CN101711072A - 一种恒流驱动电路、led光源及机车灯 - Google Patents

Abstract

本发明适用于照明领域，提供了一种恒流驱动电路、LED光源及机车灯，所述电路包括BOOST电路、隔离DC/DC恒流驱动电路、欠压控制电路、低压切换控制电路和控制电源电路，可以支持低电压宽范围的直流输入，能够有效地解决煤矿用机车灯，输入电压范围过窄，光源寿命短，光效低，抗振性差，维修周期短，保护功能不足等缺点，增强矿井作业的安全性。

Description

一种恒流驱动电路、LED光源及机车灯

技术领域

本发明属于照明领域，尤其涉及一种恒流驱动电路、LED光源及机车灯。

背景技术

目前，煤矿用的机车灯的供电系统同时给多个负载供电，机车运行时，电网的接触效果差，导致电压变化很大。现有的机车灯由于输入电压的可调范围窄，导致在使用过程中机车灯常因线路故障出现异常而熄灭，并且光源寿命短，光效低，抗振性差，维修周期短，保护功能不足，不适合在井下长期使用，严重时可能引起安全事故。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种恒流驱动电路，旨在解决煤矿用机车灯的供电系统因各种原因导致供电电压变化很大，而机车灯输入电压范围过窄，导致光源寿命短、光效低等问题。

本发明实施例是这样实现的，一种恒流驱动电路，所述电路包括：

BOOST电路，用于根据输入的控制信号对输入电压进行升压或旁路；

隔离DC/DC恒流驱动电路，与所述BOOST电路串联，用于根据输入的控制信号将所述BOOST电路升压或者旁路的电压隔离输出；

欠压控制电路，与所述BOOST电路和隔离DC/DC恒流驱动电路分别连接，用于对输入电压进行检测，在输入电压欠压时产生并输出欠压控制信号，封锁所述BOOST电路和隔离DC/DC恒流驱动电路；

低压切换控制电路，用于对输入电压进行检测，在输入电压为低电压时产生并输出低压切换控制信号，使能所述BOOST电路，或在输入电压为正常电压时封锁所述BOOST电路；以及

控制电源电路，用于对输入电压进行调整，向所述欠压控制电路以及低压切换控制电路提供控制电压。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述恒流驱动电路的LED光源。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述恒流驱动电路的机车灯。

本发明实施例提供了一个宽范围低直流电压输入的恒流驱动电路，可以支持低电压宽范围的直流输入，能够有效地解决煤矿用机车灯，输入电压范围过窄，光源寿命短，光效低，抗振性差，维修周期短，保护功能不足等缺点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的恒流驱动电路的结构原理图。

图2是本发明实施例提供的电源切换电路拓扑图；

图3是本发明实施例提供的反相电路的结构图；

图4是本发明实施例提供的恒流驱动电路中BOOST电路的结构图；

图5本发明实施例提供的隔离DC/DC恒流驱动电路的结构图；

图6本发明实施例提供的恒流驱动电路中控制电源电路、欠压控制电路和低压切换电路的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种宽范围低直流电压输入的恒流LED驱动电路，包括BOOST电路、隔离DC/DC恒流驱动电路、控制电源电路、欠压控制电路以及低压切换控制电路，可以根据输入电压所处的区间，对BOOST电路、隔离DC/DC恒流驱动电路进行切换和控制，实现输入欠压保护、恒流输出和输出过压保护等功能。

图1示出了本发明实施例提供的恒流驱动电路的结构原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该恒流驱动电路可以广泛应用于各种LED光源。典型地，这些LED光源可以作为煤矿的机车灯使用，能够有效地解决煤矿用机车灯，输入电压范围过窄，光源寿命短，光效低，抗振性差，维修周期短，保护功能不足等缺点，增强矿井作业的安全性。

如图1所示，从输入到输出，BOOST电路1与隔离DC/DC恒流驱动电路2串联。

BOOST电路1根据输入的低压切换控制信号CTRL1和欠压控制信号CTRL2对输入电压进行升压或者旁路。

隔离DC/DC恒流驱动电路2与BOOST电路1串联，根据输入的控制信号将BOOST电路1升压或者旁路的电压隔离输出。

控制电源电路3对输入电压进行调整，为欠压控制电路4以及低压切换控制电路5提供控制电压VCC。

欠压控制电路4对输入电压进行检测，产生并输出欠压控制信号CTRL2到BOOST电路1和隔离DC/DC恒流驱动电路2。

低压切换控制电路5对输入电压进行检测，产生并输出低压切换控制信号CTRL1到BOOST电路1。

当输入电压欠压时，欠压控制电路4输出欠压控制信号CTRL2，封锁BOOST电路1和隔离DC/DC恒流驱动电路2，系统不工作，无输出电压。

当输入电压为低电压时，低压切换控制电路5输出低压切换控制信号CTRL1，使能BOOST电路1，输入电压经BOOST电路1升压后送到隔离DC/DC恒流驱动电路2，保证系统输出电压正常。

当输入电压正常时，低压切换控制电路5输出的低压切换控制信号CTRL1电平翻转，封锁BOOST电路1，输入电压不需BOOST电路1升压，经BOOST电路1旁路后直接送到隔离DC/DC恒流驱动电路2，系统输出电压正常。

在本发明实施例中，需要对输入电压进行检测，判断其状态是欠压、低压还是正常。设欠压/低压界限值为V1，低压/正常界限值为V2，则本发明实施例中包括了对V1、V2这两个界限值的判定，可以统一采用图2所示的以可调分流基准源U9为核心的电源切换电路拓扑，只需要选择不同的电路参数，可以整定得到不同的界限值。

在图2所示的以可调分流基准源U9为核心的电源切换电路拓扑中，在输入电压Uin与地之间，依次连接电阻R60，电阻R61和电阻R62，电阻R60和电阻R61的结合点与可调分流基准源U9的参考端相连，并通过电容C12连接到地。NPN型三极管Q13的集电极与电阻R61、电阻R62的结合点相连，发射极接地。可调分流基准源U9的阳极接地，阴极通过电阻R13与控制电压VCC相连，并在阴极与阳极之间跨接电容C35。

可调分流基准源U9的阴极电平为控制信号CTRL，在阴极与地之间串接电阻R69和电阻R63。NPN型三极管Q13的基极与电阻R69和电阻R63的结合点相连。

电源切换电路拓扑的工作原理基于可调分流基准源U9的可调分流特性，假设可调分流基准源U9的基准电压为2.5V：

当可调分流基准源U9的参考端电平Vref＞2.5V时，阴极电流增大，电阻R13上压降增大，阴极电平为低，NPN型三极管Q13截止；

当可调分流基准源U9的参考端电平Vref＜2.5V时，阴极电流减小，电阻R13上压降减小，阴极电平为高，NPN型三极管Q13导通。

可调分流基准源U9的参考端电平Vref由输入电压Uin经电阻分压获得，由图2中可知，当NPN型三极管Q13截止时， $V_{\mathrm{ref}}=\frac{R_{61}+R_{62}}{R_{60}+R_{61}+R_{62}}{U}_{\mathrm{in}};$ 当NPN型三极管Q13导通时， $V_{\mathrm{ref}}=\frac{R_{61}}{R_{60}+R_{61}}{U}_{\mathrm{im}}.$

故图2中，当输入电压Uin由低到高增加时，控制信号CTRL由高向低切换；当输入电压Uin由高到低减小时，控制信号CTRL由低向高切换，切换时的临界值有所差别，因此图2表现为一迟滞电路。

根据图1所示的电路结构，当输入电压欠压时，欠压控制电路4输出欠压控制信号CTRL2，封锁BOOST电路1和DC/DC隔离恒流驱动电路2。若采用图2的电源切换电路拓扑，此时输入电压Uin＜V1，输出的控制信号CTRL为高电平，可选择欠压控制信号CTRL2同样为高电平，因此，可以将BOOST电路1和DC/DC隔离恒流驱动电路2均设计成高电平封锁。

当输入电压为低电压时，低压切换控制电路5输出切换控制信号CTRL1使能BOOST电路1。因为BOOST电路1设计为高电平封锁，此时切换控制信号CTRL1应为低电平。若直接采用图2的电源切换电路拓扑方案，此时输入电压Uin＜V2，输出控制信号CTRL为高电平，与所需的切换控制信号CTRL1低电平相反，故低压切换控制电路5可以在图2所示电路的基础上再串联一个反相电路实现。

图3示出了反相电路的结构，该电路以NPN型三极管Q12为核心构成。输入的控制信号CTRL经电阻R5与三极管Q12的基极相连，电阻R4跨接在三极管Q12的基极与发射极之间，三极管Q12的发射极接地。三极管Q12的集电极经电阻R12上拉，输出切换控制信号CTRL1。当控制信号CTRL为低电平时，三极管Q12截止，输出的切换控制信号CTRL1为高电平；当控制信号CTRL为高电平时，三极管Q12导通，输出的切换控制信号CTRL1为低电平。由此可见，输出的切换控制信号CTRL1与输入的控制信号CTRL的电平完全相反。

在本发明实施例中，BOOST电路1受控于切换控制信号CTRL1和欠压控制信号CTRL2，设计成高电平封锁的BOOST电路1只有处于输入电压为低压状态时才工作，故在输入电压正常时得到的控制信号为高电平。

结合下表的逻辑分析结果，BOOST电路1的控制信号是CTRL1、CTRL2的或运算结果。

Vin	CTRL1	CTRL2	状态	控制信号
					(0，V1)	L	H	封锁	H
(V1，V2)	L	L	使能	L
					(V2，)	H	L	封锁	H

在本发明实施例中，BOOST电路1可以采用常见的成熟电路实现。

图4示出了BOOST电路1的一种具体实现结构，以下仅对电路中与本发明实施例相关的部分进行描述，其余部分不再赘述。其中：

控制芯片U1可以采用现有芯片实现，例如芯片LM3478。控制芯片U1是开关调节器高效率低压侧N沟道控制器，其引脚FA/SD为频率调整/停止功能，连接到该引脚的电阻R16设定振荡器频率，如果该引脚的高电平持续30μs以上则关闭器件。

切换控制信号CTRL1和欠压控制信号CTRL2各自通过二极管D1、D2进行共阴极连接，实现信号的或运算，再经电阻R21连接到控制芯片U1的引脚FA/SD。低压切换控制信号CTRL1或欠压控制信号CTRL2持续高电平都会关闭控制芯片U1，封锁BOOST电路1。当输入电压正常时，二极管D5提供直流输入电压的旁通通路。

在本发明实施例中，隔离DC/DC恒流驱动电路2也可以采用常见的成熟电路实现，图5示出了隔离DC/DC恒流驱动电路2的一种具体实现结构，以下仅对电路中与本发明实施例相关的部分进行描述，其余部分不再赘述。其中：

控制芯片U2可以采用现有芯片实现，例如芯片OB2269。控制芯片U2是高度集成电流模式PWM控制芯片，具有实现DC/DC隔离输出、输出检测、输出恒压恒流、输出过压保护、输出过流保护等功能。控制芯片U2的引脚RT为温度检测输入，通过NTC电阻连接到地。欠压切换控制信号CTRL2通过三极管Q10来控制温度检测输入引脚RT，实现自动封锁。

在本发明实施例中，DC/DC隔离恒流驱动电路2还包括输出检测电路、恒压恒流电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路等，具体不再赘述。

图6示出了控制电源电路3、欠压控制电路4以及低压切换控制电路5的结构，控制电源电路3对输入电压进行调整，为欠压控制电路4以及低压切换控制电路5提供控制电压。其中：

控制电源电路3包括NPN型三极管Q1、电阻R1、R2和稳压管ZD1、ZD2。输入电压经电感L1和电容C1滤波后设为Uin。电阻R1和稳压管ZD1连接在输入电压Uin与地之间，三极管Q1的集电极与输入电压Uin连接，发射极则通过电阻R2输出控制电压VCC，基极连接至稳压管ZD1的阴极和稳压管ZD2的阴极，稳压管ZD2的阳极接控制电压VCC。

作为本发明的一优选实施例，欠压控制电路4采用图2的电源切换电路拓扑的结构实现，其具体结构和工作原理如上所述，不再赘述。

低压切换控制电路5包括以可调分流基准源U8为核心的切换控制电路51和反相电路52。

切换控制电路51包括电阻R6、R7、R8、R9、R10、R3，电容C2、C3、C4，三极管Q11以及可调分流基准源U8，输出送反相电路52。

在输入电压Uin与地之间，依次连接电阻R6、R7、R8，在电阻R6和电阻R7的结合点与可调分流基准源U8的参考端相连，并通过电容C3连接到地。

三极管Q11的集电极与电阻R7、R8的结合点相连，发射极接地，基极与串接的电阻R10和电阻R9的结合点相连。

可调分流基准源U8的阳极接地，阴极通过电阻R3与控制电压VCC相连，在阴极与阳极之间跨接电容C4。可调分流基准源U8的阴极与地之间串接电阻R10、R9，阴极为输出端接反相电路52。

电容C2连接在控制电压VCC与地之间。

反相电路52采用图3所示的结构，其具体结构和工作原理如上所述，不再赘述。

在本发明实施例中，欠压控制电路4、切换控制电路51均为迟滞电路，防止输入电压不稳定时产生震荡而破坏电源。电路的精度非常高，只受电阻和控制芯片的精度限制，而电阻和控制芯片的精度很高。

本发明实施例提供的恒流驱动电路可以支持低电压宽范围的直流输入，具有高精度输入检测、电压自动切换功能，并具有高精度输入欠压保护、恒流输出和输出过压保护等功能，能够在12V到76V的输入直流电压范围内稳定的工作，可以使光源亮度恒定，LED光源寿命可以高达6万小时以上，具有抗频繁开关的特性，避免了电源损坏造成的大量维护工作，提高使用过程中的安全性，能够有效地解决煤矿用机车灯，输入电压范围过窄，光源寿命短，光效低，抗振性差，维修周期短，保护功能不足等缺点，增强矿井作业的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恒流驱动电路，其特征在于，所述电路包括：

BOOST电路，用于根据输入的控制信号对输入电压进行升压或旁路；

隔离DC/DC恒流驱动电路，与所述BOOST电路串联，用于根据输入的控制信号将所述BOOST电路升压或者旁路的电压隔离输出；

欠压控制电路，与所述BOOST电路和隔离DC/DC恒流驱动电路分别连接，用于对输入电压进行检测，在输入电压欠压时产生并输出欠压控制信号，封锁所述BOOST电路和隔离DC/DC恒流驱动电路；

低压切换控制电路，用于对输入电压进行检测，在输入电压为低电压时产生并输出低压切换控制信号，使能所述BOOST电路，或在输入电压为正常电压时封锁所述BOOST电路；以及

控制电源电路，用于对输入电压进行调整，向所述欠压控制电路以及低压切换控制电路提供控制电压。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述BOOST电路和隔离DC/DC恒流驱动电路设计为高电平封锁。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述欠压控制电路采用可调分流基准源为核心的电源切换电路拓扑实现。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电源切换电路拓扑包括电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R13、可调分流基准源U9、电容C12、电容C35，以及三极管Q13；

所述电阻R60，电阻R61和电阻R62依次连接在在输入电压与地之间；

所述电阻R60和电阻R61的结合点与可调分流基准源U9的参考端相连，并通过所述电容C12连接到地；

所述三极管Q13的集电极与所述电阻R61、电阻R62的结合点相连，发射极接地；

所述可调分流基准源U9的阳极接地，阴极通过所述电阻R13与控制电压相连，并在阴极与阳极之间跨接所述电容C35。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低压切换控制电路包括：

切换控制电路，用于对输入电压进行检测，当输入电压低压或者正常时，输出低压切换控制信号；以及

反相电路，与所述低压切换电路串联，用于在输入电压正常时，使所述低压切换电路输出的低压切换控制信号的电平翻转。

6.如权利要求5所述驱动电路，其特征在于，所述切换控制电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R3，电容C2、电容C3、电容C4，三极管Q11以及可调分流基准源U8；

所述电阻R6、电阻R7、电阻R8依次连接在输入电压与地之间，所述电阻R6和电阻R7的结合点与所述可调分流基准源U8的参考端相连，并通过所述电容C3连接到地；

所述电容C2连接在控制电压与地之间；

所述三极管Q11的集电极与所述电阻R7、电阻R8的结合点相连，发射极接地；

所述可调分流基准源U8的阳极接地，阴极通过所述电阻R3与控制电压相连，并在阴极与阳极之间跨接所述电容C4；

所述可调分流基准源U8的阴极与地之间串接所述电阻R10、电阻R9，阴极接所述反相电路；

所述三极管Q11的基极与所述电阻R10和所述电阻R9的结合点相连。

7.如权利要求5所述驱动电路，其特征在于，所述反相电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R12和三极管Q12；

输入控制信号经所述电阻R5与三极管Q12的基极相连；

所述电阻R4跨接在所述三极管Q12的基极与发射极之间，所述三极管Q12的发射极接地；

所述三极管Q12的集电极经所述电阻R12上拉，输出切换控制信号。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电源电路包括三极管Q1、电阻R1、电阻R2、稳压管ZD1、稳压管ZD2、电感L1以及电容C1；

输入电压经所述电感L1和电容C1滤波后形成输入电压；

在所述输入电压与地之间依次连接有所述电阻R1和稳压管ZD1，所述稳压管ZD1的阳极接地；

所述三极管Q1的集电极与所述输入电压连接，发射极通过所述电阻R2输出控制电压，基极连接至所述稳压管ZD1的阴极和所述稳压管ZD2的阴极，所述稳压管ZD2的阳极接控制电压。

9.一种包含如权利要求1至8任一权利要求所述的恒流驱动电路的LED光源。

10.一种包含如权利要求1至8任一权利要求所述的恒流驱动电路的机车灯。

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