CN221043281U - 一种高pfc免驱无频闪电路及其led灯带 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及LED灯驱动电路领域，尤指一种高PFC免驱无频闪电路及其LED灯带，包括交流输入电路，所述交流输入电路包括火线L和零线N，用于输入交流电；EMC电路，连接于所述交流输入电路，用于对所述交流输入电路输入的交流电进行滤波处理；非隔离电源电路，连接于所述EMC电路，所述非隔离电源电路是为单级高PFC非隔离型开关电源，工作模式为CCM模式非隔离恒流；去频闪模块对不同相位的纹波电流分别进行整流后进行叠加并构成驱动总电流。整体存在单级高PFC模式非隔离电源结构，单级高PFC模式能够轻松通过PstLM测试，PWM模式非隔离斩波使得高压LED灯带能够在全球通用85‑265V电压范围恒流恒功率工作。

Description

一种高PFC免驱无频闪电路及其LED灯带

技术领域

本实用新型涉及LED灯驱动电路领域，尤指一种高PFC免驱无频闪电路及其LED灯带。

背景技术

如图1-2传统的高压LED灯带采用桥堆+电阻恒流或桥堆+线性芯片恒流，高压LED灯带屏闪问题难以得到解决。

如图3所示是传统的高压LED灯带采用桥堆+电阻恒流或桥堆+线性芯片恒流的输出波形，可见传统高压LED灯带工作在非连续模式，有到零的时间，所以会有频闪，所以传统的灯具拍照出来的效果是光亮→阴暗→光亮→阴暗→光亮。该频闪光源会引起视觉不适，包括眼睛疲劳、头痛、眩晕、眼睛干涩等症状。这对于长时间暴露在频闪光源下的人们来说可能会影响工作效率和视觉舒适度。

然而，高压LED灯带属于民用类照明电器类产品，根据GB55015-2021文件相关规定，ErP指令对SVM和PstLM的要求:PstLM≤1；SVM≤0.9(2024年9月1号之前)；SVM≤0.4(2024年9月1号之后)。

传统的高压LED灯带采用桥堆+电阻恒流或桥堆+线性芯片恒流，其工作原理都是线性恒流。如图1图2所示，桥式整流后，图1通过电阻R1给灯串进行恒流，图2通过线性恒流芯片IC1给灯串进行恒流。当周边供电环境恶劣或高压LED灯带同一电网联接多条时相互干扰时，瞬间电流波动大，导致肉眼可见的微闪问题。电网电压波动大时，高压LED灯带的功率跟着变化。当电网电压小于输入最小额定电压时，传统高压LED灯带亮度非常低或者完全无法点亮工作。当电网电压大于输入最高额定电压时，传统高压LED灯带功率随着电网电压上升功率上升，从而导致温度上升，当温到达到一定极限时，灯具损坏。由于桥式整流后没有电解电容滤波，100HZ纹波电压也同时加载在LED灯串两端给LED灯串供电，从而导致了高压LED灯带频闪。当然，加电解电容可以解决频闪，第一，结构上高度限制，高压电解电容的由于高压电容膜的宽度决定了总体高度都很高，传统高压LED灯带无法安装便用高压电解。第二，即使可以安装，加了电解电容后，功率因素下降，PstLM测试无法通过。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种高PFC免驱无频闪电路及其LED灯带，存在单级高PFC模式非隔离电源结构，单级高PFC模式能够轻松通过PstLM测试，PWM模式非隔离斩波使得高压LED灯带能够在全球通用85-265V电压范围恒流恒功率工作。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高PFC免驱无频闪电路，包括交流输入电路，所述交流输入电路包括火线L和零线N，用于输入交流电；EMC电路，连接于所述交流输入电路，用于对所述交流输入电路输入的交流电进行滤波处理；非隔离电源电路，连接于所述EMC电路，所述非隔离电源电路是为单级高PFC非隔离型开关电源，工作模式为CCM模式非隔离恒流；

去频闪模块，连接于所述非隔离电源电路，该非隔离电源电路输出不同相位的纹波电流，去频闪模块对不同相位的纹波电流分别进行整流后进行叠加并构成驱动总电流。

进一步，所述EMC电路还包括：保险丝F1、压敏电阻RV、第一电容CX1、第二电容CX2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4；所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4均为共模电感；所述保险丝F1连接于所述火线L，所述压敏电阻RV和所述第一电容CX1并联连接于所述火线L和所述零线N之间；所述第一电感L1的前端连接于所述第一电容CX1一端，所述第一电感L1的后端连接于第三电感L3的前端；所述第一电感L2的前端连接于所述第一电容CX1另一端，所述第一电感L2的后端连接于第三电感L4的前端；且第二电容CX2的两端分别与第一电感L1的后端以及第一电感L2的后端连接。

进一步，非隔离电源电路包括非隔离电源芯片IC1、第五电感L5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3、第一电解电容EC1，其中非隔离电源芯片IC1的ACL引脚与第四电感L4的后端连接，非隔离电源芯片IC1的ACN引脚与第三电感L3的后端连接，非隔离电源芯片IC1的ROVP引脚通过第一电阻R1接高压地，非隔离电源芯片IC1的CS引脚通过第二电阻R2接高压地，且非隔离电源芯片IC1的HV引脚通过第三电容C3接高压地，同时非隔离电源芯片IC1的HV引脚构成LED+端；非隔离电源芯片IC1的DRAIN引脚通过第五电感L5与第一电解电容EC1负极连接，第一电解电容EC1正极与LED+端连接。

进一步，非隔离电源芯片IC1的具体型号为KP1261。

进一步，去频闪模块包括去频闪芯片IC2、第四电阻R4、第五电阻R5，其中去频闪芯片IC2的HV引脚与LED+端连接，去频闪芯片IC2的DR引脚构成LED-端，去频闪芯片IC2的DET引脚通过第五电阻R5与LED-端连接，其中去频闪芯片IC2的CS引脚通过第四电阻R4接低压地。

进一步，去频闪芯片IC2的具体型号为KP4213。

本申请还在上述电路中，增加一灯串模块，该灯串模块包括若干个相互串联的发光LED灯，灯串模块的正极端与LED+端连接，灯串模块的负极端与LED-端连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的技术中，存在单级高PFC模式非隔离电源结构，单级高PFC模式能够轻松通过PstLM测试，同时非隔离斩波使得高压LED灯带能够在全球通用85-265V电压范围恒流恒功率工作。本实用新型的技术中，其中去频闪模块存在高频振荡开关技术，使得对纹波电流进行叠加总和来给灯串模块供电结构，通过高频振荡开关技术，不同相位的输入的纹波电流分别整流后叠加的总电流的最大值和最小值之间的差别减小，因此，总电流所产生的光亮度的百分比频闪减小，从而解决频闪问题。

附图说明

图1：传统采用桥堆+电阻恒流的高压LED灯带原理图：

图2：传统采用桥堆+线性芯片恒流的高压LED灯带原理图：

图3是传统采用桥堆+线性芯片恒流的高压LED灯带的输出波形图。

图4是本申请的模块框图。

图5是本申请的具体电路图。

图6是本申请LED灯带的输出波形图。

图7是本申请LED灯带关于PstLM的测试报告。

图8是本申请LED灯带关于SVM的测试报告。

附图标号说明：1.交流输入电路；2.EMC电路；3.非隔离电源电路；4.去频闪模块；5.灯串模块。

具体实施方式

请参阅图4-5所示，本实用新型关于一种高PFC免驱无频闪高压LED灯带，

包括交流输入电路1，所述交流输入电路1包括火线L和零线N，用于输入交流电；

EMC电路2，连接于所述交流输入电路1，用于对所述交流输入电路1输入的交流电进行滤波处理；

非隔离电源电路3，连接于所述EMC电路2，所述非隔离电源电路3是为单级高PFC非隔离型开关电源，工作模式为CCM模式非隔离恒流；

去频闪模块4，去频闪模块4，连接于所述非隔离电源电路3，该非隔离电源电路3输出不同相位的纹波电流，去频闪模块4对不同相位的纹波电流分别进行整流后进行叠加并构成驱动总电流。

进一步，所述EMC电路2还包括：保险丝F1、压敏电阻RV、第一电容CX1、第二电容CX2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4；所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4均为共模电感；所述保险丝F1连接于所述火线L，所述压敏电阻RV和所述第一电容CX1并联连接于所述火线L和所述零线N之间；所述第一电感L1的前端连接于所述第一电容CX1一端，所述第一电感L1的后端连接于第三电感L3的前端；所述第一电感L2的前端连接于所述第一电容CX1另一端，所述第一电感L2的后端连接于第三电感L4的前端；且第二电容CX2的两端分别与第一电感L1的后端以及第一电感L2的后端连接。

EMC电路2：由图5可以看出，RV为压敏电阻，用来过雷击浪涌。F1为保险丝，用来保护电路安全运行。CX1和L1，L2组成第一级滤波抗干扰线路，CX2和L3，L4组成第二级滤波抗干扰线路，通过两级滤波抗干扰线路，达到过传导辐射的目的。这些部分的组合和设计有助于确保电源电路稳定、安全且具有良好的电磁兼容性。在电源电路中，EMC设计是非常重要的，因为它有助于防止电路产生或受到电磁干扰，以及减小电磁辐射，确保设备在不同环境下都能正常工作并符合相关的电磁兼容性标准。

由图5可以看出，进一步，非隔离电源电路3包括非隔离电源芯片IC1、第五电感L5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3、第一电解电容EC1，其中非隔离电源芯片IC1的ACL引脚与第四电感L4的后端连接，非隔离电源芯片IC1的ACN引脚与第三电感L3的后端连接，非隔离电源芯片IC1的ROVP引脚通过第一电阻R1接高压地，非隔离电源芯片IC1的CS引脚通过第二电阻R2接高压地，且非隔离电源芯片IC1的HV引脚通过第三电容C3接高压地，同时非隔离电源芯片IC1的HV引脚构成LED+端；非隔离电源芯片IC1的DRAIN引脚通过第五电感L5与第一电解电容EC1负极连接，第一电解电容EC1正极与LED+端连接。进一步，非隔离电源芯片IC1的具体型号为KP1261。

IC1采用高度集成降压型高功率因数恒流非隔离电源芯片KP1261，属于非隔离BUCK电路芯片。当KP1261内部MOS管导通时，输入电流Iin通过负载LED灯串、电感L5、KP1261内置MOS管到输入电源负极高压地。LED灯串发光的同时电感L5中的电流慢慢上升，达到峰值，直到KP1261内置MOS断开，L5储存能量。当KP1261内置MOS管断开时，由于“电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变。”的原理，流过电感L5的电流通过KP1261内置集成的续流二级管，负载LED形成回路。当电感L5中的电流从峰值下降到一个值且该值大于零时，KP1261内置MOS管导通，非隔离电源工作在CCM状态。

对于大部分的非隔离电源电路3多设计工作在CCM，因为有以下两点好处：

1、工作在CCM，输出纹波电流比较小。

2、工作在CCM，输出电流比较好控制：

Io＝(ILpkh+ILpkl)/2

这里的Io为输出电流有效值，ILpkh和ILpkl分别为电感电流峰值和谷值。KP1261内部设置的VCS电压为：0.2V，通过设置CS引脚到地的电阻R2，可以设置通过负载LED的峰值电流。

从公式Io＝(ILpkh+ILpkl)/2，可知：通过R2设置了ILpkh最大电流。KP1261内置一个电容到高压地，通过此内置电容来设置TOFF(关断时间)，在每个工作周期，有相同的关断时间；那么Io＝(ILpkh+ILpkl)/2能得到一个恒定的ILpkl，因此达到恒流的目的。第一电阻R1为OVP电阻，设定过压保护值。C3,EC1为滤波电容，可以把有害的纹波电压电流引入高压地，达到滤除纹波的目的，使直流电压变得更稳定干净。

此电路通过非隔离线路降压后通过OVP电阻设定输出24-48V电压，输出适合3V灯珠8-16串，3V灯珠价格便宜，性价比高。输出低压，可以选用低压超薄的电解电容，能适应灯带产品的高度要求。

由图5可以看出，进一步，去频闪模块4包括去频闪芯片IC2、第四电阻R4、第五电阻R5，其中去频闪芯片IC2的HV引脚输出驱动总电流至LED+端连接，去频闪芯片IC2的DR引脚构成LED-端，去频闪芯片IC2的DET引脚通过第五电阻R5与LED-端连接，其中去频闪芯片IC2的CS引脚通过第四电阻R4接低压地。进一步，去频闪芯片IC2的具体型号为KP4213。

其具体的工作原理在于：输入不同相位的纹波电流，分别整流后进行叠加，形成总电流，采用此总电流驱动LED灯具，其结果是：

(1)总电流的最大值的振荡频率增加，因此，光亮度的最大值的振荡频率增加；

(2)总电流的最大值与最小值的差别减小，因此，光亮度的百分比频闪减小；

(3)叠加后的总电压没有等于0V(或者小于2.8伏)的瞬间。因此，灯具没有不发光的瞬间。因此，总电流驱动的LED灯具的亮度的频闪降低到与其他灯具相同甚至更好的水平，即这种原理可以达到对于灯具的频闪的要求。

由图5可以看出，进一步，还包括灯串模块5，该灯串模块5包括若干个相互串联的发光LED灯，灯串模块5的正极端与LED+端连接，灯串模块5的负极端与LED-端连接。

其中参阅图6，为采用一种高PFC免驱无频闪高压LED灯带的输出波形，可见没有到零的瞬间，灯带工作在CCM模式，这意味着LED灯带的电流保持稳定，不会断断续续地开关，从而降低了频闪的可能性。

相对于传统技术，采用高PFC免驱无频闪的设计具有优势，因为它可以提供更稳定和更舒适的照明效果。这种设计通常会减少或消除频闪，并确保LED灯带的亮度和颜色稳定，同时提供高功率因数，有助于提高能源效率。这对于满足电磁兼容性标准和提供更高质量的照明非常重要。

根据GB55015-2021文件相关规定，ErP指令对SVM和PstLM的要求:PstLM≤1；SVM≤0.9(2024年9月1号之前)；SVM≤0.4(2024年9月1号之后)。

根据图7以及图8的相关测试报告，本申请中的LED灯带设计在PstLM和SVM参数方面都表现出很好的性能，符合GB55015-2021文件中ErP指令对SVM和PstLM的要求。

具体来说，PstLM参数为0.142，远远低于要求的上限值1。这表明LED灯带在功率因数和频闪度方面表现良好。LED灯带设计在提供高质量照明的同时，还具有优秀的功率因数，有助于提高能源效率并满足相关标准和法规的要求。

另外，SVM参数在2024年9月1号之前要求不超过0.9，在2024年9月1号之后要求不超过0.4。而本申请中LED灯带的SVM数值为0.059，不论是在之前还是之后的要求下都远远低于限制值。这表明灯具的频闪度非常低，几乎不可见，因为较低的频闪度可以提高照明质量，减少视觉不适和眩晕感。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：

包括交流输入电路，所述交流输入电路包括火线L和零线N，用于输入交流电；

EMC电路，连接于所述交流输入电路，用于对所述交流输入电路输入的交流电进行滤波处理；

非隔离电源电路，连接于所述EMC电路，所述非隔离电源电路是为单级高PFC非隔离型开关电源，工作模式为CCM模式非隔离恒流；

去频闪模块，连接于所述非隔离电源电路，该非隔离电源电路输出不同相位的纹波电流，去频闪模块对不同相位的纹波电流分别进行整流后进行叠加并构成驱动总电流。

2.根据权利要求1所述的一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：所述EMC电路还包括：保险丝F1、压敏电阻RV、第一电容CX1、第二电容CX2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4；所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4均为共模电感；所述保险丝F1连接于所述火线L，所述压敏电阻RV和所述第一电容CX1并联连接于所述火线L和所述零线N之间；所述第一电感L1的前端连接于所述第一电容CX1一端，所述第一电感L1的后端连接于第三电感L3的前端；所述第一电感L2的前端连接于所述第一电容CX1另一端，所述第一电感L2的后端连接于第三电感L4的前端；且第二电容CX2的两端分别与第一电感L1的后端以及第一电感L2的后端连接。

3.根据权利要求2所述的一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：非隔离电源电路包括非隔离电源芯片IC1、第五电感L5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3、第一电解电容EC1，其中非隔离电源芯片IC1的ACL引脚与第四电感L4的后端连接，非隔离电源芯片IC1的ACN引脚与第三电感L3的后端连接，非隔离电源芯片I C1的ROVP引脚通过第一电阻R1接高压地，非隔离电源芯片IC1的CS引脚通过第二电阻R2接高压地，且非隔离电源芯片I C1的HV引脚通过第三电容C3接高压地，同时非隔离电源芯片I C1的HV引脚构成LED+端；非隔离电源芯片IC1的DRAIN引脚通过第五电感L5与第一电解电容EC1负极连接，第一电解电容EC1正极与LED+端连接。

4.根据权利要求3所述的一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：非隔离电源芯片IC1的具体型号为KP1261。

5.根据权利要求3所述的一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：去频闪模块包括去频闪芯片IC2、第四电阻R4、第五电阻R5，其中去频闪芯片IC2的HV引脚与LED+端连接，去频闪芯片IC2的DR引脚构成LED-端，去频闪芯片IC2的DET引脚通过第五电阻R5与LED-端连接，其中去频闪芯片IC2的CS引脚通过第四电阻R4接低压地。

6.根据权利要求3所述的一种高PFC免驱无频闪电路，其特征在于：去频闪芯片IC2的具体型号为KP4213。

7.一种LED灯带，其特征在于：包括灯串模块、如权利要求6所述高PFC免驱无频闪电路，该灯串模块包括若干个相互串联的发光LED灯，灯串模块的正极端与LED+端连接，灯串模块的负极端与LED-端连接。