CN102510605A

CN102510605A - 一种新型的led驱动电路

Info

Publication number: CN102510605A
Application number: CN201110314851XA
Authority: CN
Inventors: 潘永雄; 郑凌霄; 贺倢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: CN102510605B

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

一种新型的LED驱动电路

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nV_T(其中n为串联LED芯片个数，V_T为LED开启电压)时，LED未导通，I_F为0；当VCC从nV_T增加到nV_F时，LED导通，I_F从0逐渐增加到峰值电流I_peak，此时电流取样电阻R1端电压也从0开始增加到V_B1，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I_F的上升沿及下降沿，电源利用率很高；当VCC达到nV_F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I_peak维持恒定。

VCC↑→I_F↑→V_CS↑→恒流控制器A1输出端(驱动管基极或栅极)电位↓→驱动管V_BE↓→I_B↓→I_C(I_F)↓

显然，输入电压ui增加会使LED电流I_F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I_F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I_F迅速下降到设定的最小值I_min(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I_F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

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。