專利名稱：Led照明系統(tǒng)集中供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型內(nèi)容屬于半導(dǎo)體照明應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED照明系統(tǒng)集中供電裝置，其供電方案可廣泛應(yīng)用于路燈、地鐵、隧道、大型商場、車間、廣場、火車站、飛機(jī)場等場合的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，LED的發(fā)光效率顯著提升，銷售價(jià)格大幅度降低，為此LED在照明系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。為了便于將普通照明燈具更換為LED燈具，目前世界上許多國家在每盞 LED燈具中都裝有獨(dú)立的開關(guān)型驅(qū)動(dòng)電源，通常稱為獨(dú)立供電系統(tǒng)。雖然LED光源的理論壽命可達(dá)10萬小時(shí)，實(shí)際使用壽命也超過7萬小時(shí)，但是目前給LED提供恒定驅(qū)動(dòng)電流的開關(guān)型電源中，高電壓、大容量電解電容器的實(shí)際壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1萬小時(shí)，而且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在現(xiàn)有LED照明系統(tǒng)(尤其是在路燈等環(huán)境較惡劣的場合)中，經(jīng)常發(fā)生因驅(qū)動(dòng)電源出現(xiàn)故障而產(chǎn)生中斷照明的現(xiàn)象，這樣不但影響了 LED照明系統(tǒng)的可靠性，還大大增加了維護(hù)成本。另外在目前的LED照明系統(tǒng)中，為了使驅(qū)動(dòng)電源滿足高效率(大于95% )、高功率因數(shù)(0.99以上)、寬輸入電壓范圍(86V 300V)和寬溫度范圍(_40°C 75°C )，同時(shí)使電磁兼容和抗雷擊性能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，LED驅(qū)動(dòng)電源所需平均無故障時(shí)間要達(dá)到10 萬小時(shí)以上，這樣每盞燈具內(nèi)的電源成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光源的成本，而且體積非常龐大，從而使整燈非常笨重，也嚴(yán)重影響LED照明系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。為了提高LED驅(qū)動(dòng)電源的可靠性， 近年來本領(lǐng)域曾推出了無電解電容開關(guān)電源技術(shù)，這種電源雖然解決了因電解電容損壞而影響照明的問題，但因開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中仍然經(jīng)常出現(xiàn)各種故障。此外還有一些相關(guān)單位曾推出了交流驅(qū)動(dòng)LED分段控制技術(shù)，該技術(shù)雖然簡化了控制電路，使可靠性得到提高，但是由于采用脈沖驅(qū)動(dòng)電流，使LED發(fā)光效率大幅度降低，因此也很難推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，進(jìn)而提供一種LED照明系統(tǒng)集中供電裝置，采用該集中供電裝置不僅可以降低LED照明系統(tǒng)的成本，還可以大大提高LED照明系統(tǒng)的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而采用的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的LED照明系統(tǒng)集中供電裝置由交流配電裝置、直流配電裝置、監(jiān)控器以及采用N+1冗余供電技術(shù)配置的N+1 只整流器模塊組成，N = 2、3、……、10，各整流器模塊相互并聯(lián)，交流配電裝置的輸出端同時(shí)接至各整流器模塊的輸入端，各整流器模塊的輸出端同時(shí)接至直流配電裝置的輸入端， 監(jiān)控器的交流檢測輸入端和直流檢測輸入端分別與交流配電裝置和直流配電裝置的輸出端聯(lián)接，監(jiān)控器的整流器監(jiān)控輸入/輸出端與各整流器模塊的輸出/輸入端相聯(lián)接。實(shí)際工作中，交流輸入電壓通過交流配電裝置加入到各整流器模塊，整流器模塊的主要作用是將交流電壓變換為LED燈具所需的直流穩(wěn)定電壓，再由直流配電裝置通過各路開關(guān)給外接的各路LED燈具供電(根據(jù)供電距離，直流配電裝置也可實(shí)現(xiàn)雙向供電，從而降低線路損耗， 電源裝置的輸出直流電壓分別為MV、48V、110V和220V，根據(jù)用戶的實(shí)際要求，上述電壓還可在很寬范圍內(nèi)調(diào)整)，而監(jiān)控器則主要用于對各整流器模塊以及交流配電裝置和直流配電裝置實(shí)施檢測和控制。本實(shí)用新型中整流器模塊的主要作用是將交流電壓變換為LED燈具所需的直流穩(wěn)定電壓，該整流器模塊由輸入整流濾波電路、有源功率因數(shù)校正電路PFC、PWM高頻變換器、輸出濾波電路組成，輸入整流濾波電路的輸出端依次經(jīng)有源功率因數(shù)校正電路PFC和 PWM高頻變換器后通至輸出濾波電路。由于模塊內(nèi)裝有性能特別優(yōu)良的多級(jí)輸入濾波電路， 可確保LED路燈、隧道燈、工廠燈等燈具達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)要求的電磁兼容指標(biāo)。本實(shí)用新型中所用的整流器模塊均采用高頻開關(guān)電源，為了確保電源不中斷，通常都采用N+1冗余供電技術(shù)。即如果全部LED燈具所需功率可由N只并聯(lián)的整流器模塊滿足，則在系統(tǒng)中應(yīng)加入N+1只并聯(lián)整流器模塊的配置，若某個(gè)整流器模塊模塊發(fā)生故障，其他N只模塊可保證正常供電。參見附圖1示例，如兩臺(tái)整流器模塊并聯(lián)后，可滿足全部LED 燈具所需功率，在該系統(tǒng)中就應(yīng)加入三只同功率整流模塊，這樣當(dāng)工作過程中某一只整流器模塊損壞后，另外兩只整流器模塊可正常供電，此時(shí)應(yīng)立即更換損壞的整流器模塊，以免其他模塊發(fā)生故障后，影響照明。由于整流器模塊均為采用熱插拔技術(shù)的模塊，更換模塊時(shí)不需要切斷電源，因此不會(huì)影響集中供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)新穎巧妙、電路簡單、操作方便，它既降低了 LED照明系統(tǒng)的成本，又大大了提高LED照明系統(tǒng)的可靠性，可廣泛應(yīng)用于路燈、地鐵、隧道、大型商場、車間、廣場、火車站、飛機(jī)場等場合的照明系統(tǒng)，具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。圖3為整流器模塊的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為LED燈具內(nèi)設(shè)置的開關(guān)恒流源的電路圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，該LED照明系統(tǒng)集中供電裝置由交流配電裝置、直流配電裝置、監(jiān)控器以及三只整流器模塊組成，三只整流器模塊相互并聯(lián)，交流配電裝置的輸出端同時(shí)接至各整流器模塊的輸入端，三只整流器模塊的輸出端同時(shí)接至直流配電裝置的輸入端，監(jiān)控器的交流檢測輸入端和直流檢測輸入端分別與交流配電裝置和直流配電裝置的輸出端聯(lián)接， 監(jiān)控器的整流器監(jiān)控輸入/輸出端分別與三只整流器模塊的輸出/輸入端相聯(lián)接。具體實(shí)施結(jié)構(gòu)中，交流配電裝置和直流配電裝置均采用空氣開關(guān)，監(jiān)控器可采用型號(hào)為DKD31的器件。LED照明系統(tǒng)集中供電裝置中的本機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示，它由直流檢測單元、交流檢測單元、控制器等部分組成，該監(jiān)控系統(tǒng)對整流器模塊、交流配電裝置、直流配電裝置實(shí)施檢測和控制，各種參數(shù)可通過顯示器顯示，還可通過RS232通信口與監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測和遙信。該集中供電裝置中的整流器模塊的原理結(jié)構(gòu)如圖3所示，由輸入整流濾波電路、 有源功率因數(shù)校正電路PFC、PWM高頻變換器、輸出濾波電路組成，輸入整流濾波電路的輸出端依次經(jīng)有源功率因數(shù)校正電路PFC和PWM高頻變換器后通至輸出濾波電路。輸入整流濾波電路將50Hz交流電壓變換成比較平穩(wěn)的直流電壓。有源功率因數(shù)校正電路使輸入交流電流波形與輸入交流電壓波形相同，且相位一致，使功率因數(shù)達(dá)0.99以上。高頻變換器采用軟開關(guān)PWM變換技術(shù)，大大降低開關(guān)損耗，從而使整流模塊的效率高于95%，同時(shí)也將大大減小電磁干擾。輸出整流濾波電路將高頻方波電壓轉(zhuǎn)換成非常穩(wěn)定的直流電壓，供給 LED燈具。在并聯(lián)整流器模塊中還采用了民主均流電路，可以確保各并聯(lián)模塊輸出電流平衡分配，任一模塊發(fā)生故障后，其余模塊通過民主均流電路均可平均分配輸出電流；整流器模塊中還采用智能風(fēng)冷技術(shù)，工作過程中模塊的溫度超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)啟動(dòng)，模塊溫度降低到設(shè)定值時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉。因此冷卻效果好，可靠性高；整流器模塊還采用了熱插拔技術(shù)，各并聯(lián)模塊均可實(shí)現(xiàn)在線安裝和更換，確保更換整流模塊時(shí)，照明電源不中斷；整流器模塊還具有輸入過壓、欠壓、輸出過壓、限流和短路保護(hù)以及散熱器過熱保護(hù)等功能， 確保照明電源裝置可靠工作。具體實(shí)施結(jié)構(gòu)中，整流器模塊中的輸入整流濾波電路采用大功率橋式整流電路LC濾波電路，有源功率因數(shù)校正電路PFC可采用零電壓過渡(ZVT)有緣功率因數(shù)校正專用集成電路UC38M器件，PWM高頻變換器可采用型號(hào)為UC3875的諧振型 PWM控制器，輸出濾波電路采用LC濾波電路。由于整流器模塊只提供LED燈具穩(wěn)定的直流輸入電壓，為了確保LED燈具可靠工作，防止LED燈具因過電流而產(chǎn)生嚴(yán)重光衰，在每盞燈具內(nèi)還必須根據(jù)工作電流大小，裝入恒流二極管，線性恒流源和開關(guān)恒流源。實(shí)際應(yīng)用的開關(guān)型恒流驅(qū)動(dòng)模塊的電路如圖4所示，該電路具有輸入電壓范圍寬、控制效率高等優(yōu)點(diǎn)。圖4中SN3910是一種單開關(guān)LED驅(qū)動(dòng)專用集成電路，直流輸入電壓范圍8 450V，直流輸出電流可從幾毫安增加到1安培。該模塊外部只需要幾只元件，即可完成LED恒流驅(qū)動(dòng)功能。TOFF腳外接電容器Ctw設(shè)定內(nèi)部振蕩器的工作頻率，內(nèi)部振蕩器的輸出脈沖通過GATE腳驅(qū)動(dòng)外接的MOSFET(Ql)。Ql的導(dǎo)通電流通過電感Ll驅(qū)動(dòng)LED。該驅(qū)動(dòng)電流流過取樣電阻RCS后，在CS腳產(chǎn)生取樣電壓，該電壓與LD腳電壓和VREF腳250mV基準(zhǔn)電壓比較后，調(diào)整振蕩器輸出脈沖寬度，從而使輸出電流恒定。圖中二極管Dl起續(xù)流作用，電阻RIN和電容CIN組成輸入電路，可根據(jù)輸入直流電壓高低，選定RIN的阻值。在LED附近放置負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC后，當(dāng)LED的溫度顯著變化時(shí)，可改變LD腳的電壓，從而使輸出恒定電流隨溫度而變，改變外接LD腳電壓，還可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)光功能。
權(quán)利要求1.一種LED照明系統(tǒng)集中供電裝置，其特征在于由交流配電裝置、直流配電裝置、監(jiān)控器以及采用N+1冗余供電技術(shù)配置的N+1只整流器模塊組成，N = 2、3、……、10，各整流器模塊相互并聯(lián)，交流配電裝置的輸出端同時(shí)接至各整流器模塊的輸入端，各整流器模塊的輸出端同時(shí)接至直流配電裝置的輸入端，監(jiān)控器的交流檢測輸入端和直流檢測輸入端分別與交流配電裝置和直流配電裝置的輸出端聯(lián)接，監(jiān)控器的整流器監(jiān)控輸入/輸出端與各整流器模塊的輸出/輸入端相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)集中供電裝置，其特征是整流器模塊由輸入整流濾波電路、有源功率因數(shù)校正電路PFC、PWM高頻變換器、輸出濾波電路組成，輸入整流濾波電路的輸出端依次經(jīng)有源功率因數(shù)校正電路PFC和PWM高頻變換器后通至輸出濾波電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種LED照明系統(tǒng)集中供電裝置，由交流配電裝置、直流配電裝置、監(jiān)控器以及采用N+1冗余供電技術(shù)配置的N+1只整流器模塊組成(N＝2、3、……、10)，各整流器模塊相互并聯(lián)，交流配電裝置的輸出端同時(shí)接至各整流器模塊的輸入端，各整流器模塊的輸出端同時(shí)接至直流配電裝置的輸入端，監(jiān)控器的交流檢測輸入端和直流檢測輸入端分別與交流配電裝置和直流配電裝置的輸出端聯(lián)接，監(jiān)控器的整流器監(jiān)控輸入/輸出端與各整流器模塊的輸出/輸入端相聯(lián)接。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)新穎、電路簡單，它既降低了LED照明系統(tǒng)的成本，又大大提高了LED照明系統(tǒng)的可靠性，可廣泛應(yīng)用于路燈、地鐵、大型商場、廣場、車站、飛機(jī)場等場合的照明系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK201986208SQ20102059731
公開日2011年9月21日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者王鴻麟 申請人:廣東科信實(shí)業(yè)有限公司