專利名稱：功率因數(shù)補償型恒流驅(qū)動led節(jié)能照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈，具 體是涉及一種功率因數(shù)補償型恒流驅(qū)動LED節(jié)能照明燈，它既是LED節(jié)能照明 燈，同時又是功率因數(shù)補償器。
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、電水箱、空調(diào)、洗衣機、滎光燈等感性電 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。本實用新型以一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù) 補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器，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。實用新型內(nèi)容本實用新型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)腖ED節(jié)能 照明燈。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(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)動來點亮LED節(jié)能照明燈，在電網(wǎng)中本實用新型呈容性， 起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔谩１緦嵱眯滦徒鉀Q了目前市面上采用直流恒流驅(qū)動 法點亮LED時，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1和圖2。LED的最佳驅(qū)動方式是直流恒流驅(qū)動，因為它不但能使LED工作在最佳狀態(tài)， 還徹底擺脫了 LED燈頻閃的弱點，對^L力保護大有裨益。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) 動電路的損耗就遠遠大于1W，從而拖累了 LED節(jié)能照明燈的效率。圖l是本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案一示意圖。在圖1中，電容C1用于 降壓限流，D1D2D3D4用于整流，C3用于濾波。本實用新型的創(chuàng)新在于使用C2 來和用于降壓限流的Cl分壓以降低將要傳送到LED的瞬態(tài)電壓，Cl又起主要的 功率因數(shù)補償作用，C2協(xié)同Cl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本身并不消耗功率，本實用新型在電網(wǎng)中呈容性，起到了功率因 數(shù)補償?shù)淖饔茫煌瑫r本實用新型通過合理設(shè)置穩(wěn)壓管DZ1和恒流源Io的數(shù)值， 使得在交流電壓正?；蚱蜁r，穩(wěn)壓管不消耗功率，只有當(dāng)交流電壓偏高時， DZ1才吸收由于交流電壓偏高時而導(dǎo)致Cl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進行濾波，會使充電電流的相位滯后于電壓，為了更有效地進行功 率因數(shù)補償，本實用新型電解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償，但本實用新型 在電網(wǎng)中還是呈容性，仍起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?。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V1比V2大l-3伏。因為在LED工作時交流電壓應(yīng)允許有20%的波動，通過選擇C1C2，使得交流市電在220伏時Il等于l0，這樣 在交流電壓正常或偏低時，II全部流過LED,此時V1-V2+Viq,其效率為(V2-Vi0) /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)，所以此時效率很高，當(dāng)V2較大或Vio較小時接近百分 百；在交流電壓偏高時，流過LED的電流被Io限制住不會變大，Vio將有所增 加，由交流電壓偏高時引起的Il增加的部分將流過DZl, V1的值由于DZ1的設(shè) 定比V2大l-3伏，此時效率略有下降，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才起到限制流過LED電流的作用，其 它時候由Cl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)動電路 的損耗；此電路實際上是由Cl和恒流源Io雙重限流，故工作非?？煽?；本實 用新型的恒流驅(qū)動法在交流電壓正?；蚱蜁r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是本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二示意圖，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)動方式是恒流驅(qū)動，串接在交流電源中的Cl就起到了很好的 恒流效果，其容量的計算公式為IF-K(VAC-N . VF) . coCl—-(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的個數(shù)， VF是LED的正向電壓壓降，(O是交流電源的角頻率，K是由于使用C2而產(chǎn)生的 一個系數(shù)，Cl與C2的比值一般可取1: 1,即C2-C1，根據(jù)所接入LED的個數(shù)不同 和C1與C2的比值K約在0. 7-0. 9左右；當(dāng)C2=C1時其公式為K= (Icl-Ic2)/Icl [ (VAC - NVF) CO Cl-NVF (0 C2] / [ (VAC - NVF) CO Cl] = ( 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)動電流，由公式 1公式2可計算出Cl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流過LED的平均電流IF,計算公式為Io(A) =0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式3)。具體參數(shù)的計算 示例參見本實用新型的實施例。本實用新型實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，本實用新 型沒有使用變壓器、開關(guān)管等會消耗功率或發(fā)熱的元器件，而且采用直流恒流 驅(qū)動，所以比起其它驅(qū)動LED的方法效果更好，效率更高，LED無頻閃；另外本 實用新型在電網(wǎng)中呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?。本實用新型的有益效果是提供?一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)暮?流驅(qū)動LED節(jié)能照明燈，它既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器。 作為恒流驅(qū)動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?。本實用新型成本不高，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。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。


圖l本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案一示意圖；圖2本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二示意圖；圖3本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案一實施例電路原理圖；圖4本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二實施例電路原理圖；圖5本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二實施例大功率LED電路原理圖。
具體實施方式
1、見圖3本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案一實施例電路原理圖。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，由公 式2得K =0. 84,由/>式1得CI = IF /K (VAC - N . VF) CO =0. 6E-6 (F) ， CI可取 0.6uF/630V, C2取0. 6uF/250V， C3取22uF，電阻Rl是當(dāng)交流電源斷開時給CI ;改電的，可選為2. 2MQ。起保護作用的恒流源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。 DZl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) 特性很好，本電路實際上是由C1和恒流源Io雙重限流，故工作十分可靠。恒流 管在工作時壓降很小，其功耗并不大，LED燈的整體效率很高。當(dāng)N增大，K值會有所減小，可適當(dāng)增大C1C2，當(dāng)N較大時DZ1和Q1的反 向擊穿電壓也要隨之有所增加；當(dāng)N較大時也可分組使用兩個或多個本實用新 型驅(qū)動，分組相當(dāng)于使N減小，對功率因數(shù)補償有利。2、 見圖4本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二實施例電路原理圖。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本實用新型直流恒流驅(qū)動法方案二實施例大功率LED電路原理圖。 所選用的大功率LED的工作電流為IF =700mA，正向電壓壓降VF =7. IV， N為1 個，由公式2得K 0. 97，由公式1得C1=IF/K(VAC-N . VF) CO 10E-6(F)， CI 可取10uF/630V， C2取10uF/250V，因電流較大C3取470uF。起保護作用的恒流源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，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,同時也是第一級恒流源Ql的集電極電流， 代入(公式3)可算得R3-86CLDZ1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 電路第二級恒流管Q2的飽和導(dǎo)通電壓ViG僅為0. 1伏左右，工作時壓降很小， 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)補償型恒流驅(qū)動LED節(jié)能照明燈，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D1的負極D2的正極，C2的另一極接D3的負極D4的正極并接入交流電源的另一極，D2D4的負極接DZ1的負極和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的負極以形成直流電源的負極，在直流電源的正負極之間串接入恒流源Io和LED以得到功率因數(shù)補償型恒流驅(qū)動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)補償型恒流驅(qū)動LED節(jié)能照明燈，其 特征在于引入起保護作用的恒流源Io以限制直流電流，隔離瞬態(tài)電壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型恒流驅(qū)動LED節(jié)能照明燈，其 特征在于它還包括一穩(wěn)壓管DZ1;穩(wěn)壓管DZ1用以吸收由于交流電壓 偏高時而導(dǎo)致Cl增加的電流。
專利摘要本實用新型涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)暮懔黩?qū)動LED節(jié)能照明燈。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(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)動來點亮LED節(jié)能照明燈，在交流電網(wǎng)中本實用新型呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔谩ED的最佳驅(qū)動方式是直流恒流驅(qū)動，因為它不但能使LED工作在最佳狀態(tài)，還徹底擺脫了LED燈頻閃的弱點，對視力保護大有裨益；本實用新型解決了目前市面上采用直流恒流驅(qū)動法點亮LED時，LED節(jié)能照明燈的整體效率不夠高的問題。本實用新型既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器；作為恒流驅(qū)動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省１緦嵱眯滦统杀静桓?，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H05B33/08GK201114857SQ200720006750
公開日2008年9月10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