CN101873746B - 用于大中功率led灯的恒流源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路，包括用于滤除各种电磁谐波的EMI电路、桥式整流滤波电路及LED负载电路，所述EMI电路的输入端与交流电网相接，EMI电路的输出端与桥式整流滤波电路输入端相接，所述恒流源驱动电路还包括无源功率因数校正电路、脉冲宽度调制开关电路、用于监视和调整输出电流的恒流源控制电路及用于提供负载功率的输出功率管。本发明对市电直接整流降压，采用非隔离式拓扑结构输出，结构简单，对大中功率的LED光源有普适性，易于推广。

Description

用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路

技术领域

本发明提供了一种应用于电子技术领域的恒流稳压电源装置，特别涉及一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)，即发光二极管，是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光，其作为一种体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保且坚固耐用的光源被广泛应用于新一代的显示装置中。

LED的发光亮度和使用寿命主要受其驱动电流的影响，最佳的LED驱动方式应是恒流源驱动。目前市场上提供了一种驱动源，如安森美半导体电源，其作为驱动源的应用十分广泛，且使用了稳压恒流技术，解决LED负载的需要，其主要弊端在于：

(1)所述技术的结构过于复杂，元器件多，体积大，调试繁琐；

(2)所述技术只适用于小功率(8-10W)的需要，无法满足大、中功率LED光源的使用需求；

(3)所述技术需要在输入前端另行设计，由工频电源通过整流滤波电路及EMI电路等，大大增加了产品的成本，不易于推广普及。

另一种广泛使用的设计采用了半桥变换电路，前级使用IC芯片NCP1015，使得结构有所简化，但输出端采用隔离式结构，其中的耦合变压器对于不同功率的负载在成本和设计上均造成负担，参数调整需经过复杂的计算和试验确认。

另外，现有的恒流源驱动电路其最大缺陷是一种设计电路对应一种特定LED灯的功率灯，元器件参数调整要通过复杂的理论计算和试验或经验数据的确认，大大增加了产品的设计和试验成本，更不适应大中功率LED光源普及的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是，由于LED驱动源的技术结构过于复杂，元器件过多且体积大，而导致的产品调试繁琐，无法满足大、中功率LED光源的使用需求，且产品成本较高，设计复杂，参数调整困难，不易于推广普及等的问题，进而提供了一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路。

本发明所采用的技术方案是，一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路，包括用于滤除各种电磁谐波的EMI电路、桥式整流滤波电路及LED负载电路，所述EMI电路的输入端与交流电网相接，EMI电路的输出端与桥式整流滤波电路输入端相接，所述恒流源驱动电路还包括无源功率因数校正电路、脉冲宽度调制开关电路、用于监视和调整输出电流的恒流源控制电路及用于提供负载功率的输出功率管，所述桥式整流滤波电路输出端与脉冲宽度调制开关电路输入端相接，脉冲宽度调制开关电路输出端与恒流源控制电路输入端相接，恒流源控制电路输出端与输出功率管输入端相接，输出功率管输出端与LED负载电路输入端相接，无源功率因数校正电路一端接于桥式整流滤波电路输出端，无源功率因数校正电路另一端接地；

所述脉冲宽度调制开关电路包括电阻R5、R6，三极管Q1及电解电容C6，三极管的集电极与发射极通过电阻R5连接，三极管发射极与电阻R5连接后连至电阻R6一端，电阻R6另一端与电解电容C6正极连接；

所述输出功率管包括二极管D5，电阻R8以及MOS功率管Q2，二极管D5负极与电阻R8一端连接，二极管D5正极与电阻R8另一端连接并连至MOS功率管Q2栅极，所述电阻R8为小于5欧姆的电阻；

所述恒流源控制电路采用IC芯片MT7910，其中1脚接地，2脚接电容C6正极，3脚、4脚经电容C7接地，5脚经电容C8接地，6脚经电容C9接地，7脚与MOS功率管Q2之间设有电阻电路，8脚接二极管D5负极；其中电阻电路的等效电阻

其中I(LED)为单颗LED光源允许通过的电流。

优选地，所述的MOS功率管Q2关断时间

导通时间T_on＝T-T_off，其中Coff是指C9电容值，Rc为R6电阻值，T为MOS功率管的通断周期，T＝10μs～20μs。

优选地，所述EMI电路包括压敏电阻RZ，电容C1，电感L1和电感L2，压敏电阻RZ与电容C1并联后再与电感L1串联；

所述桥式整流滤波电路包括4个DB107型二极管，所述二极管全桥连接；电感L1和L2连接所述桥式整流滤波电路；

交流电网火线端经热敏电阻Rntc连接压敏电阻RZ；

所述LED负载电路的输出电流

其中Rntc是指热敏电阻Rntc的电阻值，RZ是指压敏电阻RZ的电阻值，Vdd是指IC芯片MT7910的工作电压。

优选地，所述无源功率因数校正电路包括RS1J型二极管D1、D2、D3，22uF/250V型电解电容C3、C4以及电阻R2，二极管D3正极和电解电容C4负极分别接地，二极管D3负极连接二极管D1负极和电阻R2一端，电阻R2另一端连接电解电容C4正极，二极管D2负极连接电容电解C3正极，电解电容C3负极连接二极管D1正极，二极管D2正极连接电解电容C4正极。

优选地，所述LED负载电路包括二极管D4，电感L3，电解电容C5以及电阻R3、R4，二极管D4负极连接电解电容C5正极，二极管D4正极通过电感L3连接电解电容C5负极，电阻R3、R4串联后与电解电容C5并联；所述电感L3的电流纹波为30％～100％。

优选地，所述脉冲宽度调制开关电路的三极管Q1为功率0.6～1W的中压三极管。

优选地，所述的电感L1饱和电流为600mA～750mA。

优选地，所述的电阻电路由电阻R10、R11、R12、R13并联后与电阻R9串联而得。

本发明中，电阻电路等效电阻Rcs的选定是决定该款照明灯功率等级的关键因素；  而MOS功率管的开启时间和关断时间直接关系到整个系统的输出光效和输出光能的稳定性；另外，整个照明灯光源由若干个串并联LED组合而成，驱动电源输出的恒稳电流必须保持恒定，这是LED使用寿命和发挥最大光效的关键。申请人历经创造性劳动，得出了针对上述参数的计算公式，大大节省了重复劳动。

采用本发明所提供的技术方案，在输入端采用电网电压直接整流降压方式，输出采用非隔离式拓扑结构，简化结构，减少元器件，易于调试，对于大、中功率的LED光源具有普适性，适于驱动中大功率的LED串并联组合的负载，且成本较低，易于推广普及。另外，本发明还对电路中的关键元器件参数进行了公式化计算，摒弃了传统的电路需反复调试确定参数的漫长试验周期，使电路设计工作更加简便快捷。

附图说明

图1是本发明的电路图。

其中，1为EMI电路；2为桥式整流滤波电路；3为无源功率因数校正电路；4为脉冲宽度调制开关电路；5为恒流源控制电路；6为输出功率管；7为LED负载电路；8为电阻电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路，包括用于滤除各种电磁谐波的EMI电路1、桥式整流滤波电路2及LED负载电路7，所述EMI电路1的输入端与交流电网相接，EMI电路1的输出端与桥式整流滤波电路2输入端相接，所述恒流源驱动电路还包括无源功率因数校正电路3、脉冲宽度调制开关电路4、用于监视和调整输出电流的恒流源控制电路5及用于提供负载功率的输出功率管6，所述桥式整流滤波电路2输出端与脉冲宽度调制开关电路4输入端相接，脉冲宽度调制开关电路4输出端与恒流源控制电路5输入端相接，恒流源控制电路5输出端与输出功率管6输入端相接，输出功率管6输出端与LED负载电路7输入端相接，无源功率因数校正电路3一端接于桥式整流滤波电路2输出端，无源功率因数校正电路3另一端接地；

所述脉冲宽度调制开关电路4包括电阻R5、R6，三极管Q1及电解电容C6，三极管的集电极与发射极通过电阻R5连接，三极管发射极与电阻R5连接后连至电阻R6一端，电阻R6另一端与电解电容C6正极连接；所述脉冲宽度调制开关电路4的三极管Q1为功率0.6～1W的中压三极管。

所述输出功率管6包括二极管D5，电阻R8以及MOS功率管Q2，二极管D5负极与电阻R8一端连接，二极管D5正极与电阻R8另一端连接并连至MOS功率管Q2栅极，所述电阻R8为小于5欧姆的电阻；

所述恒流源控制电路5采用IC芯片MT7910，其中1脚接地，2脚接电容C6正极，3脚、4脚经电容C7接地，5脚经电容C8接地，6脚经电容C9接地，7脚与MOS功率管Q2之间设有电阻电路8，8脚接二极管D5负极；其中电阻电路8的等效电阻

其中I(LED)为单颗LED光源允许通过的电流。

所述的MOS功率管Q2关断时间

导通时间T_on＝T-T_off，其中Coff是指C9电容值，Rc为R6电阻值，T为MOS功率管的通断周期，T＝10μs～20μs。

所述EMI电路1包括压敏电阻RZ，电容C1，电感L1和电感L2，压敏电阻RZ与电容C1并联后再与电感L1串联；所述的电感L1饱和电流为600mA～750mA。

所述桥式整流滤波电路2包括4个DB107型二极管，所述二极管全桥连接；电感L1和L2连接所述桥式整流滤波电路；

交流电网火线端经热敏电阻Rntc连接压敏电阻RZ；

所述LED负载电路7的输出电流

其中Rntc是指热敏电阻Rntc的电阻值，RZ是指压敏电阻RZ的电阻值，Vdd是指IC芯片MT7910的工作电压。

所述无源功率因数校正电路3包括RS1J型二极管D1、D2、D3，22uF/250V型电解电容C3、C4以及电阻R2，二极管D3正极和电解电容C4负极分别接地，二极管D3负极连接二极管D1负极和电阻R2一端，电阻R2另一端连接电解电容C4正极，二极管D2负极连接电容电解C3正极，电解电容C3负极连接二极管D1正极，二极管D2正极连接电解电容C4正极。

所述LED负载电路7包括二极管D4，电感L3，电解电容C5以及电阻R3、R4，二极管D4负极连接电解电容C5正极，二极管D4正极通过电感L3连接电解电容C5负极，电阻R3、R4串联后与电解电容C5并联；所述电感L3的电流纹波为30％～100％。所述的电阻电路8由电阻R10、R11、R12、R13并联后与电阻R9串联而得。

Claims (7)

1.一种用于大中功率LED灯的恒流源驱动电路，包括用于滤除各种电磁谐波的EMI电路、桥式整流滤波电路及LED负载电路，所述EMI电路的输入端与交流电网相接，EMI电路的输出端与桥式整流滤波电路输入端相接，其特征在于：所述恒流源驱动电路还包括无源功率因数校正电路、脉冲宽度调制开关电路、用于监视和调整输出电流的恒流源控制电路及用于提供负载功率的输出功率管，所述桥式整流滤波电路输出端与脉冲宽度调制开关电路输入端相接，脉冲宽度调制开关电路输出端与恒流源控制电路输入端相接，恒流源控制电路输出端与输出功率管输入端相接，输出功率管输出端与LED负载电路输入端相接，无源功率因数校正电路一端接于桥式整流滤波电路输出端，无源功率因数校正电路另一端接地；

所述脉冲宽度调制开关电路包括电阻R5、R6，三极管Q1及电解电容C6，三极管的集电极与发射极通过电阻R5连接，三极管发射极与电阻R5连接后连至电阻R6一端，电阻R6另一端与电解电容C6正极连接；

所述输出功率管包括二极管D5，电阻R8以及MOS功率管Q2，二极管D5负极与电阻R8一端连接，二极管D5正极与电阻R8另一端连接并连至MOS功率管Q2栅极，所述电阻R8为小于5欧姆的电阻；

所述恒流源控制电路采用IC芯片MT7910，其中1脚接地，2脚接电容C6正极，3脚、4脚经电容C7接地，5脚经电容C8接地，6脚经电容C9接地，7脚与MOS功率管Q2之间设有电阻电路，8脚接二极管D5负极；其中电阻电路的等效电阻其中I(LED)为单颗LED光源允许通过的电流；

所述的MOS功率管Q2关断时间 $T_{\mathrm{off}}=\frac{\mathrm{Coff}*2V}{185\mathrm{mV}/(\mathrm{Rc}+\mathrm{Rcs})},$ 导通时间T_on＝T-T_off，其中Coff是指C9电容值，Rc为R6电阻值，T为MOS功率管的通断周期，T＝10μs～20μs。

2.根据权利要求1所述的恒流源驱动电路，其特征在于：所述EMI电路包括压敏电阻RZ，电容C1，电感L1和电感L2，压敏电阻RZ与电容C1并联后再与电感L1串联；

所述桥式整流滤波电路包括4个DB107型二极管，所述二极管全桥连接；电感L1和L2连接所述桥式整流滤波电路；交流电网火线端经热敏电阻Rntc连接压敏电阻RZ；

所述LED负载电路的输出电流 $T_{\mathrm{out}}=\frac{R_{\mathrm{ntc}}*\mathrm{Vdd}}{(\mathrm{RZ}+R_{\mathrm{ntc}})*R_{\mathrm{cs}}*1.15},$ 其中R_ntc

是指热敏电阻Rntc的电阻值，RZ是指压敏电阻RZ的电阻值，Vdd是指IC芯片MT7910的工作电压。

3.根据权利要求1所述的恒流源驱动电路，其特征在于：所述无源功率因数校正电路包括RS1J型二极管D1、D2、D3，22uF/250V型电解电容C3、C4以及电阻R2，二极管D3正极和电解电容C4负极分别接地，二极管D3负极连接二极管D1负极和电阻R2一端，电阻R2另一端连接电解电容C4正极，二极管D2负极连接电容电解C3正极，电解电容C3负极连接二极管D1正极，二极管D2正极连接电解电容C4正极。

4.根据权利要求1所述的恒流源驱动电路，其特征在于：所述LED负载电路包括二极管D4，电感L3，电解电容C5以及电阻R3、R4，二极管D4负极连接电解电容C5正极，二极管D4正极通过电感L3连接电解电容C5负极，电阻R3、R4串联后与电解电容C5并联；所述电感L3的电流纹波为30％～100％。

5.根据权利要求1所述的恒流源驱动电路，其特征在于：，所述脉冲宽度调制开关电路的三极管Q1为功率0.6～1W的中压三极管。

6.根据权利要求2所述的恒流源驱动电路，其特征在于：所述的电感L1饱和电流为600mA～750mA。

7.根据权利要求1所述的恒流源驱动电路，其特征在于：所述的电阻电路由电阻R10、R11、R12、R13并联后与电阻R9串联而得。