专利名称：一种可提高ac led 灯功率因数的驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED照明灯的驱动电路，特别涉及一种可提高AC LED (交流直接输入的发光二极管)照明灯功率因数的控制电路。
背景技术：
电力电子装置日益广泛的应用，使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。 现在，欧洲的电气设备必须符合欧洲规范EN61000-3-2。这一要求适用于大多数输入功率为 75W或以上的电器，而且它规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最大幅度。虽然美国还没有提出此类要求，但是希望在全球销售产品的电源制造商正在设计符合这一要求的产品。
利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到0. 7 0. 8，4因而在中小功率电源中被广泛采用。
有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，使功率因数接近1。有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，相对于无源功率因数校正电路来说具有体积小、重量轻、效率高的优点。
无源功率因数矫正电路结构简单，但是体积较大、重量重，不适合在LED照明灯具中使用。而有源功率因数矫正电路属于高频开关变换，虽然体积较小，但是电解电容的寿命限制了电路的寿命，无法和LED照明灯具5万小时以上的寿命相匹配。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，尤其是针对现有ACLED灯功率因数低，无法大规模推广应用的现状，提供一种长寿命、低成本、节电效果好的高功率因数AC LED照明灯驱动电路。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的 一种可提高的AC LED灯功率因数的驱动电路，包括一个整流桥，整流桥的两个输入端连接交流电压，其特征在于，整流桥的输出正端连接η个串联的LED灯串的正端和η个自控恒流电路的检测端；整流桥的输出负端连接η个自控恒流电路的输出端；第η个LED灯串的负端连接到序号为η的自控恒流电路的输入端，其中2 < η < 10 ;η个串联的LED灯串中，每个灯串中LED的个数相同。
上述方案中，所述自控恒流电路包括一个电压检测控制电路和一个恒流电路，其中，电压检测控制电路包括第一、第二分压电阻、第一 MOS管；恒流电路包括第二 MOS管、限流电阻、电流检测电阻和电压基准；所述第一分压电阻的一端、第二分压电阻的一端相互连接后与第一 MOS管的栅极相连，第一分压电阻的另一端连接整流桥的输出负端和LED灯串的正端，第二分压电阻的另一端连接整流桥的输出正端和第二MOS管的源极；第一MOS管的漏极连接第二 MOS管的栅极、限流电阻的一端和电压基准的阴极；限流电阻的另一端连接整流桥的输出负端；第二 MOS管的漏极接LED灯串的负端，第二 MOS管的源极连接电流检测电阻的一端和电压基准的参考极，电流检测电阻的另一端、电压基准的阳极连接到整流桥输出正端。
所述的η = 3。
与现有技术相比，本发明通过η个自控恒流电路检测交流输入电压确定工作模式，当工作电压上升时，η个自控恒流电路依次关断，当输入电压下降时，η个自控恒流电路依次导通。
以220V交流输入为例，经整流桥整流后的电压波形为IOOHz的馒头波，当η = 3 时，电压检测点分别设定为输入额定电压的1/3处和2/3处，3个恒流电路的默认工作状态均为导通模式。当输入电压在0 1/3输入额定电压范围之间上升时，电流流过第一个恒流电路，仅接入的1/3LED灯串导通工作；当输入电压上升到1/3 2/3输入额定电压范围之间时，第一个恒流电路关断，此时接入2/3的LED导通工作；当输入电压高于2/3输入额定电压后，第二个恒流电路关断，此时，所有LED灯串串联，仅第三个恒流电路导通工作；当交流输入电压开始下降并低于2/3输入额定电压后，第二个恒流电路导通，此时接入2/3的 LED导通工作；当输入电压下降到1/3 2/3输入额定电压范围之间时，第一个恒流电路导通，仅接入的1/3LED灯串导通工作。
LED灯串和自控恒流电路的工作模式随输入交流电压的上升和下降交替工作，如此反复。
由于本发明不含有影响灯具寿命的电解电容器，电路中的晶体管、MOS管和电阻等器件在额定电压和额定电流条件下寿命与LED相当，可确保灯具的寿命达到5 7万个小时，并且具有非常高的功率因数，有效减少了对电网的污染。在交流电网电压变化时，高精度恒流电路可保证LED稳定工作，完全可以满足要求，而且还可以大大提高LED灯具的可靠性。
图1为本发明电路的结构示意图。
图2为图1的一个具体电路原理图。
图3为图1的另一个具体电路原理图。
图4为应用本发明图2或图3电路后的LED照明灯的输入电压电流波形。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的内容做进一步详细说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。
如图1所示，本发明可提高AC LED灯功率因数的驱动电路包括一个整流桥，整流桥的两个输入端连接交流电压，整流桥的输出正端连接η个串联的LED灯串的正端和η个自控恒流电路的检测端；整流桥的输出负端连接η个自控恒流电路的输出端；第η个LED灯
4串的负端连接到序号为η的自控恒流电路的输入端，其中η为正整数，且2 < η < 10 ;η个串联的LED灯串中，每个灯串中LED的个数相同。
如图2所示，自控恒流电路包括一个电压检测控制电路和一个恒流电路，恒流电路初始工作状态为导通，保持流过对应LED灯串的电流为设定值，电压检测控制电路检测交流输入电压，达到设定值后关断恒流电路。其中，电压检测控制电路包括分压电阻R1，R6、 MOS管Vl ；恒流电路包括MOS管V2、限流电阻R2、电流检测电阻R7和电压基准Ul ；分压电阻R1，R6的一端相互连接后与MOS管Vl的栅极相连，分压电阻Rl的另一端连接整流桥BDl 的输出负端和LED灯串的正端，分压电阻R6的另一端连接BDl的输出正端和MOS管V2的源极；Vl的漏极连接V2的栅极、限流电阻R2的一端和电压基准Ul的阴极；R2的另一端连接整流桥的输出负端；MOS管V2的漏极接LED灯串的负端，V2的源极连接电流检测电阻的 R7的一端和电压基准Ul的参考极，R7的另一端、Ul的阳极连接到整流桥BDl输出正端。
实施例1 如图2所示，一种可提高AC LED灯功率因数的驱动电路，由整流桥BD1、三个串联 LED灯串(每串20只)与三个对应的自控恒流电路组成。
三个自控恒流电路分别接在串联LED灯串的1/3处、2/3处和灯串负端。整流桥 BDl将220V/50Hz交流电整流为IOOHz的馒头波。电阻Rl、R2、R6、R7和MOS管VI、V2以及电压基准Ul构成第一个自控恒流电路；电阻R3、R4、R8、R9和MOS管V3、V4以及电压基准U2构成第二个自控恒流电路，电阻R5、RlO和MOS管V5以及电压基准U3构成最后一个恒流电路。
当输入电压在额定范围1/3以下(< 73. 3V)时，Vl关断、V2导通，仅接入1/3的 LED灯串工作，工作电流由第一恒流电路设定。
当输入电压在1/3 2/3额定电压范围(73. 3V < 146. 6V)时，第一自控恒流电路中的Vl导通，将V2关断，第一恒流电路关断；同时V3保持关断，V4导通，仅接入2/3的LED 灯串导通工作，工作电流由第二恒流电路设定。
当输入电压大于2/3额定电压后，V3导通，V4关断，第二恒流电路关断；同时，第一自控恒流电路保持关断状态，所有的LED灯串导通工作，工作电流由第三恒流电路设定。
当输入电压开始下降并低于2/3输入额定电压(< 146. 6V)时，第二自控恒流电路中的V3关断，将V4导通，第二个恒流电路导通，此时接入2/3的LED导通工作。
当输入电压下降到1/3 2/3输入额定电压范围(73. 3V < 146. 6V)之间时，第一自控恒流电路中的Vl关断，将V2导通，第一恒流电路导通，第二个恒流电路保持关断，此时仅接入1/3的LED灯串导通工作，工作电流由第二恒流电路设定。
MOS管VI、V3的栅极阈值电压0V)为设置检测电压的基准。Rl、R6组成分压网络，设置输入电压为73. 3V时，Vl导通，关断V2;R3、R8组成第二组分压网络，设置输入电压为146. 6V时，V3导通，关断V4。
以第一自控恒流电路为例，电阻R2、R7和MOS管V2、精密可调电压基准(TL431)组成高精度恒流电路，计算公式如下 Vref 式中Ide为恒流电流；Vref为TL431的基准电压。
由上式可知，通过改变R7的阻值，可以精确设定恒流电流。当输入电压高于额定电压时，恒流电路限制流过LED的电流，避免LED因为流过大电流而损坏。同时，恒流电路可以有效抑制上电时的浪涌电流，大大提高了多只LED串联使用的可靠性。
实施例2 如图3所示，另一种可提高AC LED灯功率因数的驱动电路，与实施例一不同的地方是MOS管VI、V2、V3、V4、V5和电压基准Ul、U2、U3均可由三极管替代。本实施例的工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。
本发明通过控制LED灯串的导通数量，并分段限制流过LED灯串的电流，可以矫正输入电流波形，达到功率因数矫正的目的。采用本发明的功率因数矫正驱动电路，其输入电压电流波形如图4所示，功率因数大幅提高至0. 97 0. 99左右。
权利要求
1.一种可提高AC LED灯功率因数的驱动电路，包括一个整流桥，整流桥的两个输入端连接交流电压，其特征在于，整流桥的输出正端连接η个串联的LED灯串的正端和η个自控恒流电路的检测端；整流桥的输出负端连接η个自控恒流电路的输出端；第η个LED灯串的负端连接到序号为η的自控恒流电路的输入端，其中2彡η彡10 ;η个串联的LED灯串中， 每个灯串中LED的个数相同。
2.如权利要求1所述的可提高ACLED灯功率因数的驱动电路，其特征在于，所述自控恒流电路包括一个电压检测控制电路和一个恒流电路，其中，电压检测控制电路包括第一、 第二分压电阻、第一 MOS管；恒流电路包括第二 MOS管、限流电阻、电流检测电阻和电压基准；所述第一分压电阻的一端、第二分压电阻的一端相互连接后与第一 MOS管的栅极相连， 第一分压电阻的另一端连接整流桥的输出负端和LED灯串的正端，第二分压电阻的另一端连接整流桥的输出正端和第二 MOS管的源极；第一 MOS管的漏极连接第二 MOS管的栅极、限流电阻的一端和电压基准的阴极；限流电阻的另一端连接整流桥的输出负端；第二 MOS管的漏极接LED灯串的负端，第二 MOS管的源极连接电流检测电阻的一端和电压基准的参考极，电流检测电阻的另一端、电压基准的阳极连接到整流桥输出正端。
3.如权利要求1所述的可提高ACLED灯功率因数的驱动电路，其特征在于，所述的η =3。
全文摘要
本发明公开了一种可提高AC LED灯功率因数的驱动电路，包括一个整流桥，整流桥的两个输入端连接交流电压，其特征在于，整流桥的输出正端连接n个串联的LED灯串的正端和n个自控恒流电路的检测端，整流桥的输出负端连接n个自控恒流电路的输出端；第n个LED灯串的负端连接到序号为n的自控恒流电路的输入端，其中2≤n≤10；n个串联的LED灯串中，每个灯串中LED的个数相同。本发明采用通过检测交流输入电压，自动分段控制n个恒流电路工作模式的电路设计方法，大幅提高AC LED的功率因数、可靠性和安全性，使灯内无需再安装AC/DC变换器，减低了设备故障率，具有结构新颖、电路简单、功率因数高、寿命长和节电效果好等优点。
文档编号H02M1/42GK102186282SQ20111006745
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者段晓飞, 苏理, 王琛 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所