一种用于提高LED灯具功率因数的RC电路及方法与流程

本发明涉及一种led灯控制电路，具体涉及一种用于提高led灯具功率因数的rc电路。

背景技术：

在led灯具中，led驱动的性能、质量至关、电压的适配能力非常重要，特别是中小功率的led灯具，既要求低成本、价格优，又提出了很多技术要求。led灯具由灯珠(光源)、驱动和外壳三部分组成，其中决定led灯具的质量、性能的好坏主要取决于led驱动。受灯具外壳尺寸的限制，必须采用体积小、稳定性高的驱动。中小功率的led灯具的驱动有阻容降压式、隔离恒流式、非隔离恒流式等。阻容降压式驱动结构简单、寿命长、低成本、功率因数低于0.5，功率随输入电压波动大；隔离恒流式、非隔离恒流式驱动目前是主流，但是成本高，性能好坏与电路结构紧密相关，功率因数小于0.7，高功率因数的需要增加成本。

近年来，中小功率的led灯具存在以下问题：a、光衰减严重；b、温度太高，灯丝灯玻璃壳体温度达110℃，内部led灯丝的温度超过130℃，光衰减大；c、驱动容易损坏。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中led灯具在使用过程中光衰减严重、温度过高和驱动易损坏等问题，提供一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，能够有效的提高led灯具的功率因数，提高了led灯的寿命且能够有效的降低led灯的温度。

本发明提供一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，包括：

电源与零相位摄取电路：与led灯具、第一受控恒流电路、控制信号产生电路和第二受控恒流电路相连，具有四个电压输出端；其中第一电压输出端用于为led灯具提供电压，第二电压输出端用为控制信号产生电路提供电压，第三电压输出端用于为第一受控恒流电路提供电压，第四电压输出端用于为第二受控恒流电路提供电压；

控制信号产生电路：一端通过第二电压输出端与电源与零相位摄取电路相连，其输出端具有两个控制信号输出端，第一控制信号输出端与第一受控恒流电路相连，第二控制信号输出端与第二受控恒流电路相连，用于控制第一受控恒流电路和第二受控恒流电路的工作状态；

第一受控恒流电路：第一电压输入端通过第一电压输出端与电源与零相位摄取电路相连，第一控制信号输入端通过第一信号控制输出端与控制信号产生电路相连，第一受控恒流电路的输出端与led灯具相连，用于控制led灯具的发光状态；

第二受控恒流电路：第二电压输入端通过第二电压输出端与电源与零相位摄取电路相连，第二控制信号输入端通过第二信号控制输出端与控制信号产生电路相连，第二受控恒流电路的输出端与led灯具相连，用于控制led灯具的发光状态；

led灯具：由两组并联设置的led灯组成，一端与电源与零相位摄取电路相连，其中一组led灯的另一端与第一受控恒流电路相连，另一组led灯的另一端与第二受控恒流电路相连。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，电源与零相位摄取电路包括保险丝、第一稳压器、第一整流桥、第二整流桥、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第十电容、降压电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第二十七电阻、第二十八电阻；降压电阻一端通过保险丝与火线相连，另一端与第一二极管的正极相连；第一二极管的正极通过并联设置的第一电容和第一电阻与第一整流桥的交流输入端相连，第一二极管的正极通过并联设置的第二电容、第二电阻、第三电容和第三电阻与第二整流桥的交流输入端相连，第一二极管的负极通过第四电阻与第一三极管的基极相连；第一三极管的基极通过第五电阻接地，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极与第六电阻和零相位输出端口相连；第二整流桥的输出端正极与led灯具相连，第二整流桥的输出端正极通过第四电容接地，第一整流桥和第二整流桥的输出端负极接地，第一整流桥的输出端正极与并联设置的第二十七电阻和第二十八电阻相连；并联电阻第二十七电阻和第二十八电阻的另一端与第一受控恒流电路和第一稳压器的电源输入端相连，第一稳压器的电源输入端与第二二极管的负极、第五电容和第六电容的一端相连，第二二极管的正极与第五电容和第六电容的另一端相连；第一稳压器的电源输出端通过并联设置的第七电容和第八电容接地，第一稳压器的电源输出端通过串联设置的第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻接地；第十电容、第十一电阻和第十二电阻与第二受控恒流电路相连。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，保险丝为快熔保险丝；第二二极管为稳压二极管；第一三极管为npn型；第四电容、第六电容、第八电容为有极性电容。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，控制信号产生电路包括第二稳压器、第九电容、第十四电容、第二十九电阻、第三十电阻；第二稳压器设有8个端口，其中1号端口和8号端口与第九电容的相连，2号端口与零相位输出端口相连，3号端口和4号端口并联后接地，5号端口与第二受控恒流电路相连，6号端口与第一受控恒流电路相连，7号端口与第十四电容、第二十九电阻和第三十电阻相连。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，第一受控恒流电路包括第一运算放大器、第二三极管、第一场效应管、第十一电容、第十二电容、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第三十一电阻；第一运算放大器的同相输入端与第三电压输出端相连，第一运算放大器的反相输入端与第十二电容和第十八电阻相连，第一运算放大器的输出端与第十六电阻、第十七电阻和第十九电阻相连，第十九电阻与第十二电容相连，第一运算放大器的正电源和负电源分别于第十一电容的两端相连；第一场效应管的g极与第十六电阻和第二三极管的集电极相连，第一场效应管的s极与第十四电阻、第十五电阻和第十八电阻相连；第一控制信号输入端与第十三电阻和第三十一电阻相连，第十三电阻的另一端与第二三极管的基极相连。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，第二受控恒流电路包括第二运算放大器、第三三极管、第二场效应管、第十三电容、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第三十二电阻；第二运算放大器的同相输入端与第四电压输出端相连，第二运算放大器的反相输入端与第十三电容和第二十五电阻相连，第二运算放大器的输出端与第二十三电阻、第二十四电阻和第二十六电阻相连，第二十六电阻与第十三电容相连；第二场效应管的g极与第二十三电阻和第三三极管的集电极相连，第二场效应管的s极与第二十一电阻、第二十二电阻和第二十五电阻相连；第二控制信号输入端与第二十电阻和第三十二电阻相连，第二十电阻的另一端与第三三极管的基极相连。

本发明所述的一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，作为优选方式，第二三极管和第三三极管为npn型；为第一场效应管和第二场效应管n沟增强型。

本发明在使用过程中，包括以下步骤：

s1、电源与零相位摄取电路零相位的形成：接通电源后电源通过f1、r0、d3、r4、r5将50hz的交流电的正半周加到三极管q5的基极和发射极之间，随着交流电的幅度变化，在三极管集电极产生了与输入的交流电同相位的零相位脉冲，如图4所示；

s2、电源经由f1、r0、c1、r1、d1组成的第一路rc降压整流电路，形成第一路直流电，经r27、r28降压限流，由d4稳压，经c5、c6滤波，得到vcc稳定电压，为第一受控恒流电路提供电压；vcc稳定电压经u1稳压，c7、c8滤波，得到稳定的vdd电压，为控制信号产生电路提供电压；vdd电压经过r7、8r、9r、r10、r11、r12分压，得到恒流基准电压，为第二受控恒流电路提供电压；

s3、经f1、r0的另一路电源经过c2、c3、r2、r3阻容降压、d2整流，产生vout电压，为led灯提供电压；

s4、控制信号产生电路：零相位信号zc由p02输入控制u2的工作起始状态，输出端m1_ctrl和m2_ctrl的控制信号受zc信号的控制，在zc信号控制下，能有效的改变led在脉冲工作时的反峰电压和反峰电流，保护led不被击穿；an0、an1输出m1_ctrl和m2_ctrl信号，如图5所示；

s5、c14、r29、r30组成了调光输入电路，调光的0～10v模拟电压或pwm信号由an4端输入，控制m1_ctrl和m2_ctrl的输出幅度，达到调光的目的；

s6、第一受控恒流电路接收m1_ctrl信号，控制第一组led的发光状态；第二控恒流电路接收m2_ctrl信号，控制第二组led的发光状态。

本发明能够达到以下技术效果：

1)由零相位形成电路的信号，控制led工作电流相位，使得led工作电流的相位接近于输入电压相位，保证了功率因数(pf值)大于0.9。

2)采用分项控制方式，保证了led结温的不会增加，于是，可以降低30％左右的led结温温度。

3)采用多路光相位叠加技术，提高led光通量和光效。

附图说明

图1为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路示意图；

图2为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路组成图；

图3为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路电源与零相位摄取电路组成图；

图4为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路控制信号产生电路组成图；

图5为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路第一受控恒流电路组成图；

图6为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路第二受控恒流电路组成图；

图7为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路电源与零相位摄取电路输出波形与零相位关系图；

图8为一种用于提高led灯具功率因数的rc电路控制信号产生电路工作波形扩展图。

附图标记：

1、电源与零相位摄取电路；11、第一电压输出端；12、第二电压输出端；13、第三电压输出端；14、第四电压输出端；2、控制信号产生电路；21、第一控制信号输出端；22、第二控制信号输出端；3、第一受控恒流电路；31、第一电压输出端；32、第一控制信号输入端；4、第二受控恒流电路组成图；41、第二电压输出端；42、第二控制信号输入端；5、led灯具。

具体实施方式

实施例1

如图1～2所示，本发明提供一种用于提高led灯具功率因数的rc电路，其特征在于：包括：

电源与零相位摄取电路1：与led灯具5、第一受控恒流电路3、控制信号产生电路2和第二受控恒流电路4相连，具有四个电压输出端；其中第一电压输出端11用于为led灯具5提供电压，第二电压输出端12用为控制信号产生电路2提供电压，第三电压输出端13用于为第一受控恒流电路3提供电压，第四电压输出端14用于为第二受控恒流电路4提供电压。

电源与零相位摄取电路1的电路图如图3所示，r0一端通过f1与火线相连，另一端与d3的正极相连；d3的正极通过并联设置的c1和r1与d1的交流输入端相连，d3的正极通过并联设置的c1、r1、c3和r3与d2的交流输入端相连，d3的负极通过r4与q5的基极相连；q5的基极通过r5接地，q5的发射极接地，q5的集电极与r6和零相位输出端口相连；d2的输出端正极与led灯具5相连，d2的输出端正极通过c4接地，d1和d2的输出端负极接地，d1的输出端正极与并联设置的r27和r28相连；并联电阻r27和r28的另一端与第一受控恒流电路3和u1的电源输入端相连，u1的电源输入端与d4的负极、c5和c6的一端相连，d4的正极与c5和c6的另一端相连；u1的电源输出端通过并联设置的c7和c8接地，u1的电源输出端通过串联设置的r7～r12接地；c10、r11和r12与第二受控恒流电路4相连。

控制信号产生电路2：一端通过第二电压输出端12与电源与零相位摄取电路1相连，其输出端具有两个控制信号输出端，第一控制信号输出端21与第一受控恒流电路3相连，第二控制信号输出端22与第二受控恒流电路4相连，用于控制第一受控恒流电路3和第二受控恒流电路4的工作状态。

控制信号产生电路2的电路图如图4所示，u2设有8个端口，其中1号端口和8号端口与c9的相连，2号端口与零相位输出端口相连，3号端口和4号端口并联后接地，5号端口与第二受控恒流电路4相连，6号端口与第一受控恒流电路3相连，7号端口与c14、r29和r30相连。

第一受控恒流电路3：第一电压输入端31通过所述第一电压输出端11与电源与零相位摄取电路1相连，第一控制信号输入端32通过第一信号控制输出端21与控制信号产生电路2相连，第一受控恒流电路3的输出端与led灯具5相连，用于控制led灯具5的发光状态。

第一受控恒流电路3的电路图如图5所示，u3a的同相输入端与第三电压输出端13相连，u3a的反相输入端与c12和r18相连，u3a的输出端与r16、r17和r19相连，r19与c12相连，u3a的正电源和负电源分别于c11的两端相连；q1的g极与r16和q3的集电极相连，q1的s极与r14、r15和r18相连；第一控制信号输入端21与r13和r31相连，r13)的另一端与q3的基极相连。

第二受控恒流电路4：第二电压输入端41通过第二电压输出端12与电源与零相位摄取电路1相连，第二控制信号输入端42通过第二信号控制输出端22与控制信号产生电路2相连，第二受控恒流电路4的输出端与led灯具5相连，用于控制led灯具5的发光状态；

第二受控恒流电路4的电路图如图6所示，u3b的同相输入端与第四电压输出端14相连，u3b的反相输入端与c12和r25相连，u3b的输出端与r23、r24和r26相连，r26与c13相连；q2的g极与r23和q4的集电极相连，q2的s极与r21、r22和r25相连；第二控制信号输入端22与r20和r32相连，r20的另一端与q4的基极相连。

led灯具(5)：由两组并联设置的led灯组成，一端与所述电源与零相位摄取电路(1)相连，其中一组led灯的另一端与所述第一受控恒流电路(3)相连，另一组led灯的另一端与所述第二受控恒流电路(4)相连。

本实施例在使用过程中，包括以下步骤：

s1、电源与零相位摄取电路零相位的形成：接通电源后电源通过f1、r0、d3、r4、r5将50hz的交流电的正半周加到三极管q5的基极和发射极之间，随着交流电的幅度变化，在三极管集电极产生了与输入的交流电同相位的零相位脉冲，如图4所示；

s2、电源经由f1、r0、c1、r1、d1组成的第一路rc降压整流电路，形成第一路直流电，经r27、r28降压限流，由d4稳压，经c5、c6滤波，得到12v的vcc稳定电压，为第一受控恒流电路提供电压；12v电压经u1稳压，c7、c8滤波，得到稳定的5v的vdd电压，为控制信号产生电路提供电压；5v电压r7、8r、9r、r10、r11、r12分压，得到500mv的恒流基准电压，为第二受控恒流电路提供电压；

s3、经f1、r0的另一路电源经过c2、c3、r2、r3阻容降压、d2整流，产生vout电压，为led灯提供电压；其中c2、c3可以根据led光源功率和电流的要求进行调整；c2、c3采用无极性电容，不用高压电解电容，也可以使用安规贴片电容，故体积小、寿命长，可靠性增加；

s4、控制信号产生电路：零相位信号zc由p02输入控制u2的工作起始状态，输出端m1_ctrl和m2_ctrl的控制信号受zc信号的控制，在zc信号控制下，能有效的改变led在脉冲工作时的反峰电压和反峰电流，保护led不被击穿；an0、an1输出m1_ctrl和m2_ctrl信号，如图5所示，led点亮时的工作频率为1000hz，在每1ms的时间里，把其分为三组工作，相位为120°，第一路和第二组的工作时间均为600us，第三组不参与工作，于是第一路和第二路均工作与脉冲状态，其占空比很小，第三路的不加人工作，保证了第一路和第二路led的间隙时间，所以保证了led结温的不会增加，于是，可以降低30％左右的led结温温度；

s5、c14、r29、r30组成了调光输入电路，调光的0～10v模拟电压或pwm信号由an4端输入，控制m1_ctrl和m2_ctrl的输出幅度，达到调光的目的；

s6、第一受控恒流电路接收m1_ctrl信号，控制第一组led的发光状态；第二控恒流电路接收m2_ctrl信号，控制第二组led的发光状态。

说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效形式都将落入发明的保护范围之内。