專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可提高ac led 燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED照明燈的驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種可提高AC LED (交流直接輸入的發(fā)光二極管)照明燈功率因數(shù)的控制電路。
背景技術(shù)：
電力電子裝置日益廣泛的應(yīng)用，使得諧波污染問(wèn)題引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。 現(xiàn)在，歐洲的電氣設(shè)備必須符合歐洲規(guī)范EN61000-3-2。這一要求適用于大多數(shù)輸入功率為 75W或以上的電器，而且它規(guī)定了包括高達(dá)39次諧波在內(nèi)的工頻諧波的最大幅度。雖然美國(guó)還沒(méi)有提出此類(lèi)要求，但是希望在全球銷(xiāo)售產(chǎn)品的電源制造商正在設(shè)計(jì)符合這一要求的產(chǎn)品。
利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。功率因數(shù)校正電路分為有源和無(wú)源兩類(lèi)。無(wú)源校正電路通常由大容量的電感、電容組成。雖然無(wú)源功率因數(shù)校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因數(shù)校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù)提高到0. 7 0. 8，4因而在中小功率電源中被廣泛采用。
有源功率因數(shù)校正電路自上世紀(jì)90年代以來(lái)得到了迅速推廣。它是在橋式整流器與輸出電容濾波器之間加入一個(gè)功率變換電路，使功率因數(shù)接近1。有源功率因數(shù)校正電路工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相對(duì)于無(wú)源功率因數(shù)校正電路來(lái)說(shuō)具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
無(wú)源功率因數(shù)矯正電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是體積較大、重量重，不適合在LED照明燈具中使用。而有源功率因數(shù)矯正電路屬于高頻開(kāi)關(guān)變換，雖然體積較小，但是電解電容的壽命限制了電路的壽命，無(wú)法和LED照明燈具5萬(wàn)小時(shí)以上的壽命相匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決，尤其是針對(duì)現(xiàn)有ACLED燈功率因數(shù)低，無(wú)法大規(guī)模推廣應(yīng)用的現(xiàn)狀，提供一種長(zhǎng)壽命、低成本、節(jié)電效果好的高功率因數(shù)AC LED照明燈驅(qū)動(dòng)電路。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種可提高的AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，包括一個(gè)整流橋，整流橋的兩個(gè)輸入端連接交流電壓，其特征在于，整流橋的輸出正端連接η個(gè)串聯(lián)的LED燈串的正端和η個(gè)自控恒流電路的檢測(cè)端；整流橋的輸出負(fù)端連接η個(gè)自控恒流電路的輸出端；第η個(gè)LED燈串的負(fù)端連接到序號(hào)為η的自控恒流電路的輸入端，其中2 < η < 10 ;η個(gè)串聯(lián)的LED燈串中，每個(gè)燈串中LED的個(gè)數(shù)相同。
上述方案中，所述自控恒流電路包括一個(gè)電壓檢測(cè)控制電路和一個(gè)恒流電路，其中，電壓檢測(cè)控制電路包括第一、第二分壓電阻、第一 MOS管；恒流電路包括第二 MOS管、限流電阻、電流檢測(cè)電阻和電壓基準(zhǔn)；所述第一分壓電阻的一端、第二分壓電阻的一端相互連接后與第一 MOS管的柵極相連，第一分壓電阻的另一端連接整流橋的輸出負(fù)端和LED燈串的正端，第二分壓電阻的另一端連接整流橋的輸出正端和第二MOS管的源極；第一MOS管的漏極連接第二 MOS管的柵極、限流電阻的一端和電壓基準(zhǔn)的陰極；限流電阻的另一端連接整流橋的輸出負(fù)端；第二 MOS管的漏極接LED燈串的負(fù)端，第二 MOS管的源極連接電流檢測(cè)電阻的一端和電壓基準(zhǔn)的參考極，電流檢測(cè)電阻的另一端、電壓基準(zhǔn)的陽(yáng)極連接到整流橋輸出正端。
所述的η = 3。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)η個(gè)自控恒流電路檢測(cè)交流輸入電壓確定工作模式，當(dāng)工作電壓上升時(shí)，η個(gè)自控恒流電路依次關(guān)斷，當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，η個(gè)自控恒流電路依次導(dǎo)通。
以220V交流輸入為例，經(jīng)整流橋整流后的電壓波形為IOOHz的饅頭波，當(dāng)η = 3 時(shí)，電壓檢測(cè)點(diǎn)分別設(shè)定為輸入額定電壓的1/3處和2/3處，3個(gè)恒流電路的默認(rèn)工作狀態(tài)均為導(dǎo)通模式。當(dāng)輸入電壓在0 1/3輸入額定電壓范圍之間上升時(shí)，電流流過(guò)第一個(gè)恒流電路，僅接入的1/3LED燈串導(dǎo)通工作；當(dāng)輸入電壓上升到1/3 2/3輸入額定電壓范圍之間時(shí)，第一個(gè)恒流電路關(guān)斷，此時(shí)接入2/3的LED導(dǎo)通工作；當(dāng)輸入電壓高于2/3輸入額定電壓后，第二個(gè)恒流電路關(guān)斷，此時(shí)，所有LED燈串串聯(lián)，僅第三個(gè)恒流電路導(dǎo)通工作；當(dāng)交流輸入電壓開(kāi)始下降并低于2/3輸入額定電壓后，第二個(gè)恒流電路導(dǎo)通，此時(shí)接入2/3的 LED導(dǎo)通工作；當(dāng)輸入電壓下降到1/3 2/3輸入額定電壓范圍之間時(shí)，第一個(gè)恒流電路導(dǎo)通，僅接入的1/3LED燈串導(dǎo)通工作。
LED燈串和自控恒流電路的工作模式隨輸入交流電壓的上升和下降交替工作，如此反復(fù)。
由于本發(fā)明不含有影響燈具壽命的電解電容器，電路中的晶體管、MOS管和電阻等器件在額定電壓和額定電流條件下壽命與LED相當(dāng)，可確保燈具的壽命達(dá)到5 7萬(wàn)個(gè)小時(shí)，并且具有非常高的功率因數(shù)，有效減少了對(duì)電網(wǎng)的污染。在交流電網(wǎng)電壓變化時(shí)，高精度恒流電路可保證LED穩(wěn)定工作，完全可以滿足要求，而且還可以大大提高LED燈具的可靠性。


圖1為本發(fā)明電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的一個(gè)具體電路原理圖。
圖3為圖1的另一個(gè)具體電路原理圖。
圖4為應(yīng)用本發(fā)明圖2或圖3電路后的LED照明燈的輸入電壓電流波形。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明可提高AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)整流橋，整流橋的兩個(gè)輸入端連接交流電壓，整流橋的輸出正端連接η個(gè)串聯(lián)的LED燈串的正端和η個(gè)自控恒流電路的檢測(cè)端；整流橋的輸出負(fù)端連接η個(gè)自控恒流電路的輸出端；第η個(gè)LED燈
4串的負(fù)端連接到序號(hào)為η的自控恒流電路的輸入端，其中η為正整數(shù)，且2 < η < 10 ;η個(gè)串聯(lián)的LED燈串中，每個(gè)燈串中LED的個(gè)數(shù)相同。
如圖2所示，自控恒流電路包括一個(gè)電壓檢測(cè)控制電路和一個(gè)恒流電路，恒流電路初始工作狀態(tài)為導(dǎo)通，保持流過(guò)對(duì)應(yīng)LED燈串的電流為設(shè)定值，電壓檢測(cè)控制電路檢測(cè)交流輸入電壓，達(dá)到設(shè)定值后關(guān)斷恒流電路。其中，電壓檢測(cè)控制電路包括分壓電阻R1，R6、 MOS管Vl ；恒流電路包括MOS管V2、限流電阻R2、電流檢測(cè)電阻R7和電壓基準(zhǔn)Ul ；分壓電阻R1，R6的一端相互連接后與MOS管Vl的柵極相連，分壓電阻Rl的另一端連接整流橋BDl 的輸出負(fù)端和LED燈串的正端，分壓電阻R6的另一端連接BDl的輸出正端和MOS管V2的源極；Vl的漏極連接V2的柵極、限流電阻R2的一端和電壓基準(zhǔn)Ul的陰極；R2的另一端連接整流橋的輸出負(fù)端；MOS管V2的漏極接LED燈串的負(fù)端，V2的源極連接電流檢測(cè)電阻的 R7的一端和電壓基準(zhǔn)Ul的參考極，R7的另一端、Ul的陽(yáng)極連接到整流橋BDl輸出正端。
實(shí)施例1 如圖2所示，一種可提高AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，由整流橋BD1、三個(gè)串聯(lián) LED燈串(每串20只)與三個(gè)對(duì)應(yīng)的自控恒流電路組成。
三個(gè)自控恒流電路分別接在串聯(lián)LED燈串的1/3處、2/3處和燈串負(fù)端。整流橋 BDl將220V/50Hz交流電整流為IOOHz的饅頭波。電阻Rl、R2、R6、R7和MOS管VI、V2以及電壓基準(zhǔn)Ul構(gòu)成第一個(gè)自控恒流電路；電阻R3、R4、R8、R9和MOS管V3、V4以及電壓基準(zhǔn)U2構(gòu)成第二個(gè)自控恒流電路，電阻R5、RlO和MOS管V5以及電壓基準(zhǔn)U3構(gòu)成最后一個(gè)恒流電路。
當(dāng)輸入電壓在額定范圍1/3以下(< 73. 3V)時(shí)，Vl關(guān)斷、V2導(dǎo)通，僅接入1/3的 LED燈串工作，工作電流由第一恒流電路設(shè)定。
當(dāng)輸入電壓在1/3 2/3額定電壓范圍(73. 3V < 146. 6V)時(shí)，第一自控恒流電路中的Vl導(dǎo)通，將V2關(guān)斷，第一恒流電路關(guān)斷；同時(shí)V3保持關(guān)斷，V4導(dǎo)通，僅接入2/3的LED 燈串導(dǎo)通工作，工作電流由第二恒流電路設(shè)定。
當(dāng)輸入電壓大于2/3額定電壓后，V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，第二恒流電路關(guān)斷；同時(shí)，第一自控恒流電路保持關(guān)斷狀態(tài)，所有的LED燈串導(dǎo)通工作，工作電流由第三恒流電路設(shè)定。
當(dāng)輸入電壓開(kāi)始下降并低于2/3輸入額定電壓(< 146. 6V)時(shí)，第二自控恒流電路中的V3關(guān)斷，將V4導(dǎo)通，第二個(gè)恒流電路導(dǎo)通，此時(shí)接入2/3的LED導(dǎo)通工作。
當(dāng)輸入電壓下降到1/3 2/3輸入額定電壓范圍(73. 3V < 146. 6V)之間時(shí)，第一自控恒流電路中的Vl關(guān)斷，將V2導(dǎo)通，第一恒流電路導(dǎo)通，第二個(gè)恒流電路保持關(guān)斷，此時(shí)僅接入1/3的LED燈串導(dǎo)通工作，工作電流由第二恒流電路設(shè)定。
MOS管VI、V3的柵極閾值電壓0V)為設(shè)置檢測(cè)電壓的基準(zhǔn)。Rl、R6組成分壓網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置輸入電壓為73. 3V時(shí)，Vl導(dǎo)通，關(guān)斷V2;R3、R8組成第二組分壓網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置輸入電壓為146. 6V時(shí)，V3導(dǎo)通，關(guān)斷V4。
以第一自控恒流電路為例，電阻R2、R7和MOS管V2、精密可調(diào)電壓基準(zhǔn)(TL431)組成高精度恒流電路，計(jì)算公式如下 Vref 式中Ide為恒流電流；Vref為T(mén)L431的基準(zhǔn)電壓。
由上式可知，通過(guò)改變R7的阻值，可以精確設(shè)定恒流電流。當(dāng)輸入電壓高于額定電壓時(shí)，恒流電路限制流過(guò)LED的電流，避免LED因?yàn)榱鬟^(guò)大電流而損壞。同時(shí)，恒流電路可以有效抑制上電時(shí)的浪涌電流，大大提高了多只LED串聯(lián)使用的可靠性。
實(shí)施例2 如圖3所示，另一種可提高AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，與實(shí)施例一不同的地方是MOS管VI、V2、V3、V4、V5和電壓基準(zhǔn)Ul、U2、U3均可由三極管替代。本實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例一相同，在此不再贅述。
本發(fā)明通過(guò)控制LED燈串的導(dǎo)通數(shù)量，并分段限制流過(guò)LED燈串的電流，可以矯正輸入電流波形，達(dá)到功率因數(shù)矯正的目的。采用本發(fā)明的功率因數(shù)矯正驅(qū)動(dòng)電路，其輸入電壓電流波形如圖4所示，功率因數(shù)大幅提高至0. 97 0. 99左右。
權(quán)利要求
1.一種可提高AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，包括一個(gè)整流橋，整流橋的兩個(gè)輸入端連接交流電壓，其特征在于，整流橋的輸出正端連接η個(gè)串聯(lián)的LED燈串的正端和η個(gè)自控恒流電路的檢測(cè)端；整流橋的輸出負(fù)端連接η個(gè)自控恒流電路的輸出端；第η個(gè)LED燈串的負(fù)端連接到序號(hào)為η的自控恒流電路的輸入端，其中2彡η彡10 ;η個(gè)串聯(lián)的LED燈串中， 每個(gè)燈串中LED的個(gè)數(shù)相同。
2.如權(quán)利要求1所述的可提高ACLED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述自控恒流電路包括一個(gè)電壓檢測(cè)控制電路和一個(gè)恒流電路，其中，電壓檢測(cè)控制電路包括第一、 第二分壓電阻、第一 MOS管；恒流電路包括第二 MOS管、限流電阻、電流檢測(cè)電阻和電壓基準(zhǔn)；所述第一分壓電阻的一端、第二分壓電阻的一端相互連接后與第一 MOS管的柵極相連， 第一分壓電阻的另一端連接整流橋的輸出負(fù)端和LED燈串的正端，第二分壓電阻的另一端連接整流橋的輸出正端和第二 MOS管的源極；第一 MOS管的漏極連接第二 MOS管的柵極、限流電阻的一端和電壓基準(zhǔn)的陰極；限流電阻的另一端連接整流橋的輸出負(fù)端；第二 MOS管的漏極接LED燈串的負(fù)端，第二 MOS管的源極連接電流檢測(cè)電阻的一端和電壓基準(zhǔn)的參考極，電流檢測(cè)電阻的另一端、電壓基準(zhǔn)的陽(yáng)極連接到整流橋輸出正端。
3.如權(quán)利要求1所述的可提高ACLED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述的η =3。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可提高AC LED燈功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，包括一個(gè)整流橋，整流橋的兩個(gè)輸入端連接交流電壓，其特征在于，整流橋的輸出正端連接n個(gè)串聯(lián)的LED燈串的正端和n個(gè)自控恒流電路的檢測(cè)端，整流橋的輸出負(fù)端連接n個(gè)自控恒流電路的輸出端；第n個(gè)LED燈串的負(fù)端連接到序號(hào)為n的自控恒流電路的輸入端，其中2≤n≤10；n個(gè)串聯(lián)的LED燈串中，每個(gè)燈串中LED的個(gè)數(shù)相同。本發(fā)明采用通過(guò)檢測(cè)交流輸入電壓，自動(dòng)分段控制n個(gè)恒流電路工作模式的電路設(shè)計(jì)方法，大幅提高AC LED的功率因數(shù)、可靠性和安全性，使燈內(nèi)無(wú)需再安裝AC/DC變換器，減低了設(shè)備故障率，具有結(jié)構(gòu)新穎、電路簡(jiǎn)單、功率因數(shù)高、壽命長(zhǎng)和節(jié)電效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102186282SQ20111006745
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者段曉飛, 蘇理, 王琛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所