专利名称：功率因数补偿型led节能照明灯的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电光源领域，特别是涉及一种适用于交流电网功率因数补 偿的LED节能照明灯，其目的是在降低交流电网的谐波电流污染的同时提升交 流电网的功率因数，而且将通过功率因数补偿得来的功率用于驱动LED节能照 明灯。本实用新型是传统的白炽灯和充气光源的理想取代品。
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路的家电如电视机、电脑、电磁炉、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l°/。，该月电费应增加千分之3;超过80%时，每超过1%,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；本实用新型以一种适用于交 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。 实用新型内容本实用新型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，本实用新型的技术解决方案是交流市电用电容降 压限流来点亮LED节能照明灯，在电网中本实用新型呈容性，起到了功率因数 补偿的作用。本实用新型完美地解决了采用电容降压限流法点亮LED时，瞬态 电压击穿LED的问题。其解决方案示意图见图l、图2和图3。图1是本实用新型的直流脉动电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，但因交流电源不可能刚好在过零点时接 入，整流后的电压若直接供给LED,则所产生的瞬态电压的能量足以立即击坏 LED。本实用新型的创新在于使用C2来和用于降压限流的Cl分压以降低将要传 送到LED的瞬态电压，同时使用瞬态电压抑制二极管DZ1以吸收异常的或极端 情况下的瞬态电压，再引入起保护作用的恒流源Io以限制最大电流的方法以隔 离剩余的瞬态电压，三管齐下使LED能可靠地工作在恒流状态下。Cl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冲起到了 辅助效果，C1C2并不消耗功率，本实用新型在电网中呈容性；注意若取消C2本 实用新型仍能正常工作，DZ1也可以吸收瞬态电压，但是整体效果会差一些，使 用C2使本实用新型更完美。这里需要提出的是，整流后若使用电解电容进行滤 波对功率因数补偿是有害的，因为电解的存在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，本实用新型不使用电解滤波，而是使用脉动 电力t-驱动LED。图2是本实用新型的直流脉动电流驱动法方案二示意图，区别在于图1 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。对于高反压的三极管来说，NPN型 可选用的型号更多。图3是本实用新型的交流脉动电流驱动法示意图，其实质是用交流电的正 负半周分别驱动两组LED。 C1C2的功能和图l相同，DZ1DZ2吸收异常的瞬态电 压，DZ1DZ2也可以改用一个双向瞬态电压抑制二才及管；D1D2用于半波整流，两 个恒流源Iol和Io2分别限制最大正负电流以隔离正负瞬态电压，因为瞬态电压 较高，D1D2也起隔离反向电压作用，故不能省。图1图2与图3的区别是图1图2中的桥式全波整流有两个PN结的压降， 而图3中的半波整流只有一个PN结的压降，但图1、图2中驱动LED的脉动电 流频率高，峰值电流小，两者各有特点。脉动电流频率高能使LED工作状态更 好，又综合图1、图2的区别，所以本实用新型更推荐采用图2的解决方案。LED的最佳驱动方式是恒流驱动，串接在交流电源中的Cl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) . C0C1---(公式1),其 中IF是流过LED的平均电流，K是由于使用C2而产生的一个系数，根据所接入 LED的个数不同和Cl与C2的比值K约在0. 7-0. 9左右，若没有C2则K = 1， 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，(O是 交流电源的角频率；根据所使用的LED的平均驱动电流，从此公式可计算出Cl 的容量。而和LED串接的恒流源用于限制流过LED的峰值电流，隔离瞬态电压， Io的取值应比驱动LED的电流的最大峰值IFP大一些，计算7>式为Io(A) = 0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式2)。具体参数的计算示例参见本实用新型的实施例。本实用新型实施例的电路原理图见图4、图5和图6。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，本实用新 型没有使用变压器、开关管等会消耗功率或发热的元器件，所以比起其它驱动 LED的方法效率更高；而且用于驱动LED的功率是通过功率因数补偿得来的，可 理解为电容和电网中的感性负载互相交换能量，既提升了功率因数，又把所节 省的部分能量用于驱动LED,其实质是把无功功率转变为有功功率，这是真正的 节能照明灯！！！发明人使用交流电流表测得某电风扇的工作电流为230mA，然后 并入5个采用本实用新型图2方案的LED节能照明灯，交流电流表指针抖了一
下又回到原来位置不动，所测4寻的凄t值没有增加，用功率因凄t补偿法驱动LED 真是一个节能的好办法。更大量的节能数据有待更广泛的实际检测验证，其结 果一定是非常鼓舞人心的。本实用新型若能及早推广，其经济效益、社会效益 不可限量。本实用新型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LED节 能照明灯，它耗电省、亮度高、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、吸收电网的有害脉沖，具有节电功能，把无功功率 转变为有功功率。本实用新型成本不高，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。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1本实用新型直流脉动电流驱动法方案一示意图；图2本实用新型直流脉动电流驱动法方案二示意图；图3本实用新型交流脉动电流驱动法示意图；图4本实用新型直流脉动电流驱动法方案一实施例电^各原理图；图5本实用新型直流脉动电流驱动法方案二实施例电路原理图;图6本实用新型交流^K动电流驱动法实施例电3各原理图。
具体实施方式
1、见图4本实用新型直流脉动电流驱动法方案一实施例电路原理图。当Cl 为0. 56uF/630V， VAC-AC220V时，C2取0. 82 uF /250V, N取IO， K约0. 9,代 入(公式1 )可算得IF= 30mA，可选平均工作电流为30mA的LED。起保护作用的恒流源Io限定了流过LED的最大峰值电流，这里取为50mA, 代入(公式2)可算得R3-UQ，由于恒流管基极有稳压，该电流即使在有瞬:C2约为2:3，整流后所可能加到恒流源上的最高峰值 电压为220V交流电压峰值的五分之二约120V, DZ1选用P6KE150A (150V/5W、 瞬间峰值功率600W/lms),取恒流管Ql的耐压为160V，因电流不大选用2N5401 即可，分立元件构成的恒流源其瞬态特性很好。恒流管在正常工作时压降很小， 而瞬态电压的持续时间很短，其功耗并不大。当N增大，K值会有所减小，可适当增大C1或减小C2，当N较大时DZ1和 Ql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 实用新型驱动，分组相当于使N减小，对功率因数补偿有利。2、 见图5本实用新型直流脉动电流驱动法方案二实施例电路原理图。恒流 管Q1选用2N5551，其余和图4相同。若选用更大功率的LED,必须增大驱动功 率，Q1可选用功率更大的NPN型高反压三极管，此类三极管品种较多，而且已大量应用于节能灯中。3、 见图6本实用新型交流乐K动电流驱动法实施例电^各原理图。由于是半波 整流，电流的平均值是全波整流的一半，故Cl要大一倍取1 uF/630V, C2取 1.5uF/250V, DZ1DZ2选用P6KE150A，实际流过LED的平均电流仍约为30mA，选 平均工作电流为30mA的LED。恒流源Iol和Io2限定了流过LED的最大峰值电 流，这里取为90mA, R3 = R5 = 6. 8D;恒流管选用2N5401和2N5551或功率稍大 些的高反压互补对管。由于LED可以工作在窄脉冲大电流的状态下，只要瞬态 电压的能量不会击坏LED,则LED可以长期安全地工作。
权利要求1、一种功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于它主要由电容(C1)、(C2)、整流二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、瞬态电压抑制二极管(DZ1)、恒流源(Io)、发光二极管(LED 1)至(LED n)组成；电容(C1)的一极和电容(C2)的一极串联后与(D1)的负极及(D2)的正极相连接，电容(C2)的另一极与(D3)的负极及(D4)的正极相连接并与电容(C1)的另一极形成电路输入端(ACin)，(D2)、(D4)的负极串接后与瞬态电压抑制二极管(DZ1)的负极连接，(D1)、(D3)的正极串接后与稳压管(DZ1)的正极连接，恒流源的输入端与瞬态电压抑制二极管(DZ1)的负极连接，恒流源的输出端接(LED 1)的正极，(LED 1)的负极串接下一个LED的正极，以此类推串接至(LED n)的正极，(LEDn)的负极与瞬态电压抑制二极管(DZ1)的正极极连接；交流市电从电路输入端(ACin)的两端输入，经过电容(C1)、(C2)分压，获得合适的低交流电压；通过整流二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)组成的整流桥整流，实现了交\直流电的转换，经恒流源限制最大电流后，形成脉动电流驱动(LED 1)至(LED n)发光。
2、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 它还包括一瞬态电压抑制二极管(DZ1 );瞬态电压抑制二极管(DZ1)用 以吸收异常的或极端情况下的瞬态电压。
3、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯,其特征在于 引入起保护作用的恒流源(Io)以限制最大电流的方法以隔离剩余的瞬 态电压。
4、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于: 当恒流源(Io)接在(LED)的正极，恒流管要选用PNP型三极管。
5、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于 恒流源(Io)也可以接在(LED)的负极，接在(LED)的负极时恒流管 要选用NPN型三极管。
6、 根据权利要求1所述的功率因数补偿型LED节能照明灯，其特征在于本实用新型采用脉动电流驱动法，脉动电流可以选择使用直流或交流脉动电流驱动法驱动LED节能照明灯。
专利摘要本实用新型属于电光源领域，特别是涉及一种适用于交流电网功率因数补偿的LED节能照明灯。其目的是在降低交流电网的谐波电流污染的同时提升交流电网的功率因数，而且将通过功率因数补偿得来的功率用于驱动LED节能照明灯，达到节能降耗并降低交流电网谐波电流的污染。为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是交流市电用电容降压限流来点亮LED节能照明灯，在交流电网中本实用新型呈容性，起到了功率因数补偿的作用。本实用新型完善地解决了采用电容降压限流法点亮LED时，瞬态电压击穿LED的问题。
文档编号H05B33/08GK201054825SQ20072000634
公开日2008年4月30日 申请日期2007年2月12日 优先权日2007年2月12日
发明者张亦翔, 张飞然 申请人:张亦翔