專利名稱：功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)led節(jié)能照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)腖ED節(jié)能照明燈，具體是 涉及一種功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，它既是LED節(jié)能照明燈， 同時(shí)又是功率因數(shù)補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
全球能源面臨危機(jī)。為了有效利用能源，國際電工委員會(huì)(I.E.C)針對電 器的電源供應(yīng)制定了一系列的規(guī)范，IEC-1000就是對于電源供應(yīng)中諧波電流所 作的規(guī)范，而功率因數(shù)補(bǔ)償法是目前運(yùn)用的最有效的方法之一，電力用戶常用 的無功功率補(bǔ)償設(shè)備是電容器。所謂功率因數(shù)是有用功和總功率之比例，即有 用功占有用功與無用功向量和之比例。用戶用電功率因數(shù)之高低會(huì)影響電力供 電成本，而目前家用電器如電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、螢光燈等感性電 器以及帶有開關(guān)電源或整流濾波電if各的家電如電一見機(jī)、電腦、電^f茲爐、音響、 節(jié)能燈等等的功率因數(shù)都很低，如果用戶能采用設(shè)置電容器的方法提高功率因 數(shù)，可以減少供電成本，節(jié)約能源，降低諧波電流的污染，但是絕大多數(shù)用戶 并無此觀念。目前許多國家和地區(qū)都對用戶用電的功率因數(shù)提出了要求，如我 國臺(tái)灣省的電業(yè)法第69條規(guī)定用戶每月用電之平均功率因數(shù)不及80%時(shí)，每 低1%，該月電費(fèi)應(yīng)增加千分之3;超過80%時(shí)，每超過該月電費(fèi)應(yīng)減少千 分之l. 5。對用戶用電的功率因數(shù)提出要求是大多數(shù)國家今后的趨勢。LED作為 半導(dǎo)體固體"冷"光源，具有高效節(jié)能、長壽命、低維護(hù)費(fèi)用、無污染、多色彩等 特點(diǎn)，是傳統(tǒng)的白熾燈和充氣光源的理想取代品，因此國家發(fā)改委與信息產(chǎn)業(yè) 部提倡今后將全面使用LED照明。本發(fā)明以一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償 的LED節(jié)能照明燈既是LED節(jié)能照明燈，同時(shí)又是功率因數(shù)補(bǔ)償器，幫助用 戶自覺養(yǎng)成節(jié)約能源的習(xí)慣，以提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，對國對家都極為有 益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)腖ED節(jié)能照明 燈。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是交流市電用電容降壓限流整 流濾波恒流驅(qū)動(dòng)來點(diǎn)亮LED節(jié)能照明燈，在電網(wǎng)中本發(fā)明呈容性，起到了功率 因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔谩１景l(fā)明解決了目前市面上釆用直流恒流驅(qū)動(dòng)法點(diǎn)亮LED時(shí)， LED節(jié)能照明燈的的整體效率不夠高的問題。其解決方案示意圖見圖l和圖2。
LED的最佳驅(qū)動(dòng)方式是直流恒流驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗坏苁筁ED工作在最佳狀態(tài)， 還徹底擺脫了 LED燈頻閃的弱點(diǎn)，對視力保護(hù)大有裨益。目前LED的效率雖然 已有很大的提高，但LED節(jié)能照明燈的效率并不高，究其原因是LED驅(qū)動(dòng)器的 效率不高，如目前市面上采用交流220伏電源的1W LED照明燈，其AC/DC及驅(qū) 動(dòng)電路的損耗就遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1W，從而拖累了 LED節(jié)能照明燈的效率。
圖l是本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案一示意圖。在圖1中，電容Cl用于降壓 限流，D1D2D3D4用于整流，C3用于濾波。本發(fā)明的創(chuàng)新在于使用C2來和用于 降壓限流的CI分壓以降低將要傳送到LED的瞬態(tài)電壓，CI又起主要的功率因數(shù) 補(bǔ)償作用，C2協(xié)同Cl對功率因數(shù)補(bǔ)償和吸收電網(wǎng)的有害脈沖起到了輔助效果， C1C2本身并不消耗功率，本發(fā)明在電網(wǎng)中呈容性，起到了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔茫?同時(shí)本發(fā)明通過合理設(shè)置穩(wěn)壓管DZ1和恒流源Io的數(shù)值，使得在交流電壓正常 或偏低時(shí)，穩(wěn)壓管不消耗功率，只有當(dāng)交流電壓偏高時(shí)，DZl才吸收由于交流電 壓偏高時(shí)而導(dǎo)致C1增加的電流以維持流過LED的電流不變大，使LED不超過所 設(shè)定的工作電流。這里需要提到的是，整流后由于使用電解電容C3進(jìn)行濾波， 會(huì)使充電電流的相位滯后于電壓，為了更有效地進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，本發(fā)明電 解C3的數(shù)值不宜過大， 一般的可以控制在使電源的紋波電壓小于3-5%即可， 雖然C3的存在損失了一些相位補(bǔ)償，但本發(fā)明在電網(wǎng)中還是呈容性，仍起到了 功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br> 我們設(shè)交流市電經(jīng)電容降壓限流整流濾波所能穩(wěn)定提供的電流為II,其電 壓為V1; LED的工作電流為Io， Io同時(shí)也是恒流源的工作電流，恒流源的壓降 為Vio;流過穩(wěn)壓管的電流為12， N個(gè)LED的工作電壓為V2，如圖1所示。在這里我們通過DZ1的設(shè)定使VI比V2大1-3伏。因?yàn)樵贚ED工作時(shí)交流電壓應(yīng)允 許有20%的波動(dòng)，通過選擇C1C2,使得交流市電在220伏時(shí)II等于Io,這樣 在交流電壓正?；蚱蜁r(shí)，II全部流過LED,此時(shí)V1=V2+Vig,其效率為(V2-Vio) /V2，因恒流源Io處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)Vio僅為0. 7伏左右(如圖3、圖4電路)或 約0. 1伏(如圖5電路)，所以此時(shí)效率很高，當(dāng)V2較大或Vio較小時(shí)接近百分 百；在交流電壓偏高時(shí)，流過LED的電流被Io限制住不會(huì)變大，Vio將有所增 加，由交流電壓偏高時(shí)引起的II增加的部分將流過DZ1， VI的值由于DZl的設(shè) 定比V2大l-3伏，此時(shí)效率略有下降，其下降的百分比約為交流電壓偏高的百 分比；這樣恒流源Io只在交流電壓偏高時(shí)才起到限制流過LED電流的作用，其 它時(shí)候由CI對LED限流，恒流源Io處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，從而降低了驅(qū)動(dòng)電路 的損耗；此電路實(shí)際上是由CI和恒流源Io雙重限流，故工作非常可靠；本發(fā) 明的恒流驅(qū)動(dòng)法在交流電壓正?；蚱蜁r(shí)除了 LED以外幾乎沒有消耗功率的元 件，其效率接近百分百，大大提高了 LED節(jié)能照明燈的效率。
圖2是本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二示意圖，區(qū)別在于圖l中的恒流源 接在LED的正端，恒流管要選用PNP型三極管；圖2中的恒流源接在LED的負(fù) 端，恒流管要選用NPN型三極管。其工作原理是相同的。
LED的最佳驅(qū)動(dòng)方式是恒流驅(qū)動(dòng)，串接在交流電源中的CI就起到了很好的 恒流效果，其容量的計(jì)算公式為IF = K(VAC-N . VF) . CO CI—-(公式1)，其 中IF是流過LED的平均電流，VAC是交流電壓有效值，N是所接入LED的個(gè)數(shù)， VF是LED的正向電壓壓降，CO是交流電源的角頻率，K是由于使用C2而產(chǎn)生的 一個(gè)系數(shù)，CI與C2的比值一般可取1: 1,即C2^1，根據(jù)所接入LED的個(gè)數(shù)不同 和C1與C2的比值K約在0, 7-0. 9左右；當(dāng)C2-C1時(shí)其公式為K= (Icl-Ic2)/Icl [ (VAC - NVF) (O CI-NVF CO C2] / [ (VAC - NVF) 00 CI] = ( VAC - 2NVF ) / ( VAC - NVF ) —-(公式2)，若沒有C2則K-1;根據(jù)所使用的LED的平均驅(qū)動(dòng)電流，由公式 1公式2可計(jì)算出CI的容量。而和LED串接的恒流源用于限制流過LED的直流 電流，隔離瞬態(tài)電壓，Io的取值應(yīng)等于輸入交流電壓額定值時(shí)流過LED的平均 電流IF，計(jì)算公式為Io(A) =0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式3)。具體參數(shù)的計(jì)算示例參見本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖見圖3、圖4和圖5。
隨著LED技術(shù)的不斷提高，LED照明燈具有很好的發(fā)展前景。幾乎可以肯定 的是，再過幾年，LED照明燈就能成熟到取代老式照明燈，擰入大多數(shù)燈座，而 尋找一種驅(qū)動(dòng)LED照明燈的最佳方法是當(dāng)務(wù)之急。LED本身就很節(jié)能，本發(fā)明沒 有使用變壓器、開關(guān)管等會(huì)消耗功率或發(fā)熱的元器件，而且采用直流恒流驅(qū)動(dòng)， 所以比起其它驅(qū)動(dòng)LED的方法效果更好，效率更高，LED無頻閃；另外本發(fā)明在 電網(wǎng)中呈容性，起到了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br> 本發(fā)明的有益效果是提供了 一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)暮懔黩?qū) 動(dòng)LED節(jié)能照明燈，它既是LED節(jié)能照明燈，同時(shí)又是功率因數(shù)補(bǔ)償器。作為 恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，它耗電省、亮度高、無頻閃、使用壽命長；作為功 率因數(shù)補(bǔ)償器，它能提高功率因數(shù)、減少功率損耗、吸收電網(wǎng)的有害脈沖，具 有節(jié)電功能，把無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄β?。本發(fā)明成本不高，若推廣到每家每 戶，將能改善交流電網(wǎng)的諧波電流，提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約能源，其 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益不可限量，對國對家都極為有益。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案一示意圖2本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二示意圖3本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案一實(shí)施例電路原理圖4本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二實(shí)施例電路原理圖5本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二實(shí)施例大功率LED電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
1、見圖3本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案一實(shí)施例電路原理圖。所選用的小功 率白光LED的工作電流為lF=30mA,正向電壓壓降VF =3V， N為10個(gè)，由公式2得K =0.84，由/>式1得Cl = IF /K(VAC-N . VF) CO =0. 6E-6 (F) ， Cl可取 0.6uF/630V， C2取0. 6uF/250V， C3取22uF,電阻Rl是當(dāng)交流電源斷開時(shí)給Cl 方文電的，可選為2. 2M。。
起保護(hù)作用的恒流源Io限定了流過LED的直流電流，這里取為30mA,代入 (公式3)可算得R3 = 20Q。 DZ1的設(shè)定比N VF大1-3伏，DZ1可選用33V/2W 或P6KE33A (33V/5W、瞬間峰值功率600W/lms ),取恒流管Ql的耐壓大于30V 即可，因其兩端電壓不高電流不大選用2N9012;分立元件構(gòu)成的恒流源其瞬態(tài) 特性;f艮好，本電路實(shí)際上是由Cl和恒流源Io雙重限流，故工作十分可靠。恒流 管在工作時(shí)壓降很小，其功耗并不大，LED燈的整體效率很高。
當(dāng)N增大，K值會(huì)有所減小，可適當(dāng)增大C1C2，當(dāng)N較大時(shí)DZ1和Q1的反 向擊穿電壓也要隨之有所增加；當(dāng)N較大時(shí)也可分組使用兩個(gè)或多個(gè)本發(fā)明驅(qū) 動(dòng)，分組相當(dāng)于使N減小，對功率因數(shù)補(bǔ)償有利。
2、 見圖4本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二實(shí)施例電路原理圖。所選用的小功 率白光LED同上例，恒流管Ql選用2N9013,其余參數(shù)同上例。
3、 見圖5本發(fā)明直流恒流驅(qū)動(dòng)法方案二實(shí)施例大功率LED電路原理圖。所 選用的大功率LED的工作電流為lF=700mA,正向電壓壓降VF =7. IV, N為1個(gè)， 由公式2得〖《0. 97，由公式1得CKF/K(VAC-N . VF) w 10E-6(F), Cl可取 10uF/6，, C2取10uF/250V,因電流較大C3耳又470uF。
起保護(hù)作用的恒流源Io限定了流過LED的直流電流，這里取為700mA，因 電流較大恒流源改成兩級(jí)，Ql選2N9012, Q2選用放大倍數(shù)為100的NPN中功率 管，Q2的基極電流應(yīng)為700/100=7mA，同時(shí)也是第一級(jí)恒流源Ql的集電極電流， 代入(公式3 )可算得R3 = 86Q。DZ1的設(shè)定比N VF大1-3伏，DZ1可選用8. 2V/3W 或P6KE8. 2A ( 8. 2V/5W、瞬間峰值功率600W/lms )，分立元件構(gòu)成的恒流源其瞬 態(tài)特性很好，本電路實(shí)際上是由Cl和恒流源Io雙重限流，故工作十分可靠。此 電路第二級(jí)恒流管Q2的飽和導(dǎo)通電壓Vio僅為0. 1伏左右，工作時(shí)壓降很小， 所以雖然此例電流較大，但其損耗并不大，LED燈的整體效率仍很高。
權(quán)利要求
1、功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，它是一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)腖ED節(jié)能照明燈，既是LED節(jié)能照明燈，同時(shí)又是功率因數(shù)補(bǔ)償器；它由電容C1C2、整流管D1D2D3D4、電解電容C3、穩(wěn)壓管DZ1、恒流源Io和LED組成，其特征在于交流市電由C1C2分壓，C1限流，D1D2D3D4全橋整流，C3濾波，DZ1吸收當(dāng)交流電壓偏高時(shí)而導(dǎo)致C1增加的電流，再經(jīng)恒流源Io驅(qū)動(dòng)LED，形成功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，其 特征在于所述電容C1的一極接交流電源的一極，C1的另一極接C2的 一極和Dl的負(fù)極D2的正極，C2的另 一極接D3的負(fù)極D4的正極并接入 交流電源的另一極，D2D4的負(fù)極接DZ1的負(fù)極和C3的正極以形成直流 電源的正極，D1D3的正極接DZ1的正極和C3的負(fù)極以形成直流電源的 負(fù)極，在直流電源的正負(fù)極之間串接入恒流源Io和LED以得到功率因 數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補(bǔ)償型恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，其 特征在于LED的驅(qū)動(dòng)由Cl和恒流源Io雙重限流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)暮懔黩?qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是交流市電用電容降壓限流整流濾波恒流驅(qū)動(dòng)來點(diǎn)亮LED節(jié)能照明燈，在交流電網(wǎng)中本發(fā)明呈容性，起到了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔?。LED的最佳驅(qū)動(dòng)方式是直流恒流驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗坏苁筁ED工作在最佳狀態(tài)，還徹底擺脫了LED燈頻閃的弱點(diǎn)，對視力保護(hù)大有裨益；本發(fā)明解決了目前市面上采用直流恒流驅(qū)動(dòng)法點(diǎn)亮LED時(shí)，LED節(jié)能照明燈的整體效率不夠高的問題。本發(fā)明既是LED節(jié)能照明燈，同時(shí)又是功率因數(shù)補(bǔ)償器；作為恒流驅(qū)動(dòng)LED節(jié)能照明燈，它耗電省、亮度高、無頻閃、使用壽命長；作為功率因數(shù)補(bǔ)償器，它能提高功率因數(shù)、減少功率損耗、吸收電網(wǎng)的有害脈沖，具有節(jié)電功能，把無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄β?。本發(fā)明成本不高，若推廣到每家每戶，將能改善交流電網(wǎng)的諧波電流，提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約能源，對國對家都極為有益。
文檔編號(hào)H02M1/42GK101286707SQ200710008818
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者張亦翔, 張飛然 申請人:張亦翔