一種高功率因數切相調光電源的製作方法

2023-11-11 03:37:22

本發明涉及一種切相調光電源，尤其是涉及一種高功率因數切相調光電源。

背景技術：

切相調光方式有著用戶安裝布線方便以及將舊建築內已鋪設的照明線路改造成具有調光功能的照明方案簡單等優點而運用得越來越多。然而，目前的切相調光電源為了滿足好的調光效果以及提高與調光器的兼容性，一般會犧牲掉功率因數或效率。現在使用的方案一般是採用單極pfc反激式開關電源通過調節限功率方式實現調光，雖然可以實現高的功率因數，但是其效率較低，一般只有80%的轉換效率，而且還有負載範圍限制，當負載功率低於電源額定輸出功率70%時調光效果將變差，在同時接多種不同光色的led燈時會出現調光不同步，且這個拓撲結構決定了不適合做100w以上的調光電源，特別是切相調光電源；還有一些方案採用沒有功率因數校正電路的反激式或正激式開關電源加上pwm控制輸出方式實現調光，這種方式雖然效率相對採用單極pfc反激式開關電源的切相調光電源要高一些，負載也沒有了限制，但其因為沒有功率因數校正電路，所以功率因數都比較低，一般在0.5-0.8之間，諧波含量非常高，高達100%以上，對電網幹擾比較大，且輸入峰值電流比較高，對調光器的額定功率或額定電流要求高；另外還有部分採用電子變壓器的方式的切相調光電源，其缺點是輸出沒有經過濾波，紋波非常大，並且電壓調整率和負載調整率都比較高，當用在led燈上，對led燈珠的傷害非常大，縮短led燈珠的壽命，且頻閃非常明顯。

綜上所述，現有技術中的高功率因數切相調光電源存在負載功率有限制、同時接多種不同光色的led燈調光不同步、效率低、輸出功率不能做大，一般小於100w的缺陷；而沒有功率因數校正的切相調光電源存在功率因數低、諧波含量高、對電網幹擾大、對調光器的要求高等缺陷。

需要說明的是：切相調光器有多種種類、接法以及其他叫法，比如可控矽調光器、前沿調光器、後沿調光器、正切或反切調光器等；led燈或led燈具也可以有很多形式和種類，也可以單個或多個連在一起使用。

技術實現要素：

本發明所要解決的問提是克服現有技術的不足，提供提供一種功率因數高、對負載功率沒有限制、效率高、輸出功率可達幾百瓦（甚至上千瓦）、諧波含量低、與切相調光器或可控矽調光器兼容性強、紋波小等優點的高功率因數切相調光電源。

本發明的技術方案是：一種高功率因數切相調光電源，它包括交流電源、切相調光器、高功率因數切相調光電源、led燈或led燈具，所述交流電源連接所述切相調光器的輸入端，所述切相調光器的輸出端連接所述高功率因數切相調光電源的輸入端，所述高功率因數切相調光電源的輸出端連接所述led燈或led燈具，所述高功率因數切相調光電源包括相互對應適配連接的抗幹擾電路、主動式功率因數校正電路、功率轉換電路、調光器維持電流電路、信號轉換電路、光電耦合器、pwm信號放大電路及場效應管，所述高功率因數切相調光電源輸入l端連接切相調光器輸出端，切相調光器輸入端接市電火線l端，所述高功率因數切相調光電源輸入n端連接市電零線n端，所述高功率因數切相調光電源輸出端連接led燈或燈具，所述抗幹擾電路連接所述高功率因數切相調光電源的輸入l、n端，所述抗幹擾電路連接所述主動式功率因數校正電路、所述調光器維持電流電路和所述信號轉換電路，所述主動式功率因數校正電路連接所述功率轉換電路，所述信號轉換電路連接所述光電耦合器，所述光電耦合器連接所述pwm信號放大電路，所述pwm信號放大電路連接所述場效應管的柵極，所述功率轉換電路輸出的正極即為所述高功率因數切相調光電源輸出的正極，所述功率轉換電路輸出的負極連接所述場效應管的源極，所述場效應管的漏極即為所述高功率因數切相調光電源輸出的負極。

所述主動式功率因數校正電路有著提高功率因數、降低電流諧波含量對電網的幹擾，並為所述功率轉換電路提供工作電壓等作用，同時配合所述功率轉換電路實現大功率、小紋波。

所述高功率因數切相調光電源輸出採用pwm控制調光方式，其不會因負載功率大小而影響調光效果，接多種不同光色的led燈時也能實現同步調光，且有單獨的調光器維持電流電路，能提高與調光器的兼容性。

本發明的有益效果是：由於本發明它包括交流電源、切相調光器、高功率因數切相調光電源、led燈或led燈具，所述交流電源連接所述切相調光器的輸入端，所述切相調光器的輸出端連接所述高功率因數切相調光電源的輸入端，所述高功率因數切相調光電源的輸出端連接所述led燈或led燈具，所述高功率因數切相調光電源包括相互對應適配連接的抗幹擾電路、主動式功率因數校正電路、功率轉換電路、調光器維持電流電路、信號轉換電路、光電耦合器、pwm信號放大電路及場效應管，所述高功率因數切相調光電源輸入l端連接切相調光器輸出端，切相調光器輸入端接市電火線l端，所述高功率因數切相調光電源輸入n端連接市電零線n端，所述高功率因數切相調光電源輸出端連接led燈或燈具，所述抗幹擾電路連接所述高功率因數切相調光電源的輸入l、n端，所述抗幹擾電路連接所述主動式功率因數校正電路、所述調光器維持電流電路和所述信號轉換電路，所述主動式功率因數校正電路連接所述功率轉換電路，所述信號轉換電路連接所述光電耦合器，所述光電耦合器連接所述pwm信號放大電路，所述pwm信號放大電路連接所述場效應管的柵極，所述功率轉換電路輸出的正極即為所述高功率因數切相調光電源輸出的正極，所述功率轉換電路輸出的負極連接所述場效應管的源極，所述場效應管的漏極即為所述高功率因數切相調光電源輸出的負極。所述主動式功率因數校正電路有著提高功率因數、降低電流諧波含量對電網的幹擾，並為所述功率轉換電路提供工作電壓等作用，同時配合所述功率轉換電路實現大功率、小紋波。所述高功率因數切相調光電源輸出採用pwm控制調光方式，其不會因負載功率大小而影響調光效果，接多種不同光色的led燈時也能實現同步調光，且有單獨的調光器維持電流電路，能提高與調光器的兼容性。所述本發明是一種功率因數高、對負載功率沒有限制、效率高、輸出功率可達幾百瓦（甚至上千瓦）、諧波含量低、與切相調光器或可控矽調光器兼容性強、紋波小等優點的高功率因數切相調光電源。

附圖說明

圖1是本發明的原理結構方框示意圖；

圖2是本發明的高功率因數切相調光電源電路原理示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發明它包括交流電源1、切相調光器2、高功率因數切相調光電源3、led燈或led燈具4，所述交流電源1連接所述切相調光器2的輸入端，所述切相調光器2的輸出端連接所述高功率因數切相調光電源3的輸入端，所述高功率因數切相調光電源3的輸出端連接所述led燈或led燈具4，所述高功率因數切相調光電源3包括相互對應適配連接的抗幹擾電路301、主動式功率因數校正電路302、功率轉換電路303、調光器維持電流電路304、信號轉換電路305、光電耦合器306、pwm信號放大電路307及場效應管308，所述高功率因數切相調光電源3輸入l端連接切相調光器2輸出端，切相調光器2輸入端接市電1火線l端，所述高功率因數切相調光電源3輸入n端連接市電1零線n端，所述高功率因數切相調光電源3輸出端連接led燈或燈具4，所述抗幹擾電路301連接所述高功率因數切相調光電源3的輸入l、n端，所述抗幹擾電路301連接所述主動式功率因數校正電路302、所述調光器維持電流電路304和所述信號轉換電路305，所述主動式功率因數校正電路302連接所述功率轉換電路303，所述信號轉換電路305連接所述光電耦合器306，所述光電耦合器306連接所述pwm信號放大電路307，所述pwm信號放大電路307連接所述場效應管308的柵極，所述功率轉換電路303輸出的正極即為所述高功率因數切相調光電源3輸出的正極，所述功率轉換電路303輸出的負極連接所述場效應管308的源極，所述場效應管308的漏極即為所述高功率因數切相調光電源3輸出的負極。

所述主動式功率因數校正電路302有著提高功率因數、降低電流諧波含量對電網的幹擾，並為所述功率轉換電路303提供工作電壓等作用，同時配合所述功率轉換電路303實現大功率、小紋波。

所述高功率因數切相調光電源輸出採用pwm控制調光方式，其不會因負載功率大小而影響調光效果，接多種不同光色的led燈時也能實現同步調光，且有單獨的調光器維持電流電路，能提高與調光器的兼容性。

本實施例中，市電1經過切相調光器2斬波後輸入到所述高功率因數切相調光電源3輸入端，經過所述抗幹擾電路301後，輸入到所述主動式功率因數校正電路302，所述主動式功率因數校正電路一般採用升壓調整的有源功率因數校正電路，當然這裡也不限制使用其他方式的有源功率因數校正電路，通過有源功率因數校正電路可以降低諧波含量、提升功率因數、為所述功率轉換電路303提供恆定的工作電壓，所述功率轉換電路303通過能量轉換輸出一個恆壓的直流電通過所述場效應管308供給所匹配的led燈或燈具4，所述功率轉換電路303可以是已知或未來新發明的各種拓撲結構的開關電源，如反激、正激、llc、lcc、半橋、全橋等拓撲結構或經改進的拓撲結構。同時市電1經過切相調光器2斬波後的交流電再經過所述抗幹擾電路301後，輸入到所述調光器維持電流電路304和所述信號轉換電路305，所述調光器維持電流電路304給切相調光器2提供一個穩定的維持電流，保證切相調光器2正常工作，提高所述高功率因數切相調光電源3和切相調光器2的兼容性，所述信號轉換電路305先將輸入的交流電通過電阻分壓、濾波轉換成一個低電平的直流電信號，這個直流電信號的電平是和輸入到所述高功率因數切相調光電源3的交流電的平均電壓或有效電壓有直接關係，即改變交流電的平均電壓或有效電壓就可以改變所述信號轉換電路305轉換出的直流電信號的電壓，因此通過調節切相調光器2改變斬掉交流電的深度就可以改變所述信號轉換電路305轉換出的直流電信號的電壓；所述信號轉換電路305然後將這個直流電信號再經過處理轉換出一個pwm信號，pwm信號的頻率固定，pwm信號的佔空比或者說脈衝寬度由直流電信號的電平高低決定，pwm信號的頻率可以通過設置信號轉換電路來改變頻率，其頻率一般會設置在200hz以上，其目的是避免人的肉眼對亮暗變化周期為5毫秒以上的燈光會感覺到有閃爍。

本實施例中，所述信號轉換電路305既可以用比較器、放大器等之類的純硬體電路實現，又可以用單片機實現，運用單片機的信號轉換電路其通過採集直流電信號的電平，經過內部程序處理就能輸出一個與直流電信號電平相對應的pwm信號，pwm信號的頻率由單片機內部程序來設置，有時所述信號轉換電路305會包含一個反相電路將pwm信號反相之後再輸入到所述光電耦合器306，這取決於所述信號轉換器305轉換出的pwm信號的相位是否和所需要的pwm信號極性相反；所述信號轉換電路305產生的pwm信號輸入到所述光電耦合器306，並將pwm信號傳遞到所述pwm信號放大電路307，pwm信號經過所述pwm信號放大電路307放大後輸入到所述場效應管308的柵極，去控制與所述場效應管308的開和關，由於所述場效應管308的漏極是所述高功率因數切相調光電源3的輸出負極，所述場效應管308的源極連接所述功率轉換電路303的負極，所以pwm信號控制所述場效應管308的開和關即為控制所述高功率因數切相調光電源3輸出的開和關，從而實現控制與所述高功率因數切相調光電源3輸出相連接的所述led燈或燈具4的亮度，其開和關的頻率和佔空比與pwm信號的頻率和佔空比一致，所以pwm信號的佔空比決定所述led燈或燈具4的亮度。所述主動式功率因數校正電路302和採用llc電路加上同步整流電路組成的所述功率轉換電路303，很容易實現功率因數高、效率高、諧波低的大功率切相調光電源；

本實施例中採用運算放大器和比較放大器等元件組成所述信號轉換電路305將交流電信號轉換成直流電信號後再轉換成pwm信號，通過所述光電耦合器306傳遞到由三極體組成的所述pwm信號放大電路307，所述pwm信號放大電路307將放大的pwm信號去控制所述場效應管308，所述場效應管308控制所述功率轉換電路303的輸出，即控制所述高功率因數切相調光電源3的輸出，應用pwm控制調光能很好地解決當負載功率小於額定負載功率70%以下調光效果差的問題，還解決了所述高功率切相調光電源3輸出接不同光色的led燈時也能實現同步調光，在一些實施例中所述信號轉換電路305也可以用單片機來實現，所述pwm信號放大器也可以用三極體以為的放大器件或者使用一些邏輯器件也能達到相同效果；另外圖2中所述抗幹擾電路301中還包含一些由電容電阻等組成的洩放電路，這些洩放電路既能降低幹擾又能提高所述高功率因數切相調光電源3與切相調光器2的兼容性，特別是提高了與後沿調光器的兼容性，配合所述調光器維持電流電路304，可以使所述高功率因數切相調光電源3與大多數前切相、後切相的切相調光器2兼容良好。圖2所示只是一個較好的典型實施例，只是為了更加具體的說明本發明，其並不限定本發明的保護範圍。

與現有技術相比，本發明通過所述主動功率因數校正電路302提升了功率因數、降低了諧波含量，很好地解決了現有技術中切相調光電源功率因數低、對電網造成幹擾的問題；同時本發明的功率轉換電路303運用llc、lcc、正激、半橋、全橋等拓撲結構的開關電源電路，很容易製作出紋波小、大功率的切相調光電源，解決了現有技術中切相調光電源功率小的問題，特別是當所述功率轉換電路303運用llc、lcc等拓撲結構的開關電源電路時的轉換效率非常高，可使整機效率很容易做到90%以上；本發明中所述信號轉換電路305先將輸入的交流電信號轉換成直流電信號再轉換成pwm信號，運用pwm信號去控制本發明的輸出實現調光，很好地解決了現有技術中對負載功率小於額定負載功率70%以下調光效果差的問題，負載功率為額定負載功率的1%時也能實現好的調光效果，沒有負載功率限制，並且當輸出接不同光色的led燈時也能實現同步調光；本發明中所述調光器維持電流電路304能提高與切相調光器2的兼容性，所述抗幹擾電路301中的洩放電路也能提高與切相調光器2的兼容性，因此本發明也是一種與各種切相調光器兼容性非常強的高功率因數切相調光電源。

上述中的實施例僅是本發明較好的實施例，其不局限本發明的保護範圍，任何在本發明的思路、內容中做修改、改進或等同替換都落入本發明的權利要求保護範圍內。