CN102946666A

CN102946666A - 一种led灯升降压控制电路

Info

Publication number: CN102946666A
Application number: CN2012103565048A
Authority: CN
Inventors: 袁宗乾; 朱士海
Original assignee: Ningbo Klite Electric Manufacture Co Ltd
Current assignee: Ningbo Klite Electric Manufacture Co Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: CN102946666B

Abstract

本发明公开了一种LED灯升降压控制电路，它具有输出电压范围宽，恒流特性好，效率高，体积小，电路简洁、成本低廉以及可靠性高等突出优点，该控制电路包括直流电源、LED、脉宽调制电路、一个开关管、一个带有磁芯的电感线圈、一个辅助线圈和一个输出二极管，开关管的控制极连接脉宽调制电路、输出极连接电流采样电阻、输入极通过电感线圈连接到直流电源，输出二极管的阳极连接电感线圈的一端、阴极连接LED的阳极，LED的阴极连接到电感线圈的另一端，辅助线圈通过分压电路连接脉宽调制电路的电压反馈端FB，脉宽调制电路的CS连接电流采样电阻、启动端Vin通过电阻连接直流电源。

Description

一种LED灯升降压控制电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源电路，尤其涉及一种用于LED灯开关电源的升降压控制电路。

背景技术

在LED（发光二级管）灯中，由于LED导通压降有差异并且随温度而变化，为使LED的发光亮度保持恒定并且色温一致，驱动电源要适应这种差异和变化。现有技术中，通常采用降压或者升压方式的恒流驱动电路。但是在输出电压接近输入电压的情况下，由于LED的压降会随温度而变化，要求驱动电源的输出电压可能大于输入电压，也可能会小于输入电压，因此，对于降压或升压两种电路拓扑都不能很好地满足其要求。公开日为2012年05月09日、公开号为CN102447405A的专利文献公开了名称为一种LED灯开关电源电路的技术方案，它在LED电源变换部分采用了PWM芯片、两个开关管、开关管初级全桥驱动电路、次级驱动电路、变压器，在初级全桥驱动电路里包含了若干个三极管、电阻、电容和变压器初级线圈等器件，次级驱动电路包含了若干三极管、二极管、电容、电阻、变压器次级线圈等器件，以及由若干电阻构成的电压采样电路、电流采样电路，实现了用一个脉宽调制控制电路对原边电路开关管的驱动电路进行脉宽控制、对副边电路的输出进行恒压、恒流控制。该技术方案的不足之处一是原副边结构的反激式电源不适应高电压输出，其次是所使用元器件较多、电路复杂，电源装置体积偏大，影响了电源装置的可靠性和安装的方便性，而且恒压控制并不符合LED的工作特性，会影响LED的发光效果。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种LED灯升降压控制电路，它具有输出电压范围宽，恒流特性好，效率高，体积小，电路简洁、成本低廉以及可靠性高等突出优点。

本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种LED灯升降压控制电路，包括直流电源、LED、脉宽调制电路、一个开关管、一个带有磁芯的电感线圈、一个辅助线圈和一个输出二极管，开关管的控制极连接脉宽调制电路的输出端、输出极通过一只电流采样电阻连接电源地、输入极通过电感线圈连接到直流电源，输出二极管的阳极连接到电感线圈的与开关管输入极相连的一端、阴极连接LED的阳极，LED的阴极连接到电感线圈的与直流电源相连的一端，一只滤波电容并接在LED两端，辅助线圈与电感线圈通过磁芯耦合，辅助线圈一端接地另一端通过分压电路连接脉宽调制电路的电压反馈端FB，脉宽调制电路的电流反馈端CS连接电流采样电阻、启动端Vin通过分压及限流电阻连接直流电源。

该电路中，脉宽调制电路进行恒流式控制，脉宽调制电路通过采集开关管的输出电流，并且通过辅助线圈检测输出电压范围，即保持了输出LED电流的恒定，又确保输出电压在安全范围内。在辅助线圈的电压检测电路中去掉了传统的整流、光电耦合等繁琐电路，使用简单的分压电路直接输入到脉宽调制电路。在电压输出电路中，使用开关管直接控制一个电感线圈为LED供电，不但大幅简化了电路结构、提高了电源效率，而且更好地适应了LED高工作电压的需求，克服了传统的隔离反激式开关电源在要求很高输出电压时，隔离变压器输出绕组需要比较多的匝数，变压器体积大幅增加，使原副边之间的耦合下降，从而使电路效率大幅下降的问题。

该电路实现输出电流恒定的原理是：设定在一个开关周期内，输出二极管D的导通时间为Ton，关断时间为Toff，开关周期恒定为T，电流峰值为Ipk，脉宽调制电路控制开关的占空比，保持输出二极管关断时间Toff和开关周期T比例恒定，则LED获得的电流的平均值为:

Figure 2012103565048100002DEST_PATH_IMAGE002

脉宽调制电路通过检测电感线圈的开关电流，控制电感线圈的开关电流峰值Ipk恒定，同时控制开关占空比，保持输出二极管导通时间Ton和关断时间Toff比例恒定，就实现了输出电流的恒定。

该电路的结构十分简单，电流控制精度高、工作可靠性高，而且体积小成本低廉。

作为优选，开关管是MOSFET，MOSFET的栅极连接脉宽调制电路的输出端、源极通过电流采样电阻连接电源地、漏极通过电感线圈连接直流电源。以适应高的开关频率和较大的开关电流需求。

作为优选，分压电路由两只电阻串联后连接在辅助线圈输出端与电源地之间构成，脉宽调制电路的反馈电压输入端FB连接到两只电阻的公共连接端。进一步简化了电路结构。

作为优选，LED是高压小电流封装的结构。高压小电流的LED具有更高的光效，比如用多个小电流的LED串联组成高压小电流的LED封装结构，需要较高的工作电压但所需电流较小，比如50V/20mA、110V/20mA 等，这样的封装结构不仅提高了LED的光效，更有利于提升开关电源的整体效率。

作为优选，电感线圈是带中间抽头的电感线圈，带中间抽头的电感线圈的连接方式是中间抽头连接到直流电源，其余的两个端头中一个端头保持与开关管的输入极和输出二极管阳极的连接、另一个端头连接LED阴极。将电感线圈设计成为自耦式升压变压器，可以输出更高的电压来适应LED驱动需求，比如使输出电压为200V，来驱动4个50V/20mA的串联LED电路。这样的电感线圈具有自耦变压器的体积小、效率高、容量大等诸多优点，进一步提高了开关电源的工作效率及使用范围。

本发明带来的有益效果是，升降压控制电路具有原边调制、原边负载驱动的结构，并且大幅简化了脉宽调制电路的外围电路，电路整体构成简洁，输出电压范围宽，恒流特性好，效率高体积小，成本低廉及可靠性高等突出优点，可广泛适用于各种高、低压封装结构的LED灯。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明的一种电流波形图；

图3是本发明的电感线圈带抽头时的一种电路原理图。

图中：1是分压电路，2是LED，U1是脉宽调制电路，Q1是开关管，L1A是电感线圈，L1B是辅助线圈，D1是输出二极管，R1是限流及分压电阻，R4是电流采用电阻，C1是滤波电容。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例：如图1所示，本发明是一种LED灯升降压控制电路，开关管Q1是MOSFET，脉宽调制电路U1是无需二次侧控制电路和环路补偿电路的脉宽调制芯片；开关管Q1的栅极G连接脉宽调制电路U1的输出（OUT）端、源极S通过电流采样电阻R4连接电源地、漏极D通过电感线圈L1A连接直流电源V+，输出二极管D1的阳极连接到电感线圈L1A的1端、阴极连接LED 2的阳极，LED 2的阴极连接到电感线圈L1A的2端，滤波电容C1并接在LED 2的两端，辅助线圈L1B与电感线圈L1A通过磁芯耦合，辅助线圈L1B的c端接地、b端通过分压电路1的a点连接脉宽调制电路U1的电压反馈端FB，脉宽调制电路U1的电流反馈端CS连接电流采样电阻R4、启动端Vin通过分压及限流电阻R1连接直流电源V+。

图2所示为电感线圈回路电流波形。脉宽调制电路U1按固定的开关频率工作，控制开关电流峰值Ipk恒定，同时控制占空比，保持输出二极管D1的关断时间Toff和开关周期T比例恒定，实现了输出电流的恒定。

图3所示为使用带抽头的电感线圈的电路原理图。图中L1A的1端连接开关管Q1的输入极和输出二极管D1的阳极、2端连接直流电源V+、3端连接LED 2的阴极。能够适应更高电压的LED封装结构。电路的其他工作原理与图1相同。

所以本发明具有以下特征：具有原边调制、负载驱动结构特点的电感线圈，简化的脉宽调制电路，电路构成简洁，输出电压范围宽，恒流特性好，效率高，体积小，成本低廉及可靠性高等突出优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

尽管本文较多地使用了升降压电路、电感线圈、脉宽调制电路、反馈控制等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种LED灯升降压控制电路，包括直流电源、LED，其特征在于：还包括脉宽调制电路、一个开关管、一个带有磁芯的电感线圈、一个辅助线圈和一个输出二极管，所述开关管的控制极连接脉宽调制电路的输出端、输出极通过一只电流采样电阻连接电源地、输入极通过所述电感线圈连接到直流电源，所述输出二极管的阳极连接到电感线圈的与开关管输入极相连的一端、阴极连接LED的阳极，LED的阴极连接到电感线圈的与直流电源相连的一端，一只滤波电容并接在LED两端，所述辅助线圈与电感线圈通过磁芯耦合，辅助线圈一端接地另一端通过分压电路连接脉宽调制电路的电压反馈端FB，脉宽调制电路的电流反馈端CS连接所述电流采样电阻、启动端Vin通过分压及限流电阻连接所述直流电源。

2.根据权利要求1所述一种LED灯升降压控制电路，其特征在于：所述开关管是MOSFET，所述MOSFET的栅极连接脉宽调制电路的输出端、源极通过电流采样电阻连接电源地、漏极通过电感线圈连接直流电源。

3.根据权利要求1所述一种LED灯升降压控制电路，其特征在于：所述分压电路由两只电阻串联后连接在辅助线圈输出端与电源地之间构成，脉宽调制电路的反馈电压输入端FB连接到所述两只电阻的公共连接端。

4.根据权利要求1所述一种LED灯升降压控制电路，其特征在于：所述LED是高压小电流封装的结构。

5.根据权利要求1或2所述一种LED灯升降压控制电路，其特征在于：所述电感线圈是带中间抽头的电感线圈，所述带中间抽头的电感线圈的连接方式是中间抽头连接到直流电源，其余的两个端头中一个端头保持与开关管的输入极和输出二极管阳极的连接、另一个端头连接LED阴极。