CN102843838B - 一种多路led均流电路以及led灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路LED均流电路以及LED灯，该电路主要包括多个并接于恒流电源的LED恒流控制单元，所述每个LED恒流控制单元包括恒压基准源、运算放大器、三极管以及电流检测电阻，所述运算放大器的反相输入端与恒压基准源正端相接，所述运算放大器的电流反馈端依次串接于每个相邻LED恒流控制单元中的电流检测电阻上，所述运算放大器的输出端与处于放大状态的三极管的基极相连，所述三极管的发射极连接于恒压基准源负端。该电路能够很好地解决LED恒流均流问题，利用该电路形成的LED灯灯珠间电流能高度一致，配光均匀，长时间用灯光衰小，寿命大大延长。

Description

一种多路LED均流电路以及LED灯

技术领域

本发明涉及一种LED灯控制技术，具体涉及一种多路LED均流电路以及采用这种均流电路的LED灯。

背景技术

目前随着LED散热技术的改进，LED光源替代白炽灯和荧光灯甚至是碘钨灯、高压钠灯等大功率光源的替代趋势已从局部应用领域开始发展。同时家用室内照明的LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭。

由于只要给电压电流LED灯具就能点亮，所以LED灯具的入门门槛低，但是由于LED的自身特性要求必须给灯珠厂家指定且恒定电流电压才能开发出高可靠性，配光均匀的LED照明灯具；而目前市面上绝大多数品牌厂家由于没有多灯珠合适的恒流均流技术或为了省成本就直接将很多串LED灯珠直接并联连接，致使每串LED灯珠电流大小差距甚大，亮度极不均匀，配光效果和寿命都极差，加上本身LED灯具的高成本，极大地阻碍了LED照明行业的健康迅速地发展。

随着LED的广泛应用，其照明的质量以及长时间运行的可靠性得到越来越多的重视，如何控制控制LED灯，使其效率高和成本低是本领域所要解决的问题。由此，人们设计了LED多路恒流控制技术。

对于LED多路恒流控制驱动器的应用，最常用的方案是：恒压模块加多路非隔离DC/DC恒流电路（如BUCK电路）。其中恒压模块的输出作为多路非隔离DC/DC恒流电路的输入，每路DC/DC电路单独做恒流控制，很容易保证多路输出电流的恒定。但是由于恒压源的输出电压（即每路恒流源的输入电压）和LED的电压差通常较大，因此后缀级连DC/DC恒流电路以后的整体效率不是很高，且体积较大，成本较高。

针对上述情况，公开号：CN201657405U的中国专利公开了一种适用于多路LED均匀控制的电路，其包括一个单输出恒流源、多路DC/DC均匀电路和由多路LED灯组成的负载，其中每个DC/DC均流电路包括一个DC/DC变换电路、一个均流控制电路和一个PWM信号发生器，且一个DC/DC均流电路带一路LED负载。

上述的控制电路在原理上可以实现恒流均流，但是控制效率低下，且成本很高，故障点多，批量生产不良率高。

另外公开号为CN102271440A的中国专利也公开了一种适用于多路LED均流控制电路，其包括：含偏置驱动电阻和NPN三极管控制的恒流源，多个LED支路，每个LED之路对应一个恒流源控制电路。

上述的控制电路在原理上能够实现对LED恒流均流控制，其必须要求电路中的所有元器件都为理想元器件，工作时都必须处于理想工作状态。但由于其主要控制器件是三极管，再者其本身电特性的放大倍数hfe，管压降Vbe，其工作温度漂移和工艺技术的局限，实际根本不可能为所要求或设定的理想元器件，其运行时也根本不可能处于理想工作状态，从而使得目前LED的驱动模块达不到原理所述功能，从而导致LED配光不均，加速老化，寿命大减的状况。

由此，如何针对元器件实际应用时的差异，对LED实现真正的均流控制，是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有LED驱动控制技术中由于元器件在实际运行时与其理想状态存在差异，从而导致LED配光不均，加速老化，寿命大减的问题，而提供一种多路LED均流电路。该电路能够很好地解决LED恒流均流问题，利用该电路形成的LED灯灯珠间电流能高度一致，配光均匀，长时间用灯光衰小，寿命大大延长。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多路LED均流电路，所述电路主要包括多个并接于恒流电源的LED恒流控制单元，所述每个LED恒流控制单元包括恒压基准源、运算放大器、三极管以及电流检测电阻，所述运算放大器的反相输入端与恒压基准源正端相接，所述运算放大器的电流反馈端依次串接于每个相邻LED恒流控制单元中的电流检测电阻上，所述运算放大器的输出端与处于放大状态的三极管的基极相连，所述三极管的发射极连接于恒压基准源负端。

在均流电路的优选实例中，所述LED恒流控制单元还包括稳压管，所述稳压管并接于运算放大器和/或三极管。

进一步的，所述三极管采用场效应管或IGBT代替。

进一步的，所述LED恒流控制单元还包括用于扩流的大功率PNP三极管或P沟道的场效应管。

进一步的，所述均流电路中还包括过流和过压保护电路。

进一步的，所述均流电路中还包括整流电路，所述整流电路接于恒流电源和LED恒流控制单元之间。

在上述方案的基础上，本发明还提供一种LED灯，该LED灯包括多路LED串和上述的多路LED均流电路，所述多路LED均流电路控制连接多路LED串形成LED灯。

利用本发明提供的多路LED均流电路能够很好地解决LED恒流均流问题，使得LED灯灯珠间电流能高度一致，配光均匀，长时间用灯光衰小，寿命大大延长。

同时利用多路LED均流电路形成的LED灯可适用于LED条形灯，LED筒灯，LED工矿灯，LED马路灯等多串灯珠LED灯具的设计，成本低廉，器件普遍，非常方便。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为实例1中涉及的均流电路原理图；

图1a为实例1涉及的均流电路中的LED恒流控制单元的电路原理图；

图2为移除低功效运放上稳压管的LED恒流控制单元的电路原理图；

图3为三极管上稳压管的LED恒流控制单元的电路原理图；

图4为C和K功能脚合并后的LED恒流控制单元的电路原理图；

图5为图4的简化图；

图6为简化后的均流电路原理图；

图7为扩流后的均流电路原理图；

图8为采用场效应管或IGBT替换三极管的LED恒流控制单元的电路原理图；

图9为移除三极管的LED恒流控制单元的电路原理图；

图10为移除三极管和稳压管的LED恒流控制单元的电路原理图；

图11为恒流电源外置的均流电路原理图；

图12为具有过流和过压保护的均流电路原理图；

图13为高效率的均流电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实例1

该实例中提供的多路LED均流电路，为能够实现多路LED的均流控制，该电路中设置有对应的LED恒流控制单元，每个LED恒流控制单元包括高精度的恒压基准源、低功耗的运算放大器、处于放大状态的三极管以及用于LED串电流检测的电流检测电阻。

其中运算放大器的反相输入端与恒压基准源相接，运算放大器的电流反馈端串接于多路LED均流电路中所有电流检测电阻上，运算放大器的输出端与处于放大状态的三极管的基极相连，三极管的发射极连接于恒压基准源。

基于上述原理，其具体的多路LED均流电路如下：

参见图1，电路中设置有N个LED恒流控制单元IC1-ICn，N个LED恒流控制单元IC1-ICn结合相应的外围电路与恒流电源CC并接形成整个多路LED均流电路。由于每个LED恒流控制单元构成相同，这里以第一LED恒流控制单元IC1来说明其结构组成。

参见图1a，LED恒流控制单元IC1具体可以封装形成一集成功能模块，其主要由低功效运放OPA1、高精度恒压基准源U1、第一稳压管ZD11、第二稳压管ZD12、三极管Q1等元器件封装而成。具体的低功效运放OPA1的反相输入端与恒压基准源U1的一端（即正端）相接，低功效运放OPA1的正向输入端作为该模块IC1的电流反馈端Vref；低功效运放OPA1的负电流端作为模块IC1对外连接的K端；低功效运放OPA1的输出端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极作为模块IC1对外连接的D端；三极管Q1的发射极以及低功效运放OPA1的正电流端接于恒压基准源U1的另一端（即负端），并作为该模块IC1对外连接的A端；第一稳压管ZD11并接于低功效运放OPA1的正、负电流端；第二稳压管ZD12并接于三极管Q1的集电极和发射极。

上述集成功能模块的LED恒流控制单元IC1，其在与外围电路连接时，电流反馈端Vref通过第二偏置电阻R2连接于电流检测电阻R14的一端，并连接于第一偏置电阻R1的一端，并通过第一偏置电阻R1连接恒流电源CC，同时接于LED串中的阳极端。

K端通过反馈电容C1接于第一偏置电阻R1和第二偏置电阻R2之间，通过上偏置电阻R3接于第一偏置电阻R1连接恒流电源CC。

D端与模块中的K端以及LED串中的阴极端相接。

A端与电流检测电阻R14的一端相接；同时电流检测电阻R14的另一端接地。

多路LED均流电路由N个上述结构的LED恒流控制单元IC1-ICn并接于恒流电源CC形成，并接时每个恒流控制单元中的电流反馈端Vref通过相应的偏置电阻依次串接于每个相邻恒流控制单元中的电流检测电阻。

在本实例中，采用精度达到0.4%以上的恒压基准源U1~Un接于差分运放OPA1~OPAn的反相输入端，而其高精度电流反馈接于差分运放OPA1~OPAn的同相输入端Vref；再者，该差分运放的运放精度也能做到2mV~3mV就触发，而开环工作的运放OPA1~OPAn理论上放大倍数到无穷大；加上差分运放OPA1~OPAn的同相输入端Vref的偏置电阻精度很容易达到0.5%以上。本实例中电流检测反馈连接方式是OPA1~OPAn顺序依次交换循环连接，相互之间是形成一个正反馈，即只要任一串LED电流有变化，其他各串LED电流就同时变化，而由于往往搭配的AC/DC或DC/DC的恒流源CC电路总的电流是恒定的，故而本实例能够达到2%的串间电流的精度，远高于LED灯珠特性要求的电流精度。

由此通过本实例提供的均流电路能够真正的实现每颗LED灯珠的电流的高度一致，从而能够实现LED灯具的配光均匀性，同时对LED高寿命设计提供了有力的保障。

实施例2

该方案在实施例1的基础上提出，其主要是针对LED恒流控制单元中两个稳压管连接位置的改进，其余部分完全相同，此处不加以赘述。

如图2所示，将LED恒流控制单元中设置在低功效运放上的稳压管移至LED恒流控制单元的外部。

或如图3所示，将LED恒流控制单元中设置在三极管上的稳压管移至LED恒流控制单元的外部。

同时也可以将LED恒流控制单元中低功效运放和三极管上的两个稳压管都移至LED恒流控制单元的外部。

通过上述方案形成的多路LED均流电路，使得电路便于根据不同灯珠数和不同灯珠电流选取不同过压扩流或保护的稳压管。

实施例3

该实例是对实施例2中将LED恒流控制单元中设置在低功效运放上的稳压管移至LED恒流控制单元外部方案的变形。如图4所示，该实例是针对实施例2第一种变形方案中形成的LED恒流控制单元进行的变形，将LED恒流控制单元中三极管的集电极与低功效运放的负电流端相接，即将LED恒流控制单元中的D和K功能脚合并成一个功能端。

由此形成的LED恒流控制单元可简化为图5所示的模块IC，该模块IC即为一个可调稳压器或者带基准源和开关管的运放模块，该模块的电流在100mA以内，并且具有不需要辅助电源，效率高特点。

基于上述功能模块形成的多路LED均流电路如图6所示。该方案中的形成的功能模块其电流在100mA以内，由此形成的多路LED均流电路特别适合于狭长的LED条形灯的均流，填补了目前没有低成本，高精度，小封装适合狭长应用要求的灯管均流方案空缺。

实施例4

该实例是对实例3中的方案进行改进。如图7所示，本实例在图6所示的多路LED均流电路中增加大功率PNP三极管或P沟道的场效应管，该大功率PNP三极管或P沟道的场效应管串接在模块IC和LED串之间。

该方案通过大功率PNP三极管或P沟道的场效应管来进行扩流，使得该电路适用于多路大功率LED串的均流。

同理，本实例的方案同样适用于上述各实例中的方案，并且也能够获得相应的效果。

实施例5

本实例是对实施例1的方案进行改进。其主要是针对LED恒流控制单元中三极管的改进，其余部分完全相同，此处不加以赘述。

如图8所示，本实例中将LED恒流控制单元中的三极管替换为场效应管或IGBT，由此形成的多路均匀电路同样能够达到实例1中方案的功能。

同理，本实例的方案同样适用于上述各实例中的方案，并且也能够获得相应的效果。

实施例6

本实例是对实施例1或实施例5的方案进行改进。其主要是针对LED恒流控制单元中三极管或场效应管或IGBT的改进，其余部分完全相同，此处不加以赘述。

参见图9，本实例将实施例1或实施例5方案中的LED恒流控制单元中的三极管移至LED恒流控制单元外，使得LED恒流控制单元中不包含三极管，这样形成的多路LED均流电路可以根据不同功率LED选取不同三极管或者场效应管。

参见图10，可将LED恒流控制单元中三极管移至LED恒流控制单元外的同时，将稳压二极管去除，使得LED恒流控制单元只由放大运算器和恒压基准源构成。

实施例7

本实例是对实施例3所给出的均流电路的改进，如图11所示，本实例将实施例3中的均流电路中的恒流电源CC通过整流电路进行外置，其余部分完全相同，此处不加以赘述。这样可以使得利用本方案形成的条形灯，其灯管可以不分端头方向任意连接外置驱动的输出正负端。

同理，本实例的方案同样适用于上述各实例中的方案，并且也能够获得相应的效果。

实施例8

本实例是对实施例1的方案进行改进。如图12所示，本实例在实例1所给出的均流电路中增加过流和过压保护电路，其余部分完全相同，此处不加以赘述。其中过流和过压保护电路可采用常规的过流和过压保护电路，此处不加以赘述。

本实例通过对LED灯板模组的过流和过压保护，从能有效提高LED灯的使用寿命。

同理，本实例的方案同样适用于上述各实例中的方案，并且也能够获得相应的效果。

实施例9

本实例是对实施例1的方案进行改进。

如图13所示，本实例中将实例1所给出的均流电路中与运算放大器相接的上偏置电阻连接于组成LED串的LED发光管中任意的位置，对于具体的连接位置可根据模块供电电压的高低进行选择，由此可以提高均流电路的工作效率。同时该电路的其余部分与实例1所给出的均流电路相同，此处不加以赘述。

同理，本实例的方案同样适用于上述各实例中的方案，并且也能够获得相应的效果。

作为本发明的第二目的，本发明还在上述方案的基础上提供相应的LED灯，该LED灯包括多路LED串和上述实例的多路LED均流电路，这些多路LED均流电路控制连接多路LED串形成LED灯。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种多路LED均流电路，其特征在于，所述电路主要包括多个并接于恒流电源的LED恒流控制单元，所述每个LED恒流控制单元包括恒压基准源、运算放大器、三极管以及电流检测电阻，所述运算放大器的反相输入端与恒压基准源正端相接，所述运算放大器的电流反馈端依次串接于每个相邻LED恒流控制单元中的电流检测电阻上，所述运算放大器的输出端与处于放大状态的三极管的基极相连，所述三极管的发射极连接于恒压基准源负端，所述LED恒流控制单元还包括两稳压管，所述第一稳压管并接于运算放大器的正、负电流端；第二稳压管并接于三极管的集电极和发射极。

2.根据权利要求1所述的一种多路LED均流电路，其特征在于，所述三极管采用场效应管或IGBT代替。

3.根据权利要求1所述的一种多路LED均流电路，其特征在于，所述LED恒流控制单元还包括用于扩流的大功率PNP三极管或P沟道的场效应管。

4.根据权利要求1所述的一种多路LED均流电路，其特征在于，所述均流电路中还包括过流和过压保护电路。

5.根据权利要求1所述的一种多路LED均流电路，其特征在于，所述均流电路中还包括整流电路，所述整流电路接于恒流电源和LED恒流控制单元之间。

6.一种LED灯，其特征在于，所述LED灯包括多路LED串和权利要求1至5中任一项所述多路LED均流电路，所述多路LED均流电路控制连接多路LED串形成LED灯。