高功率因数无频闪装置、led灯及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于LED灯组的高功率因数无频闪装置，高功率因数无频闪装置的正向输出端连接LED灯组的正极，负向输出端连接LED灯组的负极；高功率因数无频闪装置包括控制单元、恒流单元、采集恒流单元工作电压的恒流单元工作电压信号的电压检测单元和PFC单元，控制单元根据恒流单元工作电压信号和PFC单元的第一电压信号控制PFC单元进行高功率因数输出、且控制单元根据恒流单元的电流检测信号控制恒流单元向LED灯组提供恒定电流。本发明的高功率因数无频闪装置、LED灯及方法不但可实现高功率因数输出，而且可向LED灯组提供恒定电流，从而消除LED灯组的频闪现象。
【专利说明】高功率因数无频闪装置、LED灯及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种高功率因数无频闪装置、LED灯及方法。
【背景技术】
[0002]PF值是功率因数，是指输入电压和输入电流的相位差的余弦值，PF值低会增大电网的损耗，效率是电源的输出功率和输入功率的比值，效率低会增加电源的损耗。虽然LED灯具的单个电源瓦数不大，但是数量巨大，每年全球总发电量的20%左右用于照明，如果照明电源不考虑PF值的话，也会造成能量巨大损耗。现在很多国家出台的有关照明驱动电源的规范内，对PF值的要求越来越严格。带PFC功能的LED照明驱动电源，一般输出电流会出现输入电压的工频频率的电流纹波，该电流纹波会造成频闪，该频闪会造成人眼的损害。
[0003]为了解决这个频闪的问题，目前常规的做法是:
[0004]I)加大输出电解电容，这种做法不能彻底解决这个问题，除非不计成本地加大电解电容。
[0005]2)在驱动电源的输入端加填谷式被动PFC方案，填谷式PFC方案也存在的问题是输出空载电压不受控制，容易烧灯珠。简单的填谷式被动PFC方案已经不能满足要求，而且填谷式被动PFC方案的输入电压也很难做到全电压。
[0006]3)采用两级方案，就是先用升压式PFC电路，然后在后面加隔离式反激恒流电源或者非隔离降压恒流电源。
[0007]以上的解决方案有的性能不能控制，有的电路非常复杂、成本高，而且由于元件众多导致无法减小驱动电源的体积。
[0008]综上所述，现有技术中的解决方案都存在不同的缺陷。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题在于，提供一种高功率因数无频闪装置、LED灯及方法。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种用于LED灯组的高功率因数无频闪装置，高功率因数无频闪装置的输入端连接一整流桥装置的输出端，高功率因数无频闪装置的正向输出端连接LED灯组的正极，负向输出端连接LED灯组的负极；
[0011]高功率因数无频闪装置包括控制单元、恒流单元、采集恒流单元工作电压的电压检测单元和PFC单元，控制单元根据恒流单元工作电压信号和PFC单元的第一电压信号控制PFC单元进行高功率因数输出、且控制单元根据恒流单元的电流检测信号控制恒流单元向LED灯组提供恒定电流。
[0012]优选地，PFC单元包括升降压PFC电路，升降压PFC电路包括第一开关管、第一电阻、电感和二极管，其中，第一开关管的漏极连接整流桥装置的正向输出端，栅极连接控制单元的第一引脚，源极连接第一电阻的第一端；第一电阻的第二端连接电感的第一端，电感的第一端连接控制单元的接地引脚，电感的第二端接地；二极管正极连接电感的第二端，负极连接LED灯组的正极；控制单元根据第一电压信号和恒流单元工作电压信号控制第一开关管的工作状态，从而实现高功率因数输出控制。
[0013]优选地，PFC单元还包括采集第一电压信号的采样电路，采样电路包括第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻串联后与电感并联；控制单元通过第三引脚连接第二电阻和第三电阻之间的端点，从而采集第一电压信号。
[0014]优选地，PFC单元还包括滤波电路，滤波电路包括电容和第四电阻，电容与第四电阻并联，且电容正极连接二极管负极，电容负极连接电感的第一端。
[0015]优选地，恒流单元包括第五电阻和第二开关管，第五电阻第一端连接电感第一端，第五电阻第二端连接第二开关管源极，第二开关管漏极连接LED灯组负极，源极和栅极分别连接控制单元的第五引脚和第四引脚；控制单元通过第二开关管的源极采集电流检测信号，并根据电流检测信号控制第二开关管的工作状态，使得恒流单元向LED灯组提供恒定电流。
[0016]优选地，电压检测单元包括第六电阻和第七电阻，第六电阻和第七电阻相串联后一端连接电感的第一端，另一端连接LED灯组的负极；控制单元通过第六引脚连接第六电阻和第七电阻之间的端点，从而采集恒流单元工作电压信号，控制单元根据第一电压信号和恒流单元工作电压信号控制第一开关管的工作状态，从而实现高功率因数输出控制。
[0017]优选地，控制单元包括第一误差放大器、第二误差放大器、第一比较器、第三比较器、或门、非门和RS触发器，其中，第一误差放大器的负向输入端通过第六引脚连接第六电阻和第七电阻之间的端点，从而采集恒流单元工作电压信号，第一误差放大器的正向输入端连接一第一参考电压，输出端连接第一比较器的负向输入端；第一比较器的正向输入端连接一锯齿波，输出端连接或门的第一输入端；或门的输出端连接RS触发器的置位端；第三比较器的正向输入端通过第三引脚连接第二电阻和第三电阻之间的端点，从而采集第一电压信号，第三比较器的负向输入端连接一第三参考电压，输出端连接RS触发器的复位端；RS触发器的正态输出端连接非门的输入端，非门的输出端通过第一引脚连接第一开关管的栅极，从而根据恒流单元工作电压信号及第一电压信号控制第一开关管的工作状态，从而实现高功率因数输出控制；第二误差放大器的负向输入端通过第五引脚连接第二开关管的源极，第二误差放大器的正向输入端连接一第四参考电压，输出端通过第四引脚连接第二开关管的栅极，从而控制第二开关管的工作状态。
[0018]优选地，控制单元还包括第二比较器，第二比较器的正向输入端通过控制单元的第二引脚连接第一开关管的源极，从而采集一工作电压保护信号，第二比较器的负向输入端连接一第二参考电压，第二比较器的输出端连接或门的第二输入端，使得控制单元根据工作电压保护信号控制第一开关管的截止，从而保护PFC单元。
[0019]还提供一种高功率因数无频闪LED灯，包括LED灯组，包括
[0020]接入交流市电并将交流市电进行整流的整流桥装置；及
[0021]高功率因数无频闪装置，高功率因数无频闪装置与整流桥装置的输出端相连接，高功率因数无频闪装置的正向输出端连接LED灯组的正极，负向输出端连接LED灯组的负极。
[0022]还提供一种高功率因数无频闪控制方法，使用高功率因数无频闪LED灯，包括如下步骤:
[0023]S1:整流桥装置接入交流市电并将交流市电进行整流；
[0024]S2:PFC单元接入整流后的直流电；
[0025]S3:控制单元分别采集恒流单元工作电压信号和第一电压信号，并控制PFC单元进行高功率因数输出；
[0026]S4:控制单元采集电流检测信号，并控制恒流单元向LED灯组提供恒定电流。
[0027]本发明的高功率因数无频闪装置、LED灯及方法，不但可实现高功率因数输出，而且可向LED灯组提供恒定电流，从而消除LED灯组的频闪现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0029]图1是本发明实施例一中用于LED灯组的高功率因数无频闪装置的电路图；
[0030]图2是图1中控制单元的内部电路图；
[0031]图3是图1中用于LED灯组的高功率因数无频闪装置的工作波形示意图；
[0032]图4是本发明实施例二中高功率因数无频闪LED灯的模块示意图；
[0033]图5是本发明实施例三中高功率因数无频闪控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0035]图1示出了本发明实施例一中的用于LED灯组的高功率因数无频闪装置。该高功率因数无频闪装置的输入端连接一整流桥装置(未图示)的输出端，高功率因数无频闪装置的正向输出端连接LED灯组(未图示)的正极，负向输出端连接LED灯组的负极。高功率因数无频闪装置进行功率因数校正并输出恒定电流，为该LED灯组供电。
[0036]高功率因数无频闪装置包括控制单元10、恒流单元70、采集恒流单元70工作电压的恒流单元工作电压信号的电压检测单元30和PFC单元50，控制单元10根据恒流单元工作电压信号和PFC单元50的第一电压信号控制PFC单元50进行高功率因数输出、且控制单元10根据恒流单元70的电流检测信号控制恒流单元70向LED灯组提供恒定电流。
[0037]PFC单元50包括升降压PFC电路51、采样电路52和滤波电路53。
[0038]其中，升降压PFC电路51包括第一开关管Ml、第一电阻R1、电感L和二极管D。第一开关管Ml的漏极连接整流桥装置的正向输出端，栅极连接控制单元10的第一引脚drv，源极连接第一电阻Rl的第一端。第一电阻Rl的第二端连接电感L的第一端，电感L的第一端连接控制单元10的接地引脚，电感L的第二端接地。二极管D正极连接电感L的第二端，负极连接LED灯组的正极。控制单元10根据第一电压信号和恒流单元工作电压信号控制第一开关管Ml工作状态，从而实现高功率因数输出控制。其中，第一电压信号为升降压PFC电路51中电感L两端的电压信号。
[0039]米样电路52用于米集第一电压信号。米样电路52包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3串联后与电感L并联。控制单元10通过第三引脚zd连接第二电阻R2和第三电阻R3之间的端点，从而采集第一电压信号。当电感L里的电流放完电时，在电感L两端会出现震荡，采样电路52就是用检测这个震荡，即第一电压信号。第一电压信号通过控制单元10的第三引脚zd输入到控制单元10内部，用于跟控制单元10内部的参考电压进行比较。控制单元10的第三引脚Zd与电感L两端信号成一定的比例关系，该比例关系由第二电阻R2和第三电阻R3的比例决定。
[0040]滤波电路53用于进行滤波，其包括电容C和第四电阻R4，电容C与第四电阻R4并联，且电容C正极连接二极管D负极，电容C负极连接电感L的第一端。
[0041 ] 恒流单元70包括第五电阻R5和第二开关管M2，第五电阻R5第一端连接电感L第一端，第五电阻R5第二端连接第二开关管M2源极，第二开关管M2漏极连接高功率因数无频闪装置的负向输出端，即LED灯组的负极。第二开关管M2的源极和栅极分别连接控制单元10的第五引脚1s和第四引脚gd。流经LED灯组的电流同样也流经第五电阻R5，并在第五电阻R5上产生一个电压。第五电阻R5两端的电压是LED灯组电流与第五电阻R5阻值的乘值，第五电阻R5的电阻值是恒定值，所以第五电阻R5两端的电压代表的就是流经LED灯组的电流。控制单元10通过第二开关管M2的源极采集第五电阻R5两端的电压信号，也即电流检测信号，并根据第五电阻R5两端的电压信号控制第二开关管M2的工作状态，使得恒流单元70向LED灯组提供恒定电流。
[0042]电压检测单元30用于检测恒流单元70的工作电压。电压检测单元30包括第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6和第七电阻R7相串联后一端连接电感L的第一端，另一端连接高功率因数无频闪装置的负向输出端，即LED灯组的负极。控制单元10通过第六引脚dvs连接第六电阻R6和第七电阻R7之间的端点，从而采集恒流单元工作电压信号，控制单兀10根据第一电压信号和恒流单兀工作电压信号控制第一开关管Ml工作状态,从而实现高功率因数输出控制。
[0043]PFC单元50的工作模式是临界导通模式，其导通时间是根据节点Vd电压的大小决定。可以理解地，当节点Vd电压增大时,第六引脚dvs的电压也相应增大；当节点Vd电压减小时，第六引脚dvs的电压也相应减小。控制单元10将第六引脚dvs的电压与内部的参考电压进行比较，从而控制PFC单元50的输出功率，保证第一开关管Ml的漏极上的节点Vd电压的平均值为一个预设值，这样的好处是尽量减小损耗在线性恒流控制电路上的损耗，提高了整个系统的效率。
[0044]如图2所示，控制单元10包括第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一比较器C0MP1、第三比较器C0MP3、或门11、非门13和RS触发器15。
[0045]其中，第一误差放大器EAl的负向输入端通过第六引脚dvs连接第六电阻R6和第七电阻R7之间的端点，从而采集恒流单元工作电压信号。第一误差放大器EAl的正向输入端连接一第一参考电压Vrefl,输出端连接第一比较器COMPl的负向输入端；第一比较器COMPl的正向输入端连接一锯齿波，输出端连接或门11的第一输入端。当控制单元10的第一引脚drv从低电位变成高电位时，也即第一开关管Ml开始导通时，该锯齿波也开始从O开始沿着一个预定的斜率增大。
[0046]或门11的输出端连接RS触发器15的置位端；第三比较器C0MP3的正向输入端通过第三引脚zd连接第二电阻R2和第三电阻R3之间的端点，从而采集第一电压信号，第三比较器C0MP3的负向输入端连接一第三参考电压Vref3，输出端连接RS触发器15的复位端。RS触发器15的正态输出端连接非门13的输入端，非门13的输出端通过第一引脚drv连接第一开关管Ml的栅极，从而根据恒流单元工作电压信号及第一电压信号控制第一开关管Ml的工作状态，从而实现高功率因数输出控制。第二误差放大器EA2的负向输入端通过第五引脚1s连接第二开关管M2的源极，第二误差放大器EA2的正向输入端连接一第四参考电压，输出端通过第四引脚gd连接第二开关管M2的栅极，从而控制第二开关管M2的工作状态。
[0047]作为选择，控制单元1还可包括第二比较器C0MP2，第二比较器C0MP2的正向输入端通过控制单元10的第二引脚连接第一开关管Ml的源极，从而采集一工作电压保护信号，第二比较器C0MP2的负向输入端连接一第二参考电压Vref2，第二比较器C0MP2的输出端连接或门11的第二输入端，使得控制单元10根据工作电压保护信号，即第一开关管Ml的源极信号控制第一开关管Ml的截止，从而保护PFC单元50。
[0048]图3示出了本实施例中的工作波形。其中，波形600是输入电压的波形，频率为工频的正弦波。波形601是输入电压600经过整流桥装置整流之后的波形，其频率是工频的两倍，该电压直接输入到PFC单元50。波形602是电容C两端的电压，波形603是节点Vd相对于输出的地端的波形，波形602和波形603都存在两倍于工频的电压纹波，而二者之间的电压差却是固定的，即为LED灯组两端的电压Vied。波形603是恒流单元70的工作电压，以保证其电压的最小值Vdmin 605大于恒流单元70的最小工作电压。波形603的纹波由电容C和输出电流606决定的，为了保证波形603的最小值大于恒流单元70的最小工作电压，可以通过改变第六电阻R6和第七电阻R7的比例来达到需要的电压值。波形603的电压过大会造成损耗过大，效率降低，而电压过小则会造成恒流单元70的工作电压不够，导致输出电流无法恒定。只要波形603的最小值适当，就可以达到既可以实现效率最大化，同时保证输出电流606恒定。
[0049]图4示出了本发明实施例二中的高功率因数无频闪LED灯，包括LED灯组100、接入交流市电并将交流市电进行整流的整流桥装置200及实施例一中用于LED灯组100的高功率因数无频闪装置300，高功率因数无频闪装置300与整流桥装置200的输出端相连接，高功率因数无频闪装置300的正向输出端连接LED灯组100的正极，负向输出端连接LED灯组100的负极。
[0050]图5示出了本发明实施例三中的高功率因数无频闪控制方法，使用实施例二的高功率因数无频闪LED灯。
[0051]高功率因数无频闪控制方法可包括如下步骤:
[0052]S1:整流桥装置接入交流市电并将交流市电进行整流；
[0053]S2 =PFC单元接入整流后的直流电；
[0054]S3:控制单元分别采集恒流单元工作电压信号和第一电压信号，并控制PFC单元进行高功率因数输出；
[0055]S4:控制单元采集电流检测信号，并控制恒流单元向LED灯组提供恒定电流。
[0056]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于LED灯组的高功率因数无频闪装置，所述高功率因数无频闪装置的输入端连接一整流桥装置的输出端，所述高功率因数无频闪装置的正向输出端连接所述LED灯组的正极，负向输出端连接所述LED灯组的负极；其特征在于， 所述高功率因数无频闪装置包括控制单元(10)、恒流单元(70)、采集所述恒流单元(70)工作电压的恒流单元工作电压信号的电压检测单元(30)和PFC单元(50)，所述控制单元(10)根据所述恒流单元工作电压信号和所述PFC单元(50)的第一电压信号控制所述PFC单元(50)进行高功率因数输出、且所述控制单元(10)根据所述恒流单元(70)的电流检测信号控制所述恒流单元(70)向所述LED灯组提供恒定电流。
2.根据权利要求1所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述PFC单元(50)包括升降压PFC电路(51)，所述升降压PFC电路(51)包括第一开关管(Ml)、第一电阻(R1)、电感(L)和二极管(D)，其中，所述第一开关管(Ml)的漏极连接所述整流桥装置的正向输出端，栅极连接所述控制单元(10)的第一引脚(drv)，源极连接所述第一电阻(Rl)的第一端；所述第一电阻(Rl)的第二端连接所述电感(L)的第一端，所述电感(L)的第一端连接所述控制单元(10)的接地引脚，所述电感(L)的第二端接地；所述二极管(D)正极连接所述电感(L)的第二端，负极连接所述LED灯组的正极；所述控制单元(10)根据所述第一电压信号和所述恒流单元工作电压信号控制所述第一开关管(Ml)的工作状态，从而实现所述高功率因数输出控制。
3.根据权利要求2所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述PFC单元(50)还包括采集所述第一电压信号的采样电路(52)，所述采样电路(52)包括第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，所述第二电阻(R2)和所述第三电阻(R3)串联后与所述电感(L)并联；所述控制单元(10)通过第三引脚(zd)连接所述第二电阻(R2)和所述第三电阻(R3)之间的端点，从而采集所述第一电压信号。
4.根据权利要求3所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述PFC单元(50)还包括滤波电路(53)，所述滤波电路(53)包括电容(C)和第四电阻(R4)，所述电容(C)与所述第四电阻(R4)并联，且所述电容(C)正极连接所述二极管(D)负极，所述电容(C)负极连接所述电感(L)的第一端。
5.根据权利要求4所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述恒流单元(70)包括第五电阻(R5)和第二开关管(M2)，所述第五电阻(R5)第一端连接所述电感(L)第一端，所述第五电阻(R5)第二端连接所述第二开关管(M2)源极，所述第二开关管(M2)漏极连接所述LED灯组负极，源极和栅极分别连接所述控制单元(10)的第五引脚(1s)和第四引脚(gd);所述控制单元(10)通过所述第二开关管(M2)的源极采集所述电流检测信号，并根据所述电流检测信号控制所述第二开关管(M2)的工作状态，使得所述恒流单元(70)向所述LED灯组提供恒定电流。
6.根据权利要求5所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述电压检测单元(30)包括第六电阻(R6)和第七电阻(R7)，所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)相串联后一端连接所述电感(L)的第一端，另一端连接所述LED灯组的负极；所述控制单元(10)通过第六引脚(dvs)连接所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)之间的端点，从而采集所述恒流单元工作电压信号，所述控制单元(10 )根据所述第一电压信号和所述恒流单元工作电压信号控制所述第一开关管(Ml)的工作状态，从而实现所述高功率因数输出控制。
7.根据权利要求6所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述控制单元(10)包括第一误差放大器(EA1)、第二误差放大器(EA2)、第一比较器(COMP1)、第三比较器(COMP3 )、或门(11)、非门(13 )和RS触发器(15 )，其中，所述第一误差放大器(EAl)的负向输入端通过所述第六引脚(dvs)连接所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)之间的端点，从而采集所述恒流单元工作电压信号，所述第一误差放大器(EAl)的正向输入端连接一第一参考电压(Vrefl)，输出端连接所述第一比较器(COMPl)的负向输入端；所述第一比较器(COMPl)的正向输入端连接一锯齿波，输出端连接所述或门(11)的第一输入端；所述或门(11)的输出端连接所述RS触发器(15)的置位端；所述第三比较器(C0MP3)的正向输入端通过所述第三引脚(zd)连接所述第二电阻(R2)和所述第三电阻(R3)之间的端点，从而采集所述第一电压信号，所述第三比较器(C0MP3 )的负向输入端连接一第三参考电压(Vref3 )，输出端连接所述RS触发器(15)的复位端；所述RS触发器(15)的正态输出端连接所述非门(13)的输入端，所述非门(13)的输出端通过所述第一引脚(drv)连接所述第一开关管(Ml)的栅极，从而根据所述恒流单元工作电压信号及所述第一电压信号控制所述第一开关管(Ml)的工作状态，从而实现所述高功率因数输出控制；所述第二误差放大器(EA2)的负向输入端通过所述第五引脚(1s)连接所述第二开关管(M2)的源极，所述第二误差放大器(EA2)的正向输入端连接一第四参考电压，输出端通过所述第四引脚(gd)连接所述第二开关管(M2)的栅极，从而控制所述第二开关管(M2)的工作状态。
8.根据权利要求7所述的高功率因数无频闪装置，其特征在于，所述控制单元(10)还包括第二比较器(C0MP2)，所述第二比较器(C0MP2)的正向输入端通过所述控制单元(10)的第二引脚连接所述第一开关管(Ml)的源极，从而采集一工作电压保护信号，所述第二比较器(C0MP2)的负向输入端连接一第二参考电压(Vref2)，所述第二比较器(C0MP2)的输出端连接所述或门(11)的第二输入端，使得所述控制单元(10)根据所述工作电压保护信号控制所述第一开关管(Ml)的截止，从而保护所述PFC单元(50 )。
9.一种高功率因数无频闪LED灯，包括LED灯组(100)，其特征在于，包括 接入交流市电并将所述交流市电进行整流的整流桥装置(200);及 权利要求1至8任一项所述的高功率因数无频闪装置(300)，所述高功率因数无频闪装置(300)与所述整流桥装置(200)的输出端相连接，所述高功率因数无频闪装置(300)的正向输出端连接所述LED灯组(100)的正极，负向输出端连接所述LED灯组(100)的负极。
10.一种高功率因数无频闪控制方法，使用如权利要求9所述的高功率因数无频闪LED灯，其特征在于，包括如下步骤: S1:整流桥装置接入交流市电并将所述交流市电进行整流； S2 =PFC单元接入整流后的直流电； S3:控制单元分别采集所述恒流单元工作电压信号和所述第一电压信号，并控制所述PFC单元进行高功率因数输出； S4:控制单元采集所述电流检测信号，并控制所述恒流单元向所述LED灯组提供恒定电流。
【文档编号】H05B37/02GK104244516SQ201410414325
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】郑曰, 廖伟明, 胡小波 申请人:深圳市芯飞凌半导体有限公司