專利名稱：無(wú)電解電容led燈電源適配器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，特別涉及一種專為L(zhǎng)ED燈匹配的無(wú)電解電容的電源適配器的 控制方法。
背景技術(shù)：
電光源經(jīng)歷了第一代鎢絲發(fā)熱至白熾高溫放光的白熾燈泡時(shí)代；第二代是光效比白熾燈 泡高數(shù)倍的熒光燈(包括"節(jié)能燈)時(shí)代；第三代是控光性好且光效很高的點(diǎn)光源高強(qiáng)度氣 體放電燈(HID燈)時(shí)代；第四代電光源是高光效長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體發(fā)光二極管照明燈(LED燈) 時(shí)代。LED燈的優(yōu)點(diǎn)之一是有長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)的使用壽命，為此，十分迫切需要有一種與之匹 配、使用壽命也可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)的LED燈電源適配器。迄今為止，關(guān)于LED燈的電源適配器有上千種，但是，無(wú)一例外，全部都是采用可靠性 很差的電解電容的。電解電容內(nèi)部存在電解質(zhì)，除了客觀上可能存在電解質(zhì)污染之外，電解質(zhì)的沸點(diǎn)溫度還 制約了電解電容的工作溫度(一般民品85'C，工業(yè)品105'C，特殊用途125");并且電解質(zhì) 工作欠穩(wěn)定，壽命較短(一般0.3萬(wàn)小時(shí)，優(yōu)質(zhì)的也只有0.5至0.6萬(wàn)小時(shí)，即使特制昂貴 的電解電容應(yīng)用于高溫也很難突破1萬(wàn)小時(shí))。電解電容頂部有K字形凹紋，允許電解電容 從K字部位爆炸，可見，電解電容生產(chǎn)者，對(duì)電解電容可能爆炸的可能性，是心知肚明的。據(jù)"木桶理論"分析，LED燈電源適配器的可靠性，取決于其中可靠性最差的零件，即 電解電容。所以必須找到不用電解電容的方法，才有可能從根本上解決現(xiàn)有LED燈電源適配 器的壽命短問(wèn)題，才能實(shí)際生產(chǎn)出可以與LED長(zhǎng)壽命匹配，使用壽命也可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)的LED 燈電源適配器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)電解電容LED燈電源適配器的控制方法，根除電 解電容的缺點(diǎn)，使LED燈用電源適配器達(dá)到與LED壽命相匹配的要求。 本發(fā)明以如下技術(shù)方案，解決上述技術(shù)問(wèn)題采用單片機(jī)軟件方法，產(chǎn)生多相高頻方波脈沖群；用多組不同相位的高頻方波脈沖，分 別控制多相位電力電子開關(guān)的"通"和"斷"，實(shí)現(xiàn)用多相高頻整流的有源方法以抑平紋波，取代傳統(tǒng)無(wú)源電解電容貯能抑平紋波方法。采用數(shù)碼方法控制LED所需的穩(wěn)定電壓、恒定電 流的恒流電源的值。當(dāng)電源電壓波動(dòng)下浮時(shí)，如上述有源方法提供給LED的能量不足，谷值紋波增大時(shí)，自 動(dòng)反饋數(shù)碼控制立即增加相數(shù)，提升頻率，并擴(kuò)展脈寬，用數(shù)碼方法增加有源供電能量抑平 紋波；當(dāng)電源電壓波動(dòng)上浮時(shí)，如上述有源方法提供給LED的能量過(guò)多，峰值紋波增大時(shí)， 自動(dòng)反饋數(shù)碼控制立即減少相數(shù)，降低頻率，并縮小脈寬，用數(shù)碼方法減少有源供電能量抑 平紋波；當(dāng)電源是低壓電源時(shí)，用Boost升壓拓?fù)?，采用?shù)碼控制的非單相Boost方式，受控 方式為數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò)程；當(dāng)電源是高壓電源時(shí)，用BUCK降壓拓?fù)?，采用?shù)碼控制的非單相BUCK方式，受控方 式為數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò)程；當(dāng)電源是時(shí)高時(shí)低變化的電源時(shí)，用數(shù)碼方式前饋偵察判斷后，指令啟動(dòng)高頻多相 Boost拓?fù)?，或指令啟?dòng)高頻多相BUCK，用單片判斷并指令滿足LED燈對(duì)電壓穩(wěn)壓及對(duì)電流恒 流之需求。本發(fā)明采用了高頻整流、特別是用多相高頻整流，以及波形九十度電角度移相位移峰填 谷，以有源的電力電子學(xué)方法取代無(wú)源貯能電解電容，用數(shù)碼方式實(shí)現(xiàn)提供LED燈所需穩(wěn)定 電壓、恒定電流的恒流電源，用多相高頻整流的有源方式，來(lái)抑平紋波的控制方法，實(shí)現(xiàn)了 取消不可靠的電解電容，提升電源適配器的可靠性、耐高溫、壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，與LED數(shù) 萬(wàn)小時(shí)壽命相匹配。


圖1為無(wú)電解電容LED燈電源適配器的控制方法示意2為無(wú)電解電容LED燈電源適配器拓?fù)湓韴D。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式如下。從電解電容在傳統(tǒng)的LED燈電源適配器之中的功能看，電解電容最主要的作用，是把高 峰值的電荷，貯能于電解電容之中，稱為充電。然后，在下陷低谷值時(shí)釋放出電荷，稱為放 電。電解電容的"充電"和"放電"的實(shí)質(zhì)，是為了抑平直流電源的紋波。一般無(wú)源等效替代，是用沒有電解質(zhì)的長(zhǎng)壽命電容器一微法，來(lái)取代有電解質(zhì)的短壽命 電解電容一微法，這種等電容替代方法，是實(shí)現(xiàn)無(wú)電解電容的基本消極策略之一，但治標(biāo)不 治本。本發(fā)明提供更積極的方法是用高頻整流、特別是用多相高頻整流、以及波形九十度電角度移相位移峰填谷的電力電子學(xué)方法取代電解電容，實(shí)現(xiàn)根本不用可靠性最差的電解電 容，才是最根本最可靠的方法。本發(fā)明基于電力電子學(xué)的方式，提供不用電解電容的、可靠性高、耐高溫、壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù) 萬(wàn)小時(shí)、與LED數(shù)萬(wàn)小時(shí)壽命可以匹配的LED燈電源適配器的控制方法。本發(fā)明采用的具體措施為-(1) 針對(duì)LED燈具體實(shí)際需要恒流電源的大小，用數(shù)碼方法，而非傳統(tǒng)模擬方法，設(shè)計(jì) 與LED燈所需穩(wěn)定電壓并恒定電流的恒流電源。(2) 用單片機(jī)軟件方法，而非傳統(tǒng)模擬方法，產(chǎn)生多相高頻方波脈沖群。(3) 用多組不同相位的高頻方波脈沖，分別控制多相位電力電子開關(guān)的"通"(ON)和 "斷"(0FF)，實(shí)現(xiàn)用多相高頻整流的有源方法，來(lái)抑平紋波，而不是用每壹瓦壹微法貯能電解電容傳統(tǒng)的無(wú)源的方法、只依賴電解電容貯存電荷抑平紋波。(4) 當(dāng)電源電壓波動(dòng)下浮時(shí)，上述有源方法提供給LED的能量如有不足，谷值紋波增大 時(shí)，自動(dòng)反饋數(shù)碼控制迅即增加相數(shù)，提升頻率，并擴(kuò)展脈寬，用數(shù)碼方法增加有源供電能 量，抑平紋波，是數(shù)控回歸過(guò)程之一。(5) 當(dāng)電源電壓波動(dòng)上浮時(shí)，上述有源方法提供給LED的能量太充足，峰值紋波增大時(shí)， 反饋數(shù)碼控制迅即減少相數(shù)，降低頻率，并縮小脈寬，用數(shù)碼方法減少有源供電能量，抑平 紋波，是數(shù)控回歸過(guò)程之一。又能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的減少損耗，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的提升電功效率。(6) 當(dāng)電源是低壓電源時(shí)，用Boost升壓拓?fù)?，但采用的是?shù)碼控制的非單相Boost 方式，而不是傳統(tǒng)模擬芯片控制的單一單相Boost方式。受控方式不再是傳統(tǒng)的閉環(huán)模擬量 負(fù)反饋方式，而是數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò) 程。(7) 當(dāng)電源是高壓電源時(shí)，用BUCK降壓拓?fù)?，但是用?shù)碼控制的非單相BUCK方式，而 不是傳統(tǒng)模擬芯片控制的單一單相BUCK方式。受控方式不再是傳統(tǒng)的閉環(huán)模擬量負(fù)反饋方 式，而是數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò)程。(8) 當(dāng)電源是時(shí)高時(shí)低變化的電源時(shí)，用數(shù)碼方式前饋偵察判斷后，指令啟動(dòng)高頻多相 Boost拓?fù)?，或指令啟?dòng)高頻多相BUCK。用單片機(jī)智能化自動(dòng)判斷并指令滿足LED燈要求的 電壓穩(wěn)壓及對(duì)LED燈電流恒流之需求。(9) 不同品牌LED發(fā)光二極管，每個(gè)管需要供給直流電壓厶LU是一具體的值，加上溫 度上下限時(shí)的直流電壓AU咖的上下限為(+AW和-厶U呢)。EUrain=N* (AIWAU%)② 實(shí)測(cè)出這串LED的工作電流lLED恒流值。不論溫度在上下限之間任何位置，必須確保工作電流Iled的恒定。③ 于是可以設(shè)計(jì)實(shí)際需要的"無(wú)電解電容的LED燈適配器"功率為 PouT=HUmax I led④ 按功率P。w的大小，套用相應(yīng)功率己知拓?fù)涞碾娏﹄娮娱_關(guān)相應(yīng)的規(guī)格產(chǎn)品，列出材 料表，優(yōu)化元件器件的型號(hào)與成本。⑤ 設(shè)計(jì)總拓?fù)鋱D的方框圖。⑥ 對(duì)比可選用的單片機(jī)型號(hào)的性能價(jià)格比，從中優(yōu)選單片機(jī)。⑦ 根據(jù)上述第④和第⑤來(lái)設(shè)計(jì)弱電部份的數(shù)碼電路硬件和軟件。 ⑤與強(qiáng)電的電力電子開關(guān)配合聯(lián)動(dòng)，合成仿真，預(yù)測(cè)該拓?fù)涓麝P(guān)鍵波形及數(shù)據(jù)。⑨ 做具體實(shí)物實(shí)驗(yàn)，從實(shí)際實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析與理念仿真的差異是否存在，如相差太遠(yuǎn)， 須推倒重來(lái)。如相去不遠(yuǎn)，求大同存小異，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。⑩ 上述實(shí)物連同與之適配的LED燈一起用光學(xué)儀器分析，得到全套"光學(xué)——電氣" 相關(guān)的數(shù)據(jù)。結(jié)合圖2說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式如下。以單片機(jī)智能數(shù)碼控制為核心，用軟件的方法，而并非傳統(tǒng)模擬方法，產(chǎn)生三相(或更 多相)的高頻矩形脈沖；這些高頻矩形脈沖的相數(shù)、頻率、脈沖寬度，均受輸入電源電壓UIN、 輸出電壓u。、輸出電流i。溫度rc,以及各種異常保護(hù)和各種時(shí)控、群控等功能調(diào)控軟件， 實(shí)現(xiàn)滿足LED工作電壓和工作電流為目標(biāo)。輸入電源電壓UIN大于所需輸出電壓U。，則單片機(jī)判定啟動(dòng)BUCK數(shù)碼控制，以三相為 例，即三相電力電子開關(guān)(VSA1、 VSB1、 VSC1)受控工作；而關(guān)閉BOOST數(shù)碼控制，三相電 力電子開關(guān)(VSA2、 VSB2、 VSC2)處于斷開狀態(tài)，不進(jìn)行開關(guān)工作。輸入電源電壓UIN小于所需輸出電壓U。，則單片機(jī)判定啟動(dòng)BOOST數(shù)碼控制，以三相為 例，即三相電力電子開關(guān)(VSA2、 VSB2、 VSC2)受控工作；而關(guān)閉BUCK數(shù)碼控制，三相電 力電子開關(guān)(VSA1、 VSB1、 VSC1)處于導(dǎo)通狀態(tài)，不進(jìn)行開關(guān)工作。當(dāng)輸出電壓U。超高時(shí)，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令減少矩形脈沖寬度，或者減少開關(guān)工作 的相數(shù)，直到輸出電壓U?；貧w額定值，維持開關(guān)工作參數(shù)不變，實(shí)現(xiàn)輸出電壓U。穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓U。不足時(shí)，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令增加矩形脈沖寬度，或者增加開關(guān)工作 的相數(shù)，直到輸出電壓U?；貧w額定值，維持開關(guān)工作參數(shù)不變，實(shí)現(xiàn)輸出電壓U。穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電流I。超高時(shí)，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令減少矩形脈沖寬度，或者減少開關(guān)工作的相數(shù)，直到輸出電流I?；貧w額定值，維持開關(guān)工作參數(shù)不變，實(shí)現(xiàn)輸出電流I。恒流。當(dāng)輸出電流I。不足時(shí)，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令增加矩形脈沖寬度，或者增加開關(guān)工作的相數(shù)，直到輸出電流I?；貧w額定值，維持丌關(guān)工作參數(shù)不變，實(shí)現(xiàn)輸出電流I。恒流。當(dāng)環(huán)境溫度升高，為了半導(dǎo)體發(fā)光二極管不致因高溫而老化或損壞，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令冷卻風(fēng)扇或液冷泵開動(dòng)，并變頻工作，維持LED工作溫度在安全范圍內(nèi)。當(dāng)上述變頻冷卻失效或不足夠冷卻降溫時(shí)，單片機(jī)智能數(shù)碼控制指令降低輸出電流I。，使溫升下降，保證LED不過(guò)熱燒壞。當(dāng)需要夜間分別時(shí)段降低照明功率節(jié)能時(shí)，也由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化時(shí)段控制節(jié)約電能。 當(dāng)需要照明實(shí)現(xiàn)"人在或車來(lái)才照明，無(wú)人或無(wú)車通過(guò)時(shí)降低照明功率節(jié)約電能"，也 由傳感器偵知有人或有車時(shí)提升照明工作額定功率。當(dāng)需要照明系統(tǒng)群控時(shí)，由系統(tǒng)主令控制單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)照明系統(tǒng)的智能化群控。
權(quán)利要求
1. 無(wú)電解電容LED燈電源適配器的控制方法，其特征是，采用單片機(jī)軟件方法，產(chǎn)生多相高頻方波脈沖群，用多組不同相位的高頻方波脈沖，分別控制多相位電力電子開關(guān)的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)用多相高頻整流的有源方法以抑平紋波，用數(shù)碼方法控制實(shí)現(xiàn)供LED所需的穩(wěn)定電壓、恒定電流的恒流電源的值；當(dāng)電源電壓波動(dòng)下浮時(shí)，如上述有源方法提供給LED的能量不足，谷值紋波增大時(shí)，自動(dòng)反饋數(shù)碼控制立即增加相數(shù)，提升頻率，并擴(kuò)展脈寬，用數(shù)碼方法增加有源供電能量抑平紋波；當(dāng)電源電壓波動(dòng)上浮時(shí)，如上述有源方法提供給LED的能量過(guò)多，峰值紋波增大時(shí)，自動(dòng)反饋數(shù)碼控制立即減少相數(shù)，降低頻率，并縮小脈寬，用數(shù)碼方法減少有源供電能量抑平紋波；當(dāng)電源是低壓電源時(shí)，用Boost升壓拓?fù)?，采用?shù)碼控制的非單相Boost方式，受控方式為數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò)程；當(dāng)電源是高壓電源時(shí)，用BUCK降壓拓?fù)?，采用?shù)碼控制的非單相BUCK方式，受控方式為數(shù)碼自適應(yīng)軟件程序的高頻多相開關(guān)量實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)的多代自動(dòng)回歸過(guò)程；當(dāng)電源是時(shí)高時(shí)低變化的電源時(shí)，用數(shù)碼方式前饋偵察判斷后，指令啟動(dòng)高頻多相Boost拓?fù)?，或指令啟?dòng)高頻多相BUCK，用單片判斷并指令滿足LED燈對(duì)電壓穩(wěn)壓及對(duì)電流恒流之需求。
全文摘要
本發(fā)明采用數(shù)碼方法控制LED所需的穩(wěn)定電壓、恒定電流的恒流電源的值，采用單片機(jī)軟件方法，產(chǎn)生多相高頻方波脈沖群，用多組不同相位的高頻方波脈沖，分別控制多相位電力電子開關(guān)的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)用多相高頻整流的有源方法來(lái)抑平紋波；采用高頻整流，特別是用多相高頻整流，以及波形九十度電角度移相位移峰填谷，以有源的電力電子方法取代傳統(tǒng)貯能電解電容，用數(shù)碼方式提供LED燈所需穩(wěn)定電壓、恒定電流的恒流電源，用多相高頻整流的有源方式，來(lái)抑平紋波的控制方法，提供一種耐高溫、壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)、高可靠性的、與LED數(shù)萬(wàn)小時(shí)壽命可以匹配的LED燈無(wú)電解電容的電源適配器的控制方法。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101282606SQ20081007356
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月5日
發(fā)明者王希天, 王桂光, 王桂風(fēng), 同 甘, 申莉萌 申請(qǐng)人:深圳唐微科技發(fā)展有限公司