专利名称：一种大功率led灯具供电模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED灯具，更具体的说是一种大功率LED灯具供电模块。
背景技术：
目前，基于现代半导体技术的飞速发展，大功率LED灯具近年来已经在商业和工 业界得到了广泛的应用。在照明系统中应用大功率LED灯具，其主要优点是能在其整个寿 命期间大大节能减排，这对我国经济长期发展将有深远意义的影响。如果使用得当，大功率 照明设备要比传统的高压纳灯寿命长得多。但因大功率LED灯是半导体器件，如果设计或 使用不当也将会导致器件过早损坏，造成不必要的公共设施服务中断。目前LED灯具的初 始投资价格仍然远远高于传统的灯具，要达到LED灯具节能减排的目的就必须增加LED照 明系统的可靠性。即使是最先进的单个LED灯也只提供很少量的流明度。如需达到与传统高压钠 灯同样的照度，必须将众多个LED —起使用。传统的连接多个LED灯管的方法一般包括如 图1所示的串联连接、如图2和图3所示的串并联连接。串联连接大量的大功率LED管以 达到与传统高压钠灯同样的照度在实际应用中经常是不可行的，这种串联方式存在两个问 题，其一电源或LED驱动器需要很高的直流输出电压，这会为满足安规标准而增加了设计 困难，同时对现场维修产生不必要的麻烦。其二 在一串LED中如果有一个LED损坏导致 开路，整个灯具便会熄灭。并联或串并联也存在着其他缺点。因为大功率LED管需要恒流运行，一个LED管 短路或开路失效会造成电流在所有其他并联和串联的各分支上重新分配。电流在高电流分 支会增加更多，结果造成灯具局部温度升高，依次引起电流更加不平衡，以至局部温度继续 上升，最终，一个LED管损坏可以造成局部或全部LED管电损坏或热损坏。这种损坏机理比 以上第一种损坏的情况更严重。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中之不足，提供一种高效率、高可靠性的大功率 LED灯具供电模块。为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案包括交流电源、多个交流-直 流模块电源和大功率LED串，所有交流-直流模块电源的交流输入端并接到交流电压源的 端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源 的直流输出端分别与一个大功率LED串连接。进一步，所述的交流电源输入端和N块交流-直流电源模块之间还连接有电子计 时器和开关。进一步，所述的N块交流_直流电源模块为不带功率因数补偿的交流_直流电源 模块或带功率因数补偿的交流-直流电源模块或将功率因数补偿升压变换器和隔离式直 流_直流变换器融合为一体的带功率因数补偿的单级交流_直流电源模块。
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进一步，所述的不带功率因数补偿的交流-直流电源模块，所述的不带功率因数 补偿的交流_直流电源模块，包括EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器、大功 率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、 全波整流器、隔离式直流_直流变换器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在全 波整流器和隔离式直流-直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制 模块的输入端依次连接，副边控制模块的输入端与隔离式直流_直流变换器 的直流输出端 连接，原边控制模块的输出端与隔离式直流-直流变换器连接。进一步，所述的带功率因数补偿的交流-直流电源模块，包括EMI滤波器、全波整 流器、功率因数补偿升压变换器、隔离式直流_直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模 块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、全波整流器、功率因数补 偿升压变换器、隔离式直流_直流变换器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在 功率因数补偿升压变换器和隔离式直流_直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离 模块和原边控制模块输入端依次连接，副边控制模块输入端与隔离式直流_直流变换器的 直流输出端连接，原边控制模块输出端与隔离式直流-直流变换器连接。进一步，所述的带功率因数补偿的单级交流-直流电源模块，包括EMI滤波器、全 波整流器、功率因数补偿及隔离式直流-直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模块、原边 控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、全波整流器、功率因数补偿及隔 离式直流_直流变换器和大功率LED列阵依次连接，副边控制模块的输出端、隔离模块和原 边控制模块的输入端依次连接，副边控制模块输入端与功率因数补偿及隔离式直流_直流 变换器的直流输出端连接，原边控制模块输出端与隔离式直流_直流变换器连接。由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是若干个相同但有相互独立的交 流_直流电源模块分别与以若干数目串联连接的LED串连接，每个交流-直流电源模块对 应一串LED串，使得每串LED串都能高效率的运作，且在关掉一个模块电源的情况下不影响 其它模块电源的照常运作；且在交流电源输入端和N块交流-直流电源模块之间还连接有 电子计时器和开关，能在预先设定的时间内关断灯具的某一部分电源，达到节能的效果。
图1为传统的大功率LED灯具供电模块串联方式连接的结构示意图。图2为传统的大功率LED灯具供电模块串并联方式连接的结构示意图。图3为传统的大功率LED灯具供电模块另一种串并联方式连接的结构示意图。图4为本发明的结构示意图。图5为本发明中带暗化的大功率LED灯具供电模块结构示意图。图6为本发明中不带功率因数补偿的典型交流-直流电源方框图。图7为本发明中带带功率因数补偿的典型交流-直流电源方框图。图8为本发明中带功率因数补偿的单级交流-直流电源方框图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明如图4所示，为本发明中大功率LED灯具供电模块的一种结构示意图，它以系统400标 示。它是由一定数目相同但独立的交流-直流电源模块组成，分别标示为401、402、403^·· 等等。灯具中模块电源的数量根据设计要求可增可减，各模块电源的交流输入端都并联连 接到交流电压源的端口上。交流输入端的地线和模块电源(401、402、403、...等等)输出 端的地线直接与灯具外壳连接以满足安全规定。每个模块电源的输出都是直流输出，它只 和一个LED串连接，所以每个LED串的驱动都有自己的电流回路，只有在每个模块电源负端 输出口处才与地连接。410、411、412、...等等都是相同的大功率LED串，每串LED管的数 量可根据光照度、灯具机械设计与散热设备最大允许值而不同。虽然每整串内的LED管都 是串联的，但实际上每子串LED的内部电气连接是灵活可变的，这样可在不同场合应用中 实现暗化运行的同时达到近似光照均勻。因为各大功率LED串是独立驱动的，在各LED串 之间可能发生的因正向电压和电流特性失配而最终可导致灯具损坏的现象在本系统中不 会发生。在任一 LED灯芯，或任一模块电源损坏的情况下，灯具仍然可以继续运行，而不会 完全熄灭。如图5所示，为一种简单方法实现大功率LED灯具供电模块暗化的结构示意图。与 图1相比，图2只增加了一个计时器1001和一个开关S。在本例中，开关S连接在模块电 源2的交流输入端。它的作用是在计时器1001的控制下，按照预先安排，关断灯具某一部 分的电源。由于灯具中每个模块电源与其他模块电源之间是互相独立的，而且模块电源的 设计在给定LED负载下以最高效率运作，所以关掉一个模块电源不影响其他模块电源照常 运作。本发明即能轻易地实现灯具暗化，达到节能的效果，而且整个灯具运作仍能保持所需 要的电源转换效率和功率因数。如图6所示，为典型不带功率因数补偿的电源500的原理方框图。它分别由电功 能方框501-508表示501为EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的 影响，502为全波整流器，将通过滤波的交流电整流成直流电，503是隔离式直流-直流变 换器，将直流电变成另一固定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒 流直流电，504为大功率LED列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块，505为副 边控制模块，负责同步整流的控制，506为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，507为原边控 制模块，其利用原边反馈工作原理，以保证直流电的恒压、恒流精度，508为大容量存储电容 器，有平抑电流负荷，起到削峰、填谷的作用。基于全波整流器502至大容量存储电容器508 的工作原理，交流输入端的电流包含基波以及大量的高次谐波。其中只有基波分量参与交 流输入到直流输出端的能量传输，而高次谐波的存在使电源输入电流的有效值增加。此电 流会造成交流供电系统中不必要功率损耗，所以对于LED灯具而言，标准规定这种无功率 因数补偿电源的输入功率限于25 W以下，以达到减少传输线谐波污染和配电系统电能损失 的目的。如图7所示，为典型带功率因数补偿的电源600的原理方框图。它分别由电功能 方框601-608表示601为EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的影 响，602A为全波整流器，将通过滤波的交流电整流成直流电，602B为功率因数补偿升压 (Boost)变换器，能有效消除谐波源，603为隔离式直流-直流变换器，将直流电变成另一固 定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒流直流电，604为大功率LED 列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块，605为副边控制模块，负责同步整流的控制，606为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，607为原边控制模块，其利用原边反馈工作 原理，以保证直流电的恒压、恒流精度，608为大容量存储电容器，有平抑电流负荷，起到削 峰、填谷的作用。与图6中的电源500相比，增加了一个额外的功率因数补偿变换器602B， 以满足标准规定要求。功率因数补偿器602B—般是升压型变换器，但降压型或升降压型也 可用于此目的。升压变换器的输入是经过全波整流的正弦波，其输出是以608存储能量的 高压直流输出。升压变换器的输出供给下级隔离式交流-直流变换器，其由603、605、606 和607组成。隔离式交流一直流变换器的电路类型最好依照变换器功率大小要求而定。一 个典型的LED照明灯具一般功率只为25 W -100 W，增加一级PFC电路后，电源的造价将有 很大提高。 如图8所示，为带功率因数补偿的单级交流_直流电源700原理方框图。701为 EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，702为全波整流器，将通 过 滤波的交流电整流成直流电，703为功率因数补偿及隔离式直流-直流变换器，将直流 电变成另一固定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒流直流电，并 能有效消除谐波源，704为大功率LED列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块， 705为副边控制模块，负责同步整流的控制，706为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，707 为原边控制模块，有平抑电流负荷，起到削峰、填谷的作用。图8中电源700将图6中602B 和隔离交流一直流变换器603合为一体。这种电源没有图6中能量储存级608，其最佳输 出功率范围约为25 W - 80 W。这种设计方案可提供最好的性能造价比，能满足大多数LED 灯具的技术要求。
权利要求
一种大功率LED灯具供电模块，其特征在于包括交流电源、多个交流 直流模块电源和大功率LED串， 所有交流 直流模块电源的交流输入端并接到交流电压源的端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源的直流输出端分别与一个大功率LED串连接。
2.根据权利要求1所述的大功率LED灯具供电模块，其特征在于所述交流电源输入 端和交流_直流模块电源之间还连接有电子计时器和开关。
3.根据权利要求1或2所述的大功率LED灯具供电模块，其特征在于所述块交流-直 流模块电源为不带功率因数补偿的交流-直流模块电源或带功率因数补偿的交流-直流模 块电源或将功率因数补偿升压变换器和隔离式直流_直流变换器融合为一体的带功率因 数补偿的单级交流_直流模块电源。
4.根据权利要求3所述的大功率LED灯具供电模块，其特征在于，所述的不带功率因数 补偿的交流_直流模块电源，包括EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器、大功 率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、 全波整流器、隔离式直流_直流变换器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在全 波整流器和隔离式直流-直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制 模块的输入端依次连接，副边控制模块的输入端与隔离式直流_直流变换器的直流输出端 连接，原边控制模块的输出端与隔离式直流_直流变换器连接。
5.根据权利要求3所述的大功率LED灯具供电模块，其特征在于，所述的带功率因数 补偿的交流-直流模块电源，包括EMI滤波器、全波整流器、功率因数补偿升压变换器、隔离 式直流_直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制 模块，所述的EMI滤波器、全波整流器、功率因数补偿升压变换器、隔离式直流-直流变换 器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在功率因数补偿升压变换器和隔离式直 流_直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制模块输入端依次连接， 副边控制模块输入端与隔离式直流_直流变换器的直流输出端连接，原边控制模块输出端 与隔离式直流_直流变换器连接。
6.根据权利要求3所述的大功率LED灯具供电模块，其特征在于，所述的带功率因数 补偿的单级交流_直流模块电源，包括EMI滤波器、全波整流器、功率因数补偿及隔离式直 流_直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模 块，所述的EMI滤波器、全波整流器、功率因数补偿及隔离式直流-直流变换器和大功率LED 列阵依次连接，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制模块的输入端依次连接，副边 控制模块输入端与功率因数补偿及隔离式直流_直流变换器的直流输出端连接，原边控制 模块输出端与隔离式直流_直流变换器连接。
全文摘要
本发明涉及一种大功率LED灯具供电模块。它包括交流电源、多个交流-直流电源模块和大功率LED串，所有交流-直流电源模块的交流输入端并接到交流电压源的端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源的直流输出端分别与一个大功率LED串连接。本发明中采用各自独立交流-直流电源模块分别给LED串供电，大大提高了大功率LED灯具的可靠性及使用寿命。
文档编号H05B37/02GK101977468SQ201010540458
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者罗耀光 申请人:湘潭互联安高新技术有限公司