一种高功率因数切相调光电源

摘要

本发明公开并提供了一种高功率因数切相调光电源，它包括交流电源（1）、切相调光器（2）、高功率因数切相调光电源（3）、LED灯或LED灯具（4），所述高功率因数切相调光电源（3）包括相互对应适配连接的抗干扰电路（301）、主动式功率因数校正电路（302）、功率转换电路（303）、调光器维持电流电路（304）、信号转换电路（305）、光电耦合器（306）、PWM信号放大电路（307）及场效应管（308），本发明是一种功率因数高、对负载功率没有限制、效率高、输出功率可达几百瓦（甚至上千瓦）、谐波含量低、与切相调光器或可控硅调光器兼容性强、纹波小等优点的高功率因数切相调光电源。可广泛应用于高功率因数切相调光电源领域。

权利要求

1.一种高功率因数切相调光电源，它包括交流电源（1）、切相调光器（2）、高功率因数切相调光电源（3）、LED灯或LED灯具（4），其特征在于：所述交流电源（1）连接所述切相调光器（2）的输入端，所述切相调光器（2）的输出端连接所述高功率因数切相调光电源（3）的输入端，所述高功率因数切相调光电源（3）的输出端连接所述LED灯或LED灯具（4），所述高功率因数切相调光电源（3）包括相互对应适配连接的抗干扰电路（301）、主动式功率因数校正电路（302）、功率转换电路（303）、调光器维持电流电路（304）、信号转换电路（305）、光电耦合器（306）、PWM信号放大电路（307）及场效应管（308），所述高功率因数切相调光电源（3）输入L端连接切相调光器（2）输出端，切相调光器（2）输入端接市电（1）火线L端，所述高功率因数切相调光电源（3）输入N端连接市电（1）零线N端，所述高功率因数切相调光电源（3）输出端连接LED灯或灯具（4），所述抗干扰电路（301）连接所述高功率因数切相调光电源（3）的输入L、N端，所述抗干扰电路（301）连接所述主动式功率因数校正电路（302）、所述调光器维持电流电路（304）和所述信号转换电路（305），所述主动式功率因数校正电路（302）连接所述功率转换电路（303），所述信号转换电路（305）连接所述光电耦合器（306），所述光电耦合器（306）连接所述PWM信号放大电路（307），所述PWM信号放大电路（307）连接所述场效应管（308）的栅极，所述功率转换电路（303）输出的正极即为所述高功率因数切相调光电源（3）输出的正极，所述功率转换电路（303）输出的负极连接所述场效应管（308）的源极，所述场效应管（308）的漏极即为所述高功率因数切相调光电源（3）输出的负极。

2.根据权利要求1所述的高功率因数切相调光电源，其特征在于：所述主动式功率因数校正电路（302）有着提高功率因数、降低电流谐波含量对电网的干扰，并为所述功率转换电路（303）提供工作电压等作用，同时配合所述功率转换电路（303）实现大功率、小纹波。

3.根据权利要求1所述的高功率因数切相调光电源，其特征在于：所述高功率因数切相调光电源输出采用PWM控制调光方式，其不会因负载功率大小而影响调光效果，接多种不同光色的LED灯时也能实现同步调光，且有单独的调光器维持电流电路，能提高与调光器的兼容性。

说明书

一种高功率因数切相调光电源

技术领域

[0001] 本发明涉及一种切相调光电源，尤其是涉及一种高功率因数切相调光电源。

背景技术

[0002] 切相调光方式有着用户安装布线方便以及将旧建筑内已铺设的照明线路改造成具有调光功能的照明方案简单等优点而运用得越来越多。然而，目前的切相调光电源为了满足好的调光效果以及提高与调光器的兼容性，一般会牺牲掉功率因数或效率。现在使用的方案一般是采用单极PFC反激式开关电源通过调节限功率方式实现调光，虽然可以实现高的功率因数，但是其效率较低，一般只有80%的转换效率，而且还有负载范围限制，当负载功率低于电源额定输出功率70%时调光效果将变差，在同时接多种不同光色的LED灯时会出现调光不同步，且这个拓扑结构决定了不适合做100W以上的调光电源，特别是切相调光电源；还有一些方案采用没有功率因数校正电路的反激式或正激式开关电源加上PWM控制输出方式实现调光，这种方式虽然效率相对采用单极PFC反激式开关电源的切相调光电源要高一些，负载也没有了限制，但其因为没有功率因数校正电路，所以功率因数都比较低，一般在0.5-0.8之间，谐波含量非常高，高达100%以上，对电网干扰比较大，且输入峰值电流比较高，对调光器的额定功率或额定电流要求高；另外还有部分采用电子变压器的方式的切相调光电源，其缺点是输出没有经过滤波，纹波非常大，并且电压调整率和负载调整率都比较高，当用在LED灯上，对LED灯珠的伤害非常大，缩短LED灯珠的寿命，且频闪非常明显。

[0003] 综上所述，现有技术中的高功率因数切相调光电源存在负载功率有限制、同时接多种不同光色的LED灯调光不同步、效率低、输出功率不能做大，一般小于100W的缺陷；而没有功率因数校正的切相调光电源存在功率因数低、谐波含量高、对电网干扰大、对调光器的要求高等缺陷。

[0004] 需要说明的是：切相调光器有多种种类、接法以及其他叫法，比如可控硅调光器、前沿调光器、后沿调光器、正切或反切调光器等；LED灯或LED灯具也可以有很多形式和种类，也可以单个或多个连在一起使用。

[0005]

发明内容

[0006] 本发明所要解决的问提是克服现有技术的不足，提供提供一种功率因数高、对负载功率没有限制、效率高、输出功率可达几百瓦（甚至上千瓦）、谐波含量低、与切相调光器或可控硅调光器兼容性强、纹波小等优点的高功率因数切相调光电源。

[0007] 本发明的技术方案是：一种高功率因数切相调光电源，它包括交流电源、切相调光器、高功率因数切相调光电源、LED灯或LED灯具，所述交流电源 连接所述切相调光器 的输入端，所述切相调光器 的输出端连接所述高功率因数切相调光电源 的输入端，所述高功率因数切相调光电源 的输出端连接所述LED灯或LED灯具 ，所述高功率因数切相调光电源 包括相互对应适配连接的抗干扰电路 、主动式功率因数校正电路 、功率转换电路 、调光器维持电流电路 、信号转换电路 、光电耦合器 、PWM信号放大电路 及场效应管 ，所述高功率因数切相调光电源 输入L端连接切相调光器 输出端，切相调光器 输入端接市电 火线L端，所述高功率因数切相调光电源 输入N端连接市电 零线N端，所述高功率因数切相调光电源 输出端连接LED灯或灯具 ，所述抗干扰电路 连接所述高功率因数切相调光电源 的输入L、N端，所述抗干扰电路 连接所述主动式功率因数校正电路 、所述调光器维持电流电路 和所述信号转换电路 ，所述主动式功率因数校正电路 连接所述功率转换电路 ，所述信号转换电路 连接所述光电耦合器 ，所述光电耦合器 连接所述PWM信号放大电路 ，所述PWM信号放大电路 连接所述场效应管 的栅极，所述功率转换电路 输出的正极即为所述高功率因数切相调光电源 输出的正极，所述功率转换电路 输出的负极连接所述场效应管 的源极，所述场效应管 的漏极即为所述高功率因数切相调光电源 输出的负极。

[0008] 所述主动式功率因数校正电路 有着提高功率因数、降低电流谐波含量对电网的干扰，并为所述功率转换电路提供工作电压等作用，同时配合所述功率转换电路实现大功率、小纹波。

[0009] 所述高功率因数切相调光电源输出采用PWM控制调光方式，其不会因负载功率大小而影响调光效果，接多种不同光色的LED灯时也能实现同步调光，且有单独的调光器维持电流电路，能提高与调光器的兼容性。

[0010] 本发明的有益效果是：由于本发明它包括交流电源、切相调光器、高功率因数切相调光电源、LED灯或LED灯具，所述交流电源 连接所述切相调光器 的输入端，所述切相调光器 的输出端连接所述高功率因数切相调光电源 的输入端，所述高功率因数切相调光电源 的输出端连接所述LED灯或LED灯具 ，所述高功率因数切相调光电源 包括相互对应适配连接的抗干扰电路 、主动式功率因数校正电路 、功率转换电路 、调光器维持电流电路 、信号转换电路 、光电耦合器 、PWM信号放大电路 及场效应管 ，所述高功率因数切相调光电源 输入L端连接切相调光器 输出端，切相调光器 输入端接市电 火线L端，所述高功率因数切相调光电源 输入N端连接市电 零线N端，所述高功率因数切相调光电源 输出端连接LED灯或灯具 ，所述抗干扰电路 连接所述高功率因数切相调光电源 的输入L、N端，所述抗干扰电路 连接所述主动式功率因数校正电路 、所述调光器维持电流电路 和所述信号转换电路 ，所述主动式功率因数校正电路 连接所述功率转换电路 ，所述信号转换电路 连接所述光电耦合器 ，所述光电耦合器 连接所述PWM信号放大电路 ，所述PWM信号放大电路 连接所述场效应管 的栅极，所述功率转换电路 输出的正极即为所述高功率因数切相调光电源 输出的正极，所述功率转换电路 输出的负极连接所述场效应管 的源极，所述场效应管 的漏极即为所述高功率因数切相调光电源 输出的负极。所述主动式功率因数校正电路 有着提高功率因数、降低电流谐波含量对电网的干扰，并为所述功率转换电路提供工作电压等作用，同时配合所述功率转换电路实现大功率、小纹波。所述高功率因数切相调光电源输出采用PWM控制调光方式，其不会因负载功率大小而影响调光效果，接多种不同光色的LED灯时也能实现同步调光，且有单独的调光器维持电流电路，能提高与调光器的兼容性。所述本发明是一种功率因数高、对负载功率没有限制、效率高、输出功率可达几百瓦（甚至上千瓦）、谐波含量低、与切相调光器或可控硅调光器兼容性强、纹波小等优点的高功率因数切相调光电源。

[0011]

附图说明

[0012] 图1是本发明的原理结构方框示意图；图2是本发明的高功率因数切相调光电源电路原理示意图。

具体实施方式

[0013] 如图1、图2所示，本发明它包括交流电源 1 、切相调光器 2 、高功率因数切相调光电源3、LED灯或LED灯具 4 ， 所述交流电源 1 连接所述切相调光器 2 的输入端，所述切相调光器 2 的输出端连接所述高功率因数切相调光电源 3 的输入端，所述高功率因数切相调光电源 3 的输出端连接所述LED灯或LED灯具 4 ，所述高功率因数切相调光电源 3 包括相互对应适配连接的抗干扰电路 301 、主动式功率因数校正电路 302 、功率转换电路 303 、调光器维持电流电路 304 、信号转换电路 305 、光电耦合器 306 、PWM信号放大电路 307 及场效应管 308 ，所述高功率因数切相调光电源 3 输入L端连接切相调光器 2 输出端，切相调光器 2 输入端接市电 1 火线L端，所述高功率因数切相调光电源 3 输入N端连接市电 1 零线N端，所述高功率因数切相调光电源 3 输出端连接LED灯或灯具 4 ，所述抗干扰电路 301 连接所述高功率因数切相调光电源 3 的输入L、N端，所述抗干扰电路 301 连接所述主动式功率因数校正电路 302 、所述调光器维持电流电路 304 和所述信号转换电路 305 ，所述主动式功率因数校正电路 302 连接所述功率转换电路 303 ，所述信号转换电路 305 连接所述光电耦合器 306 ，所述光电耦合器 306 连接所述PWM信号放大电路 307 ，所述PWM信号放大电路 307 连接所述场效应管 308 的栅极，所述功率转换电路 303 输出的正极即为所述高功率因数切相调光电源 3 输出的正极，所述功率转换电路 
303 输出的负极连接所述场效应管 308 的源极，所述场效应管 308 的漏极即为所述高功率因数切相调光电源 3 输出的负极。

[0014] 所述主动式功率因数校正电路 302 有着提高功率因数、降低电流谐波含量对电网的干扰，并为所述功率转换电路 303 提供工作电压等作用，同时配合所述功率转换电路 303 实现大功率、小纹波。

[0015] 所述高功率因数切相调光电源输出采用PWM控制调光方式，其不会因负载功率大小而影响调光效果，接多种不同光色的LED灯时也能实现同步调光，且有单独的调光器维持电流电路，能提高与调光器的兼容性。

[0016] 本实施例中，市电1经过切相调光器2斩波后输入到所述高功率因数切相调光电源3输入端，经过所述抗干扰电路301后，输入到所述主动式功率因数校正电路302，所述主动式功率因数校正电路一般采用升压调整的有源功率因数校正电路，当然这里也不限制使用其他方式的有源功率因数校正电路，通过有源功率因数校正电路可以降低谐波含量、提升功率因数、为所述功率转换电路303提供恒定的工作电压，所述功率转换电路303通过能量转换输出一个恒压的直流电通过所述场效应管308供给所匹配的LED灯或灯具4，所述功率转换电路303可以是已知或未来新发明的各种拓扑结构的开关电源，如反激、正激、LLC、LCC、半桥、全桥等拓扑结构或经改进的拓扑结构。同时市电1经过切相调光器2斩波后的交流电再经过所述抗干扰电路301后，输入到所述调光器维持电流电路304和所述信号转换电路305，所述调光器维持电流电路304给切相调光器2提供一个稳定的维持电流，保证切相调光器2正常工作，提高所述高功率因数切相调光电源3和切相调光器2的兼容性，所述信号转换电路305先将输入的交流电通过电阻分压、滤波转换成一个低电平的直流电信号，这个直流电信号的电平是和输入到所述高功率因数切相调光电源3的交流电的平均电压或有效电压有直接关系，即改变交流电的平均电压或有效电压就可以改变所述信号转换电路305转换出的直流电信号的电压，因此通过调节切相调光器2改变斩掉交流电的深度就可以改变所述信号转换电路305转换出的直流电信号的电压；所述信号转换电路305然后将这个直流电信号再经过处理转换出一个PWM信号，PWM信号的频率固定，PWM信号的占空比或者说脉冲宽度由直流电信号的电平高低决定，PWM信号的频率可以通过设置信号转换电路来改变频率，其频率一般会设置在200Hz以上，其目的是避免人的肉眼对亮暗变化周期为5毫秒以上的灯光会感觉到有闪烁。

[0017] 本实施例中，所述信号转换电路305既可以用比较器、放大器等之类的纯硬件电路实现，又可以用单片机实现，运用单片机的信号转换电路其通过采集直流电信号的电平，经过内部程序处理就能输出一个与直流电信号电平相对应的PWM信号，PWM信号的频率由单片机内部程序来设置，有时所述信号转换电路305会包含一个反相电路将PWM信号反相之后再输入到所述光电耦合器306，这取决于所述信号转换器305转换出的PWM信号的相位是否和所需要的PWM信号极性相反；所述信号转换电路305产生的PWM信号输入到所述光电耦合器306，并将PWM信号传递到所述PWM信号放大电路307，PWM信号经过所述PWM信号放大电路307放大后输入到所述场效应管308的栅极，去控制与所述场效应管308的开和关，由于所述场效应管308的漏极是所述高功率因数切相调光电源3的输出负极，所述场效应管308的源极连接所述功率转换电路303的负极，所以PWM信号控制所述场效应管308的开和关即为控制所述高功率因数切相调光电源3输出的开和关，从而实现控制与所述高功率因数切相调光电源3输出相连接的所述LED灯或灯具4的亮度，其开和关的频率和占空比与PWM信号的频率和占空比一致，所以PWM信号的占空比决定所述LED灯或灯具4的亮度。所述主动式功率因数校正电路302和采用LLC电路加上同步整流电路组成的所述功率转换电路303，很容易实现功率因数高、效率高、谐波低的大功率切相调光电源；
本实施例中采用运算放大器和比较放大器等元件组成所述信号转换电路305将交流电信号转换成直流电信号后再转换成PWM信号，通过所述光电耦合器306传递到由三极管组成的所述PWM信号放大电路307，所述PWM信号放大电路307将放大的PWM信号去控制所述场效应管308，所述场效应管308控制所述功率转换电路303的输出，即控制所述高功率因数切相调光电源3的输出，应用PWM控制调光能很好地解决当负载功率小于额定负载功率70%以下调光效果差的问题，还解决了所述高功率切相调光电源3输出接不同光色的LED灯时也能实现同步调光，在一些实施例中所述信号转换电路305也可以用单片机来实现，所述PWM信号放大器也可以用三极管以为的放大器件或者使用一些逻辑器件也能达到相同效果；另外图
2中所述抗干扰电路301中还包含一些由电容电阻等组成的泄放电路，这些泄放电路既能降低干扰又能提高所述高功率因数切相调光电源3与切相调光器2的兼容性，特别是提高了与后沿调光器的兼容性，配合所述调光器维持电流电路304，可以使所述高功率因数切相调光电源3与大多数前切相、后切相的切相调光器2兼容良好。图2所示只是一个较好的典型实施例，只是为了更加具体的说明本发明，其并不限定本发明的保护范围。

[0018] 与现有技术相比，本发明通过所述主动功率因数校正电路302提升了功率因数、降低了谐波含量，很好地解决了现有技术中切相调光电源功率因数低、对电网造成干扰的问题；同时本发明的功率转换电路303运用LLC、LCC、正激、半桥、全桥等拓扑结构的开关电源电路，很容易制作出纹波小、大功率的切相调光电源，解决了现有技术中切相调光电源功率小的问题，特别是当所述功率转换电路303运用LLC、LCC等拓扑结构的开关电源电路时的转换效率非常高，可使整机效率很容易做到90%以上；本发明中所述信号转换电路305先将输入的交流电信号转换成直流电信号再转换成PWM信号，运用PWM信号去控制本发明的输出实现调光，很好地解决了现有技术中对负载功率小于额定负载功率70%以下调光效果差的问题，负载功率为额定负载功率的1%时也能实现好的调光效果，没有负载功率限制，并且当输出接不同光色的LED灯时也能实现同步调光；本发明中所述调光器维持电流电路304能提高与切相调光器2的兼容性，所述抗干扰电路301中的泄放电路也能提高与切相调光器2的兼容性，因此本发明也是一种与各种切相调光器兼容性非常强的高功率因数切相调光电源。

[0019] 上述中的实施例仅是本发明较好的实施例，其不局限本发明的保护范围，任何在本发明的思路、内容中做修改、改进或等同替换都落入本发明的权利要求保护范围内。