一种高效率高功率因数的led交流直接驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，由整流电路、LED负载电路、高压储能电解电容Ch和电流电压采样控制电路组成；其中，整流电路的一端、LED负载电路的一端、高压储能电解电容的正极和电流电压采样控制电路的一端共同连接在一起；高压储能电解电容的负极和电流电压采样控制电路的另一端共同连接在一起，且高压储能电解电容的负极和LED负载电路的尾端之间的连接点与电流电压采样控制电路相连接；整流电路的另一端与电流电压采样控制电路相连接。本实用新型在解决LED交流直接驱动电路的光频闪问题的同时，还具有高功率因数、高效率、谐波失真小、可靠性高、成本低、电磁干扰小等特点。
【专利说明】
一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种高效率高功率因数的LED交流直接 驱动电路。
【背景技术】
[0002] LED作为一种新一代发光器件具有高效节能的突出优点，正在不断取代传统照明 技术而广泛应用。其中LED驱动电路是LED照明的关键技术之一，其中寿命、效率、功率因数 (PF)、谐波失真(HD)、光频闪、成本等是驱动电路的重要参数，目前可靠性是制约LED照明灯 具寿命的技术瓶颈。
[0003] 目前市面上已有的LED驱动电源主要有开关电源与交流直驱电源两种，虽然它们 有技术优点但是其技术缺陷也很明显。例如开关电源的功率因数高、电源转换效率较高、也 可以达到低谐波和无光频闪，但是其需要使用高频变压器、电感、电解电容、高压大功率M0S 晶体管等元器件，开关电路复杂、可靠性差、寿命短，同时开关电源技术的谐波问题比较严 重。交流直驱电源则是根据交流输入电压的瞬态电压幅值大小，自动投切LED负载即LED的 数量，实现交流市电对LED的直接驱动。具有电路简单、效率高、结构简单、可靠性高、寿命长 和电磁干扰小的优点，但是它存在严重的光频闪问题，其原因是交流市电是一种交流脉动 电压，其瞬态电压的最小值为零，最大值为输入交流电压有效值的.箱 :倍，因此应用交流直 接驱动LED发光，其瞬态光的强度也是脉动变化的，LED发出的光强最小值是零，最大值为平 均光强的倍，频闪指数(FI icker Index)高达0.5，在使用时往往会造成视觉疲劳问题， 严重时甚至会使高速摄像和高速电子拍照应用无法正常进行。
[0004] 在LED交流直接驱动技术中，如果在交流全波整流电路的输出端之间加一个高压 储能电容就可以增加整流输出的电压的直流成分而起到抗光频闪的作用，但是它存在一个 重要的技术问题是这会造成电路的功率因数(PF)的严重下降。高压储能电容的电容值越 大，则储能效果越好，抗光频闪效果越好，但是功率因数(PF)的下降越严重。例如在交流直 接驱动LED电路的全波整流电路输出端加一个较大的高压储能电容，则全波整流电路的输 出电压就会带有很高的直流电压成分，此时由该电路驱动的LED发出的光几乎无光频闪，但 是此时电路的功率因数(PF)会严重下降，一般下降至0.5以下，将对电网造成较严重影响。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型就是针对上述技术难题而提出的解决方案，本实用新型在解决LED交 流直接驱动电路的光频闪问题的同时，还具有高功率因数的优点，同时具有高效率、谐波失 真小、可靠性高、成本低、电磁干扰小等特点，具有良好的应用前景。本实用新型的内容主要 为：
[0006] -种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，由整流电路、LED负载电路、高压 储能电解电容Ch和电流电压采样控制电路组成;其中，
[0007] 整流电路的一端(输出高压端）、LED负载电路的一端(首端）、高压储能电解电容Ch 的正极和电流电压采样控制电路的一端(电压输入端)共同连接在一起；
[0008] 高压储能电解电容Ch的负极和电流电压采样控制电路的另一端(尾端)共同连接 在一起，且高压储能电解电容Cp的负极(尾端)和LED负载电路的尾端之间的连接点与电流 电压采样控制电路(电流输入端)相连接；
[0009] 整流电路的另一端(输出地端)与电流电压采样控制电路(接地端)相连接。
[0010] 进一步说，整流电路为1个全波整流桥D1;所述全波整流桥D1包含4个引脚，4个引 脚的功能依次为:V+、AC、AC、V-;第1引脚为输出高压端VH，第4引脚为输出地端GND，第2、3弓| 脚分别为交流市电火线L输入端和零线_俞入端，或N和L输入端。
[0011]进一步说，所述LED负载电路为多个同向串联的LED光源构成;LED负载电路中的首 个LED光源的正极作为LED负载电路的首端，LED负载电路中的末尾LED光源的负极作为LED 负载电路的尾端。
[0012]进一步说，所述的LED负载电路的首端与高压储能电解电容Ch的正极相连，LED负 载电路的尾端与高压储能电解电容Ch的负极相连。
[00?3]进一步说，所述的电流电压采样控制电路由交流直接驱动LED集中控制芯片U1、电 压采样电阻Rh、电流采样电阻Rsa、M0S晶体管Q1、反馈电阻Rf和滤波电容Cp组成，
[0014]所述交流直驱LED集中控制芯片U1含有五个端口，依次为反馈端口 1、芯片地端口 2、电流采样端口 3、输出端口 4和电压采样端口 5;
[0015] 交流直驱LED集中控制芯片U1的反馈端口 1与反馈电阻Rf的一端相连，
[0016] 交流直驱LED集中控制芯片的电流采样端口 3与电流采样电阻Rsa的一端、M0S晶体 管Q1的源极相连，
[0017] M0S晶体管Q1的漏极作为电流电压采样控制电路的电流输入端，与LED负载电路的 尾端相连，
[0018]交流直驱LED集中控制芯片U1的输出端口 4与M0S晶体管Q1的栅极相连，
[0019]交流直驱LED集中控制芯片U1的电压采样端口 5与电压采样电阻Rh的一端、滤波电 容Cp的一端、反馈电阻Rf的另一端相连；
[0020] 交流直驱LED集中控制芯片U1的芯片地端口 2与电流采样电阻Rsa的另一端、滤波 电容Cp的另一端相连，作为电流电压采样控制电路的接地端，与整流桥电路的输出地端GND 相连。电压采样电阻Rh的另一端作为电流电压采样控制电路的电压输入端，与整流电路的 输出高压端VH、LED负载电路的首端、高压储能电解电容Ch的正极相连。
[0021] 更进一步说，所述LED负载电路为多个同向串联的LED光源构成;LED负载电路中的 首个LED光源的正极作为LED负载电路的首端，LED负载电路中的末尾LED光源的负极作为 LED负载电路的尾端；
[0022] 整流电路为1个全波整流桥D1;所述整流桥D1包含4个引脚，4个引脚的功能依次 为:V+、AC、AC、V-;第1引脚为输出高压端VH，第4引脚为输出地端GND，第2、3引脚分别为交流 市电火线L输入端和零线_俞入端，或N和L输入端；
[0023]整流桥D1的第1引脚与电压采样电阻Rh的另一端、高压储能电解电容Ch的正极、 LED负载电路的首端共同连接在一起；
[0024]高压储能电解电容Ch的负极、LED负载电路的尾端共同与M0S晶体管Q1的漏极相 连；
[0025] 交流直驱LED集中控制芯片U1的芯片地端口 2与电流采样电阻Rsa之间的连接点同 整流桥D1的第4引脚相连，且接地。
[0026] 进一步说，构成LED负载电路的LED的结构是单颗LED芯片封装或多颗LED芯片封 装，连接方式是同向串联而成。
[0027] 进一步说，整流桥D1的型号为DB157S;
[0028] 交流直驱LED集中控制芯片U1的型号为K17;
[0029] 输入电压交流220V时，电压采样电阻Rh的阻值为680K Ω，电流采样电阻Rsa的阻值 为24Ω，高压储能电解电容Ch的参数为10uF/350V;输入电压交流110V时，电压采样电阻Rh 的阻值为330ΚΩ，电流采样电阻Rsa的阻值为10Ω，高压储能电解电容Ch的参数为22uF/ 200V〇
[0030] M0S晶体管Q1的型号为1N60,反馈电阻Rf的阻值为30ΚΩ，滤波电容Cp的参数为 0.1uF/25V〇
[0031] 进一步说，全波整流桥D1用四个整流二极管代替，高压储能电解电容Ch用无极性 的高压电容代替，M0S晶体管Q1用双极型高压晶体管代替。
[0032]进一步说，电流电压采样控制电路通过电压采样电阻Rh采样交流输入电压；
[0033]通过采样电流电阻Rsa采样输出电流；
[0034] 在交流市电的瞬态电压幅值高于LED负载电路的开启电压时，对LED负载电路供电 的同时对高压储能电解电容Ch进行充电；
[0035] 采样电流采样电阻Rsa在交流市电的瞬态电压幅值低于LED负载电路的开启电压 时，由高压储能电解电容Ch对LED负载电路供电，有效解决LED的光频闪问题，实现高效率高 功率因数的LED交流直接驱动电路。
[0036]本实用新型的积极效果是
[0037]本实用新型不仅可以解决LED交流直接驱动电路存在的光频闪技术难题，同时还 具有光效高、功率因数高的优点，同时具有可靠性高、成本低、电磁干扰小等特点，具有良好 的经济和社会效益。
【附图说明】
[0038]图1为本实用新型的电路结构图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。
[0040] 如图1所示，一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，由整流桥D1构成的 整流电路、LED1~LEDN同向串联而成的LED负载电路、高压储能电解电容Ch、以及由交流直驱 LED集中控制芯片U1、电压采样电阻Rh、电流采样电阻Rsa、M0S晶体管Q1、反馈电阻Rf和滤波 电容Cp构成的电流电压采样控制电路组成;整流桥D1包括两个交流输入端、一个输出高压 端VH和一个输出地端GND;高压储能电解电容Ch的正极与LED1的正极相连，高压储能电解电 容Ch的负极与LEDN的负极相连;交流直驱LED集中控制芯片U1含有五个端口，依次为反馈端 口 1、芯片地端口 2、电流采样端口 3、输出端口 4和电压采样端口 5，反馈端口 1与反馈电阻Rf 的一端相连，电流采样端口3与电流采样电阻Rsa的一端、M0S晶体管Q1的源极相连，输出端 口 4与MOS晶体管Q1的栅极相连，电压米样端口 5与电压米样电阻Rh的一端、滤波电容Cp的一 端、反馈电阻Rf的另一端相连，M0S晶体管Q1的漏极与LEDN的负极相连，整流桥D1的两个交 流输入端分别与交流市电的零线N和火线L相连，整流桥D1的输出高压端VH与LED 1的正极、 电压采样电阻Rh的另一端、高压储能电解电容Ch的正极相连，整流桥D1的输出地端GND与交 流直驱LED集中控制芯片U1的芯片地端口 2、滤波电容Cp的另一端、电流采样电阻Rsa的另一 端相连。
[0041] 具体实施例1，对于220V交流市电，采用本实用新型的驱动电路中元器件的具体型 号参数如下，LED负载为80个同向串联的LED构成，即N取80，LED是单颗芯片封装，其工作电 压约为3.0~3.5V，额定电流为150mA，对于多芯片封装的LED，则LED数量作相应减小。整流 桥D1的型号为DB157 S;交流直驱LED集中控制芯片U1的型号为K17;高压储能电解电容Ch的 参数为10UF/350V;电压采样电阻Rh的阻值为680ΚΩ，电流采样电阻R sa的阻值为24Ω，M0S 晶体管Q1的型号为1N60，反馈电阻Rf的阻值为30K Ω，滤波电容Cp的参数为0.1UF/25V。由此 得到的驱动电路的工作参数如下：交流输入电压为220V时的典型功率为10瓦;驱动电路的 转换效率约为92%，功率因数（PF)约为0.9，抗光频闪特性优良，其频闪指数（FI i cker Index) .1〇
[0042] 具体实施例2,对于110V交流市电，采用本实用新型的驱动电路中元器件的具体型 号参数如下，LED负载为40个同向串联的LED构成，即N取40，LED是单颗芯片封装，其工作电 压约为3.0~3.5V，额定电流为150mA，对于多芯片封装的LED，则LED数量作相应减小。整流 桥D1的型号为DB 157 S;交流直驱LED集中控制芯片U1的型号为K17;高压储能电解电容Ch的 参数为22UF/200V;电压采样电阻Rh的阻值为330ΚΩ，电流采样电阻R sa的阻值为10Ω，M0S 晶体管Q1的型号为1N60，反馈电阻Rf的阻值为30K Ω，滤波电容Cp的参数为0.1UF/25V。由此 得到的驱动电路的工作参数如下：交流输入电压为110V时的典型功率为10瓦;驱动电路的 转换效率约为90%，功率因数（PF)约为0.9，抗光频闪特性优良，其频闪指数（FI i cker Index) .1〇
[0043] 上述元器件中整流桥D1也可以用四个整流二极管代替，高压储能电解电容Ch也可 以用无极性的高压电容代替，M0S晶体管Q1也可以用双极型高压晶体管代替。
【主权项】
1. 一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在于：由整流电路、LED负载 电路、高压储能电解电容Ch和电流电压采样控制电路组成;其中， 整流电路的输出高压端、LED负载电路的首端、高压储能电解电容Ch的正极和电流电压 采样控制电路的电压输入端共同连接在一起； 高压储能电解电容Ch的负极和LED负载电路的尾端相连，且高压储能电解电容Ch的负 极和LED负载电路的尾端的连接点与电流电压采样控制电路的电流输入端相连接； 整流电路的输出地端与电流电压采样控制电路的接地端相连接。2. 根据权利要求1所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于:整流电路为1个全波整流桥D1;所述全波整流桥D1包含4个引脚，4个引脚的功能依次为： V+、AC、AC、V-;第1引脚为输出高压端VH，第4引脚为输出地端GND，第2、3引脚分别为交流市 电火线L输入端和零线N输入端，或零线N输入端和交流市电火线L输入端。3. 根据权利要求1所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于:所述LED负载电路为多个同向串联的LED光源构成;LED负载电路中的首个LED光源的正 极作为LED负载电路的首端，LED负载电路中的末尾LED光源的负极作为LED负载电路的尾 端。4. 根据权利要求3所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 所述的LED负载电路的首端与高压储能电解电容Ch的正极相连，LED负载电路的尾端与 高压储能电解电容Ch的负极相连。5. 根据权利要求1所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 所述的电流电压采样控制电路由交流直接驱动LED集中控制芯片U1、电压采样电阻Rh、 电流采样电阻Rsa、MOS晶体管Q1、反馈电阻Rf和滤波电容Cp组成， 所述交流直驱LED集中控制芯片U1含有五个端口，依次为反馈端口 1、芯片地端口 2、电 流采样端口 3、输出端口 4和电压采样端口 5; 交流直驱LED集中控制芯片U1的反馈端口 1与反馈电阻Rf的一端相连， 交流直驱LED集中控制芯片的电流采样端口 3与电流采样电阻Rsa的一端、MOS晶体管Q1 的源极相连， MOS晶体管Q1的漏极作为电流电压采样控制电路的电流输入端，与LED负载电路的尾端 相连， 交流直驱LED集中控制芯片U1的输出端口 4与MOS晶体管Q1的栅极相连， 交流直驱LED集中控制芯片U1的电压采样端口 5与电压采样电阻Rh的一端、滤波电容Cp 的一端、反馈电阻Rf的另一端相连； 交流直驱LED集中控制芯片U1的芯片地端口 2与电流采样电阻Rsa的另一端、滤波电容 Cp的另一端相连，作为电流电压采样控制电路的接地端，与整流桥电路的输出地端GND相 连， 电压采样电阻Rh的另一端作为电流电压采样控制电路的电压输入端，与整流电路的输 出高压端VH、LED负载电路的首端、高压储能电解电容Ch的正极相连。6. 根据权利要求5所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 所述LED负载电路为多个同向串联的LED光源构成;LED负载电路中的首个LED光源的正 极作为LED负载电路的首端，LED负载电路中的末尾LED光源的负极作为LED负载电路的尾 端； 于： 整流电路为1个全波整流桥D1;所述整流桥D1包含4个引脚，4个引脚的功能依次为:V+、 AC、AC、V-;第1引脚为输出高压端VH，第4引脚为输出地端GND，第2、3引脚分别为交流市电火 线L输入端和零线N输入端，或N和L输入端； 全波整流桥D1的第1引脚与电压采样电阻Rh的另一端、高压储能电解电容Ch的正极、 LED负载电路的首端共同连接在一起； 高压储能电解电容Ch的负极、LED负载电路的尾端共同与MOS晶体管Q1的漏极相连； 交流直驱LED集中控制芯片U1的芯片地端口 2与电流采样电阻Rsa之间的连接点同整流 桥D1的第4引脚相连，且接地。7. 根据权利要求6所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 构成LED负载电路的LED的结构是单颗LED芯片封装或多颗LED芯片封装，连接方式是同 向串联而成。8. 根据权利要求6所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 整流桥D1的型号为DB157S; 交流直驱LED集中控制芯片U1的型号为K17; MOS晶体管Q1的型号为1N60; 反馈电阻Rf的阻值为30ΚΩ ; 滤波电容Cp的参数为0.1UF/25V; 输入电压交流220V时，电压采样电阻Rh的阻值为680K Ω，电流采样电阻Rsa的阻值为24 Ω，高压储能电解电容Ch的参数为10uF/350V; 输入电压交流110V时，电压采样电阻Rh的阻值为330K Ω，电流采样电阻Rsa的阻值为10 Ω，高压储能电解电容Ch的参数为22uF/200V。9. 根据权利要求6所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 全波整流桥D1用四个整流二极管代替，高压储能电解电容Ch用无极性的高压电容代 替，MOS晶体管Q1用双极型高压晶体管代替。10. 根据权利要求6所述的一种高效率高功率因数的LED交流直接驱动电路，其特征在 于： 电流电压采样控制电路通过电压采样电阻Rh采样交流输入电压； 通过电流采样电阻Rsa采样输出电流； 在交流市电的瞬态电压幅值高于LED负载电路的开启电压时，LED交流直接驱动电路对 LED负载电路供电的同时对高压储能电解电容Ch进行充电； 在交流市电的瞬态电压幅值低于LED负载电路的开启电压时，由高压储能电解电容Ch 对LED负载电路供电，有效解决LED的光频闪问题，实现高效率高功率因数的LED交流直接驱 动电路。
【文档编号】H05B33/08GK205648123SQ201620494609
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】赵天鹏, 李雪白
【申请人】合肥云杉光电科技有限公司