一种大功率LED灯具供电模块

摘要

本发明涉及一种大功率LED灯具供电模块。它包括交流电源、多个交流-直流电源模块和大功率LED串，所有交流-直流电源模块的交流输入端并接到交流电压源的端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源的直流输出端分别与一个大功率LED串连接。本发明中采用各自独立交流-直流电源模块分别给LED串供电，大大提高了大功率LED灯具的可靠性及使用寿命。

权利要求

1.一种大功率LED灯具供电模块，其特征在于：包括交流电源、多个交流-直流模块电源和大功率LED串， 所有交流-直流模块电源的交流输入端并接到交流电压源的端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源的直流输出端分别与一个大功率LED串连接，所述交流电源输入端和交流-直流模块电源之间连接有电子计时器和开关；所述的交流-直流模块电源为不带功率因数补偿的交流-直流模块电源，所述的不带功率因数补偿的交流-直流模块电源包括EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在全波整流器和隔离式直流-直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制模块的输入端依次连接，副边控制模块的输入端与隔离式直流-直流变换器的直流输出端连接，原边控制模块的输出端与隔离式直流-直流变换器连接。

说明书

一种大功率LED灯具供电模块

技术领域

[0001] 本发明涉及一种LED灯具，更具体的说是一种大功率LED灯具供电模块。

背景技术

[0002] 目前，基于现代半导体技术的飞速发展，大功率LED灯具近年来已经在商业和工业界得到了广泛的应用。在照明系统中应用大功率LED灯具，其主要优点是能在其整个寿命期间大大节能减排，这对我国经济长期发展将有深远意义的影响。如果使用得当，大功率照明设备要比传统的高压纳灯寿命长得多。但因大功率LED灯是半导体器件，如果设计或使用不当也将会导致器件过早损坏，造成不必要的公共设施服务中断。目前LED灯具的初始投资价格仍然远远高于传统的灯具，要达到LED灯具节能减排的目的就必须增加LED照明系统的可靠性。

[0003] 即使是最先进的单个LED灯也只提供很少量的流明度。如需达到与传统高压钠灯同样的照度，必须将众多个LED一起使用。传统的连接多个LED灯管的方法一般包括如图1所示的串联连接、如图2和图3所示的串并联连接。串联连接大量的大功率LED管以达到与传统高压钠灯同样的照度在实际应用中经常是不可行的，这种串联方式存在两个问题，其一:电源或LED驱动器需要很高的直流输出电压，这会为满足安规标准而增加了设计困难，同时对现场维修产生不必要的麻烦。其二:在一串LED中如果有一个LED损坏导致开路，整个灯具便会熄灭。

[0004] 并联或串并联也存在着其他缺点。因为大功率LED管需要恒流运行，一个LED管短路或开路失效会造成电流在所有其他并联和串联的各分支上重新分配。电流在高电流分支会增加更多，结果造成灯具局部温度升高，依次引起电流更加不平衡，以至局部温度继续上升，最终，一个LED管损坏可以造成局部或全部LED管电损坏或热损坏。这种损坏机理比以上第一种损坏的情况更严重。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中之不足，提供一种高效率、高可靠性的大功率LED灯具供电模块。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：包括交流电源、多个交流-直流模块电源和大功率LED串， 所有交流-直流模块电源的交流输入端并接到交流电压源的端口上，交流输入端的地线和模块电源输出端的地线直接与灯具外壳连接，每个模块电源的直流输出端分别与一个大功率LED串连接，所述交流电源输入端和交流-直流模块电源之间连接有电子计时器和开关；所述的交流-直流模块电源为不带功率因数补偿的交流-直流模块电源，所述的不带功率因数补偿的交流-直流模块电源包括EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器、大功率LED列阵、能量储存模块、原边控制模块、隔离模块和副边控制模块，所述的EMI滤波器、全波整流器、隔离式直流-直流变换器和大功率LED列阵依次连接，能量储存模块连接在全波整流器和隔离式直流-直流变换器之间，副边控制模块的输出端、隔离模块和原边控制模块的输入端依次连接，副边控制模块的输入端与隔离式直流-直流变换器的直流输出端连接，原边控制模块的输出端与隔离式直流-直流变换器连接。

[0007] 由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：若干个相同但有相互独立的交流-直流电源模块分别与以若干数目串联连接的LED串连接，每个交流-直流电源模块对应一串LED串，使得每串LED串都能高效率的运作，且在关掉一个模块电源的情况下不影响其它模块电源的照常运作；且在交流电源输入端和N块交流-直流电源模块之间还连接有电子计时器和开关，能在预先设定的时间内关断灯具的某一部分电源，达到节能的效果。

附图说明

[0008] 图1为传统的大功率LED灯具供电模块串联方式连接的结构示意图。

[0009] 图2为传统的大功率LED灯具供电模块串并联方式连接的结构示意图。

[0010] 图3为传统的大功率LED灯具供电模块另一种串并联方式连接的结构示意图。

[0011] 图4为本发明的结构示意图。

[0012] 图5为本发明中带暗化的大功率LED灯具供电模块结构示意图。

[0013] 图6为本发明中不带功率因数补偿的典型交流-直流电源方框图。

[0014] 图7为本发明中带带功率因数补偿的典型交流-直流电源方框图。

[0015] 图8为本发明中带功率因数补偿的单级交流-直流电源方框图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0017] 如图4所示，为本发明中大功率LED灯具供电模块的一种结构示意图，它以系统400标示。它是由一定数目相同但独立的交流-直流电源模块组成，分别标示为401、402、
403、…等等。灯具中模块电源的数量根据设计要求可增可减，各模块电源的交流输入端都并联连接到交流电压源的端口上。交流输入端的地线和模块电源(401、402、403、...等等)输出端的地线直接与灯具外壳连接以满足安全规定。每个模块电源的输出都是直流输出，它只和一个LED串连接，所以每个LED串的驱动都有自己的电流回路，只有在每个模块电源负端输出口处才与地连接。410、411、412、...等等都是相同的大功率LED串，每串LED管的数量可根据光照度、灯具机械设计与散热设备最大允许值而不同。虽然每整串内的LED管都是串联的，但实际上每子串LED的内部电气连接是灵活可变的，这样可在不同场合应用中实现暗化运行的同时达到近似光照均匀。因为各大功率LED 串是独立驱动的，在各LED串之间可能发生的因正向电压和电流特性失配而最终可导致灯具损坏的现象在本系统中不会发生。在任一LED灯芯，或任一模块电源损坏的情况下，灯具仍然可以继续运行，而不会完全熄灭。

[0018] 如图5所示，为一种简单方法实现大功率LED灯具供电模块暗化的结构示意图。与图1相比，图2只增加了一个计时器1001和一个开关S。在本例中，开关S连接在模块电源2的交流输入端。它的作用是在计时器1001的控制下，按照预先安排，关断灯具某一部分的电源。由于灯具中每个模块电源与其他模块电源之间是互相独立的，而且模块电源的设计在给定 LED负载下以最高效率运作，所以关掉一个模块电源不影响其他模块电源照常运作。本发明即能轻易地实现灯具暗化，达到节能的效果，而且整个灯具运作仍能保持所需要的电源转换效率 和功率因数。

[0019] 如图6所示，为典型不带功率因数补偿的电源500的原理方框图。它分别由电功能方框501-508表示：501为EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，502为全波整流器，将通过滤波的交流电整流成直流电，503是隔离式直流-直流变换器，将直流电变成另一固定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒流直流电，504为大功率LED列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块，505为副边控制模块，负责同步整流的控制，506为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，507为原边控制模块，其利用原边反馈工作原理，以保证直流电的恒压、恒流精度，508为大容量存储电容器，有平抑电流负荷，起到削峰、填谷的作用。基于全波整流器502至大容量存储电容器508的工作原理，交流输入端的电流包含基波以及大量的高次谐波。其中只有基波分量参与交流输入到直流输出端的能量传输，而高次谐波的存在使电源输入电流的有效值增加。此电流会造成交流供电系统中不必要功率损耗，所以对于LED灯具而言，标准规定这种无功率因数补偿电源的输入功率限于25 W以下，以达到减少传输线谐波污染和配电系统电能损失的目的。

[0020] 如图7所示，为典型带功率因数补偿的电源600的原理方框图。它分别由电功能方框601-608表示：601为EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，602A为全波整流器，将通过滤波的交流电整流成直流电， 602B为功率因数补偿升压（Boost）变换器，能有效消除谐波源，603为隔离式直流-直流变换器，将直流电变成另一固定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒流直流电，604为大功率LED列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块，605为副边控制模块，负责同步整流的控制，606为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，607为原边控制模块，其利用原边反馈工作原理，以保证直流电的恒压、恒流精度，608为大容量存储电容器，有平抑电流负荷，起到削峰、填谷的作用。与图6中的电源500相比，增加了一个额外的功率因数补偿变换器602B，以满足标准规定要求。功率因数补偿器602B一般是升压型变换器，但降压型或升降压型也可用于此目的。升压变换器的输入是经过全波整流的正弦波，其输出是以 608存储能量的高压直流输出。升压变换器的输出供给下级隔离式交流-直流变换器， 其由603、605、606和607组成。隔离式交流一直流变换器的电路类型最好依照变换器功率大小要求而定。一个典型的LED照明灯具一般功率只为25 W -100 W，增加一级PFC 电路后，电源的造价将有很大提高。

[0021] 如图8所示，为带功率因数补偿的单级交流-直流电源700原理方框图。701为EMI滤波器，能有效的抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，702为全波整流器，将通过滤波的交流电整流成直流电， 703为功率因数补偿及隔离式直流-直流变换器，将直流电变成另一固定电压、恒定电流的直流电，为大功率LED提供稳定的恒压、恒流直流电，并能有效消除谐波源，704为大功率LED列阵，多个LED发光管串联连接，形成一组发光模块，705为副边控制模块，负责同步整流的控制，706为隔离模块，用于信号隔离及抗干扰，707为原边控制模块，有平抑电流负荷，起到削峰、填谷的作用。图8中电源700将图6中602B和隔离交流一直流变换器603合为一体。这种电源没有图6中能量储存级608，其最佳输出功率范围约为25 W - 80 W。这种设计方案可提供最好的性能造价比，能满足大多数LED灯具的技术要求。