CN101420804B

CN101420804B - 高功率led灯驱动电源及其配套灯的组合

Info

Publication number: CN101420804B
Application number: CN2008101222418A
Authority: CN
Inventors: 沈锦祥
Original assignee: Zhejiang Shenghui Lighting Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Shenghui Lighting Co Ltd
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: CN101420804A; WO2010054523A1

Abstract

本发明公开了一种高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，它包括驱动电源和灯组合电路，其特征是驱动电源由滤波整流电路、半桥逆变电路、恒定功率控制电路，电感限流电路组成，滤波整流电路的输入端输入工频220V交流电；电感限流电路由包含一个以上的高频电感共同组成，灯组合电路由包含一路以上的LED组成，每路LED由两串LED灯组成，两串LED灯反向并联构成一路灯组合电路，每串LED灯由一个以上的高功率发光二极管LED串接组成。本发明得到的高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合电路，具有设计合理、电路简单、驱动电源与其配套灯的组合应用特性稳定、具有较好的恒定功率特性、电源输入功率因数大于0.95，效率大于0.97，可靠性高、使用寿命长等优点，可广泛应用在各种大功率LED灯照明的场合。

Description

高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合

技术领域：

本发明涉及一种高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合，特别是一种能适应工频90V-260V交流输入、输出工作电压大于3.8V高频脉冲电压的高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合。

技术背景：

目前现有的高功率LED灯一般均采用AC-DC加恒流驱动灯工作，由于这种技术线路需要一个开关电源将交流电变为直流电然后再经过恒流的方式来驱动LED灯工作，由于线路复杂，采用的元件较多故障率高且使用的可靠性受到影响，再由于技术线路的中间过渡环节的损耗会影响电源的转换效率，从而会造成电源整体效率的下降，通常的开关电源的输入功率因数约为0.6左右，效率约为0.8左右，要进一步的提高输入功率因数和效率势必需要增加更多的成本，其结果是要面临可靠性的问题，进一步对与之配合的灯的组合形式分析，这种灯的组合形式容错性差，通常采用多颗LED灯串联后成为一组，LED灯视功率大小通常由多组灯串组成，然后连接到电源，假设某一颗灯损坏其他同组的灯均会熄灭，这种现象在LED灯实际运行中是不允许的。

发明内容：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中产品的不足，而提供一种能适应工频90V-260V交流输入、高功率因数、高转换效率、具有恒功率特性、保护功能完善、灯组合的容错性好、输出工作电压大于3.8V高频脉冲电压的高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合。

为达到上述目的，本发明设计的一种高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，它包括驱动电源和灯组合电路，其特征是驱动电源由滤波整流电路、半桥逆变电路、恒定功率控制电路，电感限流电路组成，滤波整流电路的输入端输入工频220V交流电；电感限流电路由包含一个以上的高频电感共同组成，灯组合电路由包含一路以上的LED组成，每路LED由两串个数相同的LED灯组成，两串个数相同的LED灯反向并联构成一路灯组合电路，每串LED灯由一个以上的高功率发光二极管LED串接组成；高频电感的个数与LED灯的路数相同，高频电感的一端共同相连后接于高频变压器T的次级N2的一端、高频电感的另一端分别与LED的各灯组的a端相连；各路灯组的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的另一端。

所述滤波整流电路由熔丝FU、电容C0、C0a、C1、C2、CY1、CY2、差模电感L、共模电感EMI、压敏电阻VR、整流桥堆BR共同组成一种常规的滤波整流电路，其中电容C0、C0a两端分别接输入交流电源L端、N端、电容C1、通过差模电感L、熔丝FU分别与输入交流电源相连、输入交流电源通过共模电感EMI分别与压敏电阻VR、电容C2、整流桥堆BR的引脚BR1、引脚BR3、电容CY1、CY2一端相接、电容CY1、CY2另一端共同连接到地PE，整流桥堆BR的引脚BR2输出脉动的正直流电(V+)、引脚BR4输出负直流电GND。

所述半桥逆变电路由集成电路U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R13、R14、电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、CY3、CY4、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压二极管DW、单向可控硅SCR、场效应管Q1、Q2、高频变压器T共同组成，其中电阻R1、R2、的一端接正直流电(V+)、电阻R1的另一端通过电容C3与稳压二极管DW的负极相接，电阻R2的另一端通过二极管D1与电容C4正极、C5、集成电路U1引脚U1-1相连、稳压二极管DW的正极与电容C4负极、C5、集成电路U1引脚U1-2相连后接至GND组成启动电路；R3、C6并联后一端与U1的引脚U1-3连接、另一端接GND组成定时关断电路；单向可控硅SCR、二极管D5、D6、电阻R7、R8、R9、电容C7、C10、C11组成保护电路，其中单向可控硅SCR的阳极与集成电路U1引脚U1-1相连、单向可控硅SCR的阴极接GND，单向可控硅SCR的控制极通过二极管D5连接电阻R8，电阻R8另一端分别与集成电路U1引脚U1-4和电阻R7连接，电阻R7另一端与场效应管Q2的S极相连；单向可控硅SCR的控制极通过二极管D6分别与电阻R9和电容C11连接，电容C11另一端与集成电路U1引脚U1-6相连，单向可控硅SCR的控制极通过C10连接GND端；电阻R4、R5、R6、R13、R14、场效应管Q1、Q2、电容C12、C13、高频变压器T组成开关逆变输出电路，其中集成电路U1引脚U1-7、引脚U1-5分别通过电阻R4、R5与场效应管Q1、Q2的G极相连、集成电路U1引脚U1-6与场效应管Q1的S、Q2的D极、高频变压器T初级N1端相连、高频变压器T初级N1端通过电容C12、C13、电阻R13、R14分别与正直流电(V+)、GND连接，场效应管Q1的D极接正直流电(V+)、场效应管Q2的S极通过电阻R6接GND、电阻R7连接到U1的引脚U1-4；电容C9、二极管D3、D4组成电荷泵电路，其中高频变压器T初级N1端通过电容C9分别与二极管D3负极、D4正极相连、二极管D3正极接GND、D4负极接集成电路U1引脚U1-1；二极管D2、电容C8为自举升压元件、其中二极管D2正极接集成电路U1引脚U1-1、二极管D2负极接集成电路U1引脚U1-8。

所述恒定功率控制电路由光电耦合器U2、精密三端稳压器U3、电阻R10、R11、R12、电容C14、C15、二极管D7共同组成，其中二极管D7的正极接高频变压器T的次级N2的N2-2端，二极管D7负极经电容C15滤波，并作为输出功率的采样信号通过电阻R10接光电耦合器U2引脚U2-1，二极管D7负极通过电阻R11与精密三端稳压器U3引脚R、电容C14、电阻R12一端连接，电容C14另一端与精密三端稳压器U3引脚K及光电耦合器U2引脚U2-2连接，电阻R12另一端与精密三端稳压器U3引脚A连接，电容C15的负极与高频变压器T的次级N2的N2-1端连接，光电耦合器U2的引脚U2-3与集成电路U1引脚U1-4连接、光电耦合器U2的引脚U2-4接GND。所述电感限流电路，由高频电感L1至L12组成，高频电感按需要可采用一个至多于十二个的高频电感共同组成，其中高频电感L1至L12的L-1端共同相连后接于高频变压器T的次级N2的一端、高频电感L1至L12的L-2端分别与LED的各灯组的a端相连。

所述灯组合电路由高功率发光二极管LED1至LED6共同组成一路，按需要也可采用一至N个LED；其中发光二极管LED1负极接LED2正极、LED2负极接LED3正极，LEDn依此类推构成一灯串，发光二极管LED4、LED5、LED6按同样的方法至LEDn依此类推连接后也构成一灯串，再将两灯串反向并联构成一路灯组合电路，LED灯串颗数奇、偶数不限、但两灯串颗数必须相同，灯组分别与高频电感L1至L12的L-2端相连、灯组的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的N2-2端。

本发明设计的高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合电路，具有设计合理、结构简单、驱动电源与其配套灯的组合应用特性稳定、具有较好的恒定功率特性、电源输入功率因数大于0.95，效率大于0.97，可靠性高、使用寿命长等优点，可广泛应用在各种大功率LED灯照明的场合。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的原理方框图；

图2是本发明的电路原理图。

其中：图2中虚线框1为常规的滤波整流电路、虚线框2为半桥逆变电路、虚线框3为恒定功率控制电路、虚线框4为电感限流电路、虚线框5为灯组合电路。

具体实施方式：

实施例：

如图1所示，本实施例提供的高功率LED灯驱动电源及其配套灯的组合，它包括驱动电源和灯组合电路，其中驱动电源由滤波整流电路1、半桥逆变电路2、恒定功率控制电路3，电感限流电路4组成，输入端6输入工频220V交流电。

如图2中1所示，所述滤波整流电路1由熔丝FU、电容C0、C0a、C1、C2、CY1、CY2、差模电感L、共模电感EMI、压敏电阻VR、整流桥堆BR共同组成一种常规的滤波整流电路，其中电容C0、C0a两端分别接输入交流电源L端、N端、电容C1、通过差模电感L、熔丝FU分别与输入交流电源相连、输入交流电源通过共模电感EMI分别与压敏电阻VR、电容C2、整流桥堆BR的引脚BR1、引脚BR3、电容CY1、CY2一端相接、电容CY1、CY2另一端共同连接到地PE，整流桥堆BR的引脚BR2输出脉动的正直流电(V+)、引脚BR4输出负直流电GND，其中，输入工频220伏交流电电源分别由端口L、N接入；电容C0、C0a、C1、CY1、CY2电感L组成π型差模滤波器，电感EMI、C2、组成共模滤波器、其中电容CY1、CY2的串联后中间接点接地PE，设置滤波电路的目的是保证驱动电源能获得良好的电磁兼容特性；整流桥堆BR的引脚BR2输出脉动的正直流电(V+)、引脚BR4输出负直流电GND。

如图2中2所示，半桥逆变电路2，含有集成电路U1、场效应管Q1、Q2、高频变压器T、二极管、及其它电阻，电容组成的原理图。

所述半桥逆变电路2由集成电路U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R13、R14、电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、CY3、CY4、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压二极管DW、单向可控硅SCR、场效应管Q1、Q2、高频变压器T共同组成，其中电阻R1、R2、的一端接正直流电(V+)、电阻R1的另一端通过电容C3与稳压二极管DW的负极、电阻R2的另一端通过二极管D1与电容C4正极、C5、集成电路U1引脚U1-1相连、稳压二极管DW的正极，电容C4负极、C5、集成电路U1引脚U1-2相连后接至GND组成启动电路；R3、C6并联后一端与U1的引脚U1-3连接、另一端接GND组成定时关断电路；单向可控硅SCR、二极管D5、D6、电阻R7、R8、R9、电容C7、C10、C11组成保护电路，其中单向可控硅SCR的阳极与集成电路U1引脚U1-1相连、单向可控硅SCR的阴极接GND、单向可控硅SCR的控制极通过二极管D5连接电阻R8，电阻R8另一端分别与集成电路U1引脚U1-4和电阻R7连接，电阻R7另一端与场效应管Q2的S极相连；单向可控硅SCR的控制极通过二极管D6分别与电阻R9和电容C11连接，电容C11另一端与集成电路U1引脚U1-6相连，单向可控硅SCR的控制极通过C10连接GND端；电阻R4、R5、R6、R13、R14、场效应管Q1、Q2、电容C12、C13、高频变压器T组成开关逆变输出电路，其中集成电路U1引脚U1-7、引脚U1-5分别通过电阻R4、R5与场效应管Q1、Q2的G极相连、集成电路U1引脚U1-6与场效应管Q1的S、Q2的D极、高频变压器T初级N1端相连、高频变压器T初级N1端通过电容C12、C13、电阻R13、R14分别与正直流电(V+)、GND连接，场效应管Q1的D极接正直流电(V+)、场效应管Q2的S极通过电阻R6接GND、电阻R7连接到U1的引脚U1-4；电容C9、二极管D3、D4组成电荷泵电路，其中高频变压器T初级N1端通过电容C9分别与二极管D3负极、D4正极相连、二极管D3正极接GND、D4负极接集成电路U1引脚U1-1；二极管D2、电容C8为自举升压元件、其中二极管D2正极接集成电路U1引脚U1-1、二极管D2负极接集成电路U1引脚U1-8。

图中电阻R1、R2、电容C3、C4、C5、二极管D1、稳压管DW组成启动电路，当集成电路U1的引脚U1-1的电压达到启动阀值电压11.8V时集成电路U1开始工作；R3、C6并联后一端与U1的引脚U1-3连接、另一端接GND组成定时关断电路；单向可控硅SCR、二极管D5、D6、电阻R7、R8、R9、电容C7、C11组成保护电路，当U1的引脚U1-4的电压超过0.5V时、单向可控硅SCR导通U1被关闭；电阻R4、R5、R6、R13、R14、场效应管Q1、Q2、电容C12、C13、高频变压器T组成开关逆变输出电路，开关信号由U1的引脚U1-5、引脚U1-7提供给Q2、Q1、使Q2、Q1轮流导通、通过高频变压器T的初级N1实现对电容C12、C13充放电、在次级N2感应出幅度约为12V的30KH高频脉冲电压，R6为限流捡则电阻、并通过R7将电流信号转换为电压信号提供给U1的引脚U1-4、当U1的引脚U1-4的电压超过0.5V时、单向可控硅SCR导通U1被关闭；电容C9、二极管D3、D4组成电荷泵电路输出给集成电路U1引脚U1-1、为其提供工作时的维持电压、以进一步降低U1的损耗、二极管D2、电容C8为自举升压元件、其作用是向集成电路U1的高端驱动提供电源以保证U1引脚U1-7能可靠工作。

如图2中3所示、恒定功率控制电路3，含有光电耦合器U2、精密三端稳压器U3、及其它二极管、电阻，电容组成的原理图。

所述恒定功率控制电路3由光电耦合器U2、精密三端稳压器U3、电阻R10、R11、R12、电容C14、C15、二极管D7共同组成，其中二极管D7的正极接高频变压器T的次级N2的N2-2端，二极管D7负极经电容C15滤波，并作为输出功率的采样信号通过电阻R10接光电耦合器U2引脚U2-1，二极管D7负极通过电阻R11与精密三端稳压器U3引脚R、电容C14、电阻R12一端连接，电容C14另一端与精密三端稳压器U3引脚K及光电耦合器U2引脚U2-2连接，电阻R12另一端与精密三端稳压器U3引脚A连接，电容C15的负极与高频变压器T的次级N2的N2-1端连接，光电耦合器U2的引脚U2-3与集成电路U1引脚U1-4连接、光电耦合器U2的引脚U2-4接GND。

图中，二极管D7的正极连接于高频变压器T的次级N2的N2-1端、其N2-2端为摸拟地、经二极管D7整流检波后其负极输出一随输出电压变化的峰值电压信号经电容C15滤波作为输出功率的采样信号分别通过电阻R10、R11提供给光电耦合器U2和精密三端稳压器U3分压来控制集成电路U1引脚U1-4的电压即相当于改变了逆变的开关频率、并利用了高频变压器T的漏感使灯负载功率在一定范围内基本趋于稳定。

实施例四：

如图2中4所示、电感限流电路4，含有高频电感L1-L12组成，高频电感L1-L12，按需要可采用一个至多于十二个的高频电感共同组成，其中高频电感L1-L12的L-1端共同相连后接于高频变压器T的次级N2的一端、高频电感L1-L12的L-2端分别与LED的各灯组的a端相连。高频电感的感量对灯电流的影响较大，在具体实施中其电感量可由下式计算：

Z = \frac{UO - UL}{IL}

L = \frac{Z}{2 Πf}

式中Z：输出回路阻抗(Ω)、UO：输出电压(V)、UL：灯电压(V)

L：电感量(mh)、f：工作频率(khz)

实施例五：

如图2中5所示，灯组合电路5，含有高功率发光二极管LED1-LED3和LED4-LED6共同组成一路灯组合电路，在此，也可按需要采用一至n个LED。其中发光二极管LED1负极接LED2正极、LED2负极接LED3正极，LEDn依此类推构成一灯串，发光二极管LED4、LED5、LED6按同样的方法至LEDn依此类推连接后也构成一灯串，再将两灯串反向并联构成一路灯组合电路，LED灯串颗数奇、偶数不限、但两灯串颗数必须相同，灯组1的a端至灯组12的a端分别与高频电感L1-L12的L-2端相连、灯组1的a-a端至灯组12的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的N2-2端。所述灯组也可按需要可组成一路至多于十二路的灯组。

图中，发光二极管LED1负极接LED2正极、LED2负极接LED3正极构成一灯串(按需要可采用一至n个LED)，发光二极管LED4、LED5、LED6按同样的方法连接后也构成一灯串(按需要可采用一至n个LED)再将两灯串反向并联构成一路灯组合电路、灯组1的a端至灯组12的a端分别与高频电感L1-L12的L-2端相连、灯组1的a-a端至灯组12的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的N2-2端。

按此电路的组合在本发明例中输出电压为12V、发光二极管LED灯组为3灯一串共2串配置、配接十二路的灯组合、根据应用需要亦可采用一至多于三灯串(奇、偶数不限、但两灯串颗数必须相同)配接一至多于十二路的灯组。本发明例的灯组合输出功率范围为2W-75W，基本满足驱动小于75WLED灯的需要，本发明的最大设计输出功率为150W，基本满足驱动大功率LED路灯、隧道灯、投光灯的需要。由于组合的灯串LED数量少、即使在使用中个别LED出现不良和损坏也不会影响整灯的照明效果、所以本发明例配套灯的组合电路具有较好的容错性。

Claims

1.一种高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，它包括驱动电源和灯组合电路(5)，其特征是驱动电源由滤波整流电路(1)、半桥逆变电路(2)、恒定功率控制电路(3)，电感限流电路(4)组成，滤波整流电路(1)的输入端(6)输入工频220V交流电；电感限流电路(4)由包含一个以上的高频电感共同组成，灯组合电路(5)由包含一路以上的LED组成，每路LED由两串个数相同的LED灯组成，两串个数相同的LED灯反向并联构成一路灯组合电路，每串LED灯由一个以上的高功率发光二极管LED串接组成；高频电感的个数与LED灯的路数相同，高频电感的一端共同相连后接于高频变压器T的次级N2的一端、高频电感的另一端分别与LED的各灯组的a端相连；各路灯组的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的另一端。

2.根据权利要求1所述的高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，其特征是所述滤波整流电路(1)由熔丝FU、电容C0、C0a、C1、C2、CY1、CY2、差模电感L、共模电感EMI、压敏电阻VR、整流桥堆BR共同组成一种常规的滤波整流电路，其中电容C0、C0a两端分别接输入交流电源L端、N端、电容C1、通过差模电感L、熔丝FU分别与输入交流电源相连、输入交流电源通过共模电感EMI分别与压敏电阻VR、电容C2、整流桥堆BR的引脚BR1、引脚BR3、电容CY1、CY2一端相接，电容CY1、CY2另一端共同连接到地PE，整流桥堆BR的引脚BR2输出脉动的正直流电(V+)、引脚BR4输出负直流电GND。

3.根据权利要求1所述的高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，其特征是所述恒定功率控制电路由光电耦合器U2、精密三端稳压器U3、电阻R10、R11、R12、电容C14、C15、二极管D7共同组成，其中二极管D7的正极接高频变压器T的次级N2的N2-2端，二极管D7负极经电容C15滤波，并作为输出功率的采样信号通过电阻R10接光电耦合器U2引脚U2-1，二极管D7负极通过电阻R11与精密三端稳压器U3引脚R、电容C14、电阻R12一端连接，电容C14另一端与精密三端稳压器U3引脚K及光电耦合器U2引脚U2-2连接，电阻R12另一端与精密三端稳压器U3引脚A连接，电容C15的负极与高频变压器T的次级N2的N2-1端连接，光电耦合器U2的引脚U2-3与集成电路U1引脚U1-4连接、光电耦合器U2的引脚U2-4接GND。

4.根据权利要求1所述的高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，其特征是所述电感限流电路(4)，由高频电感L1至L12组成，其中高频电感L1至L12的L-1端共同相连后接于高频变压器T的次级N2的一端、高频电感L1至L12的L-2端分别与LED的各灯组的a端相连。

5.根据权利要求1所述的高功率LED路灯驱动电源及其配套灯的组合，其特征是所述灯组合电路(5)由高功率发光二极管LED1至LED6共同组成一路；其中发光二极管LED1负极接LED2正极、LED2负极接LED3正极，发光二极管LED4、LED5、LED6按同样的方法依此类推连接后也构成一灯串，再将两灯串反向并联构成一路灯组合电路，灯组分别与高频电感L1至L12的L-2端相连、灯组的a-a端共同相连后接至高频变压器T的次级N2的N2-2端。