CN102510605A - 一种新型的led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于驱动电流脉冲幅度可控的大功率LED脉冲驱动控制方法及其实施电路:将线性恒流控制、过压自动减小脉冲电流幅度控制、过热检测控制以及驱动管等单元有机结合在一起,形成具有电流脉冲幅度可控的具有过热保护功能的LED脉冲驱动控制电路,以及由该脉冲驱动控制电路构成的无电容的LED脉冲驱动照明系统。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明驱动电路,具体涉及一种基于驱动电流脉冲幅度可控的非隔离式AC-DC照明LED脉冲电流驱动方式及电路,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,被公认为二十一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、路灯等需要长时间照明的公共场所。
在现有市电供电的LED照明灯具中,多采用隔离或非隔离的AC/DC开关电源恒流驱动方式。在这种方式下,通过照明LED的电流始终维持在一定纹波范围内恒定值,使LED连续发光。一方面,这类型驱动电路复杂,占用PCB面积及空间大,成本高。特别是在灯泡、射灯和T8光管等灯具,占用大部分空间,容易导致散热不良;另一方面,在开关电源中多使用电解电容,致使驱动电源寿命远小于灯具内LED芯片寿命。尽管AC-LED芯片仅需4个电阻即可直接用市电驱动,但电源效率低,LED芯片利用率也不高,瞬态高压应变能力差,可靠性不高;而RC降压AC驱动方式只能用在5W以内LED灯具中,并使用了电解电容滤波,效率、功率因素不高。
国内外研究文献指出:对于中小功率LED芯片,在脉冲参数选择得当情况下,脉冲驱动效果优于恒流驱动方式。因此,现有部分市电高压LED驱动电路采用了脉冲驱动方式,但这类电路(芯片)内部只有线性恒流控制部件,仅实现了脉冲驱动电流幅度不随输入电压升高而升高,如附图1所示。在附图1中,电压Ui波形为交流电经过如附图3的整流桥BR整流输出后的一个直流脉动电压波形,U1为欠压波形,U2为正常电压波形,U3为过压波形。该类型电路的缺点是,由于缺少过压降低脉冲电流幅度控制电路与过热保护电路,当输入电压长时间处在过压(由U2变成U3)状态时,尽管电流幅度保持恒定,但LED的导通时间由T2增加到T3,导致LED芯片及其驱动电路功耗增加,引起过热,缩短LED芯片寿命,甚至损坏。可见,现有脉冲恒流驱动电路只能在输入电压稳定度较高的环境中使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有LED脉冲驱动技术的不足,提供了一种基于驱动电流脉冲幅度受输入电压控制的LED脉冲驱动控制方式,以及由该脉冲驱动控制电路构成的无电容的LED脉冲驱动照明系统。
本发明技术方案:将线性恒流控制、过压降低脉冲电流幅度控制、过热检测控制以及驱动管等单元有机结合在一起,形成驱动电流脉冲幅度可控的具有过热保护的LED脉冲驱动控制电路。脉冲驱动控制电路内部结构如附图2所示,由LED电流检测控制器A1、过压减流控制器A2、过热检测控制器A3、内部稳压、基准电源、高压驱动管Q、偏置电路等部分组成,具有恒流、过压减流、过热保护三重功能。过压控制部分由电压取样、比较、控制电路组成。其中的驱动管可以是双极型晶体管,也可以是MOS管;电阻R6可以内置,也可以外置。
当控制电路内的驱动管为NPN型或N沟MOS管时,则由该脉冲驱动控制电路构成的驱动电流脉冲幅度可控的无电容的LED驱动照明电路如附图3所示:220V/110V市电分别接整流桥BR的交流输入端,整流桥BR正极VCC接串联LED芯片组的正极,控制电路的CD引脚接串联LED芯片组的负极;电流采样电阻R1一端接控制电路的电流采样输入端CS引脚,另一端接整流桥BR的负极;电阻R2一端接VCC,另一端接控制电路的VDD引脚;电压取样电路由R3、R4组成,R3一端接VCC,另一端与电阻R4相连并接到控制电路的电压取样输入端VCH,电阻R4另一端与控制电路GND引脚并联后接整流桥BR的负极,输入过压最小LED电流控制电阻R6一端接控制电路VDD引脚,另一端接控制电路过压减流控制器A2的输出端VCHO引脚;热感应电阻R5一端接VDD引脚,另一端接控制电路GND引脚。为防止LED串联支路中某一LED芯片开路后,造成整个串联支路数十只LED芯片不亮现象,可选择在一定数量串联LED芯片两端并联一只稳压二极管VDZ,以减小LED芯片开路后灯具黑斑面积。
进一步的,当控制电路内的驱动管为PNP型或P沟MOS管时,电流采样电阻R1一端接整流桥BR正极VCC,另一端接控制电路的CS引脚;串联LED芯片组正极接控制电路的CD引脚,其负极与整流桥负极相连;电阻R2一端接控制电路的VDD引脚,另一端接控制电路的GND引脚;而热敏电阻R5一端接VCC,另一端接控制电路的VDD引脚。
再进一步的,可由多个包含了该控制电路的串联LED芯片组并联,构成不同输出功率的无电容LED驱动照明电路,如附图4所示。
更进一步的,在整流桥BR的正负极并联滤波电容C1、C2后,获得有电容滤波的LED恒流驱动电路,如附图5所示。
本发明工作原理:
220V/110V市电经BR整流后获得单向脉动电压VCC,直接加到串联LED芯片组的正极。
脉冲电流幅度稳定过程:当VCC从0增加到nVT(其中n为串联LED芯片个数,VT为LED开启电压)时,LED未导通,IF为0;当VCC从nVT增加到nVF时,LED导通,IF从0逐渐增加到峰值电流Ipeak,此时电流取样电阻R1端电压也从0开始增加到VB1,在R2选择得当情况下,驱动管Q饱和(对双极型来说)或处于可变电阻区(对MOS管来说),CD引脚对地电压<1.0V,VCC电压几乎全部施加到串联LED芯片组上,即在脉冲电流IF的上升沿及下降沿,电源利用率很高;当VCC达到nVF后,驱动管进入放大区(对双极型来说)或恒流区(对MOS管来说),在电流控制器A1控制下,VCC增加或温度升高将触发如下负反馈过程,结果VCC增量几乎全部降落到驱动管C-E(或D-S)极,而LED脉冲电流Ipeak维持恒定。
VCC↑→IF↑→VCS↑→恒流控制器A1输出端(驱动管基极或栅极)电位↓→驱动管VBE↓→IB↓→IC(IF)↓
显然,输入电压ui增加会使LED电流IF脉冲宽度增加,如附图1所示。一方面,会使LED输出功率增加;另一方面,驱动管Q功耗也会增加——导致LED灯具温度迅速上升,降低了LED芯片的光效与电源效率。为此,有必要设置过压自动减流控制电路。
输入过压脉冲电流下降控制过程:单向脉动电压VCC经电阻R3、R4分压后施加到VCH引脚(即过压减流控制器反相输入端),当VCC最大值超过设定值,如311V后,VCC增加会使控制器A2输出端电位下降→驱动管Q基极(对应双极型)或栅极(对应MOS)电位下降,使LED工作电流IF随VCC的增加而减小,其过程如附图6所示,结果LED消耗功率随VCC的增加仅略为增加或基本不变;当VCC再进一步增加时,LED工作电流IF迅速下降到设定的最小值Imin(由R6确定),使LED芯片消耗功率减到最小值,避免了LED灯具因输入电压ui升高出现过热损坏现象;同时也提高了LED照明灯具电路系统对电网瞬态高压的应变能力。
过热保护:当某种原因,如环境温度升高时,灯具内温度升高,NTC电阻R5阻值下降,使VDD引脚电位下降,过热控制器A3输出端(接驱动管Q的基极或栅极)电位下降,结果IF下降,限制了LED芯片功耗的进一步增加。
本发明的有益效果是:
1.本发明提供的电流脉冲幅度可控AC驱动方式在参数匹配条件下,效率、功率因素PFC达到甚至超过非隔离式AC/DC恒流驱动方式。而且光效高。
2.可靠、寿命长。本发明可以组成的无电容LED脉冲驱动电路没有电解电容。理论上,该新型LED脉冲驱动电路寿命和LED芯片寿命相当。
3.对电网瞬态高压应变能力强;具有完善的过压过热保护功能。
4.整个驱动外围元件少,占用空间小,成本低廉,可嵌入LED灯具光模PCB板内,极大地提高了LED灯具的生产效率。
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是现有脉冲驱动方式电流随输入电压变化而变化示意图
附图2是本发明驱动控制芯片的内部框图。
附图3是本发明的原理图,也是说明书摘要用图。
附图4~5是本发明衍生应用电路。
附图6是本发明过压控制原理解释用图。
具体实施方式
现结合附图3给一实例,对本发明做进一步说明。
实施例:
220V市电分别接整流桥BR的交流输入端,整流桥BR正极VCC接串联LED芯片组的正极,电流脉冲幅度可控电路的CD引脚接串联LED芯片组的负极;电流采样电阻R1一端接控制电路电流采样输入端CS引脚,另一端接整流桥BR的负极;电阻R2一端接VCC,另一端接控制电路的VDD引脚;电压取样电路由R3、R4组成,R3一端接VCC,另一端与电阻R4相连并且接到控制电路的电压取样输入端VCH,电阻R4另一端与控制电路GND引脚并联后接整流桥BR的负极,输入过压最小LED电流控制电阻R6一端接控制电路的VDD引脚,另一端接控制电路过压减流控制器输出端VCHO引脚;NTC电阻R5一端接VDD引脚,另一端接控制电路的GND引脚。对于65mW白光LED芯片,可根据VF大小选择串联LED芯片个数n,例如驱动电流为20mA时,VF为3.0~3.2V,则n取值范围在80~82之间;外围元件参数如下:
在市电非隔离式LED驱动方式中,由于串联的LED芯片数较多,为避免某一LED芯片开路后,整串LED芯片不工作的弊端,可选在一定数量串联LED芯片两端并联一只稳压二极管,稳定电压VZ大小与LED芯片工作电压VF有关。
上述提供了本发明的较佳实施案例的描述,以使本领域内的技术人员可以了解本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的,可把这里所述的总原理应用到其他实施例而不具备创造性。因而,本发明将不限于这里所示的实施例,而应依据符合这里所揭示的原理方法和新特征的最佳范围。
Claims (5)
1.一种基于驱动电流脉冲幅度可控的LED脉冲驱动控制电路,其特征在于:将线性恒流控制、过压减小脉冲电流幅度控制、过热检测控制以及驱动管等单元有机结合在一起,外部直流电压施加到由驱动管与串联LED芯片组构成的串联支路两端,形成具有电流脉冲幅度受输入电压控制的的具有过热保护功能的LED脉冲驱动控制电路。其中的驱动管可以是NPN双极型晶体管,也可以是N沟MOS管。
2.如权利1所述的输入过压自动减小LED脉冲电流幅度的LED脉冲驱动控制方式,其特征在于:该输入过压自动减小脉冲电流幅度控制电路由输入电压取样、比较、控制、驱动等环节组成。当输入电压超过设定值后,LED电流随输入电压升高而减小,使LED灯具消耗功率受输入电压控制,不仅提高了LED芯片对输入瞬态高压的应变能力,也避免了输入电压偏高造成LED芯片过热,降低LED光效,甚至损坏的现象。
3.如权利1、权利2所述的LED脉冲驱动控制电路,其特征在于借助整流器件、电阻、LED串联芯片以及稳压二极管(可选)组构成一个无电容的LED脉冲驱动照明电路:220V/110V市电分别接整流桥BR的交流输入端,整流桥BR正极VCC接串联LED芯片组的正极,控制电路的CD引脚接串联LED芯片组的负极;电流采样电阻R1一端接控制电路的电流采样输入端CS引脚,另一端接整流桥BR的负极;电阻R2一端接VCC,另一端接控制电路的VDD引脚;电压取样电路由R3、R4组成,R3一端接VCC,另一端与电阻R4相连并接到控制电路的电压取样输入端VCH,电阻R4另一端与控制电路GND引脚并联后接整流桥BR的负极,输入过压最小LED电流控制电阻R6一端接控制电路VDD引脚,另一端接控制电路过压减流控制放大器输出端VCHO引脚;热感应电阻R5一端接VDD引脚,另一端接控制电路GND引脚。
4.如权利3所述的无电容的LED脉冲驱动照明电路,其特征在于:控制电路内驱动管采用PNP管或P沟MOS管;电流采样电阻R1一端接整流桥BR正极VCC,另一端接控制电路的CS引脚;串联LED芯片组正极接控制电路的CD引脚,而串联LED芯片组负极与整流桥负极相连;电阻R2一端接VDD引脚,另一端接控制电路GND引脚;而热敏电阻R5一端接VCC,另一端接控制电路的VDD引脚。
5.如权利要求3所述的LED脉冲驱动照明电路,其特征在于:在整流输出端并联滤波电容后,即构成电压正常恒流而过压减流,且具有过热保护的LED驱动电路。
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