CN102497698A - Led恒流驱动器和灯具设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED恒流驱动器和灯具设备，其中，该LED恒流驱动器包括：与LED负载串联的线性恒流单元，其对LED负载提供线性恒定的电流；对线性恒流单元两端的电压差进行取样的压差取样单元；压差取样单元包括：稳压二极管、场效应管、多个电阻；与线性恒流单元串联的电压调节单元，电压调节单元的输入为压差取样单元的取样电压，其输出电压根据取样电压进行反向调节。本发明通过在LED负载串联线性恒流电路，对LED负载进行恒流控制；并通过电压调整电路自动跟踪调压使线性恒流电路工作在低压差状态，不仅转换效率高，还达到了保护LED和驱动器的目的。

Description

LED恒流驱动器和灯具设备

技术领域

本发明涉及照明电路领域，尤其涉及一种LED恒流驱动器和灯具设备。

背景技术

作为照明LED(发光二极管)所使用的LED恒流驱动器一般包括：开关恒流驱动器和线性恒流驱动器。图1示出了开关恒流驱动器的电路示意图。

如图1所示，在LED负载串入一只取样电阻R_Z，对LED负载进行电流取样。取样电压U_Z作为自动跟踪调压电源的控制信号，控制其输出电压U₀。取样电压U_Z与输出电压U₀存在反相关系，即U_Z升高U₀下降，反之，U_Z下降U₀升高。

因U_Z＝U₀-U_F，当U_F发生变化时，U₀会自动跟踪U_F的变化，保持U_Z基本不变。又因U_Z＝I₀×R_Z，所以I₀＝U_Z/R_Z，当U_Z不变，R_Z选定后，则I₀为定值。即系统给LED提供了恒流电源I₀。

根据图1所示的LED驱动器技术方案，其优点是转换效率高，但同时还存在以下缺点：

(1)LED输出开路再接通有大的冲击电流出现，对LED有伤害；

(2)带电输出短路有极大的(数十安)冲击电流出现，易损坏恒流驱动器；

(3)输出的是死恒流(无条件恒流)，恒流值不能随LED的使用环境温度变化而改变，造成LED夏天高温过热，加快了光衰，缩短了使用寿命。

因此，针对上述问题相关技术中尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种LED恒流驱动器和灯具设备。

根据本发明实施例的LED恒流驱动器包括：与LED负载串联的线性恒流单元，其对LED负载提供线性恒定的电流；对线性恒流单元两端的电压差进行取样的压差取样单元；压差取样单元包括：稳压二极管(VW3)、场效应管(VT4)、多个电阻(R19、R20、R21、R22)；与线性恒流单元串联的电压调节单元，电压调节单元的输入为压差取样单元的取样电压，其输出电压根据取样电压进行反向调节。

其中，压差取样单元的取样电压为低压差。

其中，压差取样单元的取样电压为1-1.5伏。

其中，在电压调节单元与LED负载之间还连接有过电压保护电路。

其中，电压调节单元包括：第一VMOSFET电子开关、PWM脉宽调制电路、变压器、滤波电路。

其中，线性恒流单元包括：第二VMOSFET管、恒流控制电路、电流采样电路；其中，第二VMOSFET管的漏极与LED负载连接，其源极与电流采样电路的一端连接，其栅极与恒流控制电路的一端连接；恒流控制电路的另一端与电流采样电路的另一端连接。

其中，恒流控制电路还包括温度调节单元，用于当LED负载环境温度变化时，根据电压降变化对恒流值进行微调。

其中，温度调节单元包括：场效应管(VT3)、多个电阻(R15、R16、R17)。

其中，该LED恒流驱动器还包括光电隔离电路，其包括：光电二极管(P1)、电阻(R23)。

根据本发明实施例的灯具设包括以上所述的LED恒流驱动器。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，通过在LED负载串联线性恒流电路，对LED负载进行恒流控制；并通过电压调整电路自动跟踪调压使线性恒流电路工作在低压差状态，不仅转换效率高，还达到了保护LED和驱动器的目的。

附图说明

图1是现有技术的LED开关恒流驱动器的电路示意图；

图2A和图2B是本发明实施例的LED恒流驱动器的结构框图；

图3是本发明实施例的LED恒流驱动器的电路示意图；

图4是本发明实施例的LED恒流驱动器的功能模块框图；

图5A和图5B是本发明实施例的LED恒流驱动器的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

本发明的主要思想在于，采用低压差和自动跟踪调压技术，克服了线性恒流驱动器转换效率低的缺点，充分发挥了其优点，其各项性能指标优良，完全可以用于大功率LED灯。

根据本发明的实施例，提供了一种LED恒流驱动器。

参考图2A，图2A是根据本发明实施例的LED恒流驱动器的结构框图，如图2A所示，包括：LED负载100、线性恒流单元200、压差取样单元300、电压调节单元400，下面详细描述。

线性恒流单元200与LED负载100连接，对LED负载100提供线性恒定的电流。压差取样单元300的一端与线性恒流单元200连接，另一端与电压调节单元400连接，用于对线性恒流单元200两端的电压差进行取样，得到线性恒流单元200的功耗电压，并将该电压值反馈至电压调节单元400。电压调节单元400与LED负载100连接，电压调节单元400根据输入的取样电压，调节其输出至LED负载100的输出电压，其中，取样电压与输出电压成反相，即，输出电压根据取样电压进行反向调节，将最合适的输出电压施加于线性恒流电路，保证线性恒流电路工作在低压差状态。

通过上述结构，LED恒流驱动器将电能馈入LED负载，LED负载包括多个串联连接在一起的LED灯源，线性恒流单元能够将通过其中的电流调整到预设的数值。LED输出开路再接通时，由于线性恒流电路的限流作用，没有冲击电流出现，对LED有保护作用。并且，带电输出短路时，同样由于线性恒流电路的限流作用，没有冲击电流出现，短路实现了无火花，保证了恒流驱动器的使用安全。

参考图3，图3是本发明实施例的LED恒流驱动器的电路示意图。在该实施例中，电压调节单元为自动跟踪调压电源，线性恒流单元为线性恒流源(I₀)。如图3所示，LED负载的电压为U_F；线性恒流源(I₀)的一端与LED负载串联连接，其另一端接地；线性恒流源两端的取样电压为U_Z；自动跟踪调压电源的一端与LED负载串联连接，其另一端接地，自动跟踪调压电源的输出电压为U₀；在自动跟踪调压电源与LED负载之间还连接有输出滤波电容C₀。

通过图3可以得出U_Z＝U₀-U_F。线性恒流源两端的取样电压U_Z作为自动跟踪调压电源的控制信号，控制其输出电压U₀，两者之间的关系为：

U₀＝-k×U_Z，即当U_Z升高时U₀降低，当U_Z降低时U₀升高。

当LED负载的电压U_F发生变化时，自动跟踪调压电源的输出电压U₀会自动跟踪U_F的变化，以保持U_Z基本不变，使线性恒流源始终工作在低压差的高效状态。自动跟踪调压电源根据电压U_F的变化控制其输出电压U₀，将最合适的输出电压施加于线性恒流电路。具体地，当电压U_F升高时，电压调整电路的输出电压也升高至相同的幅度，保持U_Z不发生变化；当电压U_F降低时，电压调整电路的输出电压也降低至相同的幅度，保持U_Z不发生变化。

优选地，取样电压U_Z设定在1～1.5V。实验结果表明，采用上述结构的LED恒流驱动器转换效率高，线性恒流效率达98％，系统总效率可达90％以上。

参考图2B，线性恒流单元包括：VMOSFET管(第二VMOSFET管)、恒流控制电路、电流采样电路。其中，VMOSFET管的漏极与LED负载连接，其源极与电流采样电路的一端连接，其栅极与恒流控制电路的一端连接；恒流控制电路的另一端与电流采样电路的另一端连接。并且，恒流控制电路还连接有辅助电源和输出绕组。

参考图4，图4是本发明实施例的LED恒流驱动器的功能模块框图。在图4中，LED负载的输入端连接有过电压保护电路，LED负载的输出端连接有压差取样电路，之后通过光电隔离电路与电压调节单元连接。电压调节单元包括：VMOSFET电子开关(第一VMOSFET电子开关)、PWM脉宽调制电路、高频变压器和整流滤波电路。此外，如图4所示，该LED恒流驱动器还包括：尖峰脉冲吸收电路、功率因数校正电路和抗干扰电路等电路。

参考图5A和图5B，是本发明实施例的LED恒流驱动器的电路原理图。如图5A和图5B所示，由R3、C4和VD1组合搭配，利用电容器的特性而形成尖峰脉冲吸收电路；由C2、C3、P1、N2、场效应管VT1、VT2、稳压二极管VW1、R4、R5、R6、R7、R8和R9、R10组合搭配，利用电感的感应电动势、电容的耦合作用、三极管的放大特性以及稳压二极管的正向导通，反向稳压特性而形成自激振荡和脉宽调制电路；由N3、C6、VD2和R11组合搭配，利用电容器的充放电特性和二极管的整流功能而形成整流滤波电路；由SCR、VW4、VW5、R24、R25、R26、R27组合搭配，利用稳压二极管的反向导通稳压特性和电阻的分压特性形成过压保护电路；由R19、VW3、R20、R21、R22、和VT4组合搭配，利用电阻的分压特性和三极管的放大特性形成压差取样电路；由P1光电二极管和R23组合搭配，形成光电隔离电路；由N4、C7、VD3、VW2、R12组合搭配，构成+12V辅助电源；由R13、R14、R15、R16、R17、R18和VT3、VMOS2组合搭配，利用R17、R18电流取样产生直流电流负反馈形成线性恒流控制电路。

继续参考图2B，恒流控制电路还包括温度调节单元，其包括：场效应管VT3、R15、R16、R17。本发明巧妙利用PN结电压降随温度变化而微变的负温度特性，通过VT3、R16、R17、R15等主要元件与整体系统的结合，对负载端(LED电路)环境温度变化时，VT3发射结电压降细微变化对恒流值进行微调，从而保证负载在环境温度变化条件下，具有适合的工作电压和工作电流。也就是说，驱动器输出的是活恒流(有条件恒流)，恒流值能随LED的使用环境温度升高而下降，下降率约为-0.1％/℃，防止了LED夏天高温过热，延长了LED及恒流驱动器的使用寿命。

在实际应用中，以上所述的LED恒流驱动器可以设置在一灯具设备中。

综上所述，根据本发明上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)转换效率高，线性恒流效率达98％，系统总效率可达90％以上。

(2)LED输出开路再接通时，由于线性恒流的限流作用，没有冲击电流出现，对LED有保护作用。

(3)带电输出短路时，同样由于线性恒流的限流作用，没有冲击电流出现，恒流驱动器十分安全。

(4)输出的是活恒流(有条件恒流)，恒流值能随LED的使用环境温度升高而下降，下降率约为-0.1％/℃，防止了LED夏天高温过热，延长了LED及恒流驱动器的使用寿命。

(5)在输出开路、短路的故障情况下，实现了自动关断。开路、短路功耗小于1W，可长时间开路、短路，不会损坏LED及恒流驱动器。排除故障，断电复位后，再接通，恢复正常工作。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种LED恒流驱动器，用于驱动LED负载，其特征在于，所述LED恒流驱动器包括：

与所述LED负载串联的线性恒流单元，其对所述LED负载提供线性恒定的电流；

对线性恒流单元两端的电压差进行取样的压差取样单元；所述压差取样单元包括：稳压二极管(VW3)、场效应管(VT4)、多个电阻(R19、R20、R21、R22)；

与所述线性恒流单元串联的电压调节单元，所述电压调节单元的输入为所述压差取样单元的取样电压，其输出电压根据取样电压进行反向调节。

2.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述压差取样单元的取样电压为低压差。

3.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述压差取样单元的取样电压为1-1.5伏。

4.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，在所述电压调节单元与所述LED负载之间还连接有过电压保护电路。

5.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述电压调节单元包括：

第一VMOSFET电子开关、PWM脉宽调制电路、变压器、滤波电路。

6.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述线性恒流单元包括：第二VMOSFET管、恒流控制电路、电流采样电路；

其中，第二VMOSFET管的漏极与所述LED负载连接，其源极与电流采样电路的一端连接，其栅极与恒流控制电路的一端连接；

恒流控制电路的另一端与电流采样电路的另一端连接。

7.如权利要求6所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述恒流控制电路还包括温度调节单元，用于当LED负载环境温度变化时，根据电压降变化对恒流值进行微调。

8.如权利要求7所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述温度调节单元包括：场效应管(VT3)、多个电阻(R15、R16、R17)。

9.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，还包括光电隔离电路，其包括：光电二极管(P1)、电阻(R23)。

10.一种包括如权利要求1至9中任一项所述LED恒流驱动器的灯具设备。

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