CN101478849A

CN101478849A - Led灯具节能控制电路

Info

Publication number: CN101478849A
Application number: CNA2009100368879A
Authority: CN
Inventors: 吴俊纬
Original assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: CN101478849B

Abstract

本发明公开了一种定时改变亮度的LED灯具节能控制电路，该电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命。本发明包括整流滤波电路(1)、稳压电路(2)、LED负载(3)、恒流源器件(4)、定时电路(8)，交流电经所述整流滤波电路(1)整流和滤波变为直流电后再经过所述稳压电路(2)稳压变为恒压的直流电输出形成输出端(A)与接地端(G)，所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联后接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间构成回路，所述定时电路(8)与所述稳压电路(2)相连接，用于向所述稳压电路(2)提供定时反馈信号，以改变所述稳压电路(2)的输出电压。本发明可广泛应用于LED灯具领域。

Description

LED灯具节能控制电路

技术领域

本发明涉及一种用于LED灯具的电路，尤其涉及一种LED灯具节能控制电路。

背景技术

目前，LED的应用越来越广泛，用于日常户外及室内照明的LED灯具也正越来越普及。现有LED灯具的输出电压一般是固定不变的，因此灯具在工作时始终保持亮度不变。而在某些场合，灯具不需要始终保持最高的亮度，例如路灯、庭院灯及走廊灯，在上半夜人较多时，有必要亮度高，以提供好的照明效果，但是在下半夜人较少时，只需要较暗的灯光效果即可达到指示照明的效果，此时亮度不变则是一种浪费。

在LED灯具的电路中，虽然LED的功耗不大，但却要求所提供的电源必需电流、电压在一定范围内保持相对稳定，同时要求对LED有一定的过流、过压保护作用，解决这类负载的供电通常是采用恒流或稳压电源，而且在电源电路中还需要加入对负载中某些元件在异常情况下的过电流保护电路，这就使得这类电源存在元件多、电路复杂、消耗功率比例大的弊端。图1是一种现有的隔离式开关电源稳压电路，所谓“隔离式”是指变压器的两侧的接地端是独立的，这种电路的电源输出端的电压虽可保持稳定，但是由于LED在高温下长期工作后其导通电压会下降，因此如果LED两端的电压保持不变，则其工作电流会升高。所以在稳压电路的实际应用中，在使用一段时间后，常常会发生由于电流的升高而造成LED被烧毁的现象，缩短使用寿命。图2是一种现有的非隔离式电源恒流电路，这种电路虽可保证输出端的电流稳定，但是在多个负载并联的情形下，则会造成电流在各个支路内的不平均分布，以致于在一路LED烧毁后，容易加速造成全部支路LED的烧毁。而且，以上两个电路所代表的稳压或恒流电路，其附加元件多，这些元件会损耗较大的功率，特别是功率三极管，使得原本省电的LED应用并未达到节能省耗的目的。

“MOSFET”是英文“metal-oxide-semiconductor field effect transistor”的缩写，意即“金属氧化物半导体场效应晶体管”，其原理是所有现代集成电路芯片的基础。一个耗尽型MOSFET器件由三个基本部分构成：源极(S)、栅极(G)和漏极(D)。一个N-通道耗尽型MOS场效应管在源极及漏极之间接近栅极表面，有一个与源漏同极性的浅层掺杂层将源极与漏极相连接。当栅极与源极电压为正时，其饱和导通电流也随电压增高而增大，此点与增强型MOS场效应管相同。但是当栅极与源极同电位时，当漏极施以正压时，耗尽管先是经过电流急速上升的线性区，然后就进入恒流导通的饱和区，此时的漏极电压被称作饱和电压，漏极导通电流之大小与浅层掺杂层的浓度与深度有关，一般浓度与深度越大则电流越大。当栅极与源极之间施以负电压，则通道可以被截止，导通电流为零，此时的栅极电压被定义为开启电压，但是如果通道浓度太浓、深度太深，则栅极将无法截断通道电流。耗尽型MOS管由于在栅极与源极电压为零时，漏源极电流已呈恒流导通，这点导致其不如增强型MOS管在逻辑应用上方便，所以迄未被工业界单独做成器件来使用。由于耗尽型MOS管在栅极电压为零时已导通的特性及其在漏极电压增加时电流基本在饱和区直到漏极雪崩击穿，故其可作为一个恒流源使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种定时改变亮度的LED灯具节能控制电路，该电路结构简单、效率高、功耗低、节能，同时具有恒流及恒压两种功能，能够延长灯具的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括整流滤波电路、稳压电路、LED负载，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后再经过所述稳压电路稳压变为恒压的直流电输出形成输出端与接地端，所述LED灯具节能控制电路还包括恒流源器件、定时电路，所述LED负载、所述恒流源器件相串联后接于所述输出端与所述接地端之间构成回路，所述定时电路与所述稳压电路相连接，用于向所述稳压电路提供定时反馈信号，以改变所述稳压电路的输出电压。

所述LED灯具节能控制电路还包括用于为LED灯具的散热风扇供电的风扇电路。

所述风扇电路与所述LED负载、所述恒流源器件相串联并接于所述输出端与所述接地端之间；或者，所述风扇电路从所述稳压电路中取出直流电供电。

所述风扇电路包括风扇控制模块及分流电阻，所述风扇控制模块与所述分流电阻相并联。

所述稳压电路是开关电源，所述稳压电路包括功率因数校正电路。

所述恒流源器件为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。

所述LED负载包括至少一组相串联的若干个LED。

每组所述LED均与一个所述恒流源器件相串联，串联后的若干组再并联作为一个整体接入所述输出端与所述接地端之间。

或者，各组所述LED并联后再作为一个整体与所述恒流源器件相串联。

所述LED灯具节能控制电路还包括短路保护电路，所述短路保护电路接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路之间。

本发明的有益效果是：由于本发明包括整流滤波电路、稳压电路、LED负载、恒流源器件、定时电路，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后再经过所述稳压电路稳压变为恒压的直流电输出形成输出端与接地端，所述LED负载、所述恒流源器件相串联后接于所述输出端与所述接地端之间构成回路，所述定时电路与所述稳压电路相连接，用于向所述稳压电路提供定时反馈信号，以改变所述稳压电路的输出电压，本发明将所述恒流源器件、所述定时电路、所述稳压电路与所述LED负载有机结合，在整个电路开始工作时，为所述LED负载输出较高的电压，灯具的亮度较高，经过设定的时间达到后，通过所述定时电路向所述稳压电路提供定时反馈信号，使所述稳压电路的输出电压降低，因此，灯具的亮度也降低，应用在路灯、庭院灯及走廊灯等灯具上，可以在上半夜人较多时，提供较高的亮度照明，在下半夜人较少时，只需要较暗的灯光效果即可达到指示照明的效果，灯具不需要始终保持最高的亮度，从而达到节电的效果；同理，亦可设定在开始工作时，所述稳压电路输出较低的电压，经过设定的时间达到后，通过所述定时电路向所述稳压电路提供定时反馈信号，使所述稳压电路的输出电压提高达到正常电压，通过分时控制灯具的电压，以达到节能的效果；另外，本发明通过所述整流滤波电路整流和滤波将交流电变为直流电后再经过所述稳压电路稳压变为恒压的直流电输出，即使所述LED负载在高温下长时间工作，当其工作的电流欲增加时，所述恒流源器件可阻止电流增加，并可将所述LED负载在高温环境工作下下降的电压加在所述恒流源器件上，延长所述LED负载的使用寿命，避免烧毁，所述恒流源器件作为一个独立的器件，方便替换现有其他电路的外围稳压及稳流电路，使得电路元件大大减少、电路简单，故本发明能够定时改变LED灯具的亮度，该电路结构简单、效率高、功耗低、节能，同时具有恒流及恒压两种功能，能够延长灯具的使用寿命；

由于本发明还包括用于为LED灯具的散热风扇供电的风扇电路，在所述LED负载工作时，同时所述风扇电路驱动散热风扇运转，进行主动式强制通风散热，因此散热效果远远超出现有的各种被动式散热，可避免LED芯片在高温下工作，有效延长使用寿命，由于强制散热的存在，因此可缩小其他金属散热件的体积，使得灯具结构简单、体积小、散热效果佳、使用寿命长，故本发明对灯具的散热效果好，性能更高，寿命更长；

由于本发明还包括短路保护电路，所述短路保护电路接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路之间，故本发明具有过流过压保护功能。

附图说明

图1是一种现有的隔离式开关电源稳压电路的示意图；

图2是一种现有的非隔离式电源恒流电路的示意图；

图3是本发明实施例一的电路示意图；

图4是本发明实施例二的电路示意图；

图5是本发明实施例三的电路示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图3所示，本实施例的LED灯具节能控制电路包括整流滤波电路1、稳压电路2、LED负载3、恒流源器件4、短路保护电路5、定时电路8，交流电经所述整流滤波电路1整流和滤波变为直流电后再经过所述稳压电路2稳压变为恒压的直流电输出形成输出端A与接地端G，所述LED负载3、所述恒流源器件4相串联后接于所述输出端A与所述接地端G之间构成回路，所述定时电路8与所述稳压电路2相连接，用于向所述稳压电路2提供定时反馈信号，以改变所述稳压电路2的输出电压。所述整流滤波电路1包括桥式整流器D1及滤波电容C1，所述短路保护电路5包括保险丝F1及压敏电阻RV1，用于过流及短路保护，接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路1之间，所述风扇电路6包括风扇控制模块F1及分流电阻R10，所述风扇控制模块F1与所述分流电阻R10相并联，所述恒流源器件4为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。所述稳压电路2是开关电源，所述稳压电路2包括功率因数校正电路IC1，所述功率因数校正电路IC1采用ST公司生产的型号为L6561的电源PFC功率因数控制电路，其具有电路简单、效率高等优点，目前被广泛地应用在节能灯等需要功率因数校正的电源电路中，其外围元件包括电容C2～C6、电阻R1～R9、R14、可调电阻VR1、二极管D2、D3、稳压二极管Z1、MOS管Q1、变压器T1，所述可调电阻VR1可根据所述LED负载3的数量调节，以控制所述稳压电路2的输出电压，所述定时电路8包括型号为89C2051的单片机U1，当然，也可采用其他倒数定时IC，其外围电路包括电容C7～C11、电阻R15、R17、二极管D4、D5、稳压二极管Z2、晶振Y1，所述二极管D5的两端分别与反馈电阻R14、所述单片机U1的第19脚相连接。在电路开始工作时，所述单片机U1的第19脚为低电平，所述功率因数校正电路IC1的第1脚输出电流经所述反馈电阻R14、所述二极管D5导通，并通过所述单片机U1与所述接地端G形成电流回路，此时，所述反馈电阻R14与所述可调电阻VR1相当于并联在一起，其总阻值比所述可调电阻VR1的阻值小，所述稳压电路2输出一个较高的电压，所述LED负载3正常发光，灯具的亮度较高；经过设定的时间达到后，所述单片机U1的第19脚翻转为高电平，此时所述功率因数校正电路IC1的第1脚输出电流无法经所述反馈电阻R14、所述二极管D5导通，即没有电流通过所述反馈电阻R14，此时，只有所述可调电阻VR1有电流经过，使得所述稳压电路2输出一个较低的电压，灯具的亮度较正常降低，因此，应用在路灯、庭院灯及走廊灯等灯具上，可以在上半夜人较多时，提供较高的亮度照明，在下半夜人较少时，只需要较暗的灯光效果即可达到指示照明的效果，灯具不需要始终保持最高的亮度，从而达到节电的效果；当然，亦可设定在开始工作时，所述稳压电路2输出较低的电压，经过设定的时间达到后，通过所述定时电路8向所述稳压电路2提供定时反馈信号，使所述稳压电路2的输出电压提高达到正常电压；上述的原理都是通过分时控制灯具的电压，以达到节能的效果。所述LED负载3包括一组相串联的若干个LED，该组所述LED再与一个所述恒流源器件4相串联，并接于所述输出端A与所述接地端G之间构成回路，相串联的若干个所述LED的数量，应视所述稳压电路2的输出端的电压V₀、所述恒流源器件4两端的电压V_D及平均每个所述LED的导通电压V_F而定，一般所述恒流源器件4的工作电压为2～10V，故所述LED的个数约等于(V₀—V_D)/V_F，一般交流电源的输入端电压为交流220V，经所述整流滤波电路1整流和滤波后变为平均直流300V，经本发明的所述稳压电路2稳压后可变为恒压输出400V，因此，所述恒流源器件4所消耗的功耗占整个电路的比例很小，整个电路的电源效率很高。当然，所述定时电路8也可以采用其他类似的电路，而不限于本实施例。

本发明中所述的耗尽型场效应晶体管可采用以下方法制造：

(1)将P-型硅衬底的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层保护膜，然后在光刻机上利用第一光刻版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述氧化层保护膜蚀刻；

(2)将二氟化硼或硼离子P型掺杂注入所述硅衬底内，再予以高温驱入，形成P+保护环及与所述硅衬底接触的P+接触区；

(3)在光刻机上利用第二光刻版进行光刻，再用干法蚀刻工艺对氧化层进行蚀刻，然后用离子注入机将砷离子或磷离子或二者混合注入所述硅衬底，形成N+重掺杂区，即形成N+源区、N+漏区及N+保护环；

(4)在光刻机上利用第三光刻版进行光刻，用含HF的腐蚀液对阻挡区的氧化层进行蚀刻，然后用高温干氧或湿氧形成氧化层，然后注入磷离子或额外再注入硼离子，再予以高温驱入，最终形成N-通道区及氧化层；

(5)在光刻机上利用第四光刻版进行光刻，再用蚀刻工艺对所述氧化层进行蚀刻，形成漏极通孔、源极N+通孔、衬底P+通孔；

(6)以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利用金属层光刻掩模版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，形成漏极金属、源极金属、栅极金属及连接金属。

本实施例通过所述整流滤波电路1、所述稳压电路2获得稳定的电压输出，即使所述LED负载3在高温下长时间工作，当其电流欲增加时，所述恒流源器件4可阻止电流增加，并可将所述LED负载3在高温环境工作下下降的电压加在所述恒流源器件4上，延长所述LED负载3的使用寿命，避免烧毁，所述恒流源器件4作为一个独立的器件，方便替换现有其他电路的外围稳压及稳流电路，使得电路元件大大减少、电路简单，能够延长负载的使用寿命。所述耗尽型场效应晶体管在栅极、源极同电位时的饱和电流可视LED的电流需要而做调整，故可对LED提供恒流供应；虽然所述稳压电路2的输出端电压是稳定的，但是，由于负载长期在高温工作条件下电压会下降，此时电压下降的部分将会加到所述耗尽型场效应晶体管的漏极及源极之间而不会影响作为负载的LED；同时当输出电压不稳定时，特别是高于常压的情形下，高出电压部分将会加到所述耗尽型场效应晶体管的漏极及源极之间而不会影响作为负载的LED，所以可以对LED达到恒流保护的功能。因此，本实施例能够对负载同时提供电压及电流稳定的输出，对于使用寿命要求高的LED负载尤其适用。可见本发明电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的LED灯具还包括散热风扇，本实施例还包括用于为LED灯具的散热风扇供电的风扇电路6，所述LED负载3包括四组相串联的若干个LED，每组所述LED均与一个所述恒流源器件4相串联，串联后的四组再并联作为一个整体与所述风扇电路6相串联并接于所述输出端A与所述接地端G之间，因此本实施例共有四个所述恒流源器件4。本实施例中，相串联的若干个所述LED的数量，应视所述稳压电路2的输出端的电压V₀、所述恒流源器件4两端的电压V_D、所述风扇电路6两端的电压V_Fan及平均每个所述LED的导通电压V_F而定，一般所述恒流源器件4的工作电压为2～10V，所述风扇电路6的工作电压为5～12V，故所述LED的个数约等于(V₀—V_D—V_Fan)/V_F，一般交流电源的输入端电压为交流220V，经所述整流滤波电路1整流和滤波后变为平均直流300V，经本发明的所述稳压电路2稳压后可变为恒压输出400V，因此，所述恒流源器件4以及所述风扇电路6所消耗的功耗占整个电路的比例很小，整个电路的电源效率很高。

本实施例其余特征同实施例一。

本实施例将所述风扇电路6与所述LED负载3、所述恒流源器件4相串联，在所述LED负载3工作时，同时所述风扇电路6驱动散热风扇运转，进行主动式强制通风散热，克服了现有技术中被动式散热的先天不足，使得灯具的散热集主动散热与被动散热为一体，大大提高了LED灯具的散热效果，在LED灯具照明领域实为一个独特的创新，同时能够避免LED芯片在高温下工作，有效延长使用寿命，由于强制散热的存在，因此可缩小其他金属散热件的体积，使得灯具结构简单、体积小、散热效果佳、使用寿命长。

实施例三：

如图5所示，本实施例与实施例二的区别在于：本实施例的所述LED负载3包括四组相串联的若干个LED，各组所述LED并联后再作为一个整体与所述恒流源器件4相串联并接于所述输出端A与所述接地端G之间，即本实施例只有一个所述恒流源器件4；另外，本实施例的所述风扇电路6从所述稳压电路2中的变压器T1取出一个抽头为其提供5～12V直流电供电，即本实施例所述风扇电路6与所述LED负载3、所述恒流源器件4分开供电。同样，所述恒流源器件4以及所述风扇电路6所消耗的功耗占整个电路的比例很小，整个电路的电源效率很高。

本实施例其余特征同实施例二。

本发明的LED灯具可应用在路灯、庭院灯及走廊灯等户外或室内灯具，尤其适合于大功率灯具。

本发明可广泛应用于LED灯具领域。

Claims

1、一种LED灯具节能控制电路，包括整流滤波电路(1)、稳压电路(2)、LED负载(3)，交流电经所述整流滤波电路(1)整流和滤波变为直流电后再经过所述稳压电路(2)稳压变为恒压的直流电输出形成输出端(A)与接地端(G)，其特征在于：所述LED灯具节能控制电路还包括恒流源器件(4)、定时电路(8)，所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联后接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间构成回路，所述定时电路(8)与所述稳压电路(2)相连接，用于向所述稳压电路(2)提供定时反馈信号，以改变所述稳压电路(2)的输出电压。

2、根据权利要求1所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述LED灯具节能控制电路还包括用于为LED灯具的散热风扇供电的风扇电路(6)。

3、根据权利要求2所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述风扇电路(6)与所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联并接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间；或者，所述风扇电路(6)从所述稳压电路(2)中取出直流电供电。

4、根据权利要求2所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述风扇电路(6)包括风扇控制模块(F1)及分流电阻(R10)，所述风扇控制模块(F1)与所述分流电阻(R10)相并联。

5、根据权利要求1所所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述稳压电路(2)是开关电源，所述稳压电路(2)包括功率因数校正电路。

6、根据权利要求1所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述恒流源器件(4)为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。

7、根据权利要求1所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述LED负载(3)包括至少一组相串联的若干个LED。

8、根据权利要求7所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：每组所述LED均与一个所述恒流源器件(4)相串联，串联后的若干组再并联作为一个整体接入所述输出端(A)与所述接地端(G)之间。

9、根据权利要求7所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：各组所述LED并联后再作为一个整体与所述恒流源器件(4)相串联。

10、根据权利要求1所述的LED灯具节能控制电路，其特征在于：所述LED灯具节能控制电路还包括短路保护电路(5)，所述短路保护电路(5)接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路(1)之间。