CN204968206U

CN204968206U - 一种消除ac-led芯片频闪的电源转化电路

Info

Publication number: CN204968206U
Application number: CN201520804748.7U
Authority: CN
Inventors: 吕毅军; 纪旭明; 吴挺竹; 高玉琳; 朱丽虹; 陈忠
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2025-10-16

Abstract

一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路，涉及电源。设有保护电路、交流电源滤波器和转化电路；所述保护电路的输入端并联在市电输入端，所述交流电源滤波器的输入端接保护电路的输出端，所述转化电路设有降压电路、正反馈电路和升压电路，降压电路的输入端接交流电源滤波器的输出端，正反馈电路的输入端接降压电路的输出端，升压电路的输入端接正反馈电路的输出端；交流电源滤波器用于滤除市电中的高频噪声干扰和多次谐波，抑制电压尖峰，消除干扰辐射；降压电路用于将经滤波的高压正弦信号转化为低电压正弦信号；正反馈电路用于将低电压正弦波信号转化成矩形波信号；升压电路用于放大矩形波信号。

Description

一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路

技术领域

本实用新型涉及电源，尤其是涉及一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路。

背景技术

LED作为***光源在照明市场上很受欢迎，不仅节能、环保、寿命长，而且可控制性高。常见的LED照明一般使用直流供电，需要驱动电路支持，把市电-交变电流降压、整流转化为直流电。相关的各种智能照明控制也是基于直流的PWM控制。

AC-LED是由多个LED芯片组成，可以直接将芯片接在220V/110V正弦交流电上工作。它是通过桥式结构或者几组极性相反的LED串并联构成。AC-LED的工作模式是：在正弦交流电的正半周期，处于正向偏置的部分LED芯片开始工作，而另一部分芯片处于反向偏置-休息状态；反之亦然。如此，AC-LED随正弦交流电周期变化而交替工作，从而使AC-LED在正弦交流电整个周期都能发光。AC-LED相比DC-LED制造更加方便，仅需要在划片好之后进行引线键连和封装，会比DC-LED制造工作量少。所以，高亮度、高电压、小电流、体积小、易于生产制造等优点使AC-LED照明具有很大的市场价值。

市场上AC-LED照明装置主要有2种：1.DC-LED加降压整流电源模块当做AC-LED。但这不是真正意义的AC-LED。2.是直接把AC-LED芯片安装在照明装置内，直接接入市电，少数照明装置会安装有稳压滤波模块，但是这并不能有效的解决频闪问题。

AC-LED频闪现象比DC-LED更严重，作为照明光源，存在很大的局限性。频闪会给健康带来一系列不利的影响，像头疼、眼疲劳和身心疲倦等，甚至造成神经***问题、影响工作绩效和生活状态。

AC-LED使用中存在着的频闪问题是限制AC-LED应用于照明推广使用的主要原因之一。人眼对光源频闪的感知主要依赖于光源亮度的振幅变化和频率大小。光亮度的变化即是波动深度，通常用振幅的调制百分比和它的亮度值来表示。实验证明，照明光源的频率不同使人眼可察觉频闪振幅调制的阈值百分比也不同。在频率低于15Hz时对振幅调制度要求较高，即使较小振幅调制度就会感知频闪，但当光源振荡频率达到50Hz以上，人眼就不易察觉到频闪。光源亮度愈高，其临界闪烁频率会相应提高。

在交流信号的每个正(负)半周期，AC-LED会达到阈值电压开启和关闭一次，在一个正弦周期内，开启两次，关闭两次。那么在每一秒内，AC-LED会随着交流电变化开启100次，关闭100次。这100次光暗的交替变化会引起光亮度波动，这是造成频闪一个因素。另外，在每一个开启期间，光亮度是不断地随正弦电压幅值变化而变化的，这个光亮度波动就是造成波动深度的主要来源之一。同时，AC-LED在随着电压幅值的变化时期，产生的温度也会随之发生波动变化，进而反过来影响AC-LED的电压幅，导致在原本变化基础上产生一个附加的电性能变化，引起AC-LED光亮度的不规则变化。这种直接接在市电造成的附加的波动深度会大大加深AC-LED的频闪问题。

发明内容

本实用新型的目的在于主要针对真正意义上的AC-LED(桥式LED或反向并联LED串)应用于球泡灯、吸顶灯等照明装置时出现的频闪现象，提供一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路。

本实用新型设有保护电路、交流电源滤波器和转化电路；

所述保护电路的输入端并联在市电输入端，所述交流电源滤波器的输入端接保护电路的输出端，所述转化电路设有降压电路、正反馈电路和升压电路，降压电路的输入端接交流电源滤波器的输出端，正反馈电路的输入端接降压电路的输出端，升压电路的输入端接正反馈电路的输出端；交流电源滤波器用于滤除市电中的高频噪声干扰和多次谐波，抑制电压尖峰，消除干扰辐射；降压电路用于将经滤波的高压正弦信号转化为低电压正弦信号；正反馈电路用于将低电压正弦波信号转化成矩形波信号；升压电路用于放大矩形波信号。

所述保护电路可采用浪涌抑制器，浪涌抑制器可选择压敏电阻或抑制二极管。浪涌抑制器能起到抑制线路上的浪涌、瞬时过电压和泄放线路上的过电流等作用。在此是为了防止市电浪涌导致器件电流过大而烧毁，保护整个电路体系和AC-LED芯片稳定工作，延长使用寿命，相对降低生产成本。

交流电源滤波器可由高频滤波器和共模电感组成。高频滤波器用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰；共模电感是由绕在同一只铁芯两侧、匝数相等的电感绕组构成，用于吸收市电电源中因波形畸变而产生的谐波干扰。交流电源滤波器消除市电中的高频噪声干扰和多次谐波，抑制电压尖峰，消除干扰辐射。可以获得相对纯净的电源，减少对电压幅值的影响，降低AC-LED的波动深度。

转化电路可设有降压电路、正反馈电路和升压电路，主要作用是将220V正弦交流信号降成低电压，然后通过正反馈电路生成所需的低电压矩形波信号，最后通过升压电路转化成220Vpp的矩形波信号。因为AC-LED的额定电流是50mA级别的，所以此电源转化电路能满足负荷起AC-LED。矩形波信号在正/负周期相当于稳压，二极管最合适的工作模式就是稳压/稳流模式，LED串同样如此。在正(负)半周期，恒定幅值的AC-LED发出稳定亮度的光，则没有波动深度；而且，恒定的电压幅值会让AC-LED产生一个相对恒定的温度，就不会有附加的温度波动，从而引起电压幅值的变化造成叠加波动深度。

本实用新型主要针对真正意义上的AC-LED(桥式LED或反向并联LED串)应用于球泡灯、吸顶灯等照明装置时出现的频闪现象提出优化解决方案，使用更加符合AC-LED光电性能的电源模块来消除频闪现象。

所以本实用新型从考虑生产成本出发，不改变电源频率，从电源波形上解决引起频闪问题的波动深度。

要解决频闪问题，就必须从根本原因考虑，考虑AC-LED的开启、关闭引起的光亮度变化；考虑电压变化直接引起的光亮度的变化造成的波动深度因素；考虑自身发热波动引起的附加电压幅值变化，会间接引起一个意外的波动深度等因素。在此本实用新型考虑对AC-LED的供电模式进行改进创新，使用更合适的矩形波供电，以减少以上因素的干扰，来获得一个更好的照明效果，从而推广AC-LED的使用。

采用矩形波供电对比正弦波供电的好处：1.在每个正(反)向导通期间，矩形波电压不变化，不会造成光亮度变化，引起波动深度，大大优于正弦波市电的工作模式。2.导通期间，矩形波电压不变化，那么对AC-LED温度的影响量就小，而正弦波电源的不断波动会附加给AC-LED一个波动的温度，这个波动温度会反作用于AC-LED的电压幅值，从而间接产生对光亮度的影响，引起叠加波动深度，那么频闪现象就会加剧。3.在正(反)向周期，同样有效值的电压，明显矩形波的效率高于交流电，这将会大大提高电流的有效利用，提高功率因数。4.电源转化电路中有使用交流电源滤波器消除市电中的高频噪声干扰和多次谐波，可以先一步削弱波动深度。另外正反馈电路能生成摆幅明显，上升/下降沿陡峭的矩形波，相对理想的矩形波可降低波动深度。5.对比正弦工作模式需要达到阈值电压开启，矩形波工作模式占空比几近于无，效率高，造成波动深度几近于无。

附图说明

图1为现有的采用桥式LED的AC-LED芯片结构。

图2为现有的采用反向并联LED串的AC-LED芯片结构。

图3为波形转换前后的对比(正弦波与矩形波)。

图4为实施例中结构组成及应用的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体的原理阐释。本实用新型主要以通过适当的电路纯净转化市电，获得更加适合AC-LED光电性能的矩形波电源。可以有多种实现形式，并不局限于本说明书描述的具体形式，只要满足本实用新型的主旨即可。

图1和2给出现有的采用桥式LED和反向并联LED串的AC-LED芯片结构。

参见图3和4，本实用新型实施例设有保护电路1、交流电源滤波器2和转化电路；所述保护电路1的输入端并联在市电输入端，所述交流电源滤波器2的输入端接保护电路1的输出端，所述转化电路设有降压电路3、正反馈电路4和升压电路5，降压电路3的输入端接交流电源滤波器2的输出端，正反馈电路4的输入端接降压电路3的输出端，升压电路5的输入端接正反馈电路4的输出端；交流电源滤波器2用于滤除市电中的高频噪声干扰和多次谐波，抑制电压尖峰，消除干扰辐射；降压电路3用于将经滤波的高压正弦信号转化为低电压正弦信号；正反馈电路4用于将低电压正弦波信号转化成矩形波信号；升压电路5用于放大矩形波信号。

转化电路可设有降压电路3、正反馈电路4和升压电路5，主要作用是将220V正弦交流信号降成低电压，然后通过正反馈电路生成所需的低电压矩形波信号，最后通过升压电路转化成220Vpp的矩形波信号。因为AC-LED的额定电流是50mA级别的，所以此电源转化电路能满足负荷起AC-LED。矩形波信号在正/负周期相当于稳压，二极管最合适的工作模式就是稳压/稳流模式，LED串同样如此。在正(负)半周期，恒定幅值的AC-LED发出稳定亮度的光，则没有波动深度；而且，恒定的电压幅值会让AC-LED产生一个相对恒定的温度，就不会有附加的温度波动，从而引起电压幅值的变化造成叠加波动深度。

事实上，市电不是理想的正弦波，而是存在多次谐波、高频噪声干扰、电压尖峰、干扰辐射等。但是可以通过本实用新型发明的电源模块转化成近似理想的矩形波。

图3是应用于解决AC-LED频闪问题的电源模块结构示意图，由保护电路、滤波模块和转化电路组成。本实用新型的电源转化电路可以安装在球泡灯或者吸顶灯的电源仓里面。市电通过保护电路和滤波模块流入电源转化电路2，获得近似理想的矩形波再输送到AC-LED芯片。

以下将结合附图3说明电源转化电路是如何生成近似理想且适合AC-LED光电性能曲线的矩形波的。整个电源转化电路包含保护、滤波、转化3大模块。保护电路主要由压敏电阻21组成，并联在市电输入端。当市电出现浪涌波峰时，过大的电流会流过压敏电阻，以自身短路来保护后端电路。滤波电路主要是交流滤波电路22，能很好吸收输入端市电中的多次谐波、高频噪声和尖峰信号，减少无功热损失，提高其工作稳定性，从根本上降低波动深度，削弱频闪。转化电路主要由降压电路23、正反馈电路24和升压电路25构成。通过降压电路23将过滤好的高压正弦转化成低电压正弦电源，这样的电源很纯净也便于进行变换。然后通过正反馈电路模块24将低电压正弦波转换成近似理想的、边沿陡峭的矩形波。最后通过升压电路25将变换好、接近理想的矩形波进行放大，获得适合AC-LED工作的近似理想的矩形波。

本实用新型主要是针对AC-LED应用在球泡灯、吸顶灯等照明装置上时产生的频闪现象加以修正和解决，便于AC-LED的推广使用。综合考虑，从引起频闪现象的角度出发，本方案提出通过对AC-LED供电模式进行改造，通过创新后的供电模块对市电进行过滤和变换，使用交流电源滤波器将含有的多次谐波和噪声成分去除，同时通过转化电路生成更适合AC-LED电性能的矩形波信号。去除了多次谐波和噪声成分，可以获得更加稳定的电源，并减少波动深度的产生；同时矩形波使得AC-LED在每个正/负半周期都是恒定幅值，发出相对恒定的亮度，从根本上降低了波动深度；并且在每个半周期，相对稳定的电压会有相对稳定的温度，那么就不会对附加电压产生干扰，从而降低波动深度，消除频闪。

本实用新型提出一个从电学性能上消除真正意义上的AC-LED芯片频闪现象的方法。制造出一种体积小，可适用于AC-LED球泡灯、吸顶灯等照明装置的电源驱动模块，从引起AC-LED波动深度和频闪效应的角度出发来解决频闪问题。本实用新型发明电源模块主要包括保护电路、滤波模块和转化电路，可以生成纯净的、稳定的，更加适合AC-LED光电性能的矩形波。使用新的电源模块，AC-LED可获得更好的照明效果和更加稳定的使用环境，减少频闪现象，提高使用寿命，为AC-LED的市场化推广起推动作用。

Claims

1.一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路，其特征在于设有保护电路、交流电源滤波器和转化电路；

2.如权利要求1所述一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路，其特征在于所述保护电路采用浪涌抑制器。

3.如权利要求2所述一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路，其特征在于所述浪涌抑制器采用压敏电阻或抑制二极管。

4.如权利要求1所述一种消除AC-LED芯片频闪的电源转化电路，其特征在于所述交流电源滤波器由高频滤波器和共模电感组成，高频滤波器用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰；共模电感由绕在同一只铁芯两侧、匝数相等的电感绕组构成，用于吸收市电电源中因波形畸变而产生的谐波干扰。