CN102403703A

CN102403703A - Ac led灯过流保护电路

Info

Publication number: CN102403703A
Application number: CN2011103604654A
Authority: CN
Inventors: 段晓飞; 王琛; 苏理; 支彦伟
Original assignee: 771 Research Institute of 9th Academy of CASC
Current assignee: 771 Research Institute of 9th Academy of CASC
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明公开了一种AC LED灯具过流保护电路，包括一个串联在AC LED灯具电路回路中的线性恒流电路，其特征在于，线性恒流电路的输出端连接n个的自控分流电路的输入端，n个自控分流电路并联在线性恒流电路的正、负输入端，其中，2≤n≤10。线性恒流电路限定流过AC LED灯具的峰值电流。n个自控分流电路检测线性恒流电路两端的电压来确定工作模式。当恒流电路两端的电压上升并达到阀值时，n个自控分流电路依次关断，逐步降低峰值电流限流点，限制流过AC LED灯具电路的电流在额定范围内。由于采用了逐级电压检测与分流电路，本发明使得AC LED灯具的电流不会因为电压的上升而迅速增大，减低了灯具故障率，具有电路简单、成本低、节电、寿命长等优点。

Description

AC LED灯过流保护电路

技术领域

本发明涉及一种LED照明灯的过流保护电路，特别涉及一种可提高ACLED(交流直接驱动的发光二极管)灯安全性的根据输入电压设定恒流值的过流保护电路。

背景技术

目前的单颗1W LED光源是低电压(VF＝3.2V)、大电流(IF＝350mA)工作的半导体器件，必须提供合适的直流电流才能正常发光。由于日常照明使用的电源是高压交流，所以必须通过驱动电源或变压器+整流+恒流源的方案，将交流变换成直流，再变换成直流恒流源，才能使LED光源发光。

但是，无论是经由变压器+整流或是开关电源降压，系统都会有一定量的损耗，直流LED在交流、直流之间转换时约15％～30％的电力被损耗，系统效率很难做到90％以上。

韩国首尔半导体在2005年发明了可以用交流直接驱动使其发光的ACLED，美国III-N Technology也发明了单芯片交流发光二级管，系统应用方案大大简化，系统效率达到92％以上。

台湾“工业技术研究院”2008年完成可产业化生产并有实际应用系统方案的AC LED产品，可直接插电于60Hz或更高频率的AC 110V电压使其交流发光。

然而，AC LED灯具的驱动电流会随着电压的变化而变化，当加在AC LED灯具两端的交流电压升高时，流过AC LED灯具的电流会增大，从而导致LED发热加剧，使光衰加速，降低AC LED灯具的使用寿命，因此在AC LED灯具中必须加入过流保护电路，使得交流电压上升时，流过AC LED灯具的电流在额定范围之内。

但是，由于AC LED灯具的工作电压为交流电压，AC LED灯具的电流波形实际为脉动直流，交流电压升高时，电流峰值和占空比增大，有效值增大，灯具变亮；交流电压降低时，电流峰值和占空比减小，有效值降低，灯具变暗。因此，传统的恒流电流电路仅能限制流过AC LED灯具的电流峰值，在交流电压升高时，无法使电流有效值保持不变。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，尤其是现有AC LED灯具电路中，流过LED的电流随着电压的变化而变化，提供一种长寿命、低成本、节电效果好的AC LED灯具过流保护电路。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现：

一种AC LED灯具过流保护电路，包括一个串联在AC LED灯具电路回路中的线性恒流电路，其特征在于，线性恒流电路的输出端连接n个的自控分流电路的输入端，n个自控分流电路并联在线性恒流电路的正、负输入端，其中，2≤n≤10。

上述方案中，所述线性恒流电路包括第一MOS管、第一限流电阻、一个电流检测电阻和一个电压基准，所述第一MOS管的源极连接电流检测电阻的一端后作为输出端，电流检测电阻的另一端和电压基准的阳极作为线性恒流电路的负端，第一限流电阻的一端与电压基准的阴极连接后与第一MOS管的栅极相连，第一限流电阻的另一端和第一MOS管的漏极作为线性恒流电路的正端。

所述自控分流电路包括一个电压检测电路和一个分流电路，分流电路的初始工作状态为导通，保护流过AC LED灯具的电流为额定值，电压检测控制电路检测线性恒流电路两端的电压，达到设定值后关断分流电路。其中，分流电路包括第二MOS管、第二限流电阻和一个分流电阻。电压检测控制电路包括第三MOS管和两个用以检测线性恒流电路两端电压信号的第一、第二分压电阻。第二MOS管的源极、第三MOS管的源极和第二分压电阻的一端连接线性电阻恒流电路的负端；第二MOS管的漏极通过分流电阻与线性恒流电路的输出端相连；第二MOS管的栅极连接第三MOS管的漏极并通过第二限流电阻连接到线性恒流电路的正端；第三MOS管的栅极通过第一分压电阻与线性恒流电路正端相连，第三MOS管的栅极通过第二分压电阻与线性恒流电路负端相连。

所述电压基准、第二、第三MOS管可用三极管替代。

本发明过流保护电路的限流值由线性恒流电路的电流检测电阻和分流电路的电阻共同决定，由于AC LED灯具的电流为脉动直流，因此线性恒流电路的恒流点为峰值电流恒流电。

本发明通过n个自控分流电路检测线性恒流电路两端的电压确定工作模式，当线性恒流电路两端电压上升时，n个自控分流电路依次关断，逐步降低峰值电流限流点，保持流过AC LED灯具的电流在额定范围之内。

以220V交流输入为例，设电压变化范围为±20％(175V～265V)，加在AC LED灯具电路两端的电压波形为100Hz的馒头波，过流保护电路串联在AC LED灯具回路中，其两端电压波形也是100Hz的馒头波，当输入电压超过额定值时，AC LED灯具电路两端电压保持220V不变，增加的电压加在过流保护电路两端。

当n＝2时，电压检测点分别设定为增加电压的1/3处和2/3处，2个分流电路的默认工作状态均为导通模式。当过流保护电路两端电压在0～1/3总增加电压范围之间时，AC LED灯具电流流经线性恒流电路和两个分流电路；当过流保护电路两端电压上升到1/3～2/3总增加电压范围之间时，第一个分流电路关断，降低峰值电流限流点；当过流保护电路两端电压高于2/3总增加电压后，第二个分流电路关断，此时，峰值电流限流点再次降低，仅由线性恒流电路的电流检测电阻设定峰值电流值。

由于本发明不含有影响灯具寿命的电解电容器，电路中的电压基准、MOS管和电阻等器件在额定电压和额定电流条件下寿命与LED相当，在交流电网电压变化时，过流保护电路可保证LED稳定工作，大大提高LED灯具的可靠性，可确保灯具的寿命达到5～7万个小时。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图(不包括AC LED灯具电路)。

图2为图1的一个具体电路原理图(包括AC LED灯具电路)。

图3为图2的另一个具体电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的内容作进一步详细说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。

如图1所示，一种AC LED灯具过流保护电路，包括一个串联在AC LED灯具电路回路中的线性恒流电路，该线性恒流电路的输出端连接n个的自控分流电路的输入端，n个自控分流电路并联在线性恒流电路的正、负输入端，其中，2≤n≤10。

实施例一

如图2所示，实施例中的设计电路由AC LED灯具电路和过流保护电路构成，其中，过流保护电路由一个线性恒流电路和两个自控分流电路组成。

电阻R1、R8和MOS管V1一级电压基准U1构成线性恒流电路，电阻R3、R4、R6、R9和MOS管V2、V3构成第一个自控分流电路，电阻R2、R5、R7、R10和MOS管V4、V5构成第二个自控分流电路。

在线性恒流电路中，MOS管V1的源极连接电流检测电阻R8的一端后作为输出端，R8的另一端和电压基准U1的阳极作为线性恒流电路的负端，限流电阻R1的一端与U1的阴极连接后与V1的栅极相连，R1的另一端和V1的漏极作为线性恒流电路的正端。

两个自控分流电路都包括一个分流电路和一个电压检测电路，以第一个自控分流电路为例说明：分流电路包括MOS管V2、限流电阻R4和一个分流电阻R3。电压检测控制电路包括MOS管V3和两个用以检测线性恒流电路两端电压信号的分压电阻R6、R9。MOS管V2的源极、MOS管V3的源极和分压电阻R9的一端连接线性电阻恒流电路的负端；V2的漏极通过分流电阻R3与线性恒流电路的输出端相连；V2的栅极连接V3的漏极并通过限流电阻R4连接到线性恒流电路的正端；V3的栅极通过分压电阻R6与线性恒流电路正端相连，V3的栅极通过分压电阻R9与线性恒流电路负端相连。第二个自控分流电路与第一个自控分流电路的结构相同，不在赘述。

加在AC LED灯具两端的电压波形为100Hz的馒头波，过流保护电路串联在AC LED灯具回路中，其两端电压波形也是100Hz的馒头波，当输入电压超过额定值时，AC LED灯具电路两端电压保持220V不变，增加的45V电压加在线性恒流电路两端。设电压总增量为45V。

两个自控分流电路两端的增量电压在总增量电压的1/3处和2/3处(15V、30V)，两个分流电路的默认工作状态均为导通模式。

当线性恒流电路两端的增量电压在总增量电压1/3以下(＜15V)时，第一组自控分流电路中的V2导通，V3关断，第二组自控分流电路中的V4导通、V5关断，AC LED电流流经恒流电路和两个自控分流电路，峰值电流由线性恒流电路和两个自控分流电路设定。

当线性恒流电路两端的增量电压在总增量电压1/3～2/3范围(16V＜30V) 时，第一组自控分流电路中的V3导通，V2关断，第二组自控分流电路中的V4导通，V5关断，电流流经线性恒流电路和第二个自控分流电路，工作电流由线性恒流电路和第二个自控分流电路设定。

当线性恒流电路两端的增量电压大于2/3总增量电压后，第一组自控分流电路中的V3导通，V2关断，第二组自控分流电路中的V5导通、V4关断，电流只流经线性恒流电路，工作电流由线性恒流电路设定。

过流保护电路中，峰值电流限流点由线性恒流电路中的电流检测电阻R8和两个分流电路中的电阻R2、R3共同决定，限流点计算公式如下：

I_{DS} = \frac{V_{ref}}{R_{8} / / R_{3} / / R_{2}}

式中：I_DS为峰值电流限流点；V_ref为TL431的基准电压。

由上式可知，通过改变R8、R2、R3的阻值，可以精确设定峰值电流限流值。当输入电压高于额定电压时，过流保护电路通过多个自控分流电路降低流过AC LED灯具的电流，避免AC LED灯具因为流过大电流而损坏，大大提高了AC LED灯具使用的可靠性和寿命。

实施例二

如图3所示，与实例一不同的地方是MOS管V2、V3、V4、V5和电压基准U1均由三极管替代。本实例中的工作原理与实例一相同，在此也不再赘述。

本发明通过过流保护电路中的线性恒流电路和自控分流电路，使通过ACLED灯具的电流保持在额定范围之内。采用本发明的AC LED灯具过流保护电路，其限流精度小于等于3％，确保电压上升时灯具不会过亮、过热而损坏，大大提高了可靠性。

Claims

1.一种AC LED灯具过流保护电路，包括一个串联在AC LED灯具电路回路中的线性恒流电路，其特征在于，线性恒流电路的输出端连接n个的自控分流电路的输入端，n个自控分流电路并联在线性恒流电路的正、负输入端，其中，2≤n≤10。

2.如权利要求1所述的一种AC LED灯具过流保护电路，其特征在于，所述线性恒流电路包括第一MOS管、第一限流电阻、一个电流检测电阻和一个电压基准，所述第一MOS管的源极连接电流检测电阻的一端后作为输出端，电流检测电阻的另一端和电压基准的阳极作为线性恒流电路的负端，第一限流电阻的一端与电压基准的阴极连接后与第一MOS管的栅极相连，第一限流电阻的另一端和第一MOS管的漏极作为线性恒流电路的正端。

3.如权利要求1所述的一种AC LED灯具过流保护电路，其特征在于，所述自控分流电路包括一个电压检测电路和一个分流电路，分流电路的初始工作状态为导通，保护流过AC LED灯具的电流为额定值，电压检测控制电路检测线性恒流电路两端的电压，达到设定值后关断分流电路。

4.如权利要求3所述的一种AC LED灯具过流保护电路，其特征在于，所述分流电路包括第二MOS管、第二限流电阻和一个分流电阻；所述电压检测控制电路包括第三MOS管和两个用以检测线性恒流电路两端电压信号的第一、第二分压电阻；第二MOS管的源极、第三MOS管的源极和第二分压电阻的一端连接线性电阻恒流电路的负端；第二MOS管的漏极通过分流电阻与线性恒流电路的输出端相连；第二MOS管的栅极连接第三MOS管的漏极并通过第二限流电阻连接到线性恒流电路的正端；第三MOS管的栅极通过第一分压电阻与线性恒流电路正端相连，第三MOS管的栅极通过第二分压电阻与线性恒流电路负端相连。

5.如权利要求2所述的一种AC LED灯具过流保护电路，其特征在于，所述电压基准用三极管替代。

6.如权利要求4所述的一种AC LED灯具过流保护电路，其特征在于，所述第二、第三MOS管用三极管替代。