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一種led恒流驅(qū)動(dòng)電源的制作方法

文檔序號(hào):8163842閱讀:787來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種led恒流驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種用于LED照明的驅(qū)動(dòng)電源,尤其是涉及一種當(dāng)負(fù)載由多組LED并聯(lián),且對(duì)功率因數(shù)及其電源壽命有嚴(yán)格要求的LED驅(qū)動(dòng)電源。
背景技術(shù)
LED照明由于具有環(huán)保、壽命長(zhǎng)、高可靠性、發(fā)光效率高、顯色指數(shù)高、方向性好、結(jié)構(gòu)牢固等特點(diǎn),正在迅速崛起和發(fā)展,成為實(shí)施綠色節(jié)能照明工程中最具有前途的第四代光源。目前隨著LED行業(yè)的日趨成熟,低頻諧波抑制的電磁兼容規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)外的強(qiáng)制實(shí)施,作為L(zhǎng)ED的供電電源,除了要求高效率、高可靠性等,還必須具有高輸入功率因數(shù),壽命與LED的壽命匹配、以及當(dāng)負(fù)載為多路并聯(lián)時(shí)為各支路分別恒流供電的要求。LED的供電電源是一個(gè)AC/DC變換器,是將市電變換為直流電供給LED燈具的驅(qū)動(dòng)器。Energy Star標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定商業(yè)照明的供電設(shè)備的功率因數(shù)不得低于O. 9。因此,AC/DC變 換器必須具有功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)的功能,當(dāng)前多采用的是有源功率因數(shù)校正方式。然而,采用傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式,由于輸入功率是脈動(dòng)的,而輸出功率是平直的,因此需要儲(chǔ)能電容來(lái)平衡瞬時(shí)輸入功率和輸出功率。一般儲(chǔ)能電容容值較大,所以通常選用電解電容。但是電解電容的壽命對(duì)溫度非常敏感,較高的工作溫度將加速內(nèi)部電解液的蒸發(fā),而當(dāng)電解液的量減少到一定程度時(shí),電解電容的壽命也就基本結(jié)束。LED燈具本身是一個(gè)長(zhǎng)壽命的器件,可達(dá)10萬(wàn)小時(shí),因此電解電容的存在影響了 LED驅(qū)動(dòng)電源的壽命。隨著LED行業(yè)的逐步發(fā)展,用LED作為顯示器或其他照明設(shè)備或背光源已經(jīng)成為一種趨勢(shì),而對(duì)其進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)也越來(lái)越成為關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種功率因數(shù)較高,使用壽命較長(zhǎng)的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源。本實(shí)用新型設(shè)有恒壓部分和恒流部分,所述恒壓部分設(shè)有整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正控制電路和諧波注入電路,所述有源功率因數(shù)校正控制電路設(shè)有采樣電路、給定電壓產(chǎn)生電路、第I比較器、電壓控制電路、乘法器、第2比較器和電流跟蹤控制電路;所述Boost升壓型斬波電路的輸入端接整流濾波電路輸出端,所述Boost升壓型斬波電路的輸出端的電壓正極與有源功率因數(shù)校正控制電路的采樣電路輸入端以及負(fù)載連接,所述采樣電路的輸出端和給定電壓產(chǎn)生電路輸出端分別與第I比較器的2個(gè)輸入端連接,第I比較器的輸出端與電壓控制電路的輸入端連接,電壓控制電路的輸出端和諧波注入電路的輸出端分別與乘法器的2個(gè)輸入端連接,乘法器的輸出端和整流濾波電路的輸出端與第2比較器的2個(gè)輸入端連接,第2比較器的輸出端與電流跟蹤控制電路的輸入端連接,電流跟蹤控制電路的輸出端與Boost升壓型斬波電路的開關(guān)控制信號(hào)輸入端連接。[0007]所述恒流部分設(shè)有至少2個(gè)恒流源,所述至少2個(gè)恒流源并聯(lián),所有恒流源的輸出端接負(fù)載。為了滿足Energy Star標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)照明的供電設(shè)備的功率因數(shù)不得低于O. 9。因此,本實(shí)用新型必須具有功率因數(shù)校正功能,本實(shí)用新型不僅具有有源功率因數(shù)校正的功能,而且采用了諧波注入的方式,克服了傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式中采用的電解電容導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈具壽命嚴(yán)重脫節(jié),以及通過(guò)負(fù)載各并聯(lián)支路均獨(dú)立設(shè)立一個(gè)恒流源的供電形式,實(shí)現(xiàn)負(fù)載分布恒流供電。這種電源包括恒壓和恒流兩部分恒壓部分采用有源功率因數(shù)校正、諧波注入的方式;恒流部分采用負(fù)載各并聯(lián)支路均獨(dú)立設(shè)立一個(gè)恒流源的形式,從而達(dá)到有高輸入功率因數(shù)、電源壽命與LED的壽命匹配,以及實(shí)現(xiàn)負(fù)載分布恒流的要求。與現(xiàn)有的LED 二極管相比,由于本實(shí)用新型在恒壓部分設(shè)有諧波注入電路,將諧波注入電路的輸出信號(hào)作為乘法器的一端輸入信號(hào),并與電壓控制電路的輸出信號(hào)在乘法器中進(jìn)行乘法運(yùn)算,并將乘法器的輸出端和整流濾波電路的輸出端與第2比較器的2個(gè)輸入端連接,因此可提高輸入功率,延長(zhǎng)其使用壽命。另外,由于本實(shí)用新型采用了一種比較 新型的恒流方式,即恒壓供電給負(fù)載,負(fù)載部分各并聯(lián)支路均獨(dú)立設(shè)立一個(gè)恒流源的分布恒流方式,因此可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載LED分布恒流供電。同時(shí),本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路組成框圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的三次諧波注入電路組成原理圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的恒流源電路組成原理圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖I,本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有恒壓部分和恒流部分,所述恒壓部分設(shè)有整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正控制電路和諧波注入電路,所述有源功率因數(shù)校正控制電路設(shè)有采樣電路、給定電壓產(chǎn)生電路、第I比較器(在圖I中用比較器(I)表示)、電壓控制電路、乘法器、第2比較器(在圖I中用比較器(2)表示)和電流跟蹤控制電路;所述Boost升壓型斬波電路的輸入端接整流濾波電路輸出端,所述Boost升壓型斬波電路的輸出端的電壓正極與有源功率因數(shù)校正控制電路的采樣電路輸入端以及負(fù)載連接,所述采樣電路的輸出端和給定電壓產(chǎn)生電路輸出端分別與第I比較器的2個(gè)輸入端連接,第I比較器的輸出端與電壓控制電路的輸入端連接,電壓控制電路的輸出端和諧波注入電路的輸出端分別與乘法器的2個(gè)輸入端連接,乘法器的輸出端和整流濾波電路的輸出端與第2比較器的2個(gè)輸入端連接,第2比較器的輸出端與電流跟蹤控制電路的輸入端連接,電流跟蹤控制電路的輸出端與Boost升壓型斬波電路的開關(guān)控制信號(hào)輸入端連接。所述恒流部分設(shè)有η個(gè)恒流源(在圖I中用CCS第I組......CCS第η組),所述η個(gè)
恒流源并聯(lián),η個(gè)恒流源的輸出端接負(fù)載。以下給出諧波注入電路搭建的理論依據(jù)以及有源功率因素校正控制電路的工作情況[0016]I)諧波注入電路搭建的理論依據(jù)由于采用的是單相整流橋,交流側(cè)的電流波形與橫軸成鏡對(duì)稱,所以減小儲(chǔ)能電容,輸入電流中將產(chǎn)生大量奇次諧波。由功率因數(shù)(PF)與總諧波畸變(THD)的關(guān)系
_9] PF =⑴其中,cosct表示基波電壓與基波電流間的相移因數(shù)。 mD =德"=Ψ +/;2 +/7~+···(2)
./, /,從式(I)可知,為了減小儲(chǔ)能電容,輸入電流中產(chǎn)生的大量奇次諧波,從而降低了 功率因數(shù)。換句話來(lái)講,若在輸入電流中適當(dāng)注入相應(yīng)的諧波,則可以抵消上述的奇次諧波產(chǎn)生的負(fù)面影響。然而試驗(yàn)表明,在輸入電流中加入奇次諧波才可以保證在功率因數(shù)不變的情況下,盡量減少儲(chǔ)能電容的容量,用容量較小的薄膜電容代替電解電容,達(dá)到延長(zhǎng)電源壽命的目的。所以,為了達(dá)到延長(zhǎng)電源壽命的目的,有必要根據(jù)實(shí)際需要搭建相應(yīng)的諧波注入電路。2)有源功率因數(shù)校正控制電路輸出電壓經(jīng)采樣后得到Boost升壓型斬波電路的輸出電壓的回饋電壓,由電壓控制電路根據(jù)該電壓與給定電壓之間的誤差,調(diào)節(jié)電感電流的大小,從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。電壓控制電路的輸出信號(hào)是平穩(wěn)的直流信號(hào),用乘法器將該信號(hào)同諧波注入電路的輸出信號(hào)(傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式中采用的是正弦絕對(duì)值信號(hào))相乘,得到電流跟蹤環(huán)節(jié)的給定信號(hào)。電流跟蹤控制電路使電感電流跟蹤該電流給定信號(hào),從而在實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時(shí)抵消因減少儲(chǔ)能電容的容量而帶給電路的負(fù)面影響。其次,由于負(fù)載一般采用多組LED并聯(lián),則在各并聯(lián)支路均獨(dú)立設(shè)立一個(gè)恒流源的連接形式,實(shí)現(xiàn)負(fù)載LED分布恒流供電。以下給出附圖中相關(guān)符號(hào)的說(shuō)明電壓參量Vg整流濾波電路輸出電壓;Vo驅(qū)動(dòng)電源恒壓部分直流輸出電壓;VFB為電源輸出回饋電壓為給定電壓% 為三次諧波注入電路輸入電壓;Va和Vb諧波注入電路內(nèi)部的采樣電壓;V。為諧波注入電路內(nèi)部減法器輸出電壓;。電流參量1_流過(guò)各組支路LED的電流;IK8、Ie9分別為流過(guò)電阻R8、R9的電流。電容參量Cb薄膜儲(chǔ)能電容。電阻參量=R1^R2,R3> R4> R5> R6、R7> R8> R9。其他相關(guān)符號(hào)L表示電感;S表示開關(guān);CCS表示恒流源(Constant CurrentSource) ;n表示并聯(lián)支路數(shù)(η彡I,其η值由具體需要確定);LED+與LED-分別表示連接到負(fù)載LED的陽(yáng)極與陰極的接線端;三極管QpQ2 ;0UT表示三次諧波注入電路輸出端;A表示主電路中檢測(cè)電感電流的節(jié)點(diǎn);B、C、D、E分別為恒流源電路中節(jié)點(diǎn)編號(hào)。
以下結(jié)合附圖,對(duì)本實(shí)用新型如何在提高功率因數(shù)的同時(shí),克服傳統(tǒng)有源功率因數(shù)校正方式在電路引入大容量電解電容,導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈具壽命嚴(yán)重脫節(jié),以及實(shí)現(xiàn)負(fù)載LED分布恒流供電的問(wèn)題作進(jìn)一步說(shuō)明[0033]從圖I中可以清楚地看到,本實(shí)用新型包括恒壓部分和恒流部分,恒壓部分主要由整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正控制電路和諧波注入電路等組成,其中有源功率因數(shù)校正控制電路主要由采樣電路、給定電壓產(chǎn)生電路、第I比較器、電壓控制電路、乘法器、第2比較器、電流跟蹤控制電路組成。恒流部分由若干恒流源(CCS)組成。電源整體的連接方式整流濾波電路輸出端與Boost升壓型斬波電路輸入端相連;Boost升壓型斬波電路輸出端電壓正極一方面連接到負(fù)載η條并聯(lián)支路正極公共端,另一方面接到有源功率因數(shù)校正控制電路的采樣電路輸入端;采樣電路的輸出端與給定電壓產(chǎn)生電路輸出端作為比較器⑴的輸入端,兩輸出端信號(hào)經(jīng)比較由比較器⑴的輸出端與電壓控制電路的輸入端相連;電壓控制電路的輸出端與諧波注入電路的輸出端作為乘法器的輸入端,兩輸出端信號(hào)做乘法運(yùn)算作為乘法器的輸出信號(hào);乘法器輸出端和主電路中檢測(cè)電感電流所獲取的信號(hào)(圖I中節(jié)點(diǎn)A處的信號(hào))分別與比較器(2)輸入端相連,比較后經(jīng)比較器輸出端與電流跟蹤控制電路輸入端相連;電路跟蹤控制電路輸出端信號(hào)作為Boost升壓型斬波電路中開關(guān)的控制信號(hào)。其次,Boost升壓型斬波電路輸出端電壓正極 與負(fù)載η條并聯(lián)支路的正極公共端相連;各負(fù)載支路的負(fù)端與每個(gè)恒流源電路的輸入端相連;每個(gè)恒流源輸出端相連并連接于Boost升壓型斬波電路輸出端負(fù)極。本實(shí)用新型中采用的有源功率因數(shù)校正方式與傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式不同,區(qū)別在于本實(shí)用新型中有源功率因數(shù)校正方式使用諧波注入電路輸出作為有源功率因數(shù)校正控制電路中乘法器的一個(gè)輸入,通過(guò)諧波注入法減小所需儲(chǔ)能電容的容值,以便用薄膜電容取代因采用傳統(tǒng)功率因數(shù)校正方式在電路中引入的電解電容,從而在保證電源壽命能與LED燈具壽命相匹配前提下恒壓供電給負(fù)載;保證在提高功率因數(shù)的同時(shí)克服LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈具壽命嚴(yán)重脫節(jié)的問(wèn)題。其次,恒流部分是由若干恒流源(CCS)組成,各個(gè)恒流源分別設(shè)置在負(fù)載的各并聯(lián)支路。以下給出采用諧波注入何以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電源壽命以及有源功率因數(shù)校正控制電路的工作情況首先,為了減小儲(chǔ)能電容,輸入電流中將產(chǎn)生大量奇次諧波,從而降低了功率因數(shù)。反過(guò)來(lái)說(shuō),如果在輸入電流中適當(dāng)注入相應(yīng)的諧波便可以抵消上述的奇次諧波產(chǎn)生的負(fù)面影響。然而試驗(yàn)表明在輸入電流中加入奇次諧波才可以保證在功率因數(shù)不變的情況下,盡量減少儲(chǔ)能電容的容量,用容量較小的薄膜電容代替電解電容,達(dá)到延長(zhǎng)電源壽命的目的。為了更直觀了解諧波注入原理,這里以三次諧波注入電路(參見(jiàn)圖2)為例說(shuō)明諧波注入的原理。在輸入電流中注入三次諧波,需要在電流基準(zhǔn)中加入三次諧波信號(hào),而三次諧波信號(hào)的獲取需要從基波信號(hào)得來(lái)。根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系Sin3on = 3Sinon-4Sin3on可搭建電路如圖3所示三次諧波電路,主要由兩個(gè)乘法器、一個(gè)減法器構(gòu)成,其中Va和Vb分別為輸入電壓整流后的采樣信號(hào),Va經(jīng)過(guò)兩次相乘后得到Va3,減法器的輸出V。中含有三次諧波,V。作為有源功率因數(shù)校正控制電路乘法器的一個(gè)輸入信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)諧波的注入。如此,根據(jù)需要搭建類似此三次諧波的諧波注入電路,在輸入電流中適當(dāng)注入相應(yīng)的諧波以抵消由于減小儲(chǔ)能電容容量,輸入電流中將產(chǎn)生大量的奇次諧波給電路帶來(lái)的負(fù)面影響,從而可以用容量較小的薄膜電容Cb代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式中所采用的大容量電解電容,達(dá)到延長(zhǎng)電源壽命的目的。其次,有源功率因數(shù)校正控制電路部分(如圖I虛線框中所示),輸出電壓經(jīng)采樣后得到Boost升壓型斬波電路的輸出電壓回饋電壓Vfb,由電壓控制電路將該電壓與給定電壓Vref之間的誤差,調(diào)節(jié)電感L電流的大小,從而達(dá)到控制輸出電壓V^t)的目的。其次,電壓控制電路的輸出信號(hào)是平穩(wěn)的直流信號(hào),用乘法器將該信號(hào)同諧波注入電路的輸出信號(hào)V。(傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式中采用的是正弦絕對(duì)值信號(hào))相乘,獲得電流跟蹤環(huán)節(jié)的給定信號(hào)。電流跟蹤控制電路使流經(jīng)電感L中的電流跟蹤該電流跟蹤環(huán)節(jié)給定信號(hào),從而在實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時(shí)平衡了由于減少儲(chǔ)能電容的容量帶給電路的負(fù)面影響。圖3給出的恒流源電路包括兩個(gè)三極管%、Q2,兩個(gè)電阻R8、R9,其中R9為采樣電阻,通過(guò)改變R9的阻值可以調(diào)節(jié)流過(guò)負(fù)載各支路LED的電流Imi的大小。由于電路中Iled ^ IE8+IE9,當(dāng)選取較大阻值的電阻R8可以使U ^ Ie9,從而有達(dá)到恒流的目的。這樣,整套供電系統(tǒng)由整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正 控制電路、諧波注入電路及恒流源電路等各部分的協(xié)同工作,使得商業(yè)照明用供電設(shè)備在提高功率因數(shù)的同時(shí),克服傳統(tǒng)功率因數(shù)校正電路中因電解電容的存在而導(dǎo)致的LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈具壽命嚴(yán)重脫節(jié),以及解決負(fù)載LED分布恒流供電的問(wèn)題。其中在本實(shí)用新型中采用的有源功率因數(shù)校正方式與傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正方式不同,區(qū)別在于本實(shí)用新型中有源功率因數(shù)校正方式使用諧波注入電路輸出作為有源功率因數(shù)校正控制電路中乘法器的一個(gè)輸入。通過(guò)諧波注入法減小所需儲(chǔ)能電容的容值,以便用薄膜電容取代因采用傳統(tǒng)有源功率因數(shù)校正方式而引入的大容量電解電容,從而在保證電源壽命能與LED燈具壽命相匹配前提下恒壓供電給負(fù)載;恒流部分由數(shù)個(gè)恒流源組成,分別設(shè)置在負(fù)載的各并聯(lián)支路。
權(quán)利要求1.一種LED恒流驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于設(shè)有恒壓部分和恒流部分,所述恒壓部分設(shè)有整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正控制電路和諧波注入電路,所述有源功率因數(shù)校正控制電路設(shè)有采樣電路、給定電壓產(chǎn)生電路、第I比較器、電壓控制電路、乘法器、第2比較器和電流跟蹤控制電路;所述Boost升壓型斬波電路的輸入端接整流濾波電路輸出端,所述Boost升壓型斬波電路的輸出端的電壓正極與有源功率因數(shù)校正控制電路的采樣電路輸入端以及負(fù)載連接,所述采樣電路的輸出端和給定電壓產(chǎn)生電路輸出端分別與第I比較器的2個(gè)輸入端連接,第I比較器的輸出端與電壓控制電路的輸入端連接,電壓控制電路的輸出端和諧波注入電路的輸出端分別與乘法器的2個(gè)輸入端連接,乘法器的輸出端和整流濾波電路的輸出端與第2比較器的2個(gè)輸入端連接,第2比較器的輸出端與電流跟蹤控制電路的輸入端連接,電流跟蹤控制電路的輸出端與Boost升壓型斬波電路的開關(guān)控制信號(hào)輸入端連接; 所述恒流部分設(shè)有至少2個(gè)恒流源,所述至少2個(gè)恒流源并聯(lián),所有恒流源的輸出端接負(fù)載。
專利摘要一種LED恒流驅(qū)動(dòng)電源,涉及一種用于LED照明的驅(qū)動(dòng)電源。設(shè)有恒壓部分和恒流部分,恒壓部分設(shè)有整流濾波電路、Boost升壓型斬波電路、有源功率因數(shù)校正控制電路和諧波注入電路,有源功率因數(shù)校正控制電路設(shè)有采樣電路、給定電壓產(chǎn)生電路、第1比較器、電壓控制電路、乘法器、第2比較器和電流跟蹤控制電路;所述恒流部分設(shè)有至少2個(gè)恒流源,所述至少2個(gè)恒流源并聯(lián),所有恒流源的輸出端接負(fù)載。功率因數(shù)較高,使用壽命較長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202587528SQ201220211218
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者陳文薌, 王曉林 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)
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