CN104135804A - 一种三相电整流lc高pf滤波直流高压直驱led电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路,由三相全波整流器，高PF的LC高压滤波电路，常亮LED子电路，数级受控LED子电路等组成；三相电交流经三相全波整流所得交直流纹波高压再经高PF的LC高压滤波电路滤波得到较理想的直流高压，在直驱集成电路的控制下，该直流高压直驱LED，数级受控LED子电路受直驱LED集成电路控制；电流采样电阻的瞬态电压小于某一阈值电压时，集成电路将LED子电路负载短路；电流采样电阻的瞬态电压等于或大于某一阈值电压时，该集成电路将该LED子电路负载接入；该技术具有电源转换效率高、功率因数高、电流纹波小、抗光频闪性能好、可靠性高、成本低等优点。

Description

一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路

技术领域

本发明属于电子领域，具体涉及一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路。

背景技术

发光二极管（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。与开关电源驱动LED技术相比，单相交流市电直驱LED技术具有可靠性高的特点。与单相交流直驱LED技术相比，三相电直驱LED技术具有驱动电压高、电流小、电线电缆成本等优点，特别适合于路灯等大功率LED道路照明。对于该技术，本发明人已获国家实用新型专利“三相交流电转换直流高压直驱LED的道路照明电路”（专利号：ZL 201420013866.1）。但是已有的三相电电直驱LED技术是将三相电经全波整流后所得交直流高压就直接驱动LED，没有经过滤波，其交直流高压的电压纹波大于13%，LED的电流纹波相当大，光频闪问题还是比较严重的，在某些情况下甚至会影响道路行车安全。对于三相电直驱LED技术，如何彻底克服LED的光频闪问题具有极其重要的应用价值。LED的光频闪问题是驱动LED的电压电流纹波造成的，对于普通的三相整流滤波技术，应用高压电容直接对整流高压进行滤波，可以方便地减小电压电流纹波从而克服光频闪，但是它存在一个严重的技术问题，即会造成驱动电源的功率因数PF大大降低，不能满足大功率LED灯具对PF的指标要求，必须专门设计研发高PF的三相直驱LED技术。本发明提出一种新型三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，应用专门的电感L和高压电容C组成的高PF的LC滤波电路对三相整流高压进行滤波，功率因数PF大于0.95，其电压纹波可小于0.1%，LED的电流纹波可小于1%，不仅可彻底克服光频闪问题，同时该技术还具有驱动电源转换效率高达95%、可靠性高等优点，同时是在该技术条件下由于LED的驱动电流是近于理想直流，与交流驱动或电流纹波明显的LED驱动技术相比，光效明显提高。该发明对彻底克服LED驱动的交流光频闪问题、提高LED的光效、保证高的功率因数、降低大功率LED路灯照明的成本具有重要意义，具有良好的社会经济效益。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，具体的技术方案如下：

一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，包括三相全波整流器、LC高压滤波电路、常亮LED子电路和受控LED电路；其中，三相全波整流器包括三个三相交流电输入端Vin1、Vin2、Vin3，以及整流高压输出端VH和参考地端GND；

LC高压滤波电路包括电感L和高压电容C，电感L和电容C串联，电感L的一端连接整流高压输出端VH，电容C的一端连接参考地端GND，电感L和高压电容C的公共端为LC高压滤波电路的直流高压输出端VHD；

或者，LC高压滤波电路包括电感L、第一高压电解电容C1、第二高压电解电容C2、第一放电电阻R1和第二放电电阻R2，电感L的一端连接整流高压输出端VH，电感L的另一端分别连接第一高压电解电容C1的正极和第一放电电阻R1的一端，第一高压电解电容C1的负极分别连接第二高压电解电容C2的正极和第二放电电阻R2的一端，第二高压电解电容C2的负极和第二放电电阻R2的另一端连接参考地端GND；第一放电电阻R1的另一端连接第二高压电解电容C2的正极；电感L、第一高压电容C和第一放电电阻R1的公共端为LC高压滤波电路的直流高压输出端VHD；

常亮LED子电路包括一组同向串联的LED，常亮LED子电路的电流流入端与直流高压输出端VHD连接；

受控LED电路包括若干串联的受控LED子电路，受控LED电路的电流流入端与常亮LED子电路的电流流出端连接，受控LED电路的电流流出端与参考地端GND连接。

进一步的，受控LED子电路包括单级控制直驱LED集成电路U、电流采样电阻Rs和LED组；单级控制直驱LED集成电路U为专用直驱LED集成电路，包括开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；LED组包括若干同向串联的LED；其中，

LED组的电流流入端与开关控制端口U1连接，LED组的电流流出端分别与电流采样端口U2和电流采样电阻Rs的一端连接，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口U3连接，为受控LED子电路的电流流出端；

受控LED电路中前一级LED子电路的零电位参考端与后一级LED子电路的电流流入端连接，最后一级LED子电路零电位参考端U3与参考地端GND连接。

另外，受控LED电路也包括多级控制多输出直驱LED集成电路Um和电流采样电阻Rs， Um为专用直驱LED集成电路，包括M个开关控制端口Um 1, Um 2…UmM，以及零电位参考端口Um 0；受控LED子电路包括若干同向串联的LED；其中，开关控制端口Um 1为受控LED电路的电流流入端，与常亮LED子电路的电流流出端连接；任意第a级子电路的电流流出端与后一级第a+1级子电路的电流流入端连接，并与多级控制多输出直驱LED集成电路Um的Um a+1输出端连接；最后一级开关控制端口Um M与电流采样电阻Rs的一端连接，电流采样电阻Rs的另一端与零电位参考端口Um 0连接，为受控LED电路的电流流出端。

进一步的，三相全波整流器包括6个高压整流二极管。

进一步的，三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路还包括过压过流控制电路，过压过流控制电路包括过压过流控制集成电路Ug、MOS晶体管T1、高压采样电阻RH和过压过流控制控制电路的电流采样电阻Rsk；其中，

MOS晶体管T1的漏极连接最后一级受控LED电路的电流流出端，源极分别连接过压过流控制集成电路Ug的引脚5和过压过流控制电路的电流采样电阻Rsk的一端， 第二电流采样电阻Rsk的另一端连接参考地端GND；MOS晶体管T1的栅极连接过压过流控制集成电路Ug的引脚4；过压过流控制集成电路Ug的引脚1连接参考地端GND，引脚3通过高压采样电阻RH连接直流高压输出端VHD。

进一步的，单级控制直驱LED集成电路U的型号包括GG65。

进一步的，多级控制多输出直驱LED集成电路Um型号包括GG68。

进一步的，高压整流二极管型号包括EM518。

进一步的，过压过流控制集成电路型号包括GG13。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，应用专门的电感L和高压电容C组成的高PF的LC滤波电路对三相整流高压进行滤波，功率因数PF大于0.95，其电压纹波可小于0.1%，LED的电流纹波可小于1%，不仅可彻底克服光频闪问题，同时该技术还具有驱动电源转换效率高达95%、可靠性高等优点，同时是在该技术条件下由于LED的驱动电流是近于理想直流，与交流驱动或电流纹波明显的LED驱动技术相比，光效明显提高。该发明对彻底克服LED驱动的交流光频闪问题、提高LED的光效、保证高的功率因数、降低大功率LED路灯照明的成本具有重要意义，具有良好的社会经济效益。

附图说明

图1为实施例1提供的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路结构框图。

图2为实施例2提供的另一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路结构框图。

图3为实施例3提供的一种120W三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED的电路图。

图4为实施例4提供的另一种120W三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED的电路图。

图5为实施例5提供的具有过压过流控制功能的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，包括三相全波整流器、LC高压滤波电路、常亮LED子电路和受控LED电路；其中，

三相全波整流器B1包括三个三相交流电输入端Vin1、Vin2、Vin3，以及整流高压输出端VH和参考地端GND。

本实施例提供了一种LC高压滤波电路F1，包括电感L和高压电容C。其中，电感L和电容C串联，电感L的一端连接整流高压输出端VH，电容C的一端连接参考地端GND，电感L和高压电容C的公共端为LC高压滤波电路F1的直流高压输出端VHD。

常亮LED子电路SL包括一组同向串联的LED（LED 1-LED P），常亮LED子电路SL的电流流入端与直流高压输出端VHD连接。

受控LED电路包括若干串联的受控LED子电路（KL 1-KL M），受控LED电路的电流流入端与常亮LED子电路SL的电流流出端连接，受控LED电路的电流流出端与参考地端GND连接。

在本实施例中，每个受控LED子电路（KL 1-KL M）包括单级控制直驱LED集成电路U、电流采样电阻Rs和LED组；单级控制直驱LED集成电路U为专用直驱LED集成电路，包括开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；LED组包括若干同向串联的LED（LED n-LED N）。其中，LED组的电流流入端与开关控制端口U1连接，LED组的电流流出端分别与电流采样端口U2和流采样电阻Rs的一端连接，流采样电阻Rs的另一端为受控LED子电路的电流流出端。

在本实施例中，常亮LED子电路SL也可以由数级常亮LED子电路组成，常亮LED子电路SL与受控LED子电路（KL 1-KL M）的位置可以交换。同时，图1是针对单芯片LED为例的，图1中同样可以使用多芯串封装的LED，此时对应的LED个数则对应减少，例如对于两芯串LED，则LED的个数减半。

实施例2：

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：受控LED电路的结构不同。

在本实施例中，受控LED电路还包括多级控制多输出直驱LED集成电路Um和电流采样电阻Rs；多级控制多输出直驱LED集成电路Um为设有多个控制端（Um 1-Um M）和一个零电位参考端Um 0的直驱LED集成电路；其中，受控LED子电路（KL 1-KL M）包括LED组，LED组包括若干同向串联的LED（LED n-LED N）；一个LED组的电流流入端对应连接第二直驱LED集成电路Um的一个控制端，电流采样电阻Rs一端与最后一级受控LED子电路KL M的电流流出端连接，另一端与参考地端GND连接；第二直驱LED集成电路Um的零电位参考端Um 0与参考地端GND连接。

如图2所示，本实施例是针对单芯片LED为例的，M级受控LED子电路（KL 1-KL M）共用一个直驱LED高压集成电路Um和共用一个电流采样电阻Rs，该直驱LED高压集成电路Um有M个开关控制端（Um 1-Um M），分别与数级受控LED子电路相连，该直驱LED高压集成电路根据输入直流高压的大小或根据流过LED的电流大小对M级受控LED子电路分别进行是否接入的开关控制。

本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3：

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：提供了一种适用于120W三相电的整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路的具体电路结构。

本实施提供了另一种LC高压滤波电路F1，包括电感L、第一高压电解电容C1、第二高压电解电容C2、第一放电电阻R1和第二放电电阻R2，电感L的一端连接整流高压输出端VH，电感L的另一端分别连接第一高压电解电容C1的正极和第一放电电阻R1的一端，第一高压电解电容C1的负极分别连接第二高压电解电容C2的正极和第二放电电阻R2的一端，第二高压电解电容C2的负极和第二放电电阻R2的另一端连接参考地端GND；第一放电电阻R1的另一端连接第二高压电解电容C2的正极；电感L、第一高压电容C和第一放电电阻R1的公共端为LC高压滤波电路的直流高压输出端VHD。

在本实施例中，三相全波整流器B1包括6个型号为EM518的高压整流二极管。常亮LED子电路SL由LED1~LED120同向串联而成；受控LED子电路KL1~KL8都由10个同向串联的LED、一个直驱LED集成电路和一个电流采样电阻组成。其中，电感L的规格为电感量200mH电流500mA、第一高压电解电容C1和第二高压电解电容C2均为100μF400V、第一放电电阻R1和第二放电电阻均为1mΩ、LED1~LED200为350mA的3.3V单芯白光LED、直驱LED集成电路U1~U8的型号为GG65、采样电阻Rs1~Rs8分别为10、11、12、13、15、16、18、20欧姆。如图3所示电路的参数为：输入三相电压300V~460V，输出功率110W~130W、电源效率大于95%、功率因数PF大于0.95、电压纹波小于0.1、电流纹波小于1%。

当然，高压整流二极管的型号不限于EM518，符合要求其它型号的高压整流二极管也在本专利的保护范围内。

当然，单级控制直驱LED集成电路的型号不限于GG65，符合要求其它型号的单级控制直驱LED集成电路也在本专利的保护范围内。

本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例4：

如图4所示，本实施例与实施例3的区别在于：受控LED电路的电路结构不同，本实施例中的受控LED电路类似于实施例2，4级受控LED子电路（KL 1-KL 4）共用一个直驱LED高压集成电路Um和共用一个电流采样电阻Rs。

在本实施例中，常亮LED子电路SL由LED1--LED120同向串联而成；LED子电路KL1--KL4都由20个同向串联的LED由一个4个开关控制的直驱LED集成电路Um和一个电流采样电阻Rs组成。其中， 4开关控制的直驱LED集成电路U的型号为GG68、采样电阻Rs1为10欧姆。如图4所示电路的参数为：输入三相电压300V~460V，输出功率110W~130W、电源效率大于95%、功率因数PF大于0.95、电压纹波小于0.1、电流纹波小于1%。

当然，多级控制多输出直驱LED集成电路的型号不限于GG68，符合要求其它型号的多级控制多输出直驱LED集成电路也在本专利的保护范围内。

本实施例的其他技术特征均与实施例3相同，在此不再赘述。

实施例5：

如图5所示，本实施例与实施例3的区别在于：还包括过压过流控制电路KC1，过压过流控制电路KC1包括型号为GG13的过压过流控制集成电路Ug、MOS晶体管T1和第二电流采样电阻Rsk；其中，MOS晶体管T1的漏极连接受控LED电路的电流流出端，源极分别连接过压过流控制集成电路Ug的引脚5和第二电流采样电阻Rsk的一端，第二电流采样电阻Rsk的另一端连接参考地端GND；MOS晶体管T1的栅极连接过压过流控制集成电路Ug的引脚4；过压过流控制集成电路Ug的引脚1连接参考地端GND，引脚3连接直流高压输出端VHD。

在本实施例中，受控LED子电路KL1~KL4都由15个同向串联的LED、一个直驱LED集成电路和一个电流采样电阻组成。过流过压控制电路KC1由过流过压控制集成电路U5、MOS晶体管T1和电流采样电阻Rs5组成。其中， LED1~LED180为350mA的3.3V单芯白光LED、直驱LED集成电路U1~U4的型号为GG65、采样电阻Rs1~Rs4分别为10、11、12、13欧姆、集成电路Ug的型号为GG13、MOS晶体管T1的型号为6N60C、Rsk为3.9欧姆。如图5所示电路的参数为：输入三相电压300V~460V，输出功率112W~128W、电源效率大于95%、功率因数PF大于0.95、电压纹波小于0.1、电流纹波小于1%。

当然，过压过流控制集成电路的型号不限于GG13，符合要求其它型号的过压过流控制集成电路也在本专利的保护范围内。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，包括三相全波整流器、常亮LED子电路和受控LED电路，其特征在于，还包括LC高压滤波电路；其中，所述三相全波整流器包括三个三相交流电输入端Vin1、Vin2、Vin3，以及整流高压输出端VH和参考地端GND；

所述LC高压滤波电路包括电感L和高压电容C，所述电感L和电容C串联，所述电感L的一端连接所述整流高压输出端VH，所述电容C的一端连接参考地端GND，所述电感L和高压电容C的公共端为LC高压滤波电路的直流高压输出端VHD；

或者，所述LC高压滤波电路包括电感L、第一高压电解电容C1、第二高压电解电容C2、第一放电电阻R1和第二放电电阻R2，所述电感L的一端连接所述整流高压输出端VH，所述电感L的另一端分别连接所述第一高压电解电容C1的正极和所述第一放电电阻R1的一端，所述第一高压电解电容C1的负极分别连接所述第二高压电解电容C2的正极和所述第二放电电阻R2的一端，所述第二高压电解电容C2的负极和所述第二放电电阻R2的另一端连接所述参考地端GND；所述第一放电电阻R1的另一端连接所述第二高压电解电容C2的正极；所述电感L、所述第一高压电容C和所述第一放电电阻R1的公共端为LC高压滤波电路的直流高压输出端VHD；

所述常亮LED子电路包括一组同向串联的LED，所述常亮LED子电路的电流流入端与所述直流高压输出端VHD连接；

所述受控LED电路包括若干串联的受控LED子电路，所述受控LED电路的电流流入端与所述常亮LED子电路的电流流出端连接，所述受控LED电路的电流流出端与所述参考地端GND连接。

2.根据权利要求1所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述受控LED子电路包括单级控制直驱LED集成电路U、电流采样电阻Rs和LED组；所述单级控制直驱LED集成电路U为专用直驱LED集成电路，包括开关控制端口U1、电流采样端口U2和零电位参考端口U3；所述LED组包括若干同向串联的LED；其中，所述LED组的电流流入端与所述开关控制端口U1连接，所述LED组的电流流出端分别与所述电流采样端口U2和所述电流采样电阻Rs的一端连接，所述电流采样电阻Rs的另一端与所述零电位参考端口U3连接，为所述受控LED子电路的电流流出端；

所述受控LED电路中前一级LED子电路的零电位参考端与后一级LED子电路的电流流入端连接，最后一级LED子电路零电位参考端U3与参考地端GND连接。

3.根据权利要求1所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述受控LED电路还包括多级控制多输出直驱LED集成电路Um和电流采样电阻Rs，所述多级控制多输出直驱LED集成电路Um为专用直驱LED集成电路，包括M个开关控制端口Um 1, Um 2…UmM，以及零电位参考端口Um 0；所述受控LED子电路包括若干同向串联的LED；其中，开关控制端口Um 1为受控LED电路的电流流入端，与常亮LED子电路的电流流出端连接；任意第a级子电路的电流流出端与后一级第a+1级子电路的电流流入端连接，并与多级控制多输出直驱LED集成电路的Um a+1输出端连接；开关控制端口Um M与所述电流采样电阻Rs的一端连接，所述电流采样电阻Rs的另一端与所述零电位参考端口Um 0连接，为所述受控LED电路的电流流出端。

4.根据权利要求1所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述三相全波整流器包括6个高压整流二极管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，还包括过压过流控制电路，所述过压过流控制电路包括过压过流控制集成电路Ug、MOS晶体管T1、高压采样电阻RH和所述过压过流控制电路的电流采样电阻Rsk；其中，所述MOS晶体管T1的漏极连接所述最后一级受控LED电路的电流流出端，源极分别连接所述过压过流控制集成电路Ug的引脚5和所述电流采样电阻Rsk的一端，所述电流采样电阻Rsk的另一端连接所述参考地端GND；所述MOS晶体管T1的栅极连接所述过压过流控制集成电路Ug的引脚4；所述过压过流控制集成电路Ug的引脚1连接所述参考地端GND，引脚3通过高压采样电阻RH连接所述直流高压输出端VHD。

6.根据权利要求2所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述单级控制直驱LED集成电路U的型号包括GG65。

7.根据权利要求3所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述多级控制多输出直驱LED集成电路Um型号包括GG68。

8.根据权利要求4所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述高压整流二极管型号包括EM518。

9.根据权利要求5所述的三相电整流LC高PF滤波直流高压直驱LED电路，其特征在于，所述过压过流控制集成电路型号包括GG13。