用于高pf交流直驅led電路的抗光頻閃電路的制作方法
【專利摘要】針對現有LED交流直接驅動LED電路的光頻閃與功率因數不能兼顧的技術難題，本發明提供一種用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路，由整流橋B、常亮發光二極管LED燈組子電路和三個以上的受控發光二極管LED燈組子電路組成；特別重要的是還設有高壓儲能電容Ch、低壓儲能電容Cl和防反二極管D，該抗光頻閃電路中對常亮LED燈組加高壓儲能電容、對受控LED燈組加低壓儲能電容和防反二極管隔離的方法，明顯減小LED發光的頻閃深度甚至完全克服光頻閃，而且對電路的功率因數沒有負面影響。本發明不僅可以徹底解決已有的高PF交流直驅LED電路存在的光頻閃技術難題，同時還具有光效高、功率因數高、諧波失真小等特點。
【專利說明】用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子【技術領域】，具體涉及是一種用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路。
【背景技術】
[0002]一種高功率因數(PF)的交流直驅LED電路是一種新型LED驅動技術，其原理是根據交流輸入電壓的瞬態值大小自動選擇接入的同向串聯的LED負載個數，實現交流對LED的直接驅動。它具有效率高、PF高、諧波失真(THD)小、可靠性高、結構簡單、成本低、壽命長和電磁干擾小等特點受到廣泛重視。但已有的高PF交流直驅LED電路存在嚴重的光頻閃問題，其照明光的頻閃深度甚至高達100%，不僅視覺疲勞問題嚴重而且會使攝像和電子抓拍等拍照應用無法正常進行。如何解決高PF交流直驅LED的光頻閃問題是目前LED照明領域的緊要課題。該技術的難度高，它要求LED驅動電路不僅抗光頻閃特性優良同時還需要具有功率因數聞、諧波失真小、效率聞、可罪性聞、成本低和電磁干擾小等特點。
[0003]形成光頻閃的原因是交流整流輸出電壓是一種交流脈動電壓，其瞬態電壓的最小值為零，最大值為輸入交流電壓有效值的及倍，其頻率是輸入交流電壓頻率的兩倍，例如100Hz。應用交流全波整流輸出電壓直接驅動LED發光，其瞬態光的強度也是脈動變化的，其光的最小值是零，最大值為平均光強的?^倍，光強的脈動頻 率是輸入交流電壓頻率的兩倍，例如100Hz。此時光頻閃的問題最為嚴重，光頻閃的深度高達100%。
[0004]如果在電路整流橋的輸出端之間加一個高壓儲能電容就可以增加整流輸出的電壓的直流成分而起到抗光頻閃的作用，但是它有一個重要的技術問題是這會造成電路的功率因數(PF)的嚴重下降。高壓儲能電容的電容值越大，則儲能效果越好，抗光頻閃效果越好，但是功率因數(PF)的下降越嚴重。例如在交流直接驅動LED電路的整流橋輸出端之間不加高壓儲能電容時，其功率因數一般可高達0.95以上，但是此時由該電路驅動的LED所發光的頻閃深度高達100%，如果在交流直接驅動LED電路的整流橋輸出端之間加一個較大的高壓儲能電容，則整流橋的輸出電壓就會變成直流電壓，此時由該電路驅動的LED所發光的是近于無光頻閃的，其頻閃深度低達0%，但是此時電路的功率因數(PF)由原來的0.95下降至0.3以下，將對電網造成十分嚴重影響。
【發明內容】
[0005]本發明的內容主要包括:在已有的高PF交流直驅LED電路中，將高壓儲能電容Ch與同向串聯的常亮發光二極管LED負載直接并聯，作為常亮發光二極管LED負載的儲能電容，以改善或完全克服常亮發光二極管LED的發光的光頻閃。將低壓儲能電容C1與同向串聯的受控發光二極管LED負載直接并聯，作為受控發光二極管LED的儲能電容，以改善或完全克服受控發光二極管LED的發光的光頻閃。將防反二極管D接在同向串聯的受控發光二極管LED與交流直驅LED集成電路的開關控制端之間，以防止交流直驅LED集成電路在開關控制時會造成低壓儲能電容短路的問題。本發明的具體結構如下:
用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路，由整流橋B、常亮發光二極管LED燈組子電路和三個以上的受控發光二極管LED燈組子電路組成；常亮發光二極管LED燈組子電路為一組同向串聯的發光二極管LED，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流入端作為常亮發光二極管LED燈組子電路的首端，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流出端作為該常亮發光二極管LED燈組子電路的尾端；每個受控發光二極管LED燈組子電路均包括一個交流直驅LED集成電路U、一個電流采樣電阻Rs和一組同向串聯的發光二極管LED ;所述交流直驅LED集成電路U含有三個端口，依次為開關控制端口 Ul、電流采樣端口 U2和零電位參考端口 U3 ;在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，受控發光二極管LED燈組子電路的電流流入端為該受控發光二極管LED燈組子電路的首端，該受控發光二極管LED燈組子電路中同向串聯的發光二極管LED的尾端與電流采樣端口 U2、電流采樣電阻Rs的一端相連接，電流采樣電阻Rs的另一端與零電位參考端口 U3相連接，為該受控發光二極管LED燈組子電路的電流流出端，即作為該受控發光二極管LED燈組子電路的尾端；所述整流橋B含有兩個交流輸入端子、一個高壓輸出端HV和一個負端GND ;整流橋B的兩個交流輸入端子分別與市電的零線N和火線L相連，在整流橋B的高壓輸出端HV與整流橋B的負端GND之間，將上述的常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路依次串聯在一起；此外:在常亮發光二極管LED燈組子電路中設有高壓儲能電容C；、在每個受控發光二極管LED燈組子電路中設有低壓儲能電容C1和防反二極管D ；
在常亮發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端并聯一個高壓儲能電容Ch ;該高壓儲能電容Ch用以對常亮發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服常亮發光二極管LED燈組子電路內LED負載的光頻閃的問題；
在每個受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端均并聯有一個低壓儲能電容C1 ;該低壓儲能電容C1用以對受控發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服受控發光二極管LED燈組子電路內LED的光頻閃的問題；
在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，防反二極管D的正極與開關控制端口 Ul以及前一級電路的電流流出端(即前一級電路的尾端)相連接；防反二極管D的負極與低壓儲能電容C1和受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首端的連接點相連接，所述防反二極管D用以防止交流直驅LED集成電路U在開關控制時所造成的低壓儲能電容C1短路的問題。
[0006]本發明的積極效果是:
本發明不僅可以徹底解決已有的高PF交流直驅LED電路存在的光頻閃技術難題，同時還具有光效聞、功率因數聞、諧波失真小、可罪性聞、成本低、電磁干擾小等特點，具有良好的經濟和社會效益。
[0007]本發明將高壓儲能電容接在同向串聯的常亮LED負載兩端，作為常亮LED負載的儲能電容，以改善甚至完全克服常亮LED負載的光頻閃。
[0008]本發明將低壓儲能電容接在同向串聯的受控LED兩端，作為受控LED的儲能電容，以改善甚至完全克服受控LED的光頻閃。
[0009]本發明將防反二極管接在同向串聯的受控LED與交流直驅LED集成電路的開關控制端之間，以防止交流直驅LED集成電路在開關控制時造成的低壓儲能電容短路問題。
[0010]實驗證明，采用本發明所提出的方法一對常亮LED燈組加高壓儲能電容、對受控LED燈組加低壓儲能電容和防反二極管隔離的方法，可以明顯減小LED發光的頻閃深度甚至完全克服光頻閃，而且對電路的功率因數沒有負面影響。其技術原理是高壓儲能電容將會使加在常亮LED燈組的交流驅動電壓變成了含有一定直流成分的交直流電壓甚至完全變成直流電壓，低壓儲能電容將會使加在受控LED燈組的交流驅動電壓變成了含有一定直流成分的交直流電壓甚至完全變成直流電壓，因而改善甚至完全克服LED發光的光頻閃問題，這種對LED分段驅動和分段加儲能電容的方法對電路的功率因數沒有負面影響，而隔離二極管是需要的，否則交流直驅LED集成電路對LED開關控制時會造成低壓儲能電容短路而使電容儲能失效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖，對本發明作進一步說明。
[0013]參見圖1，用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路，由整流橋B、常亮發光二極管LED燈組子電路和三個以上的受控發光二極管LED燈組子電路組成；常亮發光二極管LED燈組子電路為一組同向串聯的發光二極管LED，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流入端作為常亮發光二極管LED燈組子電路的首端，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流出端作為該常亮發光二極管LED燈組子電路的尾端；每個受控發光二極管LED燈組子電路均包括一個交流直驅LED集成電路U、一個電流采樣電阻Rs和一組同向串聯的發光二極管LED ;所述交流直驅LED集成電路U含有三個端口，依次為開關控制端口 Ul、電流采樣端口 U2和零電位參考端口 U3 ;在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，受控發光二極管LED燈組子電路的電流流入端為該受控發光二極管LED燈組子電路的首端，該受控發光二極管LED燈組子電路中同向串聯的發光二極管LED的尾端與電流采樣端口 U2、電流采樣電阻Rs的一端相連接，電流采樣電阻Rs的另一端與零電位參考端口 U3相連接，為該受控發光二極管LED燈組子電路的電流流出端，即作為該受控發光二極管LED燈組子電路的尾端；所述整流橋B含有兩個交流輸入端子、一個高壓輸出端HV和一個負端GND ;整流橋B的兩個交流輸入端子分別與市電的零線N和火線L相連，在整流橋B的高壓輸出端HV與整流橋B的負端GND之間，將上述的常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路依次串聯在一起；此外:在常亮發光二極管LED燈組子電路中設有高壓儲能電容Ch、在每個受控發光二極管LED燈組子電路中設有低壓儲能電容C1和防反二極管D ；
在常亮發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端并聯一個高壓儲能電容Ch ;該高壓儲能電容Ch用以對常亮發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服常亮發光二極管LED燈組子電路內LED負載的光頻閃的問題；
在每個受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端均并聯有一個低壓儲能電容C1 ;該低壓儲能電容C1用以對受控發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服受控發光二極管LED燈組子電路內LED的光頻閃的問題； 在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，防反二極管D的正極與開關控制端口 Ul以及前一級電路的電流流出端(即前一級電路的尾端)相連接；防反二極管D的負極與低壓儲能電容C1和受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首端的連接點相連接，所述防反二極管D用以防止交流直驅LED集成電路U在開關控制時所造成的低壓儲能電容C1短路的問題。
[0014]采用本發明的結構后，常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路的效率大于90%、功率因數PF大于0.95、諧波失真THD小于20%、抗光頻閃特性優良其頻閃深度小于10%。
[0015]對于交流220伏市電，常亮發光二極管LED燈組子電路以及受控發光二極管LED燈組子電路內的發光二極管LED的總個數一般為100至130粒之間；典型方案是:常亮發光二極管LED燈組子電路內的發光二極管LED為60粒，每個受控發光二極管LED燈組子電路內的發光二極管LED均為10粒，采用6級低壓LED控制子電路。若采用110伏的交流市電，則上述的LED數量均減半，即對于交流110伏市電的典型方案是:常亮發光二極管LED燈組子電路內的發光二極管LED為30粒，每個受控發光二極管LED燈組子電路內的發光二極管LED均為5粒。上述的發光二極管LED是單顆芯片封裝，其工作電壓約為3.0?3.5V,對于多芯片封裝的LED，則LED數量相應減小。
[0016]圖1中，整流橋B的型號為DB157S ;交流直驅LED集成電路U的型號均為TFll ;上述發光二級管LED的額定電流均為150mA，其工作電壓約為3.0?3.5V ;防反二極管D的型號為FR107 ;低壓儲能電容C1的額定電壓50V、電容值為200微法；高壓儲能電容Ch的額定電壓250V、電容值為47微法；采樣電阻Rs的電阻值為I?100歐姆。六個受控發光二極管LED燈組子電路中電流采樣電阻Rs的采樣電阻值依次為:20歐姆、18歐姆、15歐姆、13歐姆、12歐姆、11歐姆。
[0017]對上述電路結構，發明人采用如下的測試設備和方法進行檢測和驗證:
采用的檢測設備:包括日本橫河公司(Y0K0GAWA)的型號為WT210功率計，美國泰克公司的型號為TDS1012B示波器和國產3DU硅光電傳感器。
[0018]檢測的方法為:首先，用WT210功率計測量本產品的輸入功率、輸出功率、功率因數和諧波失真(THD)，隨后，用3DU硅光電傳感器將LED的光信號轉換成電信號，再用TDS1012B示波器對所測光電信號中的交直流成分進行測量，得到LED發出光的光頻閃參數。
[0019]經應用WT210功率計、TDS1012B示波器和3DU硅光電傳感器進行測量，采用本發明結構如圖1的產品的工作參數如下:整流橋B的輸入交流電壓范圍在165V至265V之間、220V時典型功率為18瓦；常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路的效率大于92%、功率因數PF大于0.97、諧波失真THD小于20%、抗光頻閃特性優良，其頻閃深度小于10%。
[0020]相對于傳統結構，本產品的性能顯著提高，具體對比如下:
在圖1中，如果去掉高壓儲能電容ch、低壓儲能電容和防反二極管，即為已有技術的通用電路，其指標為整流橋B的輸入交流電壓范圍在165V至265V之間、功率18瓦；常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路的效率大于92%、功率因數PF大于0.97、諧波失真THD小于20%，與本發明的參數相當；但是傳統結構下的交流直驅LED電路完全沒有抗光頻閃性能，其光頻閃深度高達100%。
[0021]在圖1中，如果去掉高壓儲能電容Ch、低壓儲能電容C1和防反二極管D，同時在整流橋輸出端加一個47微法400伏的高壓儲能電容，即為已有技術的抗頻閃通用電路，其指標為整流橋B的輸入交流電壓范圍在165V至265V之間、220V時典型功率為18瓦；常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路的效率大于92%、諧波失真THD小于20%、其光頻閃特性優良，其頻閃深度小于10%，與本發明的參數相當；但是該結構下的功率因數PF特別低，PF小于0.50。
[0022]綜上所述，現有的交流直驅LED技術，存在光頻閃特性與功率因數不能兼顧的技術難題。本發明將高壓儲能電容接在同向串聯的常亮LED負載兩端，作為常亮LED負載的儲能電容，改善甚至完全克服常亮LED負載的光頻閃。將低壓儲能電容接在同向串聯的受控LED兩端，作為受控LED的儲能電容，以改善甚至完全克服受控LED的光頻閃。將防反二極管接在同向串聯的受控LED與交流直驅LED集成電路的開關控制端之間，以防止交流直驅LED集成電路在開關控制時造成的低壓儲能電容短路問題，解決了上述技術難題。
【權利要求】
1.用于高PF交流直驅LED電路的抗光頻閃電路，由整流橋B、常亮發光二極管LED燈組子電路和三個以上的受控發光二極管LED燈組子電路組成；常亮發光二極管LED燈組子電路為一組同向串聯的發光二極管LED，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流入端作為常亮發光二極管LED燈組子電路的首端，常亮發光二極管LED燈組子電路的電流流出端作為該常亮發光二極管LED燈組子電路的尾端；每個受控發光二極管LED燈組子電路均包括一個交流直驅LED集成電路U、一個電流采樣電阻Rs和一組同向串聯的發光二極管LED ;所述交流直驅LED集成電路U含有三個端口，依次為開關控制端口 Ul、電流采樣端口 U2和零電位參考端口 U3 ;在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，受控發光二極管LED燈組子電路的電流流入端為該受控發光二極管LED燈組子電路的首端，該受控發光二極管LED燈組子電路中同向串聯的發光二極管LED的尾端與電流采樣端口 U2、電流采樣電阻Rs的一端相連接，電流采樣電阻Rs的另一端與零電位參考端口 U3相連接，為該受控發光二極管LED燈組子電路的電流流出端，即作為該受控發光二極管LED燈組子電路的尾端；所述整流橋B含有兩個交流輸入端子、一個高壓輸出端HV和一個負端GND ;整流橋B的兩個交流輸入端子分別與市電的零線N和火線L相連，在整流橋B的高壓輸出端HV與整流橋B的負端GND之間，將上述的常亮發光二極管LED燈組子電路和受控發光二極管LED燈組子電路依次串聯在一起；其特征在于:在常亮發光二極管LED燈組子電路中設有高壓儲能電容C；、在每個受控發光二極管LED燈組子電路中設有低壓儲能電容C1和防反二極管D ； 在常亮發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端并聯一個高壓儲能電容Ch ;該高壓儲能電容Ch用以對常亮發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服常亮發光二極管LED燈組子電路內LED負載的光頻閃的問題； 在每個受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首尾兩端均并聯有一個低壓儲能電容C1 ;該低壓儲能電容C1用以對受控發光二極管LED燈組子電路進行儲能，以改善甚至完全克服受控發光二極管LED燈組子電路內LED的光頻閃的問題； 在每個受控發光二極管LED燈組子電路內，防反二極管D的正極與開關控制端口 Ul以及前一級電路的電流流出端相連接；防反二極管D的負極與低壓儲能電容C1和受控發光二極管LED燈組子電路中的同向串聯的發光二極管LED的首端的連接點相連接，所述防反二極管D用以防止交流直驅LED集成電路U在開關控制時所造成的低壓儲能電容C1短路的問題。
【文檔編號】H05B37/02GK103561523SQ201310563708
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】趙天鵬, 李雪白 申請人:合肥云杉光電科技有限公司