CN102695335A - 低压直流集中供电led恒流源线性调光电路及调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路及调光方法，包括直流供电电源模块和分别与直流供电电源模块连接的N个恒流调光模块，恒流调光模块包括线性调光电路、采样电路和开关稳压器。调光方法通过开关稳压器保持采样电路的端电压恒定，来实现恒流，通过改变输入电压值，就可以线性改变电压比较中的给定参考电压值V_ref，达到调节LED恒流给定值的目的，进而实现LED负载的调光控制。本发明实现方法简单，只需调整开关稳压器外围电路结构，就可以实现LED灯的恒流调光，而且无需通过改变电路结构或使用可调电阻，可以广泛应用在5V到100V的低压LED集中供电系统中。

Description

低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路及调光方法

技术领域

本发明属于半导体照明应用领域，涉及一种低压直流集中供电LED恒流源的便捷调光方法及调光电路。

背景技术

LED灯由于具有发光效率高、节电效果明显、寿命长、无污染、抗震动等显著优点，已日益受到世界各国的重视，有望在不久的将来取代传统的各种照明灯具。

在LED照明中加入调光功能可以达到大幅节能的效果，其应用市场很有前景。LED在低发光亮度时通过LED的正向电流较小，在相关回路电阻成分上损耗降低，因此，LED调光时的发光效率会提高。LED照明调光不仅节能，还可以改变空间视觉效果，从而影响人的行为模式。

目前常见的LED调光方法中，比较多采用通过直接调节与LED相串联电阻的阻值来实现调光，如中国专利文献CN201805598U所述用可调变阻器调光，这样在调光时不仅会造成不必要的电阻功耗，而且需要逐个电路调节，控制起来比较麻烦，也不利于集中供电控制。一些靠增加开关管和控制电路，通过调光控制信号来实现PWM调光的方式，成本过高，而且需要较复杂的控制程序，对低压直流供电的LED电源系统显得大材小用了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，无需改变硬件电路电阻值，提供低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路及调光方法。本发明在LED调光稳定时流过恒定电流，确保LED发光稳定，保证LED长寿命，通过调节输入电压线性改变LED供电电流的大小，可调节LED的光输出量，实现方式简单，无需外加调光信号，发光效率更高。

本发明通过如下技术方案实现：低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，包括直流供电电源模块和分别与直流供电电源模块连接的N个恒流调光模块，每个恒流调光模块的输出端用于连接负载，所述N个恒流调光模块的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，其输入端与直流供电电源模块的正输出端相连，直流供电电源模块的负输出端接地。

所述恒流调光模块包括线性调光电路、采样电路和开关稳压器，所述线性调光电路包括第一电阻R₁和第二电阻R₂，直流供电电源模块的输出端经一个限流电阻或者直接与开关稳压器的V_in端相连，直流供电电源模块的输出端还经第一电阻R₁与开关稳压器的参考给定端V_ref相连，第二电阻R₂则连接在参考给定端V_ref与地之间；所述采样电路与LED负载串联，采样电路的端电压作为开关稳压器中电压比较器的反馈电压V_FB；所述开关稳压器的V_out端与LED负载相连。所述开关稳压器包括恒流控制芯片。

上述采用电路为采样电阻R_3。

上述开关稳压器是一种常见的保持电压恒定的开关控制电路，其中V_in、V_ref、V_out、V_FB分别为该电路的电压输入端、电压比较参考给定端、电压输出端、电压比较反馈输入端。稳压器通过将反馈输入端电压V_FB与参考给定端电压V_ref比较，控制开关管的通断，以保证反馈输入电压V_FB的恒定，且等于给定的参考电压V_ref。一般根据输入电压范围和实际应用选择升压或降压类型的开关稳压器，在稳压器参考给定端电压V_ref不变的情况下，无论输入电压如何变化，电压输出端的电压都保持不变。

低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路的调光方法，通过开关稳压器保持采样电路的端电压恒定，从而实现与采样电路串联的LED负载的恒流，即V_FB恒定时，I_LED=V_FB/R₃也恒定；通过改变输入电压值V_in线性改变开关稳压器电压比较器中的给定参考电压V_ref，即

，从而改变了采样电阻稳压的给定值，进而实现LED灯亮度调节。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：无需要增加开关管和控制电路，无需外加调光信号，也无需通过改变电路结构或使用可调电阻来调光，其实现方式简单，调节方便，只需调节输入电压就可以实现调光，降低了电路功耗，发光效率高，可移植性强，而且能保证调光后LED电流恒定，保证了LED的发光稳定和长寿命。这种低压直流集中供电LED恒流源线性调光方法可以广泛应用在100V以下的低压LED集中供电系统中。

附图说明

图1为实施方式中低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路结构框图。

图2为基于LM3409恒流芯片的低压直流集中供电LED恒流线性调光电路图。

图3为本发明实施方式中的输入电压—输出电流关系曲线。

图4a～图4c为实施方式中工作在线性调光区时的不同输入电压和输出电流的波形。

图5a和图5b为实施方式中工作在高压恒流区时的不同输入电压和输出电流的波形。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述，但本发明的实施和保护不限于此。

低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路结构框图如图1所示，其中包括直流供电电源模块和分别与直流供电电源模块连接的N个恒流调光模块（N≥1），每个恒流调光模块的输出端用于连接负载，恒流调光模块的输入端均与直流供电电源模块的正输出端相连，直流供电电源模块的负输出端接地。N个恒流调光模块的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，在确定负载大小后，选择符合负载要求的恒流控制芯片，然后根据芯片和负载的参数确定图中各电阻（R1、R2、R3）的值，根据I_LED=V_FB/R₃计算采样R₃，其中I_LED为负载所需的恒流值，V_FB为芯片内部反馈电压的给定标准值，第一电阻R₁和第二电阻R₂组成的分压器用于比例缩小输入电压V_in的值，根据计算第一电阻R₁和第二电阻R₂，V_ref为芯片内部比较器中参考给定端的电压值，只要满足

即可。

如图2所示电路是该调光方法基于LM3409恒流芯片的低压直流集中供电LED恒流线性调光电路图。图中的开关稳压器由芯片及其外围电路构成。LM3409是一种输入电压最高可达75V，滞环控制的恒流控制芯片。本方案根据图2所示电路图实施，该电路由电阻（R1~R8），电容（C1~C7），稳压管D1，二极管（D2、D3），电感L和功率开关管Q组成，其电路连接如图2所示，图中标出了与图1对应的开关稳压器的V_in、V_ref、V_out、V_FB端口，芯片LM3409HV与其外围电路元件共同构成开关稳压器。反馈电压是采样电阻R₃上电压V_FB，V_ref反映稳压器的比较器参考电压，根据芯片LM3409的内部结构原理有：当V_ref<1.24V时，V_CST=V_ref/5；当V_ref≥1.24V时，V_CST=1.24/5。其中，V_CST为与采样电压V_FB比较的参考电压值，即控制要使V_FB=V_CST，而V_FB=I_LED×R₃，即I_LED×R₃=V_ref/5，当V_ref线性变化时，I_LED也线性变化。

根据上述推理，将V_ref作为输入电压V_in的分压值接入，有

，其中V_D为串联稳压管D的稳压值。而当V_ref≥1.24，即V_in≥V_th时，I_LED保持在负载的满额状态，LED灯的发光亮度为100%，其中

。根据上述关系，可以得到输入电压V_in与输出电流I_LED的关系为：

，其I_LED~V_in关系曲线如图3所示。

用此实施方法给LED灯供电，假设该LED灯所需满额电流为1.4A，此时端电压为20V，电流纹波值为450mA，输入直流电压范围为8~40V。

首先计算相关参数值。稳压管的稳压值应该不小于20V，保证芯片供电的降压要求。例如选择稳压值为20V的稳压管。假设满额供电时输入临界电压V_th为42V，那么有，得

，可取R₁为169k，R₂为10k。因此，满额供电时，输入电压临界值V_th=17.9×1.24+20=42.2V。再根据V_ADJ/5=V_SNS=R₃×I_{L_MAX}，求得R₃=1.24/5/(1.4+0.45/2)=0.153，取R3为0.15Ω，则I_LED=1.24/5/0.15-0.45/2=1.43A。

由此可得，该电路工作在低压保护区，即输入电压小于20V时，LED灯不亮；在线性调光区，即输入电压在20V~42.2V范围之间时，LED灯的亮度随输入电压值线性变化，如图4a、图4b、图4c所示的工作在线性调光区时的输入电压和输出电流波形，图4a表示输入电压为20V时，输出电流平均值为200mA，图4b表示输入电压为29V时，输出电流平均值为600mA，图4c表示输入电压为38V时，输出电流平均值为1.2A，基本按线性规律上升；在高压恒流区，即输入电压大于42.2V时，LED灯保持为100%亮度工作，电流恒定在1.43A附近，如图5a、图5b所示的工作在高压恒流区时的输入电压和输出电流波形，图5a和图5b分别为输入电压等于42V和48V时，输出电流平均值都大约保持在1.4A附近，遵循高压恒流的特点。

Claims (6)

1.低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，其特征在于包括直流供电电源模块（A）和分别与直流供电电源模块（A）连接的N个恒流调光模块（B₁~B_n），每个恒流调光模块的输出端用于连接负载；所述N个恒流调光模块（B₁~B_n）的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，每个恒流调光模块的输入端与直流供电电源模块（A）的正输出端相连，直流供电电源模块（A）的负输出端接地。

2.如权利要求1所述的低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，其特征在于所述恒流调光模块包括线性调光电路（1）、采样电路（2）和开关稳压器（3），所述线性调光电路（1）包括第一电阻和第二电阻，直流供电电源模块（A）的输出端经一个限流电阻或者直接与开关稳压器（3）的电压输入端V_in相连，直流供电电源模块（A）的输出端还经第一电阻与开关稳压器（3）的电压比较参考给定端V_ref相连，第二电阻则连接在参考给定端V_ref与地之间；所述采样电路（2）与LED负载串联，采样电路（2）的端电压作为开关稳压器（3）中电压比较反馈输入端电压V_FB；所述开关稳压器（3）的电压输出端V_out与LED负载相连。

3.如权利要求1所述的低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，其特征在于所述采样电路（2）为采样电阻R₃。

4.如权利要求3所述的低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，其特征在于所述开关稳压器（3）是保持电压恒定的开关控制电路，包括电压输入端V_in、电压比较参考给定端V_ref、电压输出端V_out和电压比较反馈输入端V_FB，稳压器通过将反馈输入端电压V_FB与参考给定端电压V_ref比较，控制开关管的通断，以使反馈输入电压V_FB恒定，且等于给定的参考电压V_ref。

5.如权利要求3所述的低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路，其特征在于所述开关稳压器（3）包括恒流控制芯片。

6.权利要求1~5任一项所述的低压直流集中供电LED恒流源线性调光电路的调光方法，其特征在于通过开关稳压器（3）保持采样电路（2）的端电压恒定，从而实现与采样电路（2）串联的LED负载（C₁~C_n）的恒流，即电压比较反馈输入端V_FB恒定时，LED负载的电流I_LED=V_FB/R₃也恒定；通过改变输入电压值V_in线性改变开关稳压器（3）电压比较器中的给定参考电压V_ref，即                                                

，从而改变了采样电阻稳压的给定值，进而实现LED灯亮度调节。

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