專利名稱：功率因數(shù)補償型led節(jié)能照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈，它既是 LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器；它可稱為功率因數(shù)補償型LED節(jié)能 照明燈，也可稱為LED節(jié)能照明燈型功率因數(shù)補償器。
背景技術(shù)：
全球能源面臨危機。為了有效利用能源，國際電工委員會(I.E.C)針對電 器的電源供應制定了一系列的規(guī)范，IEC-IOOO就是對于電源供應中諧波電流所 作的規(guī)范，而功率因數(shù)補償法是目前運用的最有效的方法之一，電力用戶常用 的無功功率補償設(shè)備是電容器。所謂功率因數(shù)是有用功和總功率之比例，即有 用功占有用功與無用功向量和之比例。用戶用電功率因數(shù)之高低會影響電力供 電成本，而目前家用電器如電風扇、電冰箱、空調(diào)、洗衣機、螢光燈等感性電 器以及帶有開關(guān)電源或整流濾波電路的家電如電視機、電腦、電磁爐、音響、 節(jié)能燈等等的功率因數(shù)都很低，如果用戶能采用設(shè)置電容器的方法提高功率因 數(shù)，可以減少供電成本，節(jié)約能源，降低諧波電流的污染，但是絕大多數(shù)用戶 并無此觀念。目前許多國家和地區(qū)都對用戶用電的功率因數(shù)提出了要求，如我 國臺灣省的電業(yè)法第69條規(guī)定用戶每月用電之平均功率因數(shù)不及80%時，每 低1%，該月電費應增加千分之3;超過80%時，每超過1%,該月電費應減少千 分之l. 5。對用戶用電的功率因數(shù)提出要求是大多數(shù)國家今后的趨勢。LED作為 半導體固體"冷"光源，具有高效節(jié)能、長壽命、低維護費用、無污染、多色彩等 特點，是傳統(tǒng)的白熾燈和充氣光源的理想取代品；本發(fā)明以一種適用于交流電 網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器，幫助用戶自覺養(yǎng)成節(jié)約能源的習慣，以提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，對 國對家都極為有益。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明 燈。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是交流市電用電容降壓限流來 點亮LED節(jié)能照明燈，在電網(wǎng)中本發(fā)明呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔谩?本發(fā)明完美地解決了采用電容降壓限流法點亮LED時，瞬態(tài)電壓擊穿LED的問 題。其解決方案示意圖見圖1、圖2和圖3。圖l是本發(fā)明的直流脈動電流驅(qū)動法方案一示意圖。在圖l中，電容Cl用 于降壓限流，D1D2D3D4用于整流，但因交流電源不可能剛好在過零點時接入， 整流后的電壓若直接供給LED，則所產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓的能量足以立即擊壞LED。 本發(fā)明的創(chuàng)新在于使用C2來和用于降壓限流的CI分壓以降低將要傳送到LED 的瞬態(tài)電壓，同時使用瞬態(tài)電壓抑制二極管DZ1以吸收異常的或極端情況下的 瞬態(tài)電壓，再引入起保護作用的恒流源Io以限制最大電流的方法以隔離剩余的 瞬態(tài)電壓，三管齊下使LED能可靠地工作在恒流狀態(tài)下。CI又起主要的功率因 數(shù)補償作用，C2協(xié)同CI對功率因數(shù)補償和吸收電網(wǎng)的有害脈沖起到了輔助效果， Cia并不消耗功率，本發(fā)明在電網(wǎng)中呈容性；注意若取消C2本發(fā)明仍能正常工 作，DZ1也可以吸收瞬態(tài)電壓，但是整體效果會差一些，使用C2使本發(fā)明更完 美。這里需要提出的是，整流后若使用電解電容進行濾波對功率因數(shù)補償是有 害的，因為電解的存在會使充電電流的相位滯后于電壓，為了更有效地進行功 率因數(shù)補償，本發(fā)明不使用電解濾波，而是使用脈動電流驅(qū)動LED。圖2是本發(fā)明的直流脈動電流驅(qū)動法方案二示意圖，區(qū)別在于圖l中的 恒流源接在LED的正端，恒流管要選用PNP型三極管；圖2中的恒流源接在LED 的負端，恒流管要選用NPN型三極管。對于高反壓的三極管來說，NPN型可選用 的型號更多。圖3是本發(fā)明的交流脈動電流驅(qū)動法示意圖，其實質(zhì)是用交流電的正負半 周分別驅(qū)動兩組LED。 C1C2的功能和圖1相同，DZ1DZ2吸收異常的瞬態(tài)電壓， DZ1DZ2也可以改用一個雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管；D1D2用于半波整流，兩個恒流源Iol和102分別限制最大正負電流以隔離正負瞬態(tài)電壓，因為瞬態(tài)電壓較高，D1D2也起隔離反向電壓作用，故不能省。圖1圖2與圖3的區(qū)別是圖1圖2中的橋式全波整流有兩個PN結(jié)的壓降， 而圖3中的半波整流只有一個PN結(jié)的壓降，但圖1、圖2中驅(qū)動LED的脈動電 流頻率高，峰值電流小，兩者各有特點。脈動電流頻率高能使LED工作狀態(tài)更 好，又綜合圖l、圖2的區(qū)別，所以本發(fā)明更推薦采用圖2的解決方案。LED的最佳驅(qū)動方式是恒流驅(qū)動，串接在交流電源中的Cl就起到了很好的 恒流效果，其容量的計算公式為IF-K(VAC-N VF) . C0C1—-(公式1),其 中IF是流過LED的平均電流，K是由于使用C2而產(chǎn)生的一個系數(shù)，根據(jù)所接入 LED的個數(shù)不同和Cl與C2的比值K約在0. 7-0. 9左右，若沒有C2則K = 1， VAC 是交流電壓有效值，N是所接入LED的個數(shù)，VF是LED的正向電壓壓降，co是 交流電源的角頻率；根據(jù)所使用的LED的平均驅(qū)動電流，從此公式可計算出Cl 的容量。而和LED串接的恒流源用于限制流過LED的峰值電流，隔離瞬態(tài)電壓， Io的取值應比驅(qū)動LED的電流的最大峰值IFP大一些，計算公式為Io(A) = 0. 6 (V) /R1(Q)—-(公式2)。具體參數(shù)的計算示例參見本發(fā)明的實施例。本發(fā)明實施例的電路原理圖見圖4、圖5和圖6。隨著LED技術(shù)的不斷提高，LED照明燈具有很好的發(fā)展前景。幾乎可以肯定 的是，再過幾年，LED照明燈就能成熟到取代老式照明燈，擰入大多數(shù)燈座，而 尋找一種驅(qū)動LED照明燈的最佳方法是當務之急。LED本身就很節(jié)能，本發(fā)明沒 有使用變壓器、開關(guān)管等會消耗功率或發(fā)熱的元器件，所以比起其它驅(qū)動LED 的方法效率更高；而且用于驅(qū)動LED的功率是通過功率因數(shù)補償?shù)脕淼?，可?解為電容和電網(wǎng)中的感性負載互相交換能量，既提升了功率因數(shù)，又把所節(jié)省 的部分能量用于驅(qū)動LED,其實質(zhì)是把無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄β剩@是真正的節(jié) 能照明燈！?。“l(fā)明人使用交流電流表測得某電風扇的工作電流為230mA,然后并 入5個采用本發(fā)明圖2方案的LED節(jié)能照明燈，交流電流表指針抖了一下又回 到原來位置不動，所測得的數(shù)值沒有增加，用功率因數(shù)補償法驅(qū)動LED真是一個節(jié)能的好辦法。更大量的節(jié)能數(shù)據(jù)有待更廣泛的實際檢測驗證，其結(jié)果一定 是非常鼓舞人心的。本發(fā)明若能及早推廣，其經(jīng)濟效益、社會效益不可限量。本發(fā)明的有益效果是提供了一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié) 能照明燈，它既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器。作為LED節(jié)能 照明燈，它耗電省、亮度高、使用壽命長，作為功率因數(shù)補償器，它能提高功 率因數(shù)、減少功率損耗、吸收電網(wǎng)的有害脈沖，具有節(jié)電功能，把無功功率轉(zhuǎn) 變?yōu)橛泄β?。本發(fā)明成本不高，若推廣到每家每戶，將能改善交流電網(wǎng)的諧 波電流，提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約能源，對國對家都極為有益。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案一示意圖；圖2本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案二示意圖；圖3本發(fā)明交流脈動電流驅(qū)動法示意圖；圖4本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案一實施例電路原理圖;圖5本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案二實施例電路原理圖;圖6本發(fā)明交流脈動電流驅(qū)動法實施例電if各原理圖。
具體實施方式
1、見圖4本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案一實施例電路原理圖。當Cl為 0.56uF/630V， VAC-AC220V時，C2耳又0. 82 uF /250V, N取IO, K約O. 9， 入 (公式1 )可算得IF = 30mA,可選平均工作電流為30mA的LED。起保護作用的恒流源Io限定了流過LED的最大峰值電流，這里取為50mA， 代入(公式2)可算得R3 = 12Q，由于恒流管基極有穩(wěn)壓，該電流即使在有瞬 態(tài)電壓時波動也不大。C1:C2約為2:3，整流后所可能加到恒流源上的最高峰值 電壓為220V交流電壓峰值的五分之二約120V, DZ1選用P6KE150A ( 150V/5W、瞬間峰值功率600W/lms )，取恒流管Ql的耐壓為160V,因電流不大選用2N5401 即可，分立元件構(gòu)成的恒流源其瞬態(tài)特性很好。恒流管在正常工作時壓降很小， 而瞬態(tài)電壓的持續(xù)時間4艮短，其功耗并不大。當N增大，K值會有所減小，可適當增大C1或減小C2，當N較大時DZ1和 Ql的反向擊穿電壓也要隨之有所增加；當N較大時也可分組使用兩個或多個本 發(fā)明驅(qū)動，分組相當于使N減小，對功率因數(shù)補償有利。2、 見圖5本發(fā)明直流脈動電流驅(qū)動法方案二實施例電路原理圖。恒流管Q1 選用2N5551，其余和圖4相同。若選用更大功率的LED，必須增大驅(qū)動功率， Ql可選用功率更大的NPN型高反壓三極管，此類三極管品種較多，而且已大量應 用于節(jié)能燈中。3、 見圖6本發(fā)明交流脈動電流驅(qū)動法實施例電路原理圖。由于是半波整流， 電流的平均值是全波整流的一半，故Cl要大一倍取1 uF/630V， C2取 1.5uF/250V, DZ1DZ2選用P6KE150A,實際流過LED的平均電流仍約為30mA,選 平均工作電流為30mA的LED。恒流源Iol和Io2限定了流過LED的最大峰值電 流，這里取為90mA， R3 = R5 = 6.8Q;恒流管選用2N5401和2N5551或功率稍大 些的高反壓互補對管。由于LED可以工作在窄脈沖大電流的狀態(tài)下，只要瞬態(tài) 電壓的能量不會擊壞LED，則LED可以長期安全地工作。
權(quán)利要求
1. 功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，它是一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈，既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器；它可稱為功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，也可稱為LED節(jié)能照明燈型功率因數(shù)補償器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，其特征在于 它采用交流市電用電容降壓限流來點亮LED節(jié)能照明燈，在交流電網(wǎng)中 本實用新型呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔谩?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈,其特征在于 CI起主要的功率因數(shù)補償作用，C2協(xié)同CI對功率因數(shù)補償和吸收電網(wǎng) 的有害脈沖起到了輔助效果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，其特征在于 使用C2來和用于降壓限流的CI分壓以降低將要傳送到LED的瞬態(tài)電壓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈,其特征在于 使用瞬態(tài)電壓抑制二極管DZ1以吸收異常的或極端情況下的瞬態(tài)電壓。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，其特征在于 引入起保護作用的恒流源Io以限制最大電流的方法以隔離剩余的瞬態(tài) 電壓。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，其特征在于 本實用新型可以使用直流脈動電流驅(qū)動法，也可以使用交流脈動電流驅(qū) 動法驅(qū)動LED節(jié)能照明燈。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)補償型LED節(jié)能照明燈，其特征在于 為了更有效地進行功率因數(shù)補償，本實用新型不使用電解濾波，而是使 用脈動電流驅(qū)動LED。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于交流電網(wǎng)功率因數(shù)補償?shù)腖ED節(jié)能照明燈。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是交流市電用電容降壓限流來點亮LED節(jié)能照明燈，在交流電網(wǎng)中本發(fā)明呈容性，起到了功率因數(shù)補償?shù)淖饔?。本發(fā)明解決了采用電容降壓限流法點亮LED時，瞬態(tài)電壓擊穿LED的問題。本發(fā)明既是LED節(jié)能照明燈，同時又是功率因數(shù)補償器。作為LED節(jié)能照明燈，它耗電省、亮度高、使用壽命長，作為功率因數(shù)補償器，它能提高功率因數(shù)、減少功率損耗、吸收電網(wǎng)的有害脈沖，具有節(jié)電功能，把無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄β省１景l(fā)明成本不高，若推廣到每家每戶，將能改善交流電網(wǎng)的諧波電流，提升交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約能源，對國對家都極為有益。
文檔編號H05B33/02GK101247683SQ20071000859
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者張亦翔, 張飛然 申請人:張亦翔