帶led照明燈的功率因數補償器的製作方法

2023-05-24 19:03:46

專利名稱：帶led照明燈的功率因數補償器的製作方法
技術領域：
帶LED照明燈的功率因數補償器
技術領城
本實用新型涉及一種功率因數補償器，具體是涉及一種帶LED照明燈的功 率因數補償器，它既是功率因數補償器，同時又是LED照明燈。
背素技水
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範，IEC-1000就是對於電源供應中諧波電流所 作的規範，而功率因數補償法是目前運用的最有效的方法之一，電力用戶常用 的無功功率補償設備是電容器。所謂功率因數是有用功和總功率之比例，即有 用功佔有用功與無用功向量和之比例。用戶用電功率因數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、洗衣機、螢光燈等感性電 器以及帶有開關電源或整流濾波電路的家電如電視機、電腦、電磁爐、音響、 節能燈等等的功率因數都很低，如果用戶能採用設置電容器的方法提高功率因 數，可以減少供電成本，節約能源，降低諧波電流的汙染，但是絕大多數用戶 並無此觀念。目前許多國家和地區都對用戶用電的功率因數提出了要求，如我 國臺灣省的電業法第69條規定用戶每月用電之平均功率因數不及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提出要求是大多數國家今後的趨勢。LED作為 半導體固體"冷"光源，具有高效節能、長壽命、低維護費用、無汙染、多色彩等 特點，是傳統的白熾燈和充氣光源的理想取代品，因此國家發改委與信息產業 部提倡今後將全面使用LED照明。本實用新型以一種適用於交流電網功率因數 補償的帶LED照明燈的功率因數補償器既是功率因數補償器，同時又是LED 照明燈，幫助用戶自覺養成節約能源的習慣，以提升交流電網的功率因數，對 國對家都才及為有益
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種適用於交流電網功率因數補償的帶LED照 明燈的功率因數補償器。為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是帶 LED照明燈的功率因數補償器固定接入交流市電，其中LED照明燈可通過遙控方 式或微動開關點亮、關閉，而功率因數補償電路一直在工作，在交流電網中本 實用新型呈容性，起到了功率因數補償的作用。本實用新型解決了目前帶有功 率因數補償的LED照明燈關閉時不能起到功率因數補償的問題。
帶LED照明燈的功率因數補償器可以由遙控器遙控使用，其解決方案示意 圖見圖1，帶LED照明燈的功率因數補償器電路原理圖見圖2，它由功率因數補 償、降壓整流濾波穩壓、單片機控制、LED驅動、LED及遙控接收整形等部分組 成，見圖1;電路原理圖見圖2，電容C1C2起功率因數補償作用，其中C1起主 要的功率因數補償作用，C2協同CI對功率因數補償和吸收電網的有害脈衝起到 了輔助效果，C1C2同時對交流電壓進行分壓而起到了降低交流電壓的作用；C3C4 濾波,Q1Q2及其外圍元件構成的電路起穩壓作用；單片機選用廉價的EM78P153S: 當LED燈熄滅時單片;f幾處於睡眠狀態，有遙控信號時接收到從遙控接收整形部 分送來的控制信號被喚醒進行解碼和判斷，以決定是否輸出脈衝使Q3Q4Q5去驅 動LED,而當LED燈點亮時若收到同樣的控制信號則熄滅LED燈；LED的驅動既 可以採用恆流驅動也可以採用脈衝驅動，可根據需要選擇驅動幾路相同顏色或 不同顏色的LED，還可以手動改變LED的色溫或使LED自動改變顏色。
遙控LED燈的遙控器可以採用任意的電視或音響使用的紅外線遙控器，也 可以採用專門配套的脈沖驅動LED小手電同時兼做遙控器，此時遙控接收整形 部分可以採用通用的紅外接收器；遙控器又可以採用超聲波遙控器，其實就是 採用能發出高頻聲波的簡單機械聲學發生器，此時遙控接收部分可以採用駐極 體話筒或超聲波傳感器，後面再加以運放濾波放大整形；遙控器又可以採用無 線射頻遙控器，此時遙控接收部分可以採用超再生接收電路，後面再加以運放 濾波放大整形，由於無線信號會穿透牆壁，採用無線射頻遙控時需要採用編碼 調製，在遙控接收部分再進行解碼；當然，本實用新型也可以做成插座燈直接 插在牆壁的插座上，這時可以不用遙控器了，只要按動LED照明燈上的微動開關即可控制燈的亮滅。
採用紅外線遙控器的方案比較靈活方便紅外線遙控器可以採用家中原有 的任意彩電、空調或音響所用的遙控器，紅外線遙控接收部分可以採用在電視、 空調或音響中已大量應用的紅外線遙控接收電路，其電路模塊原理圖及外形圖 見圖3;由於LED照明燈一般不會和電視或音響安放在一起，所以使用此類遙控 器控制LED照明燈不會和電視或音響相互影響；紅外線遙控接收不必採用專門 的編碼解碼，只要按下遙控器的任意鍵即可，遙控接收部分僅需根據所接收到 的脈衝串的長度來進行解碼和判斷。紅外線遙控發射器一則可以採用任意的電 視、空調或音響使用的紅外線遙控器兼用，再則由於紅外線接收傳感器同時也 可以接收到可視的光線，還可以採用為本實用新型專門配套的採用脈衝驅動的 LED小手電作遙控器，其驅動脈衝的的載頻及調製波形和紅外線遙控器相仿即 可，同時也是給用戶一個精緻小巧的LED小手電，其電路原理圖見圖4。
這裡重點分析電容降壓整流穩壓電源的電壓和電流的計算方法交流市電 ACin經ClC2分壓，所得交流電壓有效值為AC1 = [ Cl/ (Cl+C2) ] x ACin (公 式一 )，其中ACin為交流輸入電壓有效值；AC1經D1D2D3D4全橋整流，C3濾波， 得到未經穩壓且沒和電網隔離的直流電壓VCC，空載時VCC 1.414AC1 -1.414[C1/ (Cl+C2) ] xACin (公式二)。 Q1Q2及其外圍元件構成的穩壓器其靜 態電流很小，輸入電壓範圍大，在工作時其功耗也不大，Q1Q2的耐壓需大於VCC。 由Cl所決定的最大短路電流Imax = ACincoCl (公式三)，其中co為交流輸入電 壓角頻率。LED燈點亮時，根據最大傳輸原理，當負載逐漸加大，其最大功率輸 出發生在1/2 x VCC時，此時電流Io = Kx 1/2 x imax (公式四)，可稱Io為最
大工作電流，K是當所選的VCC較高時使C1兩端電壓略有下降而產生的一個系 數，K-(l. 414ACin-l/2xVCC)/1.414ACin(公式五)，大多數情況下K=0. 9-1. 0, 當所選的VCC不太高時可近似取K-1。這樣，當LED燈不亮即空載時，電容降壓 整流輸出電壓為VCC;當LED燈點亮時，電容降壓整流輸出電壓為1/2 x VCC, 只要我們很據LED燈所需要的工作電流和電壓，依照上述公式即可計算出Cl和 C2的數值，以下將在具體實施方式
中以實際應用電路舉例說明計算方法。帶LED照明燈的功率因數補償器具有使用靈活的特點你可以通過電源開 關把它完全關斷，也可以通過遙控器或微動開關只把LED燈關掉而保留功率因 數補償的功能，以為那些長時間開通的低功率因數的負栽如電冰箱、空調或處 於待機狀態的電腦、電視、音響等進行功率因數補償。
當LED燈關斷時帶LED照明燈的功率因數補償器處於待機狀態，由於紅外 線接收傳感器或超再生接收電路或駐極體話筒消耗電流很小，超聲波傳感器可 以不消耗電流，所以待機電流主要是用作信號放大的運放或紅外接收IC的靜態 電流，約小於1毫安，若是使用微動開關的方式則根本不消耗電流；而待機狀 態時單片機是處於睡眠狀態，耗電只有1微安，因此處於待機狀態時帶LED照 明燈的功率因數補償器就是起功率因數補償器的作用，其靜態耗電極少完全可 以忽略，因為它遠遠小於功率因數補償器所節省的功率；而當LED照明燈點亮 時，帶LED照明燈的功率因數補償器對交流電網仍顯容性，還是具有一定的功 率因數補償的作用，並具有節能作用，可以認為用於驅動LED的功率有一部分 是通過功率因數補償得來的，或理解為電容和電網中的感性負栽互相交換能量， 既提升了功率因數，又把所節省的部分能量用於驅動LED，其實質是把無功功率 轉變為有功功率，這真正是既能節能又能照明的節能照明燈！發明人使用交流 電流表測得某電風扇的工作電流為230mA,然後併入幾個採用本實用新型具體實 施方式製作的2瓦LED節能照明燈，交流電流表指針所增加的數值折算成功率 後大大小於LED節能照明燈所消耗的功率，用功率因數補償法驅動LED真是一 個節能的好辦法。更大量的節能數據有待更廣泛的實際檢測驗證，其結果一定 是非常鼓舞人心的。本實用新型若能及早推廣，其經濟效益、社會效益不可限 量。
隨著LED技術的不斷提高，LED照明燈具有很好的發展前景。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，擰入大多數燈座，而 尋找一種驅動LED照明燈的最佳方法是當務之急。LED本身很節能，目前LED燈 的整體效率不夠高其主要原因是有些驅動電路的效率不夠高，本實用新型沒有 使用變壓器、開關電源等會消耗功率或發熱的元器件或電路，所以比起其它動LED的方法效率更高；另外本實用新型在電網中呈容性，起到了功率因數補 償的作用，而且可以24小時不間斷進行功率因數補償。放眼現在的家用電器， 可以說幾乎除了白熾燈以外，所有電器的功率因數都不高，工廠所用的電器其 功率因數更低，使得目前交流電網的功率因數日益惡化，發電廠必須使用昂貴 的大容量功率因數補償器來集中調整功率因數，但也只能稍有改善而已，因是 集中調整效果並不理想，若能推廣本實用新型，不但本身就節能，還能分歉開 來對交流電網的功率因數起改善作用，其經濟效應十分可觀。
本實用新型的有益效果是提供了一種適用於交流電網功率因數補償的帶 LED照明燈的功率因數補償器，它具有使用靈活的特點你可以通過電源開關把 它完全關斷，也可以通過遙控器或微動開關只把LED燈關掉而保留功率因數補 償器的功能，即可以24小時不間斷進行功率因數補償。本實用新型既是LED照 明燈，同時又是功率因數補償器。作為LED照明燈，它耗電省、亮度高、使用 壽命長；作為功率因數補償器，它能提高功率因數、減少功率損耗、吸收電網 的有害脈衝，具有節電功能，把無功功率轉變為有功功率。本實用新型成本不 高，若推廣到每家每戶，將能改善交流電網的諧波電流，提升交流電網的功率 因數，節約能源，其經濟效益、社會效益不可限量，對國對家都極為有益。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。


圖1本實用新型帶LED照明燈的功率因數補償器解決方案示意圖； 圖2本實用新型帶LED照明燈的功率因數補償器電路原理圖； 圖3本實用新型遙控器採用紅外線遙控器的紅外線遙控接收才莫塊原理及外 形圖4本實用新型可用作遙控器的採用脈衝驅動的LED小手電電路原理圖。
具體實施方式
1、見圖2本實用新型帶LED照明燈的功率因數補償器電路原理圖。選用兩組各10個小功率白光LED,其平均工作電流為1F-30mA,正向電壓壓降VF=3. 0V， 白光LED採用恆流驅動，其總工作電壓為10xVF=30V，總工作電流為2x lF=60mA;若要求LED的色溫可調，可再增加一組10至15個黃光LED，黃光LED 發光效率高價4M氐廉，增加色溫調節對成本和耗電影響不大，黃光LED的平均 工作電流為lF、=10mA，正向電壓壓降VF、 -2V，由可變佔空比的脈衝電流驅動， 當驅動電流的佔空比為零時，LED節能照明燈的色溫由小功率白光LED的色溫決 定，大部分人都會覺得色溫偏冷，當驅動電流的佔空比逐漸增大時，LED節能照 明燈的色溫逐漸變暖，本具體實施例通過長按遙控器來選擇色溫，驅動電流的 佔空比可由零調至100%,其色溫的變化範圍已能滿足要求。如此，總共三組 LED的總電流Io=60~70 mA，平均電流為65 mA，總工作電壓1/2>式五求得K 0. 9，由^^式四求得Imax-144mA，由/〉式三求;彈Cl= Imax/ACinoo 2微法，由公式二 VCC = 1. 414[ CI/ ( Cl+C2 ) ] x ACin可求得 C2 8. 2微法，CI可取2uF/630V， C2取8. 2uF/100V,電阻Rl是當交流電源斷 開時給C1 ;改電的，可選為2.2MQ。 LED1-1-LED1-10和LED2-1-LED2-10為小 功率白光LED，其工作電流Il-I2-30mA由R10和Rll限定，R10-Rll-0. 6V/30mA=20 Q,LED3-1 ~LED3-10為黃光LED，其工作電流13=1 OmA由R12限定，R12-0. 6V/10 mA=60Q,取為56Q。單片機EM78P153S採用RC振蕩方式，當LED燈熄滅時處於睡眠狀態，有遙 控信號時接收到從遙控接收整形部分送來的控制信號被喚醒進行解碼和判斷， 當遙控器短按一下(約0. 5秒)，輸出高電平或脈衝使Q3Q4Q5去驅動點亮LED 燈，而當LED燈點亮時若收到同樣的控制信號則熄滅LED燈；另外，當LED燈 熄滅時若長按遙控器(大於2秒)，則單片機點亮LED燈並在2秒後以5秒為周 期循環改變Q5驅動電流的佔空比由零調至100c/。，從而調節LED節能照明燈的 色溫直到你感到滿意放開遙控器掩建為止。若改用三組不同顏色的LED,則可以 把長按2秒作為使LED自動改變顏色的控制按鈕，這時LED節能照明燈會不停 的自動改變顏色。紅外線遙控接收部分採用電視機音響空調常用的SFH紅外遙控接收模塊， 其工作電流僅為0.5mA，內部組成原理和外形圖見圖3，此模塊可用幾釐米長的 屏蔽線接到帶遙控LED照明燈的功率因數補償器的外部，選擇可以讓遙控器或 LED小手電容易照到的位置固定住即可。當本實用新型做成插座燈可直接插在牆壁的插座上，這時只要按動LED節 能照明燈上的微動開關K即可控制燈的亮滅和調節色溫，此時可以不使用遙控 器並可以節省紅外線遙控接收模塊的成本以簡化電路。當然，更簡易的辦法是 直接使用一個開關控制LED燈的亮滅，此時可以把單片機也省掉。2、見圖4本實用新型可用作遙控器的採用脈衝驅動的LED小手電電路原理 圖。供電電源直流3伏，除了L1L2採用插件外，EM78P153S和其它元器件都採 用貼片。單片機EM78P153S採用RC振蕩方式，平時處於睡眠狀態，耗電僅1微 安，可長期接在電源上，當^ "K"按下時喚醒單片機。R1和DZ1的參數可調 整至當電壓降至約2. 7V時單片才踏測到低電壓，檢測方法是當點亮LED手電時 CPU定時從P53送出低電平的同時由P52檢測電壓是否偏低，電壓高時驅動LED 的脈衝串佔空比約44%，電壓低時驅動LED的脈衝串佔空比約50c/。；或脈沖串 佔空比固定為50%不變，電壓高時只從P50輸出脈衝串，電壓低時從P50P51同 時輸出脈衝串，驅動脈衝的載頻及調製波形和電視機遙控器相仿即可。Q1Q2使 用放大倍數約100倍的NPN貼片三極體，Q1Q2和相應的外圍元件在單片機的驅 動脈衝控制下，形成兩個典型的它激式升壓型開關電源，以分別驅動高亮度白 光LED， LED分開驅動使每個LED能工作地更好。LED驅動電流的大小可由R5R7 或R6R8調整，整才幾電流在電壓高時可調至約50mA,電壓降至約2. 7V以下時增 加至約60mA以維持其亮度不明顯變小。這種LED小手電成本不高，可為用戶增加一個實用的夜間照明用具。
權利要求1、一種帶LED照明燈的功率因數補償器它由降壓整流濾波穩壓、單片機控制、LED驅動、LED及遙控接收整形電路和遙控器組成，其特徵在於它還包括一功率因數補償器。
2、 根據權利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數補償器，其特徵在於 所述的單片機控制電路包含有一開關K，可以對LED燈的工作狀態進行 人工手動控制。
3、 根據權利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數補償器，其特徵在於 所述遙控器既可以採用專門配套的遙控器，也可以使用現成的電視或音 響、空調使用的遙控器。
4、 根據權利要求1所述的帶LED照明燈的功率因數補償器，其特徵在於 所述遙控器可以採用紅外線遙控器、超聲波遙控器或無線射頻遙控器。
專利摘要本實用新型涉及一種適用於交流電網功率因數補償的帶LED照明燈的功率因數補償器。為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是帶LED照明燈的功率因數補償器由功率因數補償、降壓整流濾波穩壓、單片機控制、LED驅動、LED及遙控接收整形等部分組成。帶LED照明燈的功率因數補償器固定接入交流市電，其中LED照明燈可通過遙控方式或微動開關點亮、關閉，因此功率因數補償電路一直在工作，在交流電網中本實用新型呈容性，起到了功率因數補償的作用。本實用新型解決了目前帶有功率因數補償的LED照明燈關閉時不能起到功率因數補償的問題。
文檔編號F21S2/00GK201133577SQ200720007040
公開日2008年10月15日 申請日期2007年5月15日 優先權日2007年5月15日
發明者張亦翔, 張飛然 申請人:張亦翔