專利名稱：一種帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔿ed燈電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED燈的供電電源，更具體的說是一種帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源。
背景技術(shù)：
目前，基于現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率LED燈具近年來已經(jīng)在商業(yè)和工業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。在照明系統(tǒng)中應(yīng)用大功率LED燈具，其主要優(yōu)點(diǎn)是能在其整個(gè)壽命期間大大節(jié)能減排，這對(duì)我國經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期發(fā)展將有深遠(yuǎn)意義的影響。如果使用得當(dāng)，大功率照明設(shè)備要比傳統(tǒng)的高壓納燈壽命長(zhǎng)得多。但因大功率LED燈是半導(dǎo)體器件，如果設(shè)計(jì)或 使用不當(dāng)也將會(huì)導(dǎo)致器件過早損壞，造成不必要的公共設(shè)施服務(wù)中斷。目前LED燈具的初始投資價(jià)格仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的燈具，要達(dá)到LED燈具節(jié)能減排的目的就必須增加LED照明系統(tǒng)的可靠性。即使是最先進(jìn)的單個(gè)LED燈也只提供很少量的流明度。如需達(dá)到與傳統(tǒng)高壓鈉燈同樣的照度，必須將眾多個(gè)LED —起使用。傳統(tǒng)的連接多個(gè)LED燈管的方法一般包括如圖I所示的串聯(lián)連接、如圖2和圖3所示的串并聯(lián)連接。串聯(lián)連接大量的大功率LED管以達(dá)到與傳統(tǒng)高壓鈉燈同樣的照度在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常是不可行的，這種串聯(lián)方式存在兩個(gè)問題，其一電源或LED驅(qū)動(dòng)器需要很高的直流輸出電壓，這會(huì)為滿足安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)而增加了設(shè)計(jì)困難，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維修產(chǎn)生不必要的麻煩。其二 在一串LED中如果有一個(gè)LED損壞導(dǎo)致開路，整個(gè)燈具便會(huì)熄滅。并聯(lián)或串并聯(lián)也存在著其他缺點(diǎn)。因?yàn)榇蠊β蔐ED管需要恒流運(yùn)行，一個(gè)LED管短路或開路失效會(huì)造成電流在所有其他并聯(lián)和串聯(lián)的各分支上重新分配。電流在高電流分支會(huì)增加更多，結(jié)果造成燈具局部溫度升高，依次引起電流更加不平衡，以至局部溫度繼續(xù)上升，最終，一個(gè)LED管損壞可以造成局部或全部LED管電損壞或熱損壞。這種損壞機(jī)理比以上第一種損壞的情況更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，提供一種高效率、高可靠性的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源，其特征在于包括交流電源、多個(gè)交流-直流模塊電源和大功率LED串，所有交流-直流模塊電源的交流輸入端并接到交流電壓源的端口上，交流輸入端的地線和模塊電源輸出端的地線直接與燈具外殼連接，每個(gè)模塊電源的直流輸出端分別與一個(gè)大功率LED串連接；所述交流電源輸入端和交流-直流模塊電源之間還連接有電子計(jì)時(shí)器和開關(guān)；所述交流-直流模塊電源為帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源，所述的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源包括EMI濾波器、全波整流器、功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器、大功率LED列陣、能量?jī)?chǔ)存模塊、原邊控制模塊、隔離模塊和副邊控制模塊，所述的EMI濾波器、全波整流器、功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器和大功率LED列陣依次連接，副邊控制模塊的輸出端、隔離模塊和原邊控制模塊的輸入端依次連接，副邊控制模塊輸入端與功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器的直流輸出端連接，原邊控制模塊輸出端與隔離式直流-直流變換器連接。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是若干個(gè)相同但有相互獨(dú)立的交流-直流電源模塊分別與以若干數(shù)目串聯(lián)連接的LED串連接，每個(gè)交流-直流電源模塊對(duì)應(yīng)一串LED串，使得每串LED串都能聞效率的運(yùn)作，且在關(guān)掉一個(gè)I旲塊電源的情況下不影響其它模塊電源的照常運(yùn)作；且在交流電源輸入端和N塊交流-直流電源模塊之間還連接有電子計(jì)時(shí)器和開關(guān)，能在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷燈具的某一部分電源，達(dá)到節(jié)能的效果。


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圖I為傳統(tǒng)的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源串聯(lián)方式連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源串并聯(lián)方式連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為傳統(tǒng)的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源另一種串并聯(lián)方式連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明中帶暗化的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明中不帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牡湫徒涣?直流電源方框圖。圖7為本發(fā)明中帶帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牡湫徒涣?直流電源方框圖。圖8為本發(fā)明中帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流電源方框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
如圖4所示，為本發(fā)明中帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源的一種結(jié)構(gòu)示意圖，它以系統(tǒng)400標(biāo)示。它是由一定數(shù)目相同但獨(dú)立的交流-直流電源模塊組成，分別標(biāo)示為401、402、403、…等等。燈具中模塊電源的數(shù)量根據(jù)設(shè)計(jì)要求可增可減，各模塊電源的交流輸入端都并聯(lián)連接到交流電壓源的端口上。交流輸入端的地線和模塊電源(401、402、403、...等等)輸出端的地線直接與燈具外殼連接以滿足安全規(guī)定。每個(gè)模塊電源的輸出都是直流輸出，它只和一個(gè)LED串連接，所以每個(gè)LED串的驅(qū)動(dòng)都有自己的電流回路，只有在每個(gè)模塊電源負(fù)端輸出口處才與地連接。410、411、412、...等等都是相同的大功率LED串，每串LED管的數(shù)量可根據(jù)光照度、燈具機(jī)械設(shè)計(jì)與散熱設(shè)備最大允許值而不同。雖然每整串內(nèi)的LED管都是串聯(lián)的，但實(shí)際上每子串LED的內(nèi)部電氣連接是靈活可變的，這樣可在不同場(chǎng)合應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)暗化運(yùn)行的同時(shí)達(dá)到近似光照均勻。因?yàn)楦鞔蠊β蔐ED串是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的，在各LED串之間可能發(fā)生的因正向電壓和電流特性失配而最終可導(dǎo)致燈具損壞的現(xiàn)象在本系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生。在任一 LED燈芯，或任一模塊電源損壞的情況下，燈具仍然可以繼續(xù)運(yùn)行，而不會(huì)完全熄滅。如圖5所示，為一種簡(jiǎn)單方法實(shí)現(xiàn)帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源暗化的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖I相比，圖2只增加了一個(gè)計(jì)時(shí)器1001和一個(gè)開關(guān)S。在本例中，開關(guān)S連接在模塊電源2的交流輸入端。它的作用是在計(jì)時(shí)器1001的控制下，按照預(yù)先安排，關(guān)斷燈具某一部分的電源。由于燈具中每個(gè)模塊電源與其他模塊電源之間是互相獨(dú)立的，而且模塊電源的設(shè)計(jì)在給定LED負(fù)載下以最高效率運(yùn)作，所以關(guān)掉一個(gè)模塊電源不影響其他模塊電源照常運(yùn)作。本發(fā)明即能輕易地實(shí)現(xiàn)燈具暗化，達(dá)到節(jié)能的效果，而且整個(gè)燈具運(yùn)作仍能保持所需要的電源轉(zhuǎn)換效率和功率因數(shù)。如圖6所示，為典型不帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)碾娫?00的原理方框圖。它分別由電功能方框501-508表示501為EMI濾波器，能有效的抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對(duì)設(shè)備的影響，502為全波整流器，將通過濾波的交流電整流成直流電，503是隔離式直流-直流變換器，將直流電變成另一固定電壓、恒定電流的直流電，為大功率LED提供穩(wěn)定的恒壓、恒流直流電，504為大功率LED列陣，多個(gè)LED發(fā)光管串聯(lián)連接，形成一組發(fā)光模塊，505為副邊控制模塊，負(fù)責(zé)同步整流的控制，506為隔離模塊，用于信號(hào)隔離及抗干擾，507為原邊控·制模塊，其利用原邊反饋工作原理，以保證直流電的恒壓、恒流精度，508為大容量存儲(chǔ)電容器，有平抑電流負(fù)荷，起到削峰、填谷的作用?；谌ㄕ髌?02至大容量存儲(chǔ)電容器508的工作原理，交流輸入端的電流包含基波以及大量的高次諧波。其中只有基波分量參與交流輸入到直流輸出端的能量傳輸，而高次諧波的存在使電源輸入電流的有效值增加。此電流會(huì)造成交流供電系統(tǒng)中不必要功率損耗，所以對(duì)于LED燈具而言，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這種無功率因數(shù)補(bǔ)償電源的輸入功率限于25 W以下，以達(dá)到減少傳輸線諧波污染和配電系統(tǒng)電能損失的目的。如圖7所示，為典型帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)碾娫?00的原理方框圖。它分別由電功能方框601-608表示601為EMI濾波器，能有效的抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對(duì)設(shè)備的影響，602A為全波整流器，將通過濾波的交流電整流成直流電，602B為功率因數(shù)補(bǔ)償升壓(Boost)變換器，能有效消除諧波源，603為隔離式直流-直流變換器，將直流電變成另一固定電壓、恒定電流的直流電，為大功率LED提供穩(wěn)定的恒壓、恒流直流電，604為大功率LED列陣，多個(gè)LED發(fā)光管串聯(lián)連接，形成一組發(fā)光模塊，605為副邊控制模塊，負(fù)責(zé)同步整流的控制，606為隔離模塊，用于信號(hào)隔離及抗干擾，607為原邊控制模塊，其利用原邊反饋工作原理，以保證直流電的恒壓、恒流精度，608為大容量存儲(chǔ)電容器，有平抑電流負(fù)荷，起到削峰、填谷的作用。與圖6中的電源500相比，增加了一個(gè)額外的功率因數(shù)補(bǔ)償變換器602B，以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。功率因數(shù)補(bǔ)償器602B—般是升壓型變換器，但降壓型或升降壓型也可用于此目的。升壓變換器的輸入是經(jīng)過全波整流的正弦波，其輸出是以608存儲(chǔ)能量的高壓直流輸出。升壓變換器的輸出供給下級(jí)隔離式交流-直流變換器，其由603、605、606和607組成。隔離式交流一直流變換器的電路類型最好依照變換器功率大小要求而定。一個(gè)典型的LED照明燈具一般功率只為25 W -100 W，增加一級(jí)PFC電路后，電源的造價(jià)將有很大提聞。如圖8所示，為帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流電源700原理方框圖。701為EMI濾波器，能有效的抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對(duì)設(shè)備的影響，702為全波整流器，將通過濾波的交流電整流成直流電，703為功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器，將直流電變成另一固定電壓、恒定電流的直流電，為大功率LED提供穩(wěn)定的恒壓、恒流直流電，并能有效消除諧波源，704為大功率LED列陣，多個(gè)LED發(fā)光管串聯(lián)連接，形成一組發(fā)光模塊，705為副邊控制模塊，負(fù)責(zé)同步整流的 控制，706為隔離模塊，用于信號(hào)隔離及抗干擾，707為原邊控制模塊，有平抑電流負(fù)荷，起到削峰、填谷的作用。圖8中電源700將圖6中602B和隔離交流一直流變換器603合為一體。這種電源沒有圖6中能量?jī)?chǔ)存級(jí)608，其最佳輸出功率范圍約為25 W - 80 W。這種設(shè)計(jì)方案可提供最好的性能造價(jià)比，能滿足大多數(shù)LED燈具的技術(shù)要求。
權(quán)利要求
1. 一種帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源，其特征在于包括交流電源、多個(gè)交流-直流模塊電源和大功率LED串，所有交流-直流模塊電源的交流輸入端并接到交流電壓源的端口上，交流輸入端 的地線和模塊電源輸出端的地線直接與燈具外殼連接，每個(gè)模塊電源的直流輸出端分別與一個(gè)大功率LED串連接；所述交流電源輸入端和交流-直流模塊電源之間還連接有電子計(jì)時(shí)器和開關(guān)；所述交流-直流模塊電源為帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源，所述的帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源包括EMI濾波器、全波整流器、功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器、大功率LED列陣、能量?jī)?chǔ)存模塊、原邊控制模塊、隔離模塊和副邊控制模塊，所述的EMI濾波器、全波整流器、功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器和大功率LED列陣依次連接，副邊控制模塊的輸出端、隔離模塊和原邊控制模塊的輸入端依次連接，副邊控制模塊輸入端與功率因數(shù)補(bǔ)償及隔離式直流-直流變換器的直流輸出端連接，原邊控制模塊輸出端與隔離式直流-直流變換器連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED燈電源。它包括交流電源、多個(gè)交流-直流電源模塊和大功率LED串，所有交流-直流電源模塊的交流輸入端并接到交流電壓源的端口上，交流輸入端的地線和模塊電源輸出端的地線直接與燈具外殼連接，每個(gè)模塊電源的直流輸出端分別與一個(gè)大功率LED串連接，交流-直流電源模塊采用帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源。本發(fā)明中采用各自獨(dú)立帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)交流-直流模塊電源分別給LED串供電，大大提高了大功率LED燈具的可靠性及使用壽命。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102917507SQ20121042730
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者羅耀光 申請(qǐng)人:湖南互聯(lián)安高新技術(shù)節(jié)能工程有限公司