CN102111929A - Led路灯恒流驱动调光控制电路 - Google Patents

Led路灯恒流驱动调光控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明是使用电压-脉宽变换器将输出的电流取样信号转换成电压信号，根据取样电压信号大小调节脉宽变换器输出信号的占空比，从而控制场效应管的导通时间，使得每个周期的输出功率一定，通过调节三角波的周期控制LED灯的发光强度。本发明所述电路由三角波电路，脉冲比较调节电路、电流取样电路三部分组成。三角波电路通过改变电阻R4和电容C的值可以改变三角波的周期大小，从而控制LED灯在单位时间里的通断次数，控制闪烁频率，三角波电路的周期T＝2×5R4C，在单个三角波电路的T周期内，占空比
Figure 200910102989.6_AB_0
电路中所用的场效应管DF的源极电流大于或等于5A、功率大于或等于50W。

Description

LED路灯恒流驱动调光控制电路
技术领域
本发明涉及恒流调光控制技术，尤指大功率LED路灯恒流驱动调光控制电路。 
背景技术
在大功率LED路灯照明使用中，驱动电路输出电压的变化对输出电流变化影响极大，而电流的变化将直接影响到LED路灯输出光通量和使用寿命，如果恒流控制电路设计不合理，将会减小LED路灯输出光通量以及缩短使用寿命，从而抑制LED半导体照明的推广，起不到节能增效的作用。 
在已有的大功率LED照明恒流控制电路中通过使用集成芯片来控制输出达到恒流效果，这种电路较复杂、成本较高、输出功率较小、使用寿命较短，不能满足大功率LED路灯的照明使用要求。在该发明中采用模拟电子元件和通用的比较器实现脉冲电路的设计，通过实时监测输出电流，对输出电流进行电压转换采样，取回输出电压的大小控制场效应管的导通时间，从而控制LED灯随输出电流的大小在脉冲周期T时间内改变占空比的值，保证在每个脉冲T周期内输出总功率为一固定值，达到调节LED灯在单位周期内的输出光通量保持恒定值，通过调节脉冲周期的大小可以控制LED路灯的发光强度。 
现有技术的缺点： 
1、输出功率较小：由于现在使用的集成芯片做的恒流源输出功率较小，一般只有几瓦到几十瓦，而大功率LED路灯需要在100瓦以上才能取代现有的高压钠灯。 
2、恒流效果差：现在使用的LED路灯恒流驱动效果差，使得LED路灯输出光通量变化大，从而LED路灯亮度不稳定。 
3、调光精度差：现在使用的调光技术通过改变输出电流的大小来进行调光，由于LED两端电压的变化导致通过的电流变化很大，所以很难通过控制电压、电流来进行调光。 
发明内容
本发明提供一种大功率LED路灯恒流驱动调光控制电路，以解决现有大功率LED路灯恒流控制存在的输出功率小、恒流效果差、调光精度低等问题。 
为解决上述问题，本发明提供如下的技术方案： 
本发明是使用电压-脉宽变换器将输出的电流取样信号转换成电压信号，根据取样电压信号大小调节脉宽变换器输出信号的占空比，从而控制场效应管的导通时间，使得每个周期的输出功率一定，通过调节三角波的周期控制LED灯的发光强度。 
本发明所述电路由三角波电路，脉冲比较调节电路、电流取样电路三部分组成。 
所述三角波电路由正反馈比较器A1、电阻R1、R2、R3、R4，稳压管DW1、DW2和电容C 组成，R3的正端连接到比较器A1的输出端，R1的正端连接到R3的负端，R2的正端连接到R1的负端，比较器A1的正端连接到R2的正端，R2的负端连接到电源接地，R4的正端连接到R3的负端，R4的负端连接到脉冲比较调节电路的R5的正端，DW1的正端连接到R3的负端，DW2的正端连接到DW1的负端，DW2的负端连接到电源接地，电容C的正端连接到R4的负端，电容C的负端连接到电源接地；电阻R3、R1和R2组成一个串联电路，通过三个电阻分压以后，取R2的正端电压作为比较器A1的比较基准电压，改变R1、R2和R3的电阻比值，可以改变基准电压值，DW1和DW2是将比较器输出端进行双向稳压，使得电源电压有变化时，保证输出电压的稳定，从而保证三角波电路输出一稳定的三角波周期T信号，从而实现高精度实时调光控制。 
所述脉冲比较调节电路由R5、A2组成；取样电路由R6和场效应管DF组成。三角波电路输出连接到脉冲比较调节电路的R5，通过R5连接到A2的反向端，A2的输出端连接到场效应管的栅极；A2的正向端连接到取样电路R6的正端(场效应管的源极)，如图1所示； 
当该电路上电以后，三角波电路的电容C电压为0V，比较器A1的反向端小于正向端电压，比较器输出正向电压给电容C充电，随着电容C两端电压的升高，加到比较器反向端的电压随着加大，当大于同向端电压时，比较器翻转，输出相反电压，电容开始通过R4反向放电，当放电到比同向端电压小时比较器再次翻转，如此循环形成自激振荡，输出充放电对称的三角波电压脉冲信号，通过改变电阻R4和电容C的值可以改变三角波的周期大小，从而控制LED灯在单位时间里的通断次数，控制闪烁频率，根据本电路连接情况，三角波的周期T＝2×5R4C，在单个T周期内，占空比 
Figure DEST_PATH_GSB00000115585900021
三角波通过R5加到比较器的反向端，进行与A2的正向端电压进行比较，当在某时刻反向端电压大于同向端电压时比较器输出电压为负电压，场效应管处于断开，LED处于熄灭状态，不发光的时间为toff。当反向端电压小于同向端电压时，A2比较器输出正电压，场效应管处于导通，LED处于发光状态，发光的时间为ton，通过控制场效应管的断开时间和导通时间的比例关系可以调节占空比，当占空比一大，单位时间LED灯消耗的功率就高，LED灯就一亮，占空比小，单位时间LED灯消耗的功率就小，LED灯就一暗，选择DF源极电流大于或等于5A、功率大于或等于50W的大功率场效应管就可以满足大功率的LED灯照明使用，满足现在大功率路灯的使用要求，而场效应管功率的大小与场效应管栅极输出。具体推算是比较器A2输出脉冲信号高电平时间为t4-t1，在单个脉冲周期内输出的功率为V1(t4-t1)，当LED路灯负载变化，或者输入电压变化时输出采样电压变化到V2，脉冲信号输出高电平时间为t3-t2，在单个脉冲周期内输出的功率为V2(t3-t2)，通过选择充放电电阻和电容使得在充放电曲线的电压时间坐标图中满足V1(t4-t1)＝V2(t3-t2)达到在脉冲周期T内 输出功率恒定值，就能起到较好的恒流效果。 
在该电路中决定调光精度的是三角波周期精度、占空比精度和取样电阻的精度，通过控制三角波充放电电阻R4，电容C，取样电阻R6的精度就可以控制该电路的调光精度，通过选择±0.1％高精度的电阻R4、R6和电容C，可以对三角波输出频率精度调节到20Hz左右，占空比精度调节到1uS左右，从而解决对LED路灯根据使用环境需求进行高精度的调光。 
本发明通过以上电路，达到了以下目的： 
A)使用IC电流大于或等于5A、功率大于或等于50W的大功率场效应管做开关管，可以满足现在大功率LED灯的使用要求。 
B)通过实时取样输出电流大小转换成的电压信号与三角波电路输出信号进行比较，调节场效应管控制脉冲信号占空比的大小。 
C)通过控制三角波充放电电阻R4，电容C，取样电阻R6的精度就可以控制该电路的调光精度，解决对LED路灯根据使用环境需求进行高精度的调光。 
附图说明
图1 LED路灯恒流驱动调光控制电路图 
具体实施方案
下面以设计相当于250W高压钠灯照明效果的100W LED路灯电路为例。 
本实施例电路由三角波电路，脉冲比较调节电路、电流取样电路三部分组成。 
三角波电路主要由正反馈比较器A1、电阻R1、R2、R3、R4，稳压管DW1、DW2和电容C组成，比较器A1使用LM134型，稳压管DW1、DW2使用15V的稳压二极管，R1、R2、R3电阻为96欧，电容C取0.1μF，R4、R5取值为1k欧，R6取10欧。 
R3的正端连接到比较器A1的输出端，R1的正端连接到R3的负端，R2的正端连接到R1的负端，比较器A1的正端连接到R2的正端，R2的负端连接到电源接地，R4的正端连接到R3的负端，R4的负端连接到脉冲比较调节电路的R5的正端，DW1的正端连接到R3的负端，DW2的正端连接到DW1的负端，DW2的负端连接到电源接地，电容C的正端连接到R4的负端，电容C的负端连接到电源接地；电阻R3、R1和R2组成一个串联电路，通过三个电阻分压以后，取R2的正端电压作为比较器A1的比较基准电压，通过以上取值可以得到，A1正端比较电压基准值为5V，电容C充电最大电压能够达到10V，比较器A的负端电压增大也可以达到10V，三角波周期值T＝2×5×R×C＝5×96×0.1＝96μS。 

Claims (6)

1.一种LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：所述电路包括三角波电路，脉冲比较调节电路、电流取样电路三部分，所述三角波电路由正反馈比较器A1、电阻R1、R2、R3、R4，稳压管DW1、DW2和电容C组成；所述脉冲比较调节电路由R5、A2组成；所述取样电路由R6和场效应管DF组成，。
2.根据权利要求1所述的LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：在所述三角波电路中，R3的正端连接到比较器A1的输出端，R1的正端连接到R3的负端，R2的正端连接到R1的负端，比较器A1的正端连接到R2的正端，R2的负端连接到电源接地，R4的正端连接到R3的负端，R4的负端连接到脉冲比较调节电路的R5的正端，DW1的正端连接到R3的负端，DW2的正端连接到DW1的负端，DW2的负端连接到电源接地，电容C的正端连接到R4的负端，电容C的负端连接到电源接地。
3.根据权利要求1所述的LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：三角波电路的周期T＝2×5R4C。
4.根据权利要求1或3所述的LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：在单个三角波电路的T周期内，占空比 D = t on t on + t off ;
5.根据权利要求1所述的LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：所述三角波电路输出连接到脉冲比较调节电路的R5，通过R5连接到A2的反向端，A2的输出端连接到场效应管的栅极；A2的正向端连接到取样电路R6的正端，R6的正端连接场效应管的源极。
6.根据权利要求1或5所述的LED路灯恒流驱动调光控制电路，其特征在于：电路中所用的场效应管DF的源极电流大于或等于5A、功率大于或等于50W。
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