专利名称：大功率半导体照明的直流母线驱动电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率半导体照明的驱动电源系统。
背景技术：
半导体照明光源——发光二极管(LED)具有光效高、光色全、寿命长、无污染等优点， 得到了世界各国政府的高度重视，世界三大照明工业巨头——通用电气(GE)、飞利浦 (Pilips)、欧司朗(Osram)也纷纷投入半导体照明产业。
在路灯照明、隧道照明，特别是将来半导体照明最重要的市场——家庭照明等大功率照 明领域，半导体照明驱动电源系统必须具备功率因数校正.和恒流输出的两大功能。现有的大 功率半导体照明驱动电源系统(如附图1所示)，其功率因数校正和恒流输出的两大功能是
由设置在同一驱动电源模块中的功率因数校正单元和恒流输出单元所构成的组合电路来实 现的。该驱动电源模块的输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接，以 驱动大功率半导体照明灯具的照明。由于现有技术的驱动电源模块是由功率因数校正单元和 恒流输出单元来共同构成的组合电路，于是，就产生了因须在同一驱动电源模块中解决这两 个电路单元之间的匹配问题、而带来的内部电路复杂和成本增高的问题。此外，无论是有源
或无源的功率因数校正技术，在同一驱动电源模块中，必须采用电解电容来存储能量，以缓 冲输入输出瞬时功率之间的不平衡，而电解电容的平均无故障时间(MTBF)短，且与LED 的平均无故障工作时间不匹配。于是，现有的驱动电源模块的可靠性就比较差，进而严重影 响了大功率半导体照明灯具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本相对较低、而可靠性较高的适用于大功率半导体照明的 直流母线驱动电源系统。
为实现所述目的，分别提供如下两个大功率半导体照明的直流母线驱动电源系统之方案。
1.在供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压匹配情况下的大功率半导体 照明的直流母线驱动电源系统。与现有技术相同的方面是，该驱动电源系统包括具有功率因数校正功能的功率因数校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元。其改进之处是，功率 因数校正单元和恒流输出单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电解 电容的恒流驱动模块中。有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出端 与直流母线连接;恒流驱动模块的输入端连接在该直流母线上，其输出端与大功率半导体照 明灯具内部的大功率LED阵列连接。
2.在供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压不匹配情况下的大功率半导 体照明的直流母线驱动电源系统。与现有技术相同的方面是，该驱动电源系统包括具有功率 因数校正功能的功率因数校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元。其改进之处是，功 率因数校正单元和恒流输出单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电 解电容的恒流驱动模块中。有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出 端与初级直流母线连接；有一个或多个DC/DC变换模块的输入端连接在初级直流母线上， 该DC/DC变换模块的输出端与次级直流母线连接；恒流驱动模块的输入端连接在次级直流 母线上，其输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接。
从上述两个方案中可以看出，本发明是把现有技术中被设置于同一驱动电源模块中，以 实现功率因数校正功能和恒流输出功能，而由功率因数校正单元和恒流输出单元来共同构成 组合电路，用分布设置方式而改成在相互独立的有源功率因数校正模块和恒流驱动模块中； 并在有源功率因数校正模块和恒流驱动模块之间，增设了直流母线(或者初级直流母线、 DC/DC变换模块和次级直流母线)。这样一来，在这两个模块之间就能够根据大功率半导体 照明电路的实际需要，在数量上，在串联、并联或串并混联的连接关系上进行多种搭配，也 即无须再于各模块的内部电路中去解决所述的两大功能的匹配问题。单独设置的有源功率因 数校正模块，其功率因数可达0.95以上，功率等级比恒流驱动模块的功率等级大得多， 一个 有源功率因数校正模块可以带多个恒流驱动模块。由于功率因数校正功能集中由有源功率因 数校正模块实现，各恒流驱动模块只需实现恒流输出功能即可。同时，由于所述的两大功能 是分别通过有源功率因数校正模块和恒流驱动模块来实现的，所以，有利于它们的标准化。 因此，本发明具有实际电路相对简单，成本也就相对较低的优点。又由于直流母线的线路损 耗小，且有源功率因数校正模块因与恒流驱动模块分离而位于大功率半导体照明灯具之外， 维护方便，也就还进一步降低了运行成本。
另外，从本发明的恒流驱动模块是采用内部没有电解电容的恒流驱动模块可以看出，作 为在大功率半导体照明中起到存储能量、以缓冲输入输出瞬时功率之间的不平衡之大容量电 解电容，仅存在于有源功率因数校正模块的内部，可以通过N+1冗余设计提高其可靠性。而恒流驱动模块的输入输出瞬时功率都是直流功率，所以不需要大容量电解电容来进行功率缓 冲，因此，采用内部没有电解电容的恒流驱动模块，就避免了大容量电解电容对其可靠性的 不利影响，进而提高了本发明的整个驱动电源系统的可靠性，延长了大功率半导体照明灯具 的使用寿命。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1——现有的大功率半导体照明驱动电源系统原理图 图2——单相的无DC/DC变换模块的本发明系统原理图 图3——单相的有DC/DC变换模块的本发明系统原理图 图4——三相的无DC/DC变换模块的本发明系统原理图 图5——三相的有DC/DC变换模块的本发明系统原理图
具体实施例方式
1.在供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压匹配情况下的大功率半导体 照明的直流母线驱动电源系统(参考图2、图4)，它包括具有功率因数校正功能的功率因数 校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元。在本发明中，功率因数校正单元和恒流输出 单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电解电容的恒流驱动模块中一 一有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出端与直流母线连接；恒流
驱动模块的输入端连接在该直流母线上，其输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率 LED阵列连接。在本具体实施方式
中，恒流驱动模块本身既可以设置在大功率半导体照明灯 具外部，也可以设置在其内部。
本领域技术人员清楚，当供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压匹配，在 单相接入供电电网的情况下(参考图2)，选用单相的有源功率因数校正模块；在三相接入供 电电网的情况下(参考图4)，选用三相的有源功率因数校正模块。根据实际供电范围和工程 要求，上述两种有源功率因数校正模块可以是一个或并联的多个；接在直流母线后的恒流驱 动模块也可以是一个或多个；大功率LED阵列可以为串联、并联、串并混联等多种组合形 式。
运行时，单相或三相的交流电经有源功率因数校正模块后，将其直流电输送到直流母线， 然后，恒流驱动模块再从直流母线获取直流电，向大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列供电。
2.在供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压不匹配情况下的大功率半导 体照明的直流母线驱动电源系统(参考图3、图5),它包括具有功率因数校正功能的功率因 数校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元。本发明中，功率因数校正单元和恒流输出 单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电解电容的恒流驱动模块中一 一有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出端与初级直流母线连接；
有一个或多个DC/DC变换模块的输入端连接在初级直流母线上，该DC/DC变换模块的输 出端与次级直流母线连接；恒流驱动模块的输入端连接在次级直流母线上，其输出端与大功 率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接。在本具体实施方式
中，恒流驱动模块本身 即可以设置在大功率半导体照明灯具外部，也可以设置在其内部。
本领域技术人员清楚，当供电的电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压不匹配， 在单相接入供电电网的情况下(参考图3)，选用单相有源功率因数校正模块；在三相接入供 电电网的情况下(参考图5)，选用三相有源功率因数校正模块。根据实际供电范围和工程要 求，上述两种有源功率因数校正模块可以是一个或并联的多个；接在次级直流母线后的恒流 驱动模块也可以是一个或多个；大功率LED阵列可以为串联、并联、串并混联等多种组合 形式。
运行时，单相或三相的交流电经有源功率因数校正模块后，将其直流电输送到初级直流 母线，然后，由DC/DC变换模块降压后把其直流电输送到次级直流母线，接着，恒流驱动 模块再从次级直流母线获取直流电，向大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列供电。
在供电电网电压与大功率半导体照明灯具的驱动电压不匹配，即不能直接运用本发明方 案l那样的驱动电源系统时，不是通过常见的交流变压器来改变电网电压，而是把直流母线 设置成两级、并在初级直流母线和次级直流母线之间增设一级DC/DC变换模块来进行电压 调整，其优越性在于交流变压器的工作频率低，体积大；而DC/DC变换模块内部采用的 是高频变压器降压，其工作频率高，体积小。此外，高频变压器还实现了输入、输出隔离， 有利于其安全可靠运行。
权利要求
1.大功率半导体照明的直流母线驱动电源系统，该驱动电源系统包括具有功率因数校正功能的功率因数校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元，其特征在于，所述功率因数校正单元和恒流输出单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电解电容的恒流驱动模块中；所述有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出端与直流母线连接；所述恒流驱动模块的输入端连接在该直流母线上，其输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接。
2. 大功率半导体照明的直流母线驱动电源系统，该驱动电源系统包括具有功率因数校 正功能的功率因数校正单元和具有恒流输出功能的恒流输出单元，其特征在于，所述功率因 数校正单元和恒流输出单元，分别位于相互独立的有源功率因数校正模块和内部没有电解电 容的恒流驱动模块中；所述有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上，其输出 端与初级直流母线连接；有一个或多个DC/DC变换模块的输入端连接在初级直流母线上， 该DC/DC变换模块的输出端与次级直流母线连接；所述恒流驱动模块的输入端连接在次级 直流母线上，其输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接。
全文摘要
大功率半导体照明的直流母线驱动电源系统。该系统中的功率因数校正功能和恒流输出功能，是分别由相互独立的有源功率因数校正模块和其内部没有电解电容的恒流驱动模块来实现的。该有源功率因数校正模块的输入端连接在交流供电电网上、其输出端与直流母线连接，该恒流驱动模块的输入端连接在该直流母线上、其输出端与大功率半导体照明灯具内部的大功率LED阵列连接。在供电的电网变压与大功率半导体照明灯具的驱动电压不匹配的情况下，增加一级DC/DC变换模块连接在初级直流母线和次级直流母线之间进行降压。本发明电路相对简单，成本相对较低，有利于标准化；能整个驱动电源系统的可靠性，延长了大功率半导体照明灯具的使用寿命。
文档编号H02M7/04GK101667788SQ20091019094
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者卢伟国, 周雒维, 孙明坤, 罗全明 申请人:重庆大学