CN202713734U - 高功率因数全隔离恒流驱动led照明灯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯,由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成,上述部分的组成结构分别为:EMI滤波电路,由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成;高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源,恒流驱动电路,由线性恒流元件CRD组成;LED照明灯,由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。本实用新型产生的有益效果是:满足了“高频开关电源-恒流驱动电路-LED照明灯”的最优匹配,具有成本低廉、可靠性高、生产工艺简便的特点,便于推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种照明灯,特别是涉及一种使用AC 220V输入的高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯,属于照明电子应用技术领域。
背景技术
LED照明作为一种革命性的绿色节能照明技术,近年来获得了飞速发展,对LED驱动电源的要求也在不断提高。AC 220V输入的LED照明灯,基于安全规范的要求,具备高功率因数PF、高效率、输出隔离、高电流控制精度、符合EMC/EMI相关测试标准、成本低廉,已成为LED驱动电源技术经济性能的关键评价指标。目前的LED恒流驱动电源分为非隔离输出和全隔离输出两类、线性恒流源和开关电源恒流源两种型式。在相同输出功率的情况下,线性恒流源输出电压较高,适用于多个LED灯珠串联的应用,即适用于LED灯珠的多串少并;开关电源恒流源由于电子开关和电感元件的存在,输出电压较低,适用于少量LED灯珠串联后多个并联的应用,即适用于LED灯珠的少串多并;在LED照明灯应用领域形成二者互补的格局。
功率因数PF(Power Factor)是衡量电器设备技术性能的一项重要指标,功率因数低的电器设备,不利于电力电网传输功率的充分利用。交流电路中,在没有谐波的情况下,功率因数是电压与电流之间相位差Φ的余弦COSΦ,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即COSΦ=P/S。虽然不是所有国家都绝对强制要求照明应用中改善功率因数,但在某些应用方面有这样的要求,美国“能源之星”(ENERGY STAR)固态照明(SSL)规范中规定,任何功率等级皆须强制提供功率因数校正PFC(Power Factor Correction)。其中,住宅应用的LED驱动器功率因数须大于0.7,商业应用中则须大于0.9。虽然该标准最早应用于电脑产品的推广中,且属于自愿性标准,但其有利于电力供电电网功率充分利用、PF越高电能利用率越高的事实,已受到LED照明产品研发和生产企业的重视。
为改善输入电流波形,提高LED驱动电源的功率因数,就需要在LED驱动电源中加入功率因数校正PFC电路,包括无源PFC及有源PFC两种。无源PFC方案的体积较大,能够实现大于0.7的功率因数,在小功率LED照明中应用;有源PFC方案必须采用有源功率因数校正控制IC芯片,能够实现大于0.9的功率因数,在大功率LED照明中应用。事实是:无论采用无源电路、还是有源电路,虽然提高了LED驱动电源的功率因数,但效率都会下降,采用有源电路的下降最多,使得LED驱动电源的效率很难超过80%。
发明内容
研发“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的目的,在于克服现有LED驱动电源功率因数低的不足,提供一种既不采用无源PFC、也不采用有源PFC,在输入输出全隔离、恒流驱动LED照明灯、与负载LED匹配良好的情况下,实现了功率因数PF>0.95、效率>82%的技术指标。
本实用新型的技术方案是:本实用新型由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成,上述部分的组成结构分别为:
EMI滤波电路,由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成。其作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也抑制电源本身对外界的电磁干扰,可以选用通用电路。
高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源,由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7;电阻R1、R2、R3、R4;电容C1、C2、C3、C4;稳压二极管ZD;过流保护管Q1;振荡三极管Q2;肖特基二极管D8;高频开关变压器T组成。RCC型开关电源由稳压器组成电平开关,控制过程为振荡状态和抑制状态,RCC型开关电源的控制过程并非线性连续变化,它只有两个状态:当开关电源输出电压超过额定值时,脉冲控制器输出低电平,开关管截止;当开关电源输出电压低于额定值时,脉冲控制器输出高电平,开关管导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小,开关管的导通或截止由电平开关从输出电压取样进行控制。
恒流驱动电路,由线性恒流元件CRD组成。为二端或者三端器件,二端器件的阳极接a端、阴极接c端,当使用二端E803恒流二极管时,其恒流输出电流为80mA,2只并联为160mA;当使用二端2DHL300恒流二极管时,其恒流输出电流可达到300mA,2只并联为600mA;当使用三端LM317接成恒流源输出时,其输入端接a端,输出端接b端,调整端接c端,R5是电流取样电阻,R5=1.25/恒流值,即:当恒流输出1A时,R5=1.25Ω。
LED照明灯,由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。当选择每个正向工作电流为60mA、功率0.18W的156个5050贴片LED组成时,如果设计为12串13并,即M=12、N=13时,则LED照明灯的功率为28W,若不计算LED灯珠负温特性造成的正向压降漂移,此时LED照明灯的工作电压约为3.2V×12=38.4V,线性恒流元件正向压降可以设为4V,则设定高频开关电源输出的直流电压大于38.4V+4V就能稳定工作。
本实用新型产生的有益效果是:满足了“高频开关电源-恒流驱动电路-LED照明灯”的最优匹配,具有成本低廉、可靠性高、生产工艺简便的特点,便于推广应用。
附图说明
图1是本实用新型“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的原理方框图;
图2是本实用新型“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的电原理图。
具体实施方式
如图所示,本实用新型由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成,上述部分的组成结构分别为:
EMI滤波电路,由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成。其作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也抑制电源本身对外界的电磁干扰,可以选用通用电路。
高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源,由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7;电阻R1、R2、R3、R4;电容C1、C2、C3、C4;稳压二极管ZD;过流保护管Q 1;振荡三极管Q2;肖特基二极管D8;高频开关变压器T组成。RCC型开关电源由稳压器组成电平开关,控制过程为振荡状态和抑制状态,RCC型开关电源的控制过程并非线性连续变化,它只有两个状态:当开关电源输出电压超过额定值时,脉冲控制器输出低电平,开关管截止;当开关电源输出电压低于额定值时,脉冲控制器输出高电平,开关管导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小,开关管的导通或截止由电平开关从输出电压取样进行控制。恒流驱动电路,由线性恒流元件CRD组成。为二端或者三端器件,二端器件的阳极接a端、阴极接c端,当使用二端E803恒流二极管时,其恒流输出电流为80mA,2只并联为160mA;当使用二端2DHL300恒流二极管时,其恒流输出电流可达到300mA,2只并联为600mA;当使用三端LM317接成恒流源输出时,其输入端接a端,输出端接b端,调整端接c端,R5是电流取样电阻,R5=1.25/恒流值,即:当恒流输出1A时,R5=1.25Ω。
LED照明灯,由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。当选择每个正向工作电流为60mA、功率0.18W的156个5050贴片LED组成时,如果设计为12串13并,即M=12、N=13时,则LED照明灯的功率为28W,若不计算LED灯珠负温特性造成的正向压降漂移,此时LED照明灯的工作电压约为3.2V×12=38.4V,线性恒流元件正向压降可以设为4V,则设定高频开关电源输出的直流电压大于38.4V+4V就能稳定工作。
二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7型号为1N4007;D8肖特基二极管是SR3010;电阻R1、R2、R3、R4分别是180KΩ-1.2MΩ、100Ω-830Ω、82KΩ-330KΩ、2Ω--16Ω;R5是电流取样电阻,R5=1.25/恒流值,即:当恒流输出1A时,R5=1.25Ω;电容C1、C2、C3、C4分别为2200PF-33000PF、330PF-4700PF、0.1μF-47μF、100μF-4700μF;稳压二极管ZD稳压值为3V-12V;Q1、Q2分别为S8580、MJE13005;高频开关变压器T有3个绕组;线性恒流元件CRD可以是E803、2DHL300、LM317器件;LED照明灯,由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。
本实用新型的具体工作过程为:
交流220V经D1~D4桥式整流后,形成一个300V左右的直流电压,经高频开关变压器T的1、2绕组加至振荡三极管Q2的c极,同时经启动电阻R1为Q2的b极提供一个正向偏置电压,使Q2导通。此时,由三极管Q2和开关变压器T组成的间歇振荡电路开始工作,开关变压器T的1、2初级绕组中有电流通过,由于正反馈作用,Q2的Ic迅速上升而饱和;电容C1与反馈电阻R2为开关电源定时元件,电容容量及电阻阻值大小直接影响开关电源振荡频率,变压器T的3、4绕组感应的电压通过C1、R2加到三极管Q2的b极,使Q2的b极导通电流加大,迅速进人饱和区。随着电容C1两端电压不断升高,Q1的b极电压逐渐降低,使三极管Q2逐渐退出饱和区,其集电极电流开始减少,变压器T的1、2绕组中产生的磁通量也开始减少。在变压器T的3、4绕组感应的负反馈电压,使Q2迅速截止,完成一个振荡周期。开关变压器的反馈绕组3、4产生的感应脉冲经D7整流、C3滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压;当输出电压越高时,样电压就越负,当负到一定程度后,稳压二极管ZD被击穿,从而将Q2的基极电位拉低,导致Q2推迟开关的导通或者关断,从而控制了能量输入到T的1、2绕组中,使5、6输出电压降低,反之,使输出电压升高,从而实现了稳压输出的功能。此电压若超过稳压管ZD的稳压值,ZD便导通,此负极性整流电压便加在Q2的基极上,使其迅速截止。Q2的截止时间与其输出电压呈反比,在Q2进入截止期间,开关变压器T输出绕组5、6产生的感应电压,经D8整流、C4滤波后,向负载输出稳定的直流电压。稳压管ZD的导通或截止直接受电网电压和负载的影响,电网电压越低或负载电流越大,ZD的导通时间越短,Q2的导通时间越长,反之,电网电压越高或负载电流越小,D7的整流电压越高,ZD的导通时间越长,Q2的导通时间就越短。Q1是过流保护管,R4是Q2的过流取样保护电阻。在接通电源瞬间或当某种原因使三极管Q2的Ie电流过大时,在R4上的压降就大,通过D6使过流保护管Q1导通、Q2截止,既可有效防止开关管因冲击电流过大而损坏,同时对ZD的控制功能也是一种补偿。ZD以电压取样来控制Q2的振荡时间,而Q1是以电流取样来控制Q 2的振荡时间。T的5、6输出绕组经肖特基二极管高频整流、C4滤波后,输出稳定的直流电压,供给下一级的恒流驱动电路。恒流驱动电路可以由二端或三端线性恒流元器件组成1A的恒流输出,推动LED照明灯发光。LED照明灯,根据用户需要由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。
Claims (2)
1.一种高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯,其特征在于,该由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成,上述部分的组成结构分别为:
EMI滤波电路,由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成;
高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源,由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7;电阻R1、R2、R3、R4;电容C1、C2、C3、C4;稳压二极管ZD;过流保护管Q1;振荡三极管Q2;肖特基二极管D8;高频开关变压器T组成;
恒流驱动电路,由线性恒流元件CRD组成;
LED照明灯,由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。
2.根据权利要求1所述的高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯,其特征在于,线性恒流元件CRD为二端或者三端器件,二端器件的阳极接a端、阴极接c端;当使用三端LM317接成恒流源输出时,其输入端接a端,输出端接b端,调整端接c端,R5是电流取样电阻。
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CN104009656A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-08-27 | 陆俊 | 一种开关电源电路及开关电源 |
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