Led照明裝置的制作方法

專利名稱：Led照明裝置的制作方法
技術領域：
LED照明裝置
技術領域：
本實用新型涉及一種照明裝置，更確切地說，涉及一種具有驅動電源的 LED照明裝置。背景技術：
LED具有環保、節能、壽命長等優點而被視為21世紀照明光源，現已 開始取代傳統光源在各種照明燈具上大量應用。但是，由于LED本身特性決 定其驅動電源不能與普通白熾燈采用同樣的供電電源，以免電壓波動導致電 流增大從而將LED損壞，因而必須設計新的電源以充分滿足LED工作所需 驅動要求，從而最大限度的發揮LED的性能，減少故障率。然而，現有各種 LED照明裝置的驅動電源的驅動性能卻并不理想，影響了 LED照明裝置的 使用。圖4為現有LED照明裝置的驅動電源工作原理圖。其首先對輸入端輸 入的電壓進行電壓變換，以提供后級電路所需的電壓，然后再經過整流濾波 后直接通過一限流電阻與LED照明裝置中的LED相連。但是，該種驅動電 源無法對因外界電壓波動造成的照明裝置中LED兩端的工作電流波動進行 調整，當輸入電壓波動較大時甚至會造成LED損壞；其次，該種驅動電源無 法對由于溫度等原因引起流過LED的工作電流變化進行調整；另外，該種驅 動電源的電壓和電流的同相性較差，功率因數很低。因此，現有LED照明裝 置的存在工作穩定性較差和功率因數低的缺陷。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服上述缺陷，提供一種工作穩定性 好且功率因數較高的LED照明裝置。
本實用新型LED照明裝置是通過以下技術方案實現的 一種LED照明 裝置'，包括一外殼、收容于外殼內的LED以及一與LED電性連接的驅動電 源，所述驅動電源包括
一電源輸入端； 一與電源輸入端相連的整流濾波單元；
一與整流濾波單元相連的電壓變換單元，所述電壓變換單元對整流濾波
后的電壓進行轉換并送到輸出單元；
一與電壓變換單元相連的輸出單元，所述輸出單元的輸出端與負載LED 相連；
一與電壓變換單元連接的開關單元，所述開關單元根據其導通和關斷控 制所述電壓變換單元的電壓轉換；
一與開關單元連接的PFC控制單元，所述PFC控制單元產生一控制信 號控制所述開關單元周期性導通和關斷；
一與輸出單元和PFC控制單元連接的恒壓定電流控制單元，所述恒壓定 電流控制單元包括一恒壓單元和一定電流單元，所述恒壓單元和定電流單元 分別采集輸出單元的信號并產生反饋信號給PFC控制單元；所述PFC控制 單元根據所述反饋信號調整控制信號，控制所述開關單元周期性導通和關斷， 以調整開關單元導通和關斷的周期，從而調整電壓變換單元的輸出。
所述恒壓單元包括一電壓比較器和一作為基準源的穩壓部，所述穩壓部 為穩壓管或穩壓芯片。
所述定電流單元包括一電流比較器，所述電流比較器的基準取自所述恒 壓單元的穩壓部。
所述PFC控制單元還與整流濾波單元的輸出端相連，其采集所述整流濾 波單元輸出端的信號并根據采集到的信號調整控制信號。
所述PFC控制單元還采集開關單元的信號，并根據采集到的信號調整控 制信號。
所述PFC控制單元還對電壓變換單元進行采樣，并根據采樣信號調整控 制信號。
所述電壓變換單元還通過連接一穩壓模塊對PFC控制單元供電。 所述恒壓定電流控制單元與PFC控制單元通過光耦合器連接。 所述驅動電源還包括一 EMI濾波單元，所述EMI濾波單元包括有一壓 敏電阻，所述開關單元包括一三極管或場效應管。
與現有技術相比，本實用新型LED照明裝置通過設置一驅動電源來精確
調整LED照明裝置的工作電壓和電流，提高照明裝置的功率因數。所述驅動 電源內設置開關單元、電壓變換單元、恒壓定電流控制單元和PFC控制單元， 利用恒壓定電流控制單元內的恒壓單元和定電流單元分別釆集輸出單元的電 壓信號和電流信號，并產生反饋信號給PFC控制單元，所述PFC控制單元 根據所述反饋信號調整控制信號，以調整開關單元導通和關斷，從而調整電 壓變換單元的輸出，實現對LED工作電壓和電流的精確調整，使負載LED 工作更穩定，功率因數也更高。此外，PFC控制單元還對整流濾波單元的輸 出端、開關單元、電壓變換單元進行采樣，并根據采樣信號調整控制信號， 從而調整電壓變換單元的輸出，進一步精確調整LED工作電流和提高功率因 數。通過驅動電源內的各反饋對LED進行精確調整，使LED照明裝置的工 作穩定性非常好，而且功率因數也較高，具有更好的照明效果。

圖1為本實用新型LED照明裝置的立體結構圖。 圖2為本實用新型LED照明裝置的驅動電源原理結構圖。 圖3為本實用新型LED照明裝置的驅動電源一較佳實施例電路圖。 圖4為現有技術LED照明裝置的驅動電源工作原理圖。
具體實施方式
請參閱圖l，本實用新型LED照明裝置包括一外殼1、收容于外殼l內 的LED2以及一與LED2電性連接的驅動電源(圖中未示出)。
請參閱圖2，本實用新型驅動電源包括外電源輸入端、EMI濾波單元、 整流濾波單元、電壓變換單元、輸出單元、開關單元、恒壓定電流控制單元 和PFC控制單元。其中，EMI濾波單元的輸入端與外電源輸入端相連，主要 用于抑制電網噪聲及自身產生的噪聲，消除電網對LED照明裝置的影響以及 LED照明裝置對電網的影響，提高LED照明裝置的抗干擾能力及系統的可 靠性。EMI濾波單元的輸出端與整流濾波單元的輸入端相連，整流濾波單元 將EMI濾波單元傳來的信號整流后轉換成直流并濾波后輸出。
電壓變換單元與整流濾波單元、開關單元及輸出單元相連，其接收整流 濾波單元輸出的信號，在開關單元的控制下進行電壓轉換，并將轉換后的電 壓輸出到輸出單元，再由輸出單元輸出至LED驅動其工作。電壓變換單元還
與PFC控制單元相連，為PFC控制單元提供工作電源。
開關單元與PFC控制單元及電壓變換單元相連，其受PFC控制單元輸 出的控制信號控制而周期性導通和關斷，并因而控制電壓變換單元的電壓轉 換。所述開關單元可以為三極管或場效應管。
恒壓定電流控制單元與輸出單元和PFC控制單元相連，其采集輸出單元 的電壓和電流信號并產生一反饋信號給PFC控制單元，通過PFC控制單元 對輸出進行精確調整。所述恒壓定電流控制單元包括一恒壓單元和一定電流 單元，所述恒壓單元采集輸出單元的電壓信號并與一基準電壓比較后產生一 反饋信號，所述定電流單元采集輸出單元的電流信號并與一基準電流比較后 產生一反饋信號。
PFC控制單元與開關單元和恒壓定電流單元相連，主要起控制作用。PFC 控制單元的輸出端產生一控制信號控制所述開關單元周期性導通和關斷，并 可根據恒壓定電流控制單元的反饋信號調整控制信號，以調整開關單元導通 和關斷的周期，從而調整電壓變換單元的輸出，實現對LED工作電流的精確 調整。由于在輸出單元加入了恒壓單元和定電流單元，既可以對輸出的電壓 進行調整也可以對輸出的電流進行調整，相較于單純采用定電流單元進行反 饋調整具有更好的調整效果，即使在某一并聯支路LED斷路的情況下也能很 好的實現對輸出的精確調整。為了進一步增強對LED照明裝置的精確控制， PFC控制單元還對整流濾波單元的輸出端、開關單元、電壓變換單元進行釆 樣，并根據采樣信號調整控制信號，從而調整電壓變換單元的輸出，達到進 一步精確調整LED工作電流和提高功率因數的目的。
請一并參閱圖3，在本具體實施電路中，EMI濾波單元由電容C1、 C2、 C3、 C4和濾波器L1以及壓敏電阻RV1組成。壓敏電阻RV1主要用于保護 因電網電壓瞬間增大時可能對LED照明裝置造成的損壞。整流濾波單元主要 由四個二極管D1、 D2、 D3、 D4組成的橋式整流電路以及濾波電容C5組成。
電壓變換單元主要由高頻變壓器構成。高頻變壓器包括一原邊T1、第一 副邊T2和第二副邊T3，其中，原邊T1的輸入端1腳通過一電感L2與整流 濾波單元B的輸出端相連，輸出端2腳與開關單元相連。第一副邊T2直接 接一由二極管D8、相互并聯的電容C12、 C13、 C14、 C15、 C17以及電阻
RS組成的輸出單元，輸出單元的輸出端通過一接線端JP2直接連到負載 LED,為LED提供工作電流。第二副邊T3通過連接一穩壓模塊向PFC控制 單元IC2提供工作電源。所述穩壓模塊由二極管D6、 D7、三極管Q1、穩壓 管Z3和電容C6構成。其中，二極管D6的正極與第二副邊T3的5腳相連， 二極管D6、 D7正向串聯后接到三極管Q1的集電極，三極管Q1的基極與集 電極之間通過一電阻R10連接。同時，三極管Q1的基極與穩壓管Z3的負極 相連，穩壓管Z3的正極通過與第二副邊T3的另一腳6腳相連后與整流濾波 單元中二極管D3的正極相連。在二極管D6的負極和穩壓管Z3的正極之間 還接有一個濾波電容C6。三極管Q1的發射極與PFC控制單元中的PFC控 制芯片IC2的電源腳VCC相連，為PFC控制芯片IC2提供工作電源。
所述開關單元主要包括一場效應管Ml，場效應管Ml的漏極與高頻變壓 器的原邊Tl相連，其柵極通過一電阻R12與PFC控制芯片IC2的CC端口 相連，源極與兩并聯的電阻R15、 R16串聯后與整流濾波單元中二極管D3 的正極相連。在電阻R12兩端并聯有一二極管D12，且二極管D12的正極與 場效應管M1的柵極相連。EMI濾波單元、整流濾波單元、高頻變壓器的原 邊T1、場效應管M1及電阻R15、 R16構成一回路。為保護場效應管M1， 在其漏極和源極之間還接有一穩壓管Z4。為了防止因高頻變壓器的漏感而在 場效應管M1關斷的瞬間產生的尖峰脈沖對場效應管造成損壞，在高頻變壓 器的原邊Tl還并聯有一由二極管D5、穩壓管Zl構成的保護支路。
恒壓定電流控制單元包括一恒壓單元和一定電流單元。所述恒壓單元主 要由一電壓比較器IC5及其外圍電路組成，所述外圍電路包括二極管Dll、 D9，電容C16、 C18，電阻R18、 R19、 R20、 R21和穩壓芯片IC4。其中， 二極管Dll的正極與輸出單元中二極管D8的負極相連，其負極的一條支路 連接電容C16后接地，另一支路連接一電阻R18為電壓比較器IC5供電，還 有一條支路通過連接一相互串聯的電阻R21和穩壓芯片IC4后接地。穩壓芯 片IC4的陰極K與電阻R21相連，陽極A接地，且陰極K和參考極R相連。 電壓比較器IC5輸入端的正極與穩壓芯片IC4的參考極R相連。電阻R19、 R20相互串聯在輸出單元中二極管D8的負極和地之間，并在電阻R19和R20 之間引出一支路與電壓比較器IC5輸入端的負極相連。電壓比較器IC5的輸
出端反接一二極管D9后與光耦合器IC3的輸入端2腳相連，光耦合器IC3 輸入端的另一腳1腳通過一電阻R17與二極管D8的負極相連，光耦合器IC3 的輸出端與PFC控制芯片IC2相連。同時，在電壓比較器IC5的輸出端和輸 入端負極之間還并聯有一電容C18。
所述定電流單元主要包括一電流比較器IC6及其外圍電路組成，并且所 述電流比較器IC6和電壓比較器IC5均采用穩壓芯片IC4所在支路作為其基 準源，所述外圍電路包括電阻R22、 R23、 R24，電容C19、 C20和二極管 DIO。其中，電阻R22的一端與穩壓芯片IC4的參考極R相連，另一端連接 電阻R23及電流比較器IC6輸入端的正極，電阻R23的另一端接地。電流比 較器IC6輸入端的負極通過一電阻R24與輸出單元中電阻RS鄰近負載的一 端相連，同時，電流比較器IC6輸入端的負極還連接一電容C20后接地。電 流比較器IC6的輸出端反接一二極管D10后與光耦合器IC3輸入端的2腳相 連，同時，電流比較器IC6的輸出端與輸入端負極之間還并聯有一電容C19。 PFC控制單元主要由PFC控制芯片IC2及其外圍電路組成，所述外圍 電路包括電阻R1、 R3、 R5、 R7、 R9、 Rll、 R12、 R13、 R14和電容C7、 C8、 C9、 CIO。其中，電阻R1的一端與整流濾波單元的輸出端相連，另一端依次 串聯電阻R3和電阻R9后與整流濾波單元中二極管D3的正極相連，同時在 電阻R9的兩端并聯有一電容C9。電阻R3與電阻R9相連的一端還與PFC 控制芯片IC2的V+腳相連，該腳通過電阻R1、電阻R3和電阻R9所在支路 對整流濾波單元的輸出取樣。電阻R5、電阻R7相互串聯，并且電阻R5的 另一端與整流濾波單元中二極管D4的負極相連，電阻R7的另一端連接電容 C7后與整流濾波單元中二極管D3的正極相連，并且電阻R7的該端還與PFC 控制芯片IC2的電源端VCC腳相連。PFC控制芯片IC2的VCC腳還與三極 管Q1的發射極相連。PFC控制芯片的采樣腳C腳與高頻變壓器的第二副邊 T3的5腳相連，該腳采集第二副邊T3的輸出信號。PFC控制芯片IC2的控 制信號輸出腳CC通過一電阻R12與場效應管M1的柵極相連，其輸出一周 期性控制信號控制所述場效應管M1周期性導通和關斷，從而達到控制高頻 變壓器C高頻變壓的目的。所述PFC控制芯片IC2的采樣腳FB與場效應管 Ml的源極相連，其接地腳GND與整流濾波單元中二極管D3的正極相連，
其另一采樣腳B與依次串聯電阻R13、 R14后也與二極管D3的正極相連。 光耦合器IC3的輸出腳3腳連接于電阻R13與電阻R14之間，且為了保護光 耦合器IC3，在其兩輸出腳3腳和4腳之間還接有一穩壓管Z2，其中，穩壓 管Z2的正極與光耦合器IC3的4腳相連，且光耦合器IC3的4腳還與穩壓 模塊中二極管D7的負極相連。
所述具體電路的工作原理如下外界電網電流經交流保險絲F1送到EMI 濾波單元濾波，濾波后的信號經由二極管D1、 D2、 D3、 D4組成的橋式整流 電路整流和電容C5濾波后輸出到高頻變壓器，再經場效應管Ml、電阻R15、 R16和二極管D3組成回路。PFC控制單元IC2產生的控制信號經控制信號 輸出腳CC控制場效應管Ml周期性高頻導通和關斷，從而在第一副邊T2產 生一電壓信號經由二極管D8、濾波電容C12、 C13、 C14、 C15、 C17組成的 輸出單元送到LED的兩端，為LED提供工作電源。同時，輸出單元從二極 管D8輸出的信號經二極管Dll、電阻R21和穩壓芯片IC4組成的支路在穩 壓管IC4上形成一基準信號源，所述基準信號源加在電壓比較器IC5的正輸 入端做為電壓比較器IC5的基準電壓。輸出單元從二極管D8輸出的電壓經 電阻R19、 R20分壓后加在電壓比較器IC5的負輸入端，所述負輸入端的電 壓與基準電壓比較后輸出至二極管D9的負極。若電壓變化導致二極管D9 導通時，電流流經電阻R17、光耦合器IC3輸入端和二極管D9，通過光耦合 器IC3將反饋信號加到PFC控制芯片IC2的B腳。PFC控制芯片IC2根據接 收到的反饋信號調整輸出的控制信號，從而通過控制場效應管M1的導通和 關斷調整高頻變壓器的輸出，以快速將電壓穩定。另外，穩壓芯片IC4兩端 的信號經電阻R22和電阻R23分壓作為基準信號加在電流比較器IC6的正輸 入端，流過電阻RS的電流經電阻R24后加在電流比較器IC6的負輸入端， 所述負輸入端的信號與基準信號比較后輸出到二極管DIO。當流過電阻RS 的電流發生變化時，其變化迅速通過電流比較器IC6反映到電流比較器IC6 的輸出端，導致二極管D10導通，同樣通過光耦合器IC3將反饋信號加到 PFC控制芯片IC2的B腳。PFC控制芯片IC2根據接收到的反饋信號調整輸 出的控制信號，從而通過控制場效應管M1的導通和關斷調整高頻變壓器的 輸出，以快速將流過電阻RS的電流穩定。通過上述恒壓單元和定電流單元，
實現了對輸出負載LED的精確調整。由于在定電流單元的基礎上加入了恒壓 電路，使得即使在某一支路LED斷路的情況下仍然能實現對輸出負載LED 的精確調整，相較于單一釆用定電流單元來說具有更好的調整效果。
其次，PFC控制芯片IC2的V+腳、C腳和FB腳還分別采集整流濾波單 元輸出的信號、高頻變壓器的第二副邊T3和場效應管M1的源極信號，所述 PFC控制芯片IC2根據采集到的信號調整控制信號，達到進一步精確調整 LED工作電流和提高功率因數的目的。
由于LED照明裝置內設置的驅動電源設置了多點反饋，LED照明裝置 工作時能采集各反饋點信號并根據反饋信號迅速通過控制單元精確調整工作 電壓和電流，使LED照明裝置始終工作在設定的條件下，提高了LED照明 裝置的工作穩定性和功率因數，具有非常好的照明效果。
以上描述僅為本實用新型的實施例，諒能理解，在不偏離本實用新型構 思的前提下，對本實用新型的簡單修改和替換皆應包含在本實用新型的技術 構思之內。
權利要求1.一種LED照明裝置，包括一外殼、收容于外殼內的LED以及一與LED電性連接的驅動電源，所述驅動電源包括一電源輸入端；一與電源輸入端相連的整流濾波單元；一與整流濾波單元相連的電壓變換單元，所述電壓變換單元對整流濾波后的電壓進行轉換并送到輸出單元；一與電壓變換單元相連的輸出單元，所述輸出單元的輸出端與負載LED相連；一與電壓變換單元連接的開關單元，所述開關單元根據其導通和關斷控制所述電壓變換單元的電壓轉換；一與開關單元連接的PFC控制單元，所述PFC控制單元產生一控制信號控制所述開關單元周期性導通和關斷；其特征在于所述驅動電源還包括一與輸出單元和PFC控制單元連接的恒壓定電流控制單元，所述恒壓定電流控制單元包括一恒壓單元和一定電流單元，所述恒壓單元和定電流單元分別采集輸出單元的信號并產生反饋信號給PFC控制單元所述PFC控制單元根據所述反饋信號調整控制信號，控制所述開關單元周期性導通和關斷，以調整開關單元導通和關斷的周期，從而調整電壓變換單元的輸出。
2. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述恒壓單元包 括一電壓比較器和一作為基準源的穩壓部，所述穩壓部為穩壓管或穩壓芯片。
3. 如權利要求2所述的LED照明裝置，其特征在于所述定電流單元 包括一電流比較器，所述電流比較器的基準取自所述恒壓單元的穩壓部。
4. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述PFC控制單 元還與整流濾波單元的輸出端相連，其采集所述整流濾波單元輸出端的信號并根據采集到的信號調整控制信號。
5. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述PFC控制單元還采集開關單元的信號，并根據采集到的信號調整控制信號。
6. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述PFC控制單元還對電壓變換單元進行采樣，并根據采樣信號調整控制信號。
7. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述電壓變換單 元還通過連接一穩壓模塊對PFC控制單元供電。
8. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述恒壓定電流 控制單元與PFC控制單元通過光耦合器連接。
9. 如權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于所述驅動電源還 包括一EMI濾波單元，所述EMI濾波單元包括有一壓敏電阻，所述開關單 元包括一三極管或場效應管。
專利摘要本實用新型公開了一種LED照明裝置，包括一外殼、收容于外殼內的LED及一與LED電性連接的驅動電源，所述驅動電源包括一電源輸入端、整流濾波單元、電壓變換單元、輸出單元、開關單元、PFC控制單元和恒壓定電流控制單元。所述恒壓定電流控制單元包括一恒壓單元和一定電流單元，所述恒壓單元和定電流單元分別采集輸出單元的信號并產生反饋信號給PFC控制單元。所述PFC控制單元根據所述反饋信號調整控制信號，控制所述開關單元周期性導通和關斷，以調整開關單元導通和關斷的周期，從而調整電壓變換單元的輸出，實現對輸出的精確調整并提高了功率因數。
文檔編號H05B33/08GK201063903SQ20072006771
公開日2008年5月21日 申請日期2007年3月8日 優先權日2007年3月8日
發明者劉學勇, 葉東明 申請人:寧波安迪光電科技有限公司