专利名称：高功率因数全隔离恒流驱动led照明灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种照明灯，特别是涉及一种使用AC 220V输入的高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯，属于照明电子应用技术领域。
背景技术：
LED照明作为一种革命性的绿色节能照明技术，近年来获得了飞速发展，对LED驱动电源的要求也在不断提高。AC 220V输入的LED照明灯，基于安全规范的要求，具备高功率因数PF、高效率、输出隔离、高电流控制精度、符合EMC/EMI相关测试标准、成本低廉，已成为LED驱动电源技术经济性能的关键评价指标。目前的LED恒流驱动电源分为非隔离输出和全隔离输出两类、线性恒流源和开关电源恒流源两种型式。在相同输出功率的情况下，线性恒流源输出电压较高，适用于多个LED灯珠串联的应用，即适用于LED灯珠的多串少并；开关电源恒流源由于电子开关和电感元件的存在，输出电压较低，适用于少量LED灯珠串联后多个并联的应用，即适用于LED灯珠的少串多并；在1^0照明灯应用领域形成二者互·补的格局。功率因数PF (Power Factor)是衡量电器设备技术性能的一项重要指标，功率因数低的电器设备，不利于电力电网传输功率的充分利用。交流电路中，在没有谐波的情况下，功率因数是电压与电流之间相位差Φ的余弦COSO，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即COSO =P/S。虽然不是所有国家都绝对强制要求照明应用中改善功率因数，但在某些应用方面有这样的要求，美国“能源之星”(ENERGY STAR)固态照明(SSL)规范中规定，任何功率等级皆须强制提供功率因数校正PFC(Power Factor Correction)。其中，住宅应用的LED驱动器功率因数须大于O. 7，商业应用中则须大于O. 9。虽然该标准最早应用于电脑产品的推广中，且属于自愿性标准，但其有利于电力供电电网功率充分利用、PF越高电能利用率越高的事实，已受到LED照明产品研发和生产企业的重视。为改善输入电流波形，提高LED驱动电源的功率因数，就需要在LED驱动电源中加入功率因数校正PFC电路，包括无源PFC及有源PFC两种。无源PFC方案的体积较大，能够实现大于O. 7的功率因数，在小功率LED照明中应用；有源PFC方案必须采用有源功率因数校正控制IC芯片，能够实现大于O. 9的功率因数，在大功率LED照明中应用。事实是无论采用无源电路、还是有源电路，虽然提高了 LED驱动电源的功率因数，但效率都会下降，采用有源电路的下降最多，使得LED驱动电源的效率很难超过80%。
发明内容研发“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的目的，在于克服现有LED驱动电源功率因数低的不足，提供一种既不采用无源PFC、也不采用有源PFC，在输入输出全隔离、恒流驱动LED照明灯、与负载LED匹配良好的情况下，实现了功率因数PF > O. 95、效率>82 %的技术指标。本实用新型的技术方案是本实用新型由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成，上述部分的组成结构分别为EMI滤波电路，由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成。其作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也抑制电源本身对外界的电磁干扰，可以选用通用电路。高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源，由整流二极管01、02、03、04、05、06、07 ;电阻Rl、R2、R3、R4 ;电容C1、C2、C3、C4 ;稳压二极管ZD ;过流保护管Q l ;振荡三极管Q2 ；肖特基二极管D8 ;高频开关变压器T组成。RCC型开关电源由稳压器组成电平开关，控制过程为振荡状态和抑制状态，RCC型开关电源的控制过程并非线性连续变化，它只有两个状态当开关电源输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止；当开关电源输出电压低于额定值时，脉冲控制器输出高电平，开关管导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小，开关管的导通或截止由电平开关从输出电压取样进行控制。恒流驱动电路，由线性恒流元件CRD组成。为二端或者三端器件，二端器件的阳极接a端、阴极接c端，当使用二端E803恒流二极管时，其恒流输出电流为80mA，2只并联为160mA ;当使用二端2DHL300恒流二极管时，其恒流输出电流可达到300mA，2只并联为600mA ;当使用三端LM317接成恒流源输出时,其输入端接a端，输出端接b端,调整端接c端，R5是电流取样电阻，R5 = I. 25/恒流值，即当恒流输出IA时，R5 = I. 25 Ω。LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。当选择每个正向工作电流为60mA、功率O. 18W的156个5050贴片LED组成时，如果设计为12串13并，即M = 12、N=13时，则LED照明灯的功率为28W，若不计算LED灯珠负温特性造成的正向压降漂移，此时LED照明灯的工作电压约为3. 2VX 12 = 38. 4V，线性恒流元件正向压降可以设为4V，则设定高频开关电源输出的直流电压大于38. 4V+4V就能稳定工作。本实用新型产生的有益效果是满足了“高频开关电源-恒流驱动电路-LED照明灯”的最优匹配，具有成本低廉、可靠性高、生产工艺简便的特点，便于推广应用。
图I是本实用新型“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的原理方框图；图2是本实用新型“高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯”的电原理图。
具体实施方式
如图所示，本实用新型由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成，上述部分的组成结构分别为EMI滤波电路，由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成。其作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也抑制电源本身对外界的电磁干扰，可以选用通用电路。高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源，由整流二极管01、02、03、04、05、06、07 ;电阻Rl、R2、R3、R4 ;电容Cl、C2、C3、C4 ;稳压二极管ZD ;过流保护管Q I ;振荡三极管Q2 ；肖特基二极管D8 ;高频开关变压器T组成。RCC型开关电源由稳压器组成电平开关，控制过程为振荡状态和抑制状态，RCC型开关电源的控制过程并非线性连续变化，它只有两个状态当开关电源输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止；当开关电源输出电压低于额定值时，脉冲控制器输出高电平，开关管导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小，开关管的导通或截止由电平开关从输出电压取样进行控制。恒流驱动电路，由线性恒流元件CRD组成。为二端或者三端器件，二端器件的阳极接a端、阴极接c端，当使用二端E803恒流二极管时，其恒流输出电流为80mA，2只并联为160mA ;当使用二端2DHL300恒流二极管时，其恒流输出电流可达到300mA，2只并联为600mA ;当使用三端LM317接成恒流源输出时，其输入端接a端，输出端接b端，调整端接c端，R5是电流取样电阻，R5 = 1.25/恒流值，即当恒流输出IA时，R5 = I. 25Ω。LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。当选择每个正向工作电流为60mA、功率O. 18W的156个5050贴片LED组成时，如果设计为12串13并，即M = 12、N=13时，则LED照明灯的功率为28W，若不计算LED灯珠负温特性造成的正向压降漂移，此时LED照明灯的工作电压约为3. 2VX 12 = 38. 4V，线性恒流元件正向压降可以设为4V，则设定高频开关电源输出的直流电压大于38. 4V+4V就能稳定工作。二极管 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7 型号为 1N4007 ；D8 肖特基二极管是 SR3010 ;电 阻 Rl、R2、R3、R4 分别是 180ΚΩ-1. 2M Ω、100 Ω-830 Ω、82Κ Ω-330K Ω、2 Ω—16 Ω ；R5 是电流取样电阻，R5 = I. 25/恒流值，SP :当恒流输出IA时，R5 = 1.25Ω ;电容Cl、C2、C3、C4分别为 2200PF-33000PF、330PF-4700PF、0. I μ F-47 μ F、100 μ F-4700 μ F ;稳压二极管 ZD 稳压值为3V-12V ;Q1、Q2分别为S8580、MJE13005 ;高频开关变压器T有3个绕组；线性恒流元件CRD可以是E803、2DHL300、LM317器件；LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。本实用新型的具体工作过程为交流220V经Dl D4桥式整流后，形成一个300V左右的直流电压，经高频开关变压器T的1、2绕组加至振荡三极管Q2的c极，同时经启动电阻Rl为Q2的b极提供一个正向偏置电压，使Q2导通。此时，由三极管Q2和开关变压器T组成的间歇振荡电路开始工作，开关变压器T的1、2初级绕组中有电流通过，由于正反馈作用，Q2的Ic迅速上升而饱和；电容Cl与反馈电阻R2为开关电源定时元件，电容容量及电阻阻值大小直接影响开关电源振荡频率，变压器T的3、4绕组感应的电压通过C1、R2加到三极管Q2的b极，使Q2的b极导通电流加大，迅速进人饱和区。随着电容Cl两端电压不断升高，Ql的b极电压逐渐降低，使三极管Q2逐渐退出饱和区，其集电极电流开始减少，变压器T的1、2绕组中产生的磁通量也开始减少。在变压器T的3、4绕组感应的负反馈电压，使Q2迅速截止，完成一个振荡周期。开关变压器的反馈绕组3、4产生的感应脉冲经D7整流、C3滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压；当输出电压越高时，样电压就越负，当负到一定程度后，稳压二极管ZD被击穿，从而将Q2的基极电位拉低，导致Q2推迟开关的导通或者关断，从而控制了能量输入到T的1、2绕组中，使5、6输出电压降低，反之，使输出电压升高，从而实现了稳压输出的功能。此电压若超过稳压管ZD的稳压值，ZD便导通，此负极性整流电压便加在Q2的基极上，使其迅速截止。Q2的截止时间与其输出电压呈反比，在Q2进入截止期间，开关变压器T输出绕组5、6产生的感应电压，经D8整流、C4滤波后，向负载输出稳定的直流电压。稳压管ZD的导通或截止直接受电网电压和负载的影响，电网电压越低或负载电流越大，ZD的导通时间越短，Q2的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D7的整流电压越高，ZD的导通时间越长，Q2的导通时间就越短。Ql是过流保护管，R4是Q2的过流取样保护电阻。在接通电源瞬间或当某种原因使三极管Q2的Ie电流过大时，在R4上的压降就大，通过D6使过流保护管Ql导通、Q2截止，既可有效防止开关管因冲击电流过大而损坏，同时对ZD的控制功能也是一种补偿。ZD以电压取样来控制Q2的振荡时间，而Ql是以电流取样来控制Q 2的振荡时间。T的5、6输出绕组经肖特基二极管高频整流、C4滤波后，输出稳定的直流电压，供给下一级的恒流驱动电路。恒流驱动电路可以由二端或三端线 性恒流元器件组成IA的恒流输出，推动LED照明灯发光。LED照明灯，根据用户需要由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。
权利要求1.一种高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯，其特征在于，该由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成，上述部分的组成结构分别为 EMI滤波电路，由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成； 高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源，由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7 ;电阻R1、R2、R3、R4 ;电容Cl、C2、C3、C4 ;稳压二极管ZD ;过流保护管Ql ;振荡三极管Q2 ；肖特基二极管D8 ;高频开关变压器T组成； 恒流驱动电路，由线性恒流元件CRD组成； LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。
2.根据权利要求I所述的高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯，其特征在于，线性恒流元件CRD为二端或者三端器件，二端器件的阳极接a端、阴极接c端；当使用三端LM317接成恒流源输出时,其输入端接a端，输出端接b端，调整端接c端，R5是电流取样电阻。
专利摘要本实用新型公开了一种高功率因数全隔离恒流驱动LED照明灯，由EMI滤波电路、高频开关电源、恒流驱动电路和LED照明灯构成，上述部分的组成结构分别为EMI滤波电路，由电感、电容、压敏电阻和熔丝管组成；高频开关电源采用了对电网电压、频率、波形变化具有极强的适应性的非周期性RCC振荡抑制型开关电源，恒流驱动电路，由线性恒流元件CRD组成；LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。本实用新型产生的有益效果是满足了“高频开关电源-恒流驱动电路-LED照明灯”的最优匹配，具有成本低廉、可靠性高、生产工艺简便的特点，便于推广应用。
文档编号H05B37/02GK202713734SQ20122037922
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者韩清安 申请人:韩清安