CN102281679A - 一种基于分立元件的led线性恒流控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分立元件的LED线性恒流控制电路，在串联LED支路中接入一种基于分立元件控制的线性恒流电路，并用电压源驱动，形成“电压源+线性恒流控制”的LED分布式驱动方式；由一到多条包含了线性恒流控制电路的以串联方式连接的LED芯片组、电压源VS组成；线性恒流控制电路由电流取样电阻R1、偏置电阻R2及R3、三极管T2和MOS管T1组成；进一步的，由本发明控制原理衍生的多个恒流控制电路；本发明控制电路结构简单，无需专用恒流控制芯片，使用技术成熟的电压源驱动，PWM调光方便，适应性强，可广泛应用于各类LED照明灯具中。

Description

一种基于分立元件的LED线性恒流控制电路
技术领域
本发明涉及LED照明，尤其是LED芯片串联、串并联驱动，具体涉及一种基于分立元件的LED线性恒流控制电路，普遍适用于各种中、大功率LED照明灯具。
背景技术
LED光源具有环保、节能、使用寿命长、驱动电压低等优点，被认为是21世纪最有前途的照明光源，尤其适合于办公室、教室、商场、停车场、候车室、地铁、隧道等需要长时间照明的公共场所。
在LED照明灯具中，为降低LED灯具散热设计难度，往往使用数十只到数百只LED芯片通过串并方式连接成灯具的发光体，并用恒流源驱动，如附图1、附图2所示，以期获得相应规格灯具所需照度，及近似平面光源产生的均匀照明效果。
针对LED伏安特性，需采用恒流驱动方式。但用恒流源驱动附图1、2所示串并连接的LED芯片时无法克服支路电流分配不均问题和某一支路开路后剩余支路电流相应增加→加速LED芯片老化→更容易触发其他支路过流开路，进入恶性循环状态，导致出现开路故障的LED照明灯具迅速报废。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有LED驱动技术的不足，针对LED芯片伏安特性、参数分散性、正向电压VF负温度效应，提供了一种基于分立元件的适用于LED分布式驱动的线性恒流控制电路。
本发明技术方案：在串联LED支路中接入一种基于分立元件控制的线性恒流电路，并用电压源驱动，形成“电压源+线性恒流控制”的LED分布式驱动方式。由一到多条包含了线性恒流控制电路的以串联方式连接的LED芯片组、电压源VS组成；所述的线性恒流控制电路由电流取样电阻R1、第一偏置电阻R2、第二偏置电阻R3、三极管T2、MOS管T1五个元件组成，第二偏置电阻R3是普通电阻或光敏电阻；串联LED芯片组正极与电压源VS正极相连，串联LED芯片组负极接MOS管T1漏极D；MOS管T1源极S连接电流取样电阻R1和三极管T2的基极；三极管T2发射极、电流取样电阻R1和第二偏置电阻R3连接电压源VS负极；三极管T2的集电极、第二偏置电阻R3和第一偏置电阻R2连接MOS管T1栅极G；第一偏置电阻R2的另一端连接LED芯片组正极。
进一步的，T1可以是PNP管，T2可以是P沟功率MOS管，如附图4所示。
再进一步的，当串联LED芯片组工作电流IF较小时，取消第二偏置电阻R3，T1、T2采用双极型NPN管或PNP管。即获得附图5、附图6所示驱动电路。
更进一步的，为减小恒流控制电路功耗，在附图3、4、5、6基础上，借助第三偏置电阻R4、第四偏置电阻R5给T2管B-E结提供预偏置电压后，就获得附图7、附图8、附图9、附图10所示驱动电路；
本发明工作原理：借助电流取样电阻R1、三极管T2形成的电流串联深度负反馈效应稳定支路电流IF。例如，对于附图3、4来说，根据串联LED芯片电流IF大小，确定电流采样电阻R1，使三极管T2的BE极电压VBE2在0.50～0.54V之间，即将T2管偏置在微导通状态；根据T1管阀值电压VGSth大小，确定偏置电阻R2、R3，使T1处于可变电阻区～临界恒流区之间。这样，当LED芯片结温或外部驱动电压VS升高，引起IF增加时，将形成如下负反馈过程，使IF稳定。
IF↑→VBE2↑→VCE2↓→|VGS1|↓→IF↓→VDS1↑
实践表明：在线性恒流控制电路参数选择得当情况下，正向电压VF、驱动电压源VS以及LED芯片结温变化仅会使T1管的DS极(或双极型三极管的CE极)电压变化，而支路电流IF基本维持恒定，其大小仅由电流取样电阻R1确定，这样自然解决了多支路并联时电流分配不均的问题。
采用电压源驱动，不存在某一支路开路时，剩余支路电流相应增加问题；也不存在并联支路数必须大于某一特定值问题。
只要在本发明附图3、5、7、9的T2管的集电极接OC或OD输出的PWM信号，即可现实亮度调节。
本发明的有益效果是：
本发明完全克服了恒流源驱动串并联LED芯片存在的问题，适应性强，可广泛应用于各类LED照明灯具中。恒流控制电路元件少，易于嵌LED照明灯具狭小空间内，无需专用恒流控制芯片。此外，本发明可使用技术成熟、性能指标良好、调试方便的电压源驱动，极大地提高了LED灯具驱动电源部件的生产效率。实践表明本发明提供的驱动方式工作稳定、可靠。在LED照明灯具中具有广泛的应用前景和推广价值，对节能减排将起到积极的推动作用。
附图说明
附图1～2是现有LED灯具普遍采用的连接方式。
附图3是本发明的原理图，也是说明书摘要用图。
附图4～10是基于本发明原理衍生的恒流控制电路。
具体实施方式
现结合附图5给一实例，对本发明做进一步说明。
实施例：
恒流控制电路由电流取样电阻R1、支路电压调整管T1、第一偏置电阻R2、放大控制管T2四个元件组成；第一偏置电阻R2一端接串联LED芯片组的正极，另一端接三极管T1管的基极；T1管集电极接串联LED芯片组的负极；T2管基极接T1管发射极，集电极接T1管的基极，发射极接电压源的负极；电流取样电阻R1接串联在T1发射极与电压源VS负极之间。可将多条嵌入了线性恒流控制电路的LED串联芯片组并联在一起，用同一电压源驱动，并联支路数量没有限制。为平衡恒流控制电路功耗与恒流控制灵敏度之间的矛盾，根据电流IF，选择取样电阻R1，使T2处于微弱放大状态；选择第一偏置电阻R2，使T1处于浅饱和状态；当LED串联芯片数为n时，驱动电压VS取nVF+(0.7～1.1)V。
在实际应用中，为提高电流IF的稳定度，三极管T1、T2电流放大系数β不应小于200；为保证电流IF精度，电流取样电阻R1尽可能采用精密电阻。

Claims (4)

1.一种基于分立元件的LED线性恒流控制电路，其特征在于：由一到多条包含了线性恒流控制电路的以串联方式连接的LED芯片组、电压源VS组成；所述的线性恒流控制电路由电流取样电阻R1、第一偏置电阻R2、第二偏置电阻R3、三极管T2和MOS管T1组成，第二偏置电阻R3是普通电阻或光敏电阻；串联LED芯片组正极与电压源VS正极相连，串联LED芯片组负极接MOS管T1漏极D；MOS管T1源极S连接电流取样电阻R1和三极管T2的基极；三极管T2发射极、电流取样电阻R1和第二偏置电阻R3连接电压源VS负极；三极管T2的集电极、第二偏置电阻R3和第一偏置电阻R2连接MOS管T1栅极G；第一偏置电阻R2的另一端连接LED芯片组正极。
2.如权利要求1所述的LED线性恒流控制电路，其特征在于：所述的T1是PNP管，T2是P沟MOS管。
3.如权利要求1所述的LED线性恒流控制电路，其特征在于：当串联LED芯片组工作电流IF较小时，T1、T2采用双极型NPN管或PNP管，取消第二偏置电阻R3或第二偏置电阻R3使用光敏电阻。
4.如权利要求1所述的LED线性恒流控制电路，其特征在于：所述LED芯片组正极与三极管T2基极之间串联第三偏置电阻R4，功率MOS管T1源极S与三极管T2基极之间串联第四偏置电阻R5。
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