数Ra：75.5，色容差SDCM：3.3；驱动电源光电转换系统效率＞95％.

通过上述实施例构成的本实用新型的LED低频直流驱动电路与现有技术比较的优势在于以下几个方面：

第一，效率提高，线路效率可以达到高达在95％以上，而采用图1已有技术的效率仅是85％左右。

第二，可靠性提高，由于根据本实用新型的LED驱动电源的电路器件少，线路原理简单可靠，该电路应用在电子荧光灯功率因数调整电路上的调整效果明显，是一种高可靠、高效率、低成本、寿命长的优秀电路。

第三，稳定性好，采用的都是传统器件，可以使用的品种多，替换性强。而且成本上可以减低到已有技术的70％。

第四，实用性强，现有技术是根据有关标准在整灯输入功率24W以下功率因数一般要求＞0.55，一级标准要求＞0.6；25W以上要求＞0.9，但在一级标准谐波要求下，PF值必须接近0.99左右才有可能达标。实际上24W以下的PF＞0.6，如果还采用低功率线路，那只有把滤波电解电容的容量减小，这无疑是牺牲了整灯的寿命，实践证明平均寿命只有5000h，其中约有20％左右的灯在2000h早期失效。采用本实用新型技术方案的线路设计来调整功率因数替代PF＞0.6一类有很大的实用性。在25W以上本线路设计虽然仍然接近达到一级标准，几乎能够完全满足一般使用标准而无需增加大的成本代价及牺牲效率；因为就目前已有技术的条件来说，要达到高标准通常是采用IC驱动的有源电路，这不仅是电路复杂、增加许多元器件、成本加大，而且线路的效率会明显下降。现在即使用于高等级的LED道路路灯，最大功率也不过200W左右，为达到一级标准的谐波含量低，追求PF尽量靠近0.99，而不能够考虑效率下降了5％以上，线路成本上升100％的问题；的确是得不偿失。如果采用本实用新型的LED驱动电路，则可以实现线路设计的稳定、可靠、高效率和实用。

对于本领域技术人员来说显见的是，可以在不脱离本实用新型的范围的情况下对本实用新型进行各种修改和变形。本领域技术人员可以理解的是，所描述的实施例仅用于说明本实用新型，而不是限制本实用新型；本实用新型并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种LED低频直流驱动电路，其特征在于包括：

输入端，用于连接市电电源；

整流电路，与所述的输入端连接，输出整流的波动电流；

滤波和功率因数调整电路，与所述整流电路连接并对输入的波动电流进行滤波和功率因数调整；以及

输出端，与所述的滤波和功率因数调整电路连接并将输出滤波和功率因数调整后的电流作为驱动电源送到LED负载。

2.根据权利要求1的LED低频直流驱动电路，其特征在于，其中所述LED负载是由并串连接的LED二极管阵列组件通过串联而形成的LED阵列构成，并且由选用的LED二极管的工作额定电压以及所述并串连接关系所最终确定的所述LED阵列的端电压与所述驱动电压相吻合。

3.根据权利要求2的LED低频直流驱动电路，其特征在于，所述LED二极管阵列组件是通过串联的n支LED二极管与另外串联的n支LED二极管相并联而构成，并且通过m个如此形成的所述LED二极管阵列组件的串联而最终构成所述的LED阵列用作LED负载，其中n、m大于或等于1。

4.根据权利要求1至3任意之一的LED低频直流驱动电路，其特征在于，所述LED二极管是同种型号的LED二极管。

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