专利名称：功率因数补偿型恒流驱动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，具体是 涉及一种功率因数补偿型恒流驱动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。
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-1000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if各的家电如电一见机、电脑、电^f兹炉、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，因此国家发改委与信息产业 部提倡今后将全面使用LED照明。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整 流滤波恒流驱动来点亮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。本发明解决了目前市面上釆用直流恒流驱动法点亮LED时， LED节能照明灯的的整体效率不够高的问题。其解决方案示意图见图l和图2。
LED的最佳驱动方式是直流恒流驱动，因为它不但能使LED工作在最佳状态， 还彻底摆脱了 LED灯频闪的弱点，对视力保护大有裨益。目前LED的效率虽然 已有很大的提高，但LED节能照明灯的效率并不高，究其原因是LED驱动器的 效率不高，如目前市面上采用交流220伏电源的1W LED照明灯，其AC/DC及驱 动电路的损耗就远远大于1W，从而拖累了 LED节能照明灯的效率。
图l是本发明直流恒流驱动法方案一示意图。在图1中，电容Cl用于降压 限流，D1D2D3D4用于整流，C3用于滤波。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，CI又起主要的功率因数 补偿作用，C2协同Cl对功率因数补偿和吸收电网的有害脉沖起到了辅助效果， C1C2本身并不消耗功率，本发明在电网中呈容性，起到了功率因数补偿的作用； 同时本发明通过合理设置稳压管DZ1和恒流源Io的数值，使得在交流电压正常 或偏低时，稳压管不消耗功率，只有当交流电压偏高时，DZl才吸收由于交流电 压偏高时而导致C1增加的电流以维持流过LED的电流不变大，使LED不超过所 设定的工作电流。这里需要提到的是，整流后由于使用电解电容C3进行滤波， 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，本发明电 解C3的数值不宜过大， 一般的可以控制在使电源的紋波电压小于3-5%即可， 虽然C3的存在损失了一些相位补偿，但本发明在电网中还是呈容性，仍起到了 功率因数补偿的作用。
我们设交流市电经电容降压限流整流滤波所能稳定提供的电流为II,其电 压为V1; LED的工作电流为Io， Io同时也是恒流源的工作电流，恒流源的压降 为Vio;流过稳压管的电流为12， N个LED的工作电压为V2，如图1所示。在这里我们通过DZ1的设定使VI比V2大1-3伏。因为在LED工作时交流电压应允 许有20%的波动，通过选择C1C2,使得交流市电在220伏时II等于Io,这样 在交流电压正常或偏低时，II全部流过LED,此时V1=V2+Vig,其效率为(V2-Vio) /V2，因恒流源Io处于饱和导通状态Vio仅为0. 7伏左右(如图3、图4电路)或 约0. 1伏(如图5电路)，所以此时效率很高，当V2较大或Vio较小时接近百分 百；在交流电压偏高时，流过LED的电流被Io限制住不会变大，Vio将有所增 加，由交流电压偏高时引起的II增加的部分将流过DZ1， VI的值由于DZl的设 定比V2大l-3伏，此时效率略有下降，其下降的百分比约为交流电压偏高的百 分比；这样恒流源Io只在交流电压偏高时才起到限制流过LED电流的作用，其 它时候由CI对LED限流，恒流源Io处于饱和导通状态，从而降低了驱动电路 的损耗；此电路实际上是由CI和恒流源Io双重限流，故工作非常可靠；本发 明的恒流驱动法在交流电压正常或偏低时除了 LED以外几乎没有消耗功率的元 件，其效率接近百分百，大大提高了 LED节能照明灯的效率。
图2是本发明直流恒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。其工作原理是相同的。
LED的最佳驱动方式是恒流驱动，串接在交流电源中的CI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) . CO CI—-(公式1)，其 中IF是流过LED的平均电流，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，K是由于使用C2而产生的 一个系数，CI与C2的比值一般可取1: 1,即C2^1，根据所接入LED的个数不同 和C1与C2的比值K约在0, 7-0. 9左右；当C2-C1时其公式为K= (Icl-Ic2)/Icl [ (VAC - NVF) (O CI-NVF CO C2] / [ (VAC - NVF) 00 CI] = ( VAC - 2NVF ) / ( VAC - NVF ) —-(公式2)，若没有C2则K-1;根据所使用的LED的平均驱动电流，由公式 1公式2可计算出CI的容量。而和LED串接的恒流源用于限制流过LED的直流 电流，隔离瞬态电压，Io的取值应等于输入交流电压额定值时流过LED的平均 电流IF，计算公式为Io(A) =0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式3)。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3、图4和图5。
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，而且采用直流恒流驱动， 所以比起其它驱动LED的方法效果更好，效率更高，LED无频闪；另外本发明在 电网中呈容性，起到了功率因数补偿的作用。
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恒流驱 动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 恒流驱动LED节能照明灯，它耗电省、亮度高、无频闪、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，其 经济效益、社会效益不可限量，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本发明直流恒流驱动法方案一示意图2本发明直流恒流驱动法方案二示意图3本发明直流恒流驱动法方案一实施例电路原理图4本发明直流恒流驱动法方案二实施例电路原理图5本发明直流恒流驱动法方案二实施例大功率LED电路原理图。
具体实施例方式
1、见图3本发明直流恒流驱动法方案一实施例电路原理图。所选用的小功 率白光LED的工作电流为lF=30mA,正向电压压降VF =3V， N为10个，由公式2得K =0.84，由/>式1得Cl = IF /K(VAC-N . VF) CO =0. 6E-6 (F) ， Cl可取 0.6uF/630V， C2取0. 6uF/250V， C3取22uF,电阻Rl是当交流电源断开时给Cl 方文电的，可选为2. 2M。。
起保护作用的恒流源Io限定了流过LED的直流电流，这里取为30mA,代入 (公式3)可算得R3 = 20Q。 DZ1的设定比N VF大1-3伏，DZ1可选用33V/2W 或P6KE33A (33V/5W、瞬间峰值功率600W/lms ),取恒流管Ql的耐压大于30V 即可，因其两端电压不高电流不大选用2N9012;分立元件构成的恒流源其瞬态 特性;f艮好，本电路实际上是由Cl和恒流源Io双重限流，故工作十分可靠。恒流 管在工作时压降很小，其功耗并不大，LED灯的整体效率很高。
当N增大，K值会有所减小，可适当增大C1C2，当N较大时DZ1和Q1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4本发明直流恒流驱动法方案二实施例电路原理图。所选用的小功 率白光LED同上例，恒流管Ql选用2N9013,其余参数同上例。
3、 见图5本发明直流恒流驱动法方案二实施例大功率LED电路原理图。所 选用的大功率LED的工作电流为lF=700mA,正向电压压降VF =7. IV, N为1个， 由公式2得〖《0. 97，由公式1得CKF/K(VAC-N . VF) w 10E-6(F), Cl可取 10uF/6，, C2取10uF/250V,因电流较大C3耳又470uF。
起保护作用的恒流源Io限定了流过LED的直流电流，这里取为700mA，因 电流较大恒流源改成两级，Ql选2N9012, Q2选用放大倍数为100的NPN中功率 管，Q2的基极电流应为700/100=7mA，同时也是第一级恒流源Ql的集电极电流， 代入(公式3 )可算得R3 = 86Q。DZ1的设定比N VF大1-3伏，DZ1可选用8. 2V/3W 或P6KE8. 2A ( 8. 2V/5W、瞬间峰值功率600W/lms )，分立元件构成的恒流源其瞬 态特性很好，本电路实际上是由Cl和恒流源Io双重限流，故工作十分可靠。此 电路第二级恒流管Q2的饱和导通电压Vio仅为0. 1伏左右，工作时压降很小， 所以虽然此例电流较大，但其损耗并不大，LED灯的整体效率仍很高。
权利要求
1、功率因数补偿型恒流驱动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；它由电容C1C2、整流管D1D2D3D4、电解电容C3、稳压管DZ1、恒流源Io和LED组成，其特征在于交流市电由C1C2分压，C1限流，D1D2D3D4全桥整流，C3滤波，DZ1吸收当交流电压偏高时而导致C1增加的电流，再经恒流源Io驱动LED，形成功率因数补偿型恒流驱动LED节能照明灯。
2、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型恒流驱动LED节能照明灯，其 特征在于所述电容C1的一极接交流电源的一极，C1的另一极接C2的 一极和Dl的负极D2的正极，C2的另 一极接D3的负极D4的正极并接入 交流电源的另一极，D2D4的负极接DZ1的负极和C3的正极以形成直流 电源的正极，D1D3的正极接DZ1的正极和C3的负极以形成直流电源的 负极，在直流电源的正负极之间串接入恒流源Io和LED以得到功率因 数补偿型恒流驱动LED节能照明灯。
3、根据权利要求1所述的功率因数补偿型恒流驱动LED节能照明灯，其 特征在于LED的驱动由Cl和恒流源Io双重限流。
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恒流驱动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整流滤波恒流驱动来点亮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。LED的最佳驱动方式是直流恒流驱动，因为它不但能使LED工作在最佳状态，还彻底摆脱了LED灯频闪的弱点，对视力保护大有裨益；本发明解决了目前市面上采用直流恒流驱动法点亮LED时，LED节能照明灯的整体效率不够高的问题。本发明既是LED节能照明灯，同时又是功率因数补偿器；作为恒流驱动LED节能照明灯，它耗电省、亮度高、无频闪、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H02M1/42GK101286707SQ200710008818
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月12日 优先权日2007年4月12日
发明者张亦翔, 张飞然 申请人:张亦翔