专利名称：功率因数补偿型led节能照明灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节能照明灯，它既是 LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器；它可称为功率因数补偿型LED节能 照明灯，也可称为LED节能照明灯型功率因数补偿器。
背景技术：
全球能源面临危机。为了有效利用能源，国际电工委员会(I.E.C)针对电 器的电源供应制定了一系列的规范，IEC-IOOO就是对于电源供应中谐波电流所 作的规范，而功率因数补偿法是目前运用的最有效的方法之一，电力用户常用 的无功功率补偿设备是电容器。所谓功率因数是有用功和总功率之比例，即有 用功占有用功与无用功向量和之比例。用户用电功率因数之高低会影响电力供 电成本，而目前家用电器如电风扇、电冰箱、空调、洗衣机、萤光灯等感性电 器以及带有开关电源或整流滤波电路的家电如电视机、电脑、电磁炉、音响、 节能灯等等的功率因数都很低，如果用户能采用设置电容器的方法提高功率因 数，可以减少供电成本，节约能源，降低谐波电流的污染，但是绝大多数用户 并无此观念。目前许多国家和地区都对用户用电的功率因数提出了要求，如我 国台湾省的电业法第69条规定用户每月用电之平均功率因数不及80%时，每 低1%，该月电费应增加千分之3;超过80%时，每超过1%,该月电费应减少千 分之l. 5。对用户用电的功率因数提出要求是大多数国家今后的趋势。LED作为 半导体固体"冷"光源，具有高效节能、长寿命、低维护费用、无污染、多色彩等 特点，是传统的白炽灯和充气光源的理想取代品；本发明以一种适用于交流电 网功率因数补偿的LED节能照明灯既是LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器，帮助用户自觉养成节约能源的习惯，以提升交流电网的功率因数，对 国对家都极为有益。发明内容本发明的目的在于提供一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节能照明 灯。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是交流市电用电容降压限流来 点亮LED节能照明灯，在电网中本发明呈容性，起到了功率因数补偿的作用。 本发明完美地解决了采用电容降压限流法点亮LED时，瞬态电压击穿LED的问 题。其解决方案示意图见图1、图2和图3。图l是本发明的直流脉动电流驱动法方案一示意图。在图l中，电容Cl用 于降压限流，D1D2D3D4用于整流，但因交流电源不可能刚好在过零点时接入， 整流后的电压若直接供给LED，则所产生的瞬态电压的能量足以立即击坏LED。 本发明的创新在于使用C2来和用于降压限流的CI分压以降低将要传送到LED 的瞬态电压，同时使用瞬态电压抑制二极管DZ1以吸收异常的或极端情况下的 瞬态电压，再引入起保护作用的恒流源Io以限制最大电流的方法以隔离剩余的 瞬态电压，三管齐下使LED能可靠地工作在恒流状态下。CI又起主要的功率因 数补偿作用，C2协同CI对功率因数补偿和吸收电网的有害脉冲起到了辅助效果， Cia并不消耗功率，本发明在电网中呈容性；注意若取消C2本发明仍能正常工 作，DZ1也可以吸收瞬态电压，但是整体效果会差一些，使用C2使本发明更完 美。这里需要提出的是，整流后若使用电解电容进行滤波对功率因数补偿是有 害的，因为电解的存在会使充电电流的相位滞后于电压，为了更有效地进行功 率因数补偿，本发明不使用电解滤波，而是使用脉动电流驱动LED。图2是本发明的直流脉动电流驱动法方案二示意图，区别在于图l中的 恒流源接在LED的正端，恒流管要选用PNP型三极管；图2中的恒流源接在LED 的负端，恒流管要选用NPN型三极管。对于高反压的三极管来说，NPN型可选用 的型号更多。图3是本发明的交流脉动电流驱动法示意图，其实质是用交流电的正负半 周分别驱动两组LED。 C1C2的功能和图1相同，DZ1DZ2吸收异常的瞬态电压， DZ1DZ2也可以改用一个双向瞬态电压抑制二极管；D1D2用于半波整流，两个恒流源Iol和102分别限制最大正负电流以隔离正负瞬态电压，因为瞬态电压较高，D1D2也起隔离反向电压作用，故不能省。图1图2与图3的区别是图1图2中的桥式全波整流有两个PN结的压降， 而图3中的半波整流只有一个PN结的压降，但图1、图2中驱动LED的脉动电 流频率高，峰值电流小，两者各有特点。脉动电流频率高能使LED工作状态更 好，又综合图l、图2的区别，所以本发明更推荐采用图2的解决方案。LED的最佳驱动方式是恒流驱动，串接在交流电源中的Cl就起到了很好的 恒流效果，其容量的计算公式为IF-K(VAC-N VF) . C0C1—-(公式1),其 中IF是流过LED的平均电流，K是由于使用C2而产生的一个系数，根据所接入 LED的个数不同和Cl与C2的比值K约在0. 7-0. 9左右，若没有C2则K = 1， VAC 是交流电压有效值，N是所接入LED的个数，VF是LED的正向电压压降，co是 交流电源的角频率；根据所使用的LED的平均驱动电流，从此公式可计算出Cl 的容量。而和LED串接的恒流源用于限制流过LED的峰值电流，隔离瞬态电压， Io的取值应比驱动LED的电流的最大峰值IFP大一些，计算公式为Io(A) = 0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式2)。具体参数的计算示例参见本发明的实施例。本发明实施例的电路原理图见图4、图5和图6。随着LED技术的不断提高，LED照明灯具有很好的发展前景。几乎可以肯定 的是，再过几年，LED照明灯就能成熟到取代老式照明灯，拧入大多数灯座，而 寻找一种驱动LED照明灯的最佳方法是当务之急。LED本身就很节能，本发明没 有使用变压器、开关管等会消耗功率或发热的元器件，所以比起其它驱动LED 的方法效率更高；而且用于驱动LED的功率是通过功率因数补偿得来的，可理 解为电容和电网中的感性负载互相交换能量，既提升了功率因数，又把所节省 的部分能量用于驱动LED,其实质是把无功功率转变为有功功率，这是真正的节 能照明灯！！！发明人使用交流电流表测得某电风扇的工作电流为230mA,然后并 入5个采用本发明图2方案的LED节能照明灯，交流电流表指针抖了一下又回 到原来位置不动，所测得的数值没有增加，用功率因数补偿法驱动LED真是一个节能的好办法。更大量的节能数据有待更广泛的实际检测验证，其结果一定 是非常鼓舞人心的。本发明若能及早推广，其经济效益、社会效益不可限量。本发明的有益效果是提供了一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节 能照明灯，它既是LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器。作为LED节能 照明灯，它耗电省、亮度高、使用寿命长，作为功率因数补偿器，它能提高功 率因数、减少功率损耗、吸收电网的有害脉沖，具有节电功能，把无功功率转 变为有功功率。本发明成本不高，若推广到每家每户，将能改善交流电网的谐 波电流，提升交流电网的功率因数，节约能源，对国对家都极为有益。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1本发明直流脉动电流驱动法方案一示意图；图2本发明直流脉动电流驱动法方案二示意图；图3本发明交流脉动电流驱动法示意图；图4本发明直流脉动电流驱动法方案一实施例电路原理图;图5本发明直流脉动电流驱动法方案二实施例电路原理图;图6本发明交流脉动电流驱动法实施例电if各原理图。
具体实施方式
1、见图4本发明直流脉动电流驱动法方案一实施例电路原理图。当Cl为 0.56uF/630V， VAC-AC220V时，C2耳又0. 82 uF /250V, N取IO, K约O. 9， 入 (公式1 )可算得IF = 30mA,可选平均工作电流为30mA的LED。起保护作用的恒流源Io限定了流过LED的最大峰值电流，这里取为50mA， 代入(公式2)可算得R3 = 12Q，由于恒流管基极有稳压，该电流即使在有瞬 态电压时波动也不大。C1:C2约为2:3，整流后所可能加到恒流源上的最高峰值 电压为220V交流电压峰值的五分之二约120V, DZ1选用P6KE150A ( 150V/5W、瞬间峰值功率600W/lms )，取恒流管Ql的耐压为160V,因电流不大选用2N5401 即可，分立元件构成的恒流源其瞬态特性很好。恒流管在正常工作时压降很小， 而瞬态电压的持续时间4艮短，其功耗并不大。当N增大，K值会有所减小，可适当增大C1或减小C2，当N较大时DZ1和 Ql的反向击穿电压也要随之有所增加；当N较大时也可分组使用两个或多个本 发明驱动，分组相当于使N减小，对功率因数补偿有利。2、 见图5本发明直流脉动电流驱动法方案二实施例电路原理图。恒流管Q1 选用2N5551，其余和图4相同。若选用更大功率的LED，必须增大驱动功率， Ql可选用功率更大的NPN型高反压三极管，此类三极管品种较多，而且已大量应 用于节能灯中。3、 见图6本发明交流脉动电流驱动法实施例电路原理图。由于是半波整流， 电流的平均值是全波整流的一半，故Cl要大一倍取1 uF/630V， C2取 1.5uF/250V, DZ1DZ2选用P6KE150A,实际流过LED的平均电流仍约为30mA,选 平均工作电流为30mA的LED。恒流源Iol和Io2限定了流过LED的最大峰值电 流，这里取为90mA， R3 = R5 = 6.8Q;恒流管选用2N5401和2N5551或功率稍大 些的高反压互补对管。由于LED可以工作在窄脉冲大电流的状态下，只要瞬态 电压的能量不会击坏LED，则LED可以长期安全地工作。
权利要求
1. 功率因数补偿型LED节能照明灯，它是一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节能照明灯，既是LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器；它可称为功率因数补偿型LED节能照明灯，也可称为LED节能照明灯型功率因数补偿器。
2、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 它采用交流市电用电容降压限流来点亮LED节能照明灯，在交流电网中 本实用新型呈容性，起到了功率因数补偿的作用。
3、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯,其特征在于 CI起主要的功率因数补偿作用，C2协同CI对功率因数补偿和吸收电网 的有害脉冲起到了辅助效果。
4、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 使用C2来和用于降压限流的CI分压以降低将要传送到LED的瞬态电压。
5、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯,其特征在于 使用瞬态电压抑制二极管DZ1以吸收异常的或极端情况下的瞬态电压。
6、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 引入起保护作用的恒流源Io以限制最大电流的方法以隔离剩余的瞬态 电压。
7、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 本实用新型可以使用直流脉动电流驱动法，也可以使用交流脉动电流驱 动法驱动LED节能照明灯。
8、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 为了更有效地进行功率因数补偿，本实用新型不使用电解滤波，而是使 用脉动电流驱动LED。
全文摘要
本发明涉及一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节能照明灯。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是交流市电用电容降压限流来点亮LED节能照明灯，在交流电网中本发明呈容性，起到了功率因数补偿的作用。本发明解决了采用电容降压限流法点亮LED时，瞬态电压击穿LED的问题。本发明既是LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器。作为LED节能照明灯，它耗电省、亮度高、使用寿命长，作为功率因数补偿器，它能提高功率因数、减少功率损耗、吸收电网的有害脉冲，具有节电功能，把无功功率转变为有功功率。本发明成本不高，若推广到每家每户，将能改善交流电网的谐波电流，提升交流电网的功率因数，节约能源，对国对家都极为有益。
文档编号H05B33/02GK101247683SQ20071000859
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月12日 优先权日2007年2月12日
发明者张亦翔, 张飞然 申请人:张亦翔