CN101404842A

CN101404842A - 三线制大功率led驱动器

Info

Publication number: CN101404842A
Application number: CNA2008101954990A
Authority: CN
Inventors: 赵建洪; 李剑; 廖鑫明
Original assignee: JIANGYIN WANGDA ELECTRON CO Ltd
Current assignee: JIANGYIN WANGDA ELECTRON CO Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN101404842B

Abstract

本发明涉及一种三线制大功率LED驱动器，主要用于大功率LED的驱动。包括LED驱动器和大功率LED负载，其特征在于所述LED驱动器有三根输出线，分别为输出正端、输出负端和信号控制线，大功率LED负载连接于输出正端与输出负端之间，S1为控制开关，S1的一端连接到输出正端，S1的另一端连接到信号控制线，该信号控制线通过一个限流电阻R10连接到所述LED驱动器光耦U2的内部二极管正端，所述控制开关S1、信号控制线和限流电阻R10一起构成一个低电压控制电路。本发明能有效避免控制开关闭合时产生电流冲击问题。

Description

三线制大功率LED驱动器

(一)技术领域

本发明涉及一种大功率LED驱动器。主要用于大功率LED的驱动。属电子产品技术领域。

(二)背景技术

在本发明作出以前，以往用于台灯式的大功率LED的驱动器的应用框图如图1所示。客户在目前的应用中，其“控制开关”与大功率LED负载是串联使用的，同时LED负载的个数又是不定的，可能是一个、两个，也可能是三个。其会产生以下问题：

LED负载不确定。当点亮一颗LED时，驱动器仅需输出3.5V，当需要点亮3颗LED时，驱动器则需要输出10.5V(3.5V*3)，这样需要驱动器能根据负载的个数自动调整输出电压。为确保能有效驱动3颗LED，驱动器的最大输出电压一般设计到12V。在图1的应用中，最大的问题是：“控制开关”(与负载是串联的)接到了驱动器的次级(输出端)。由于驱动器一直是接在电网上，不管“控制开关”是否打开，驱动器是一直工作的；当“控制开关”没有闭合之前，驱动器是不知道负载有几颗LED的，但为了能确保能驱动3颗LED，其输出只能工作在最大输出电压状态，即12V输出。这样当负载为一颗LED时，“控制开关”闭合时驱动器就存在一个“输出由12V降低到3.5V”的转换过程，尽管此过程很短，但对于LED来说，每次“控制开关”的闭合，都存在一次由电压转换引起的大电流冲击(上述转换过程)。

常规二线制驱动器的工作原理如图2所示，属于隔离反激式电源。该产品有两根输出线。其核心控制电路U1采用了Power Integrations的功率转换控制芯片TNY276，U2为线性光耦，D1为11V的稳压管，D6为肖特基整流管，R1为输出电流取样电阻。产品在实际应用过程中存在着以下两种工作模式：

1、“恒压”模式

当输出回路的电流低于“预定值”(如：对于单颗1W的大功率LED为350mA，对于单颗3W的LED则为700mA)包括当开关“S1”断开时，本电路工作于“恒压”模式。输出电压由“D1”稳压值、“U2”正向压降(约为1V)及电阻“R8”上的压降所确定，一般情况下“R8”的阻值很小，其压降基本可忽略，因此本电路此时的输出基本上为12V(因D1为11V稳压管)。

2、“恒流限压”模式

随着输出电流的上升，电流取样电阻“R1”上的压降随之上升，该压降通过电阻“R7”反馈到光耦“U2”的1脚(1脚为内部二极管正端，2脚为内部二极管负端)，光耦“U2”中的1、2脚的电流增大，引起光耦“U2”中的3、4脚间的阻值下降，该阻值的下降又引起U1的1脚的“拉出电流”增大，当达到阈值时(115uA)，U1中的MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)将关闭，从而令输出电压下降。当输出电流上升到“预定值”时，就达到了一个“动态平衡”状态，从而实现“恒流”目的。此时的输出电压与“D1”及光耦的正向压降不再有关，产品此时的工作方式像个电流源，处于“恒流限压”模式，输出电压仅与输出负载有关，若此时的负载为一颗LED，输出电压为3.5V左右(单颗LED的正向导通压降，不同厂家的LED略有不同)，若负载为三颗LED，输出则为10.5V左右。

控制开关“S1”断开时，产品工作在“恒压模式”，此时的输出电压为12V；当“S1”闭合时，产品将转换到“恒流限压模式”，在此过程中由于存在着一个输出电压由“高电位向低电位”的转换，而我们的负载LED，其正向特性类似于一个正向导通的PN结，微小的电压变化将引起剧烈的电流变化，LED的“寿命”与其通过的过量“大”电流存在着紧密的联系，因此尽管这个“转换过程”很短，每当“S1”由断开向闭合转换时，都将形成一次大电流“冲击”，当负载为一颗LED时，这种情况将最为恶劣！这些就是“问题”的由来。

以往的解决方案有以下几种：

第一种、采用信号检测的方式解决。若能够检测到相关信号，说明“冲击”已经发生，而且信号的检测与输出电压的转换都需要时间，因此该方案是不可行的。

第二种、根据使用的LED的实际个数来确定驱动器的输出电压，如：光源是一颗LED的驱动器输出就是3.5V；两颗的，输出为7V。一款驱动器只能对应一款光源负载，以降低冲击强度。该方案只能减弱冲击，不能完全避免。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能有效避免控制开关闭合时产生电流冲击问题的三线制大功率LED驱动器。

本发明的目的是这样实现的：一种三线制大功率LED驱动器，包括LED驱动器和大功率LED负载，其特征在于所述LED驱动器有三根输出线，分别为输出正端、输出负端和信号控制线，大功率LED负载连接于输出正端与输出负端之间，S1为控制开关，S1的一端连接到输出正端，S1的另一端连接到信号控制线，该信号控制线通过一个限流电阻R10连接到所述LED驱动器光耦U2的内部二极管正端，所述控制开关S1、信号控制线和限流电阻R10一起构成一个低电压控制电路。

当控制开关S1闭合时通过一个限流电阻(取一个合适的阻值)可令输出电压控制在2V以下，该电压远低于一颗大功率LED的正向压降，因此能可靠关闭LED，当需要点亮LED时，断开控制开关S1，输出电压从2V开始上升，当达到设定的电流值(350mA)时稳定输出电压，从而避免了因输出电压的“高-低转换”而引起的电流冲击问题。当LED熄灭时，输入功耗低于0.3W。因此本发明能有效避免因控制开关“动作”所产生的电流冲击问题。

(四)附图说明

图1为以往用于大功率LED的驱动器应用框图。

图2为以往用于大功率LED的驱动器电路图。

图3为本发明三线制大功率LED驱动器应用框图。

图4为本发明三线制大功率LED驱动器电路图。

(五)具体实施方式

参见图3，本发明三线制大功率LED驱动器的“电压控制电路”是个开关电路，同原有的两根输出线中的一根可形成一个闭合回路，可控制电压输出的大小。“输出接口”由原先的“两芯线”，改为“三芯线”，当闭合回路形成时，将驱动器的输出设定到2V左右(以无法驱动一颗LED发光为准)，当需要点亮光源时，将闭合回路设法断开，输出电压由开始的2V开始向上爬升，从而避免了驱动器对LED的冲击(冲击由较高电压向低电压转换时产生)。当驱动器的输出电流达到设定值时，驱动器的输出电压达到稳定状态。

参见图3～4，本发明三线制大功率LED驱动器有三根输出线，分别为“输出正端”、“输出负端”和“信号控制线”，“S1”为控制开关，“D2”、“D3”和“D4”为输出负载，“D2”、“D3”和“D4”串联连接于“输出正端”与“输出负端”之间，“S1”的一端连接到“输出正端”，“S1”的另一端连接到“信号控制线”，该“信号控制线”通过一个限流电阻R10连接到光耦U2的1脚(内部二极管正端)，“输出负端”通过电流取样电阻R1回到次级的“GND”(内部电路“地”参考点)。

本发明控制开关“S1”与常规的应用正好相反，“S1”闭合时，产品处于“恒压模式”，但此时的输出电压不再由“D1”与光耦U2正向导通压降所决定，而是由“R10”上的压降与光耦U2的正向压降所决定。一般情况下“R10”取值较小，此时的输出电压低于2V(通过“R10”取合适的阻值，详细工作方式与前面的叙述一致，都是由光耦的电流变化引起输出电压的调整，以下不再累述)，此电压远低于单颗大功率LED的正向导通压降，由于LED中没有电流通过，因此LED无法发光，此时产品的输入功率低于0.3W。当“S1”断开时，输出电压就会上升，当上升到负载LED的正向导通压降时，输出电流开始增大，电流的增速远大于电压的增速，当输出电流达到“预定值”时，因电流取样电路的“起控”，输出电压不再上升，产品就工作于“恒流模式”。在此过程中仅存在一个输出电压由“低电平向高电平转变”的过程，大功率LED中不再存在“过量的冲击电流”，仅存在一个电流从“无”到“有”的过程，因此有效避免了实际应用中的“电流冲击问题”，从而可大大延长大功率LED的使用寿命。在此电路中存在着三种输出电压：

1、产品关闭电压：由电阻“R10”决定(“S1”闭合)。

2、产品工作电压：由输出负载LED决定。

3、产品最大可输出电压：由稳压管“D1”决定(负载LED开路，“S1”断开时的电压)。

本电路与常规应用电路相比，最大的区别在于引入了一个输出电压最低的“产品关闭电压”概念(相对于其它两个电压来说)，当大功率LED关闭时，产品即处于该状态中。常规应用中的产品仅有两种输出电压：“产品工作电压”与“产品最大可输出电压”，当LED由“熄灭”向“点亮”转换时，产品输出电压则由“产品最大可输出电压”向“产品工作电压”转换，电流冲击随之产生。

此外本发明尚有其它一些不同的应用：如将该图中的控制开关“S1”更改为10K左右的可调电阻即可实现“无电流冲击”的大功率LED“无级调光”功能(通过调整可调电阻来调整输出电压，实际电路已得到验证)。

下面针对图4对本发明三线制大功率LED驱动器电路作一详细描述：

参见图4，本发明所述三线制大功率LED驱动器电路，主要由电流保险丝F1、安规电容CX1、压敏电阻V1、整流桥堆B1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R14、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、安规电容C4、电容C5、电解电容C6、电解电容C7、电容C8、电感L1、电感L2、高频变压器T1、U1(功率转换控制芯片TNY276)、线性光耦U2、稳压二极管D1、快恢复二极管D5、整流二极管D6、控制开关S1以及LED负载D2、LED负载D3和LED负载D4组成。所述电流保险丝F1的一端与驱动器的交流输入端“火线”(L)相连，电流保险丝F1的另一端与安规电容CX1的一端、压敏电阻V1的一端和整流桥堆B1的交流输入端(3脚)相连，整流桥堆B1的交流输入端(1脚)与安规电容CX1的另一端和压敏电阻V1的另一端及驱动器的交流输入端中的“零线”相连，整流桥堆B1的输出“正”端(2脚)与电解电容C1的正极、电解电容C2的正极、电阻R4的一端、电阻R5的一端、电容C3的一端、高频变压器T1的初级线圈一端和安规电容C4的一端相连，整流桥堆B1的输出“负”端(4脚)与电感L1的一端、电阻R2的一端和电解电容C1的负极相连，电感L1的另一端与芯片U1源极“S”引脚(5、6、7、8脚)、电容C5的一端和线性光耦U2的发射极(3脚)、电阻R2的另一端和电解电容C2的负极相连，U1为功率转换控制芯片TNY276，电阻R4与电阻R3串联，电阻R3与快恢复二极管D5的负极和电容C3的另一端相连，快恢复二极管D5的正极与芯片U1的漏极“D”引脚(4脚)和高频变压器T1的初级线圈另一端相连，电阻R5与电阻R6串联，电阻R6与芯片U1的“EN/UV”脚(1脚，EN/UV-输入使能与流限状态调节器)、线性光耦U2的集电极(4脚)相连，电容C4的另一端接地，线性光耦U2采用PC817A，芯片U1的BP/M旁路/多功能引脚(2脚)与电容C5的另一端相连，高频变压器T1的次级输出端一端与电容C8的一端和整流二极管D6的正极相连，电容C8的另一端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与整流二极管D6的负极、电阻R8的一端、电解电容C6的正极和电感L2的一端相连，电解电容C6的负极与高频变压器T1的次级输出端另一端相连，电阻R8的另一端与稳压二极管D1的负极相连，稳压二极管D1的正极与线性光耦U2的内部二极管正端(1脚)相连，电感L2的另一端与电解电容C7的正极、控制开关S1的一端和驱动器的输出正端相连，控制开关S1的另一端连接到信号控制线，该信号控制线通过一个限流电阻R10连接到线性光耦U2的内部二极管正端(1脚)和电阻R7的一端，电阻R7的另一端、电解电容C7的负极和电阻R1的一端连接到驱动器的输出负端，电阻R1的另一端与线性光耦U2的内部二极管负端(2脚)相连，LED负载D2、LED负载D3和LED负载D4串联后连接在输出正端与输出负端之间。

Claims

1、一种三线制大功率LED驱动器，包括LED驱动器和大功率LED负载，其特征在于所述LED驱动器有三根输出线，分别为输出正端、输出负端和信号控制线，大功率LED负载连接于输出正端与输出负端之间，S1为控制开关，S1的一端连接到输出正端，S1的另一端连接到信号控制线，该信号控制线通过一个限流电阻R10连接到所述LED驱动器光耦U2的内部二极管正端，所述控制开关S1、信号控制线和限流电阻R10一起构成一个低电压控制电路。

2、根据权利要求1所述一种三线制大功率LED驱动器，其特征在于所述驱动器包括电流保险丝F1、安规电容CX1、压敏电阻V1、整流桥堆B1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R14、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、安规电容C4、电容C5、电解电容C6、电解电容C7、电容C8、电感L1、电感L2、高频变压器T1、芯片U1、线性光耦U2、稳压二极管D1、快恢复二极管D5、整流二极管D6和控制开关S1，所述电流保险丝F1的一端与驱动器的交流输入端“火线”相连，电流保险丝F1的另一端与安规电容CX1的一端、压敏电阻V1的一端和整流桥堆B1的交流输入端(3脚)相连，整流桥堆B1的交流输入端(1脚)与安规电容CX1的另一端和压敏电阻V1的另一端及驱动器的交流输入端中的“零线”相连，整流桥堆B1的输出“正”端(2脚)与电解电容C1的正极、电解电容C2的正极、电阻R4的一端、电阻R5的一端、电容C3的一端、高频变压器T1的初级线圈一端和安规电容C4的一端相连，整流桥堆B 1的输出“负”端(4脚)与电感L1的一端、电阻R2的一端和电解电容C1的负极相连，电感L1的另一端与芯片U1源极“S”引脚(5、6、7、8脚)、电容C5的一端和线性光耦U2的发射极(3脚)、电阻R2的另一端和电解电容C2的负极相连，芯片U1为功率转换控制芯片TNY276，电阻R4与电阻R3串联，电阻R3与快恢复二极管D5的负极和电容C3的另一端相连，快恢复二极管D5的正极与芯片U1的漏极“D”引脚(4脚)和高频变压器T1的初级线圈另一端相连，电阻R5与电阻R6串联，电阻R6与芯片U1的“EN/UV”脚(1脚)、线性光耦U2的集电极(4脚)相连，电容C4的另一端接地，线性光耦U2采用PC817A，芯片U1的BP/M旁路/多功能引脚(2脚)与电容C5的另一端相连，高频变压器T1的次级输出端一端与电容C8的一端和整流二极管D6的正极相连，电容C8的另一端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与整流二极管D6的负极、电阻R8的一端、电解电容C6的正极和电感L2的一端相连，电解电容C6的负极与高频变压器T1的次级输出端另一端相连，电阻R8的另一端与稳压二极管D1的负极相连，稳压二极管D1的正极与线性光耦U2的内部二极管正端(1脚)相连，电感L2的另一端与电解电容C7的正极、控制开关S1的一端和驱动器的输出正端相连，控制开关S1的另一端连接到信号控制线，该信号控制线通过一个限流电阻R10连接到线性光耦U2的内部二极管正端(1脚)和电阻R7的一端，电阻R7的另一端、电解电容C7的负极和电阻R1的一端连接到驱动器的输出负端，电阻R1的另一端与线性光耦U2的内部二极管负端(2脚)相连。