CN102083261B

CN102083261B - 一种led灯用驱动电路

Info

Publication number: CN102083261B
Application number: CN 201110021615
Authority: CN
Inventors: 杨勤忠; 陈和; 李楠; 李永顺
Original assignee: SHANGHAI XINFENG ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI XINFENG ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102083261A

Abstract

本发明公开了一种LED灯用驱动电路，该驱动电路包括整流滤波电路、升压稳压电路以及降压恒流输出电路，所述升压稳压电路的输入端连接所述整流滤波电路，输出端连接所述降压恒流输出电路的输入端，所述降压恒流输出电路的输出端与LED灯相接。通过本发明可以实现实际应用中用8W的LED射灯产品来替代50W的传统卤乌灯（光通量达500LM以上）。

Description

一种LED灯用驱动电路

技术领域

本发明涉及一种照明电路，具体涉及一种用于LED灯的驱动电路。

背景技术

随着LED技术的发展，带来了照明界的一场革命。全球各国纷纷制定法规在2011－2015年首先淘汰高能耗的白炽灯。社会上广泛应用的MR16卤钨射灯就是白炽灯中的一员，光效仅10-12LM/W，并且需要新光源加以替换。目前大量涌现3W,4W的LED射灯在替换卤钨射灯方面发挥了巨大作用。

然而3WLED射灯光通量太低，仅200LM，远远达不到社会上最大量使用的光通量在（500-600LM）的50W卤钨射灯的要求。如何研发出能达到500LM以上的LED射灯以替换50W卤钨射灯是当前技术的迫切要求。尤其是它的电源驱动系统技术难度大是创新关键。

目前，在电子变压器输出的AC12V的3*1W的LED-MR16射灯应用中，虽也存在一些问题但基本解决并广泛应用。然而一旦用到500LMLED射灯（6*1W大功率LED组成）就出现极大问题。

现有技术中电子变压器驱动LED的MR16射灯的工作原理如下：

参见图1，其所示为目前市场最为常用的电子变压器的原理图，根据该图可知，电子变压器的工作原理简单可以简述为：上电后，通过电阻R1，R2给电容C3充电。当Vc3>VDb1+VbeQ2时，Q2导通。此时会产生电流Imag1从M点→T1→T2_a→Q2→R6→GND。Imag1很快将T2磁化至饱和，使Q2关断。同时在退磁时打开Q1，产生电流Imag2从C4→Q1→R4→T2_a→T1→M点。之后重复以上工作。

也就是说，在电路开启后其工作是依靠T2不断的磁化与退磁来维持，通常工作频为25-50KHz左右。其中T2的磁化是建立在一定的磁化电流（Imag）的基础上的，在电路的各个参数设计完成后，磁化电流（Imag）的大小正比于输出功率。对于卤素灯通常的功率范围为10-50W，输出电压通常为12Vac，其负载等效模型为一纯电阻。

对于输出负载变成LED的MR16灯杯时，电子变压器的工作状态就发生了变化。这主要由两个原因引起：

第一、对于LED的MR16灯杯通常的功率只有1-3W，而原先的电子变压器是按10-50W设计的,也就是说输出功率只有不到原来的1/8，在半桥回路中产生的磁化电流Imag已经不能使T2饱和，使电子变压器工作在不正常状态。

第二、参见图2，其所示为目前应用最为广泛的3W MR16灯杯中由BUCK电路构成的LED恒流驱动电源的原理图。从图中可以看出在整流桥(D1-D4)之后有一个很大的电解电容CE1（100-220uF）。对于电子变压器来说相当于负载由原来的纯电阻性负载变成了一个很大的容性负载。

当电子变压器的输出电压受到100Hz(50Hz经过整流后)的调制后，在输入电压在过零点附近时输出为零（占整个周期的1/3,约3mS），就需要在LED恒流电源里有一个很大的电解电容(几百uF)去给Buck电路提供足够的能量来恒定LED的电流。

正如上面第二点所说，几百uF的容性负载对于电子变压器而言会使其一直工作于间歇状态。

结合图1和图2可以很容易分析出产生这种情况的原因：当电子变压器上电后，电阻R1，R2给电容C3充电，当Vc3>VDb1+VbeQ2后，Q2导通工作，产生磁化电流（Imag）使整个半桥电路开始工作，并给LED驱动电源中的电解电容CE1及为LED提供能量。

当CE1中的电压被充至与电子变压器的输出电压相等时，电子变压器中的T1输出绕组中的电流为零,Imag也下降到零，从而使整个整流桥电路停振。停振后，电阻R1，R2再次给电容C3充电，之后一直重复上面的工作。

虽然电子变压器在1-3W LED-MR16射灯里的工作状态不是很理想，但并不会对其可靠性产生太大的影响，这也是目前LED-MR16灯杯大量出货的基础。

虽然BUCK电路在单颗或3*1W LED-MR16灯杯中的应用可以做到很好的恒流。但在多颗串联的应用中如6*1W就成了问题。主要是因为以下几个原因（参见图1和图2）：

1．在输出功率做到5-6*1W时，恒流电路中的储能电容CE1就需要最大的容量。比如：6颗LED正向电压为14.5-19V，电子变压器输出峰值电压约为（12V-1V(整流桥压降)）*1.414=15.5V，在100Hz的周期内需要滤波电容CE1给输出提供能量的时间最长约为td=8mS。就算Buck电路工作于90%的占空比9.9 *1.1=10.9V，忽略采样电压（100mV）、开关管和电感引起的压降，那么在8mS的时间内ΔVCE只有15.5-10.9=4.6V。在输出电流为Iout=350mA时，电容的放电平均电流为Icd=Pout/Vin/Eff =6/12/0.9=560mA，则CE1的容量就需要：

由此可看出在6*1W的应用中需要一个大于2*487（uF）的电容才能使Buck电路正常工作，这么大容量的电容放在体积要求很苛刻的MR16灯杯中是不可能的。

2．另外，市场上很多的电子变压器都带有输出过流短路保护功能。实验证明，大多数带有输出短路保护功能的电子变压器，在输出电容(CE1)加大到300uF左右时，就会被电子变压器误认为输出短路而使电子变压器出现保护不工作。那么LED射灯点亮时就会闪烁或关断。

由此可说明现有电路用于 6*1W 的LED射灯是不可行的。因此，如何在牺牲少量的工作效率，也不用大的电解电容（CE1）情况下，来实现驱动6颗1W的LED，是本领域亟需要解决的问题。

发明内容

本发明针对现有驱动电路无法用于 6*1W 的LED射灯的问题，而提供一种新型的LED灯用驱动电路，其能够有效的解决驱动6*1W的LED-MR16恒流驱动电源问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED灯用驱动电路，该驱动电路包括整流滤波电路，所述驱动电路还包括升压稳压电路以及降压恒流输出电路，所述升压稳压电路的输入端连接所述整流滤波电路，输出端连接所述降压恒流输出电路的输入端，所述降压恒流输出电路的输出端与LED灯相接。

在本发明的优选实例中，所述驱动电路包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一稳压二极管（V1）、第二稳压二极管（V2）、第一集成芯片（IC1）以及第二集成芯片（IC2）；

其中，所述第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）以及第四电容（C4）和第五电容（C5）相接组成整流滤波电路；

所述第一集成芯片（IC1）的第一引脚分别与第三电阻（R3）一端、第一电容（C1）一端以及第二电容（C2）一端相接，并接地；所述第一集成芯片（IC1）的第五引脚分别连接第三电阻（R3）的另一端以及第一电阻（R1）的一端；所述第一集成芯片（IC1）的第四引脚连接第一电感（L1）的一端；所述第一集成芯片（IC1）的第三引脚连接第一电感（L1）的另一端，并连接第一稳压二极管（V1）的正极；所述第一稳压二极管（V1）的负极分别连接第一电阻（R1）的另一端、第一电容（C1）的另一端以及第二电容（C2）的另一端，从而组成升压稳压电路；

所述第二集成芯片（IC2）的第二引脚接地，第一引脚分别连接第二稳压二极管（V2）的正极以及第二电感（L2）的一端，所述第二稳压二极管（V2）的负极分别连接第二集成芯片（IC2）的第五引脚以及第二电阻（R2）和第四电阻（R4）的一端；所述第二集成芯片（IC2）的第四引脚分别连接第二电阻（R2）另一端、第四电阻（R4）的另一端以及第三电容（C3）的一端；所述第三电容（C3）的另一端与所述第二电感（L2）的另一端相接，从而组成降压恒流输出电路。

进一步的，所述第一集成芯片（IC1）的为集成芯片XL6008。

再进一步的，所述第二集成芯片（IC2）为集成芯片MT7201。

本发明有效的解决LED-MR16射灯跟电子变压器兼容等问题，为LED-MR16兼容电子变压器提供一种性价比很好的驱动电源的实现方法。

通过本发明可以实现实际应用中用8W的LED射灯产品来替代50W的传统卤乌灯（光通量达500LM以上）。

本发明提供的驱动电路还具有以下优点：

（1）组成结构简单、容易实现；

（2）制作成本低，实用性高。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为常用的电子变压器的原理图。

图2为3W MR16灯杯中LED恒流驱动电源的原理图。

图3为本发明的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明根据相同的功率下电压高，电流就低的原理，采用升压稳压电路将电压提升到24-28V，这样可以有效减少电解电容的容值，然后再应用降压恒流输出电路实现6*1WLED串联的电压（19.2V,0.35A）电流需求。

基于上述原理，本发明提供的驱动电路如图3所示：

由图可知，本发明提供的LED灯用驱动电路，包括整流滤波电路、升压稳压电路以及降压恒流输出电路。

其中整流滤波电路主要由二极管D1-D4以及电容C4-C5组成。用于对输入的电源进行整流和滤波处理。

升压稳压电路将经过整流和滤波处理的电压进行升压处理，该电路将电压提升到24-28V，从而达到有效减少电解电容的容值的目的。其主要由集成芯片IC1与外围电路组成。

本实例中集成芯片IC1采用XL6008芯片，外围电路由电感L1、稳压二极管V1、电阻R1和R3以及电容C1和C2相接组成。芯片IC1的引脚1分别与电阻R3一端、电容C1一端以及电容C2一端相接，并接地。芯片IC1的引脚5分别连接电阻R3的另一端以及电阻R1的一端。芯片IC1的引脚4连接电感L1的一端。芯片IC1的引脚3连接电感L1的另一端，并连接稳压二极管V1的正极，稳压二极管V1的负极分别连接电阻R1的另一端、电容C1的另一端以及电容C2的另一端。

降压恒流输出电路将经升压稳压电路升压处理的电流进行降压处理形成横流电源，即19.2V，0.35A，实现6*1WLED串联的电压电流需求。该电路主要由集成芯片IC2与外围电路组成。

本实例中集成芯片IC2采用MT7201芯片，外围电路由电感L2、电阻R2和R4、稳压二极管V2以及电容C3相接组成。芯片IC2的引脚2接地，引脚1分别连接电感L2的一端以及稳压二极管V2的正极，稳压二极管V2的负极与芯片IC2引脚5以及电阻R2和电阻R4的一端相接。芯片IC2的引脚4分别连接电阻R2的另一端、电阻R4的另一端以及电容C3的一端。电容C3的另一端与电感L2的另一端相接。

根据上述方案形成的本发明在输入整流滤波电解容量体积被限制的情况下，升降压方案利用电感器件来帮助电位的维持，处理后的波形可以有效的被平滑抬高，再经过经典的降压处理使输出波形纹波很小（基本在200mv以内），很难会有闪烁情况产生。从而实现在实际的应用中可利用8W的LED射灯产品来替代50W的传统卤乌灯（光通量达500LM以上）。

本发明提供的驱动电路就像净水处理一样：同样的条件和水源下，一次过滤的水一般不会比二次多次过滤的水纯净。一次是排除大的渣滓（ic1升压、稳压），二次是过滤矿化（ic2储能，恒流）这比一次处理的效果和机器使用寿命上要高很多。Buck-Boost的另一个好处就是可以灵活的匹配负载，无论是3-8颗全串联方案只要输出功率在一定范围内都可以维持在80%以上的效率且电路稳定LED不闪烁。

再者，本发明没有采用单颗IC做升降压电路，达到以下优点：

（1）功率大：现有技术中单颗IC实现1～5W可以（如G2602），但是超过6W很少有IC可以做到。

（2）外围元件少:单IC本身要12～20引脚，加上外围电路有的还要外置mos（干扰，匹配问题）使电路过于复杂甚至不能再有限的空间内布线或造成线路干扰带来EMI问题，本发明有效的避免这些问题。

（3）线路设计简单实用，成本低廉。国半等知名IC厂商可以有功能很强且可以过安规的IC，但一颗IC的价格非常的昂贵。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定

。

Claims

1.一种LED灯用驱动电路，该驱动电路包括整流滤波电路，其特征在于，所述驱动电路还包括升压稳压电路以及降压恒流输出电路，所述升压稳压电路的输入端连接所述整流滤波电路，输出端连接所述降压恒流输出电路的输入端，所述降压恒流输出电路的输出端与LED灯相接；所述驱动电路包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一稳压二极管（V1）、第二稳压二极管（V2）、第一集成芯片（IC1）以及第二集成芯片（IC2）；

所述第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）以及第四电容（C4）和第五电容（C5）相接组成整流滤波电路，其中所述第四电容（C4）和第五电容（C5）的一端接由第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）连接构成的整流桥的负输出端和第一集成芯片（IC1）的第四引脚，第四电容（C4）和第五电容（C5）的另一端接由第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）连接构成的整流桥的正输出端和第一集成芯片（IC1）的第一引脚；

所述第二集成芯片（IC2）的第二引脚接地，第一引脚分别连接第二稳压二极管（V2）的正极以及第二电感（L2）的一端，所述第二稳压二极管（V2）的负极分别连接第二集成芯片（IC2）的第五引脚以及第二电阻（R2）和第四电阻（R4）的一端；所述第二集成芯片（IC2）的第四引脚分别连接第二电阻（R2）另一端、第四电阻（R4）的另一端以及第三电容（C3）的一端；所述第三电容（C3）的另一端与所述第二电感（L2）的另一端相接，从而组成降压恒流输出电路；

所述LED灯并接于第三电容（C3）的两端。

2.根据权利要求1所述的一种LED灯用驱动电路，其特征在于，所述第一集成芯片（IC1）的为集成芯片XL6008。

3.根据权利要求1所述的一种LED灯用驱动电路，其特征在于，所述第二集成芯片（IC2）为集成芯片MT7201。