專利名稱：帶led照明燈的功率因數(shù)補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)補償器，具體是涉及一種帶LED照明燈的功率因 數(shù)補償器，它既是功率因數(shù)補償器，同時又是LED照明燈。
背景技術(shù)：
全球能源面臨危機。為了有效利用能源，國際電工委員會(I.E.C)針對電 器的電源供應(yīng)制定了一系列的^L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)補償法是目前運用的最有效的方法之一，電力用戶常用 的無功功率補償設(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^/L、螢光燈等感性電 器以及帶有開關(guān)電源或整流濾波電路的家電如電視機、電腦、電磁爐、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，每 低1%,該月電費應(yīng)增加千分之3;超過80°/。時，每超過1%,該月電費應(yīng)減少千 分之1.5。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)費用、無污染、多色彩等 特點，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)補償 的帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器既是功率因數(shù)補償器，同時又是LED照明 燈，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)補償?shù)膸ED照明燈 的功率因數(shù)補償器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是帶LED照明 燈的功率因數(shù)補償器固定接入交流市電，其中LED照明燈可通過遙控方式或微動開關(guān)點亮、關(guān)閉，而功率因數(shù)補償電路一直在工作，在交流電網(wǎng)中本發(fā)明呈 容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?。本發(fā)明解決了目前帶有功率因數(shù)補償?shù)腖ED 照明燈關(guān)閉時不能起到功率因數(shù)補償?shù)膯栴}。帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器可以由遙控器遙控使用，其解決方案示意 圖見圖1，帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器電路原理圖見圖2，它由功率因數(shù)補 償、降壓整流濾波穩(wěn)壓、單片機控制、LED驅(qū)動、LED及遙控接收整形等部分組 成，見圖1;電路原理圖見圖2，電容C1C2起功率因數(shù)補償作用，其中Cl起主 要的功率因數(shù)補償作用，C2協(xié)同CI對功率因數(shù)補償和吸收電網(wǎng)的有害脈沖起到 了輔助效果，C1C2同時對交流電壓進(jìn)行分壓而起到了降低交流電壓的作用；C3C4 濾波，Q1Q2及其外圍元件構(gòu)成的電路起穩(wěn)壓作用；單片機選用廉價的EM78P153S: 當(dāng)LED燈熄滅時單片機處于睡眠狀態(tài)，有遙控信號時接收到從遙控接收整形部 分送來的控制信號被喚醒進(jìn)行解碼和判斷，以決定是否輸出脈沖使Q3Q4Q5去驅(qū) 動LED,而當(dāng)LED燈點亮?xí)r若收到同樣的控制信號則熄滅LED燈；LED的驅(qū)動既 可以采用恒流驅(qū)動也可以采用脈沖驅(qū)動，可根據(jù)需要選擇驅(qū)動幾路相同顏色或 不同顏色的LED,還可以手動改變LED的色溫或使LED自動改變顏色。遙控LED燈的遙控器可以采用任意的電視或音響使用的紅外線遙控器，也 可以采用專門配套的脈沖驅(qū)動LED小手電同時兼做遙控器，此時遙控接收整形 部分可以采用通用的紅外接收器；遙控器又可以采用超聲波遙控器，其實就是 采用能發(fā)出高頻聲波的簡單機械聲學(xué)發(fā)生器，此時遙控接收部分可以采用駐極 體話筒或超聲波傳感器，后面再加以運放濾波放大整形；遙控器又可以采用無 線射頻遙控器，此時遙控接收部分可以采用超再生接收電路，后面再加以運放 濾波放大整形，由于無線信號會穿透墻壁，采用無線射頻遙控時需要采用編碼 調(diào)制，在遙控接收部分再進(jìn)行解碼；當(dāng)然，本發(fā)明也可以^t成插座燈直接插在 墻壁的插座上，這時可以不用遙控器了，只要按動LED照明燈上的微動開關(guān)即可控制燈的亮滅。采用紅外線遙控器的方案比較靈活方便紅外線遙控器可以采用家中原有 的任意彩電、空調(diào)或音響所用的遙控器，紅外線遙控接收部分可以采用在電視、 空調(diào)或音響中已大量應(yīng)用的紅外線遙控接收電路，其電路模塊原理圖及外形圖 見圖3;由于LED照明燈一般不會和電視或音響安放在一起，所以使用此類遙控 器控制LED照明燈不會和電視或音響相互影響；紅外線遙控接收不必釆用專門 的編碼解碼，只要按下遙控器的任意鍵即可，遙控接收部分僅需根據(jù)所接收到 的脈沖串的長度來進(jìn)行解碼和判斷。紅外線遙控發(fā)射器一則可以采用任意的電 視、空調(diào)或音響使用的紅外線遙控器兼用，再則由于紅外線接收傳感器同時也 可以接收到可視的光線，還可以采用為本發(fā)明專門配套的采用脈沖驅(qū)動的LED 小手電作遙控器，其驅(qū)動脈沖的的載頻及調(diào)制波形和紅外線遙控器相仿即可， 同時也是給用戶一個精致小巧的LED小手電，其電路原理圖見圖4。這里重點分析電容降壓整流穩(wěn)壓電源的電壓和電流的計算方法交流市電 ACin經(jīng)ClC2分壓，所得交流電壓有效值為AC1 = [ Cl/ (Cl+C2) ] x ACin (公 式一)，其中ACin為交流輸入電壓有效值；AC1經(jīng)D1D2D3D4全橋整流，C3濾波， 得到未經(jīng)穩(wěn)壓且沒和電網(wǎng)隔離的直流電壓VCC,空載時VCC-1.414AC1 = 1.414[Cl/ (Cl+C2) ] xACin (公式二)。 Q1Q2及其外圍元件構(gòu)成的穩(wěn)壓器其靜 態(tài)電流很小，輸入電壓范圍大，在工作時其功耗也不大，Q1Q2的耐壓需大于VCC。 由Cl所決定的最大短;洛電流Imax = ACincoCl 。〉式三)，其中co為交流l^入電 壓角頻率。LED燈點亮?xí)r，根據(jù)最大傳輸原理，當(dāng)負(fù)載逐漸加大，其最大功率輸 出發(fā)生在1/2 x VCC時，此時電流Io = Kx 1/2 x imax (/>式四)，可稱Io為最 大工作電流，K是當(dāng)所選的VCC較高時使C1兩端電壓略有下降而產(chǎn)生的一個系 數(shù)，K=(l. 414ACin-l/2xVCC)/l. 414ACin(公式五),大多數(shù)情況下K=0. 9-1. 0， 當(dāng)所選的VCC不太高時可近似取K4。這樣，當(dāng)LED燈不亮即空載時，電容降壓 整流輸出電壓為VCC;當(dāng)LED燈點亮?xí)r，電容降壓整流輸出電壓為1/2 x VCC, 只要我們很據(jù)LED燈所需要的工作電流和電壓，依照上述公式即可計算出Cl和 C2的數(shù)值，以下將在具體實施方式
中以實際應(yīng)用電路舉例說明計算方法。帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器具有使用靈活的特點你可以通過電源開 關(guān)把它完全關(guān)斷，也可以通過遙控器或微動開關(guān)只把LED燈關(guān)掉而保留功率因 數(shù)補償?shù)墓δ?，以為那些長時間開通的低功率因數(shù)的負(fù)載如電冰箱、空調(diào)或處 于待機狀態(tài)的電腦、電視、音響等進(jìn)行功率因數(shù)補償。
當(dāng)LED燈關(guān)斷時帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器處于待機狀態(tài)，由于紅外 線接收傳感器或超再生接收電路或駐極體話筒消耗電流很小，超聲波傳感器可 以不消耗電流，所以待機電流主要是用作信號放大的運放或紅外接收IC的靜態(tài) 電流，約小于1毫安，若是使用微動開關(guān)的方式則根本不消耗電流；而待機狀 態(tài)時單片機是處于睡眠狀態(tài)，耗電只有1微安，因此處于待機狀態(tài)時帶LED照 明燈的功率因數(shù)補償器就是起功率因數(shù)補償器的作用，其靜態(tài)耗電極少完全可 以忽略，因為它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于功率因數(shù)補償器所節(jié)省的功率；而當(dāng)LED照明燈點亮 時，帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器對交流電網(wǎng)仍顯容性，還是具有一定的功 率因數(shù)補償?shù)淖饔?，并具有?jié)能作用，可以認(rèn)為用于驅(qū)動LED的功率有一部分 是通過功率因數(shù)補償?shù)脕淼模蚶斫鉃殡娙莺碗娋W(wǎng)中的感性負(fù)載互相交換能量， 既提升了功率因數(shù)，又把所節(jié)省的部分能量用于驅(qū)動LED,其實質(zhì)是把無功功率 轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄β剩@真正是既能節(jié)能又能照明的節(jié)能照明燈！發(fā)明人使用交流 電流表測得某電風(fēng)扇的工作電流為230mA，然后并入幾個采用本發(fā)明具體實施方 式制作的2瓦LED節(jié)能照明燈，交流電流表指針?biāo)黾拥臄?shù)值折算成功率后大 大小于LED節(jié)能照明燈所消耗的功率，用功率因數(shù)補償法驅(qū)動LED真是一個節(jié) 能的好辦法。更大量的節(jié)能數(shù)據(jù)有待更廣泛的實際檢測驗證，其結(jié)果一定是非 常鼓舞人心的。本發(fā)明若能及早推廣，其經(jīng)濟效益、社會效益不可限量。
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LED照明燈的最佳方法是當(dāng)務(wù)之急。LED本身很節(jié)能，目前LED燈 的整體效率不夠高其主要原因是有些驅(qū)動電路的效率不夠高，本發(fā)明沒有使用 變壓器、開關(guān)電源等會消耗功率或發(fā)熱的元器件或電路，所以比起其它驅(qū)動LED 的方法效率更高；另外本發(fā)明在電網(wǎng)中呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?，而且可?4小時不間斷進(jìn)行功率因數(shù)補償。放眼現(xiàn)在的家用電器，可以說幾乎 除了白熾燈以外，所有電器的功率因數(shù)都不高，工廠所用的電器其功率因tt更 低，使得目前交流電網(wǎng)的功率因數(shù)日益惡化，發(fā)電廠必須使用昂貴的大容量功 率因數(shù)補償器來集中調(diào)整功率因數(shù)，但也只能稍有改善而已，因是集中調(diào)整效 果并不理想，若能推廣本發(fā)明，不但本身就節(jié)能，還能分散開來對交流電網(wǎng)的 功率因數(shù)起改善作用，其經(jīng)濟效應(yīng)十分可觀。
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)補償?shù)膸ED 照明燈的功率因數(shù)補償器，它具有使用靈活的特點你可以通過電源開關(guān)把它 完全關(guān)斷，也可以通過遙控器或微動開關(guān)只把LED燈關(guān)掉而保留功率因數(shù)補償 器的功能，即可以24小時不間斷進(jìn)行功率因數(shù)補償。本發(fā)明既是LED照明燈， 同時又是功率因數(shù)補償器。作為LED照明燈，它耗電省、亮度高、使用壽命長； 作為功率因數(shù)補償器，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)濟效益、社會效益不可限量，對國對家都極為有益。
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1本發(fā)明帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器解決方案示意圖2本發(fā)明帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器電路原理圖3本發(fā)明遙控器采用紅外線遙控器的紅外線遙控接收模塊原理及外形圖4本發(fā)明可用作遙控器的采用脈沖驅(qū)動的LED小手電電路原理圖。
具體實施例方式
1、見圖2本發(fā)明帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器電路原理圖。選用兩組各 IO個小功率白光LED，其平均工作電流為iF-30mA，正向電壓壓降VF =3. 0V，白 光LED采用恒流驅(qū)動，其總工作電壓為10xVF=30V,總工作電流為2x lF=60mA;若要求LED的色溫可調(diào)，可再增加一組10至15個黃光LED,黃光LED發(fā)光效率 高價格低廉，增加色溫調(diào)節(jié)對成本和耗電影響不大，黃光LED的平均工作電流 為lF、-10mA,正向電壓壓降VF、=2V,由可變占空比的^c沖電流驅(qū)動，當(dāng)驅(qū)動電 流的占空比為零時，LED節(jié)能照明燈的色溫由小功率白光LED的色溫決定，大部 分人都會覺得色溫偏冷，當(dāng)驅(qū)動電流的占空比逐漸增大時，LED節(jié)能照明燈的色 溫逐漸變暖，本具體實施例通過長按遙控器來選擇色溫，驅(qū)動電流的占空比可 由零調(diào)至100%，其色溫的變化范圍已能滿足要求。如此，總共三組LED的總電 流Io=60~ 70 mA，平均電流為65 mA，總工作電壓1/2 x VCC=10 x 3. 0=30V，空 載電壓VCC=60V。
由公式五求得K 0. 9,由公式四求得Imax=144mA,由公式三求得Cl= Imax/ACincc 2微法，由公式二 VCC = 1.414[ CI/ ( Cl+C2 ) ] xACin可求得 C2-8. 2微法，CI可取2uF/630V， C2取8. 2uF/100V，電阻Rl是當(dāng)交流電源斷 開時給Cl放電的，可選為2. 2MQ。 LED1-1— LED1-10和LED2—1 ~LED2—10為小 功率白光LED，其工作電流Il-I2-30mA由R10和RliP艮定，R10-R11^. 6V/30mA=20 Q,LED3-1 -LED3-10為黃光LED，其工作電流I3=10mA由R12限定，1112=0. 6V/10 mA=60Q，取為56Q。
單片機EM78P153S采用RC振蕩方式，當(dāng)LED燈熄滅時處于睡眠狀態(tài)，有遙 控信號時接收到從遙控接收整形部分送來的控制信號被喚醒進(jìn)行解碼和判斷， 當(dāng)遙控器短按一下(約0. 5秒)，輸出高電平或脈沖使Q3Q4Q5去驅(qū)動點亮LED 燈，而當(dāng)LED燈點亮?xí)r若收到同樣的控制信號則熄滅LED燈；另外，當(dāng)LED燈 熄滅時若長按遙控器(大于2秒)，則單片機點亮LED燈并在2秒后以5秒為周 期循環(huán)改變Q5驅(qū)動電流的占空比由零調(diào)至100%,從而調(diào)節(jié)LED節(jié)能照明燈的 色溫直到你感到滿意放開遙控器^4建為止。若改用三組不同顏色的LED，則可以 把長按2秒作為使LED自動改變顏色的控制按鈕，這時LED節(jié)能照明燈會不停 的自動改變顏色。
紅外線遙控接收部分采用電視機音響空調(diào)常用的SFH紅外遙控接收模塊， 其工作電流僅為0. 5mA，內(nèi)部組成原理和外形圖見圖3,此模塊可用幾厘米長的屏蔽線接到帶遙控LED照明燈的功率因數(shù)補償器的外部，選擇可以讓遙控器或 LED小手電容易照到的位置固定住即可。
當(dāng)本發(fā)明做成插座燈可直接插在墻壁的插座上，這時只要按動LED節(jié)能照 明燈上的微動開關(guān)K即可控制燈的亮滅和調(diào)節(jié)色溫，此時可以不使用遙控器并 可以節(jié)省紅外線遙控接收模塊的成本以簡化電路。當(dāng)然，更筒易的辦法是直接 使用一個開關(guān)控制LED燈的亮滅，此時可以把單片機也省掉。
2、見圖4本發(fā)明可用作遙控器的采用脈沖驅(qū)動的LED小手電電路原理圖。 供電電源直流3伏，除了L1L2采用插件外，EM78P153S和其它元器件都采用貼 片。單片機EM78P153S采用RC振蕩方式，平時處于睡眠狀態(tài)，耗電僅1樣i安， 可長期接在電源上，當(dāng)按鈕"K"按下時喚醒單片機。R1和DZ1的參數(shù)可調(diào)整至 當(dāng)電壓降至約2. 7V時單片才踏測到低電壓，檢測方法是當(dāng)點亮LED手電時CPU 定時從P53送出低電平的同時由P52檢測電壓是否偏低，電壓高時驅(qū)動LED的 脈沖串占空比約44 c/。，電壓低時驅(qū)動LED的脈沖串占空比約50 % ;或脈沖串占 空比固定為50%不變，電壓高時只從P50輸出脈沖串，電壓低時從P50P51同時 輸出脈沖串，驅(qū)動脈沖的載頻及調(diào)制波形和電視機遙控器相仿即可。Q1Q2使用 放大倍數(shù)約100倍的NPN貼片三極管，Q1Q2和相應(yīng)的外圍元件在單片機的驅(qū)動 脈沖控制下，形成兩個典型的它激式升壓型開關(guān)電源，以分別驅(qū)動高亮度白光 LED, LED分開驅(qū)動使每個LED能工作地更好。LED驅(qū)動電流的大小可由R5R7或 R6R8調(diào)整，整機電流在電壓高時可調(diào)至約50mA，電壓降至約2. 7V以下時增加 至約60mA以維持其亮度不明顯變小。
這種L E D小手電成本不高，可為用戶增加 一 個實用的夜間照明用具。
權(quán)利要求
1、一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)膸ED照明燈的功率因數(shù)補償器既是LED照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器；它由功率因數(shù)補償、降壓整流濾波穩(wěn)壓、單片機控制、LED驅(qū)動、LED及遙控接收整形等部分和遙控器組成，其特征在于可以通過遙控器或微動開關(guān)只把LED燈關(guān)掉而保留功率因數(shù)補償器的功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器，其特征在于 所述遙控器既可以采用專門配套的遙控器，也可以使用現(xiàn)成的電視或音 響、空調(diào)使用的遙控器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器，其特征在于 所述專門配套的遙控器也可以當(dāng)作LED小手電使用。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器，其特征在于 所述遙控器可以采用紅外線遙控器、超聲波遙控器或無線射頻遙控器。
5 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器，其特征在于 若做成插座燈直接插在墻壁的插座上，只要按動燈上的微動開關(guān)也可控 制燈的亮滅。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶遙控LED照明燈的功率因數(shù)補償器，其特征 在于可以手動改變LED的色溫或使LED自動改變顏色。
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)補償?shù)膸ED照明燈的功率因數(shù)補償器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器固定接入交流市電，LED照明燈通過遙控方式或微動開關(guān)點亮或關(guān)閉，而功率因數(shù)補償電路一直在工作，在電網(wǎng)中本發(fā)明呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?；本發(fā)明解決了目前帶有功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈關(guān)閉時不能起到功率因數(shù)補償?shù)膯栴}，可以24小時不間斷進(jìn)行功率因數(shù)補償。帶LED照明燈的功率因數(shù)補償器具有使用靈活的特點你可以通過電源開關(guān)把它完全關(guān)斷，也可以通過遙控器或微動開關(guān)只把LED燈關(guān)掉而保留功率因數(shù)補償?shù)墓δ?，以為那些長時間開通的低功率因數(shù)的負(fù)載如電冰箱、空調(diào)或處于待機狀態(tài)的電腦、電視、音響等進(jìn)行功率因數(shù)補償。本發(fā)明既是LED照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器；作為LED照明燈，它耗電省、亮度高、使用壽命長；作為功率因數(shù)補償器，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)濟效益、社會效益不可限量，對國對家都極為有益。
文檔編號H05B37/02GK101309010SQ20071000896
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者張亦翔, 張飛然 申請人:張亦翔