CN103313489B - 一种组合线性恒流源以及led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合线性恒流源以及LED驱动电路，主要应用于LED驱动领域，该组合线性恒流源，包括若干个功率场效应管和控制电路；所述控制电路包括输入端和输出端，所述若干个功率场效应管的源极并联后与所述控制电路的输入端相连接，所述控制电路的输出端分别与若干个功率场效应管的门极相连接，所述若干个功率场效应管的漏极为线性恒流源的输出端。该LED驱动电路，包括交流电、整流桥、若干个串联的LED发光管和线性恒流源相连接。本发明取得的技术效果是：在市电电压偏高时，能够有效散热，在市电电压偏低时，能够有效配置各LED发光管亮度一致，电路结构简单，成本低，易于大范围推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合线性恒流源以及LED驱动电路，具体涉及一种组合线性恒流源及利用其构成的驱动电路，尤其适用于LED照明驱动。
技术背景
目前，LED照明以其节能,环保和长寿命正在迅速推广,LED灯具已经广泛的进入到各个领域的照明应用。LED不能直接连接到交流电，需要配置相应的限流驱动装置，当前LED驱动使用的方案以传统的高频开关电源为主，该方案由于需要高频开关电路，电路复杂，成本高，使得众多厂商转用线性限流驱动方案。
图1中，交流电101经由整流器102在正弦波的正负半周峰值给储能电容103充电，储能电容103维持其两端的电压始终大于LED发光管105两端的电压，限流器104承担储能电容上超出LED的电压以维持LED发光管105的电流恒定。该电路的特点是电路简单，恒流源104可以集成在一个专用IC内部；该电路的缺点为：一是当市电电压偏高时，恒流源104的功耗非常大，虽然目前这类恒流源IC已经使用了带金属热沉的封装，但IC的温升仍然偏高，这限制了线性驱动的应用功率范围；二是当市电电压偏低时，储能电容103不能维持其两端电压始终大于LED发光管105两端的电压，导致LED发光管105在储能电容103放电后期没有电流流过。
因此，有必要改善上述线性恒流驱动电路在市电电压偏高时引起的集成恒流源温升高和市电电压偏低时引起的亮度大幅度降低问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种组合线性恒流源电路，以改善市电电压偏低时LED发光管亮度大幅度降低的问题，以及利用该线性恒流源电路设计成在市电偏高时，由外部电阻进行热量分流的LED线性恒流源驱动电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种组合线性恒流源，包括若干个功率场效应管和控制电路；所述控制电路包括输入端和输出端，所述若干个功率场效应管的源极并联后与所述控制电路的输入端相连接，所述控制电路的输出端分别与若干个功率场效应管的门极相连接，所述若干个功率场效应管的漏极为线性恒流源的输出端。
作为优选方案，所述控制电路包括一采样电阻、一运算放大器、一参考电压和一电压偏移电路；所述参考电压的正极与所述运算放大器的同相输入端相连接，所述运算放大器的反相输入端与所述采样电阻的一端相连接，运算放大器的反相输入端作为控制电路的输入端，所述采样电阻的另一端与参考电压的负极连接后接地；所述电压偏移电路包括一输入端和若干个输出端，所述电压偏移电路的输入端与所述运算放大器的输出端相连接，所述电压偏移电路的输出端为控制电路的输出端。
优选地，所述电压偏移电路包括若干个电压偏置电路，所述若干个电压偏置电路分别串联在运算放大器输出端和电压偏移电路的若干个输出端之间。
优选地，所述若干个电压偏置电路产生若干个不同的偏移电压，所述偏移电压用于控制若干个场效应管的导通优先级。
优选地，所述电压偏移电路包括一电阻和若干个二极管；所述若干个二极管沿极性同一方向依次串联构成一二极管串，所述串联后的二极管串阳极一端与运算放大器输出端相连接，所述串联后的二极管串阴极一端与电阻一端相连接，电阻另一端接地，二极管串的两端和各二极管连接交汇处为电压偏移电路的输出端。
利用上述组合恒流源电路，本发明还公开了一种利用该恒流源电路构成的LED驱动电路。
一种LED驱动电路，包括：交流电、整流桥和若干个串联的LED发光管，所述交流电与整流桥的输入端相连接，整流桥的正极输出端与若干个串联的LED发光管串联后的阳极相连接，整流器负极输出端接地，还包括一线性恒流源，所述各个LED发光管的阴极分别与所述线性恒流源的各输出端相连接。
作为优选方案，包括一储能电容，所述储能电容并联于整流器的正负输出端。
作为优选方案，包括若干个功率分流电阻，各功率分流电阻的一端与线性恒流源输出端相连接。
作为优选方案，所述各功率分流电阻的一端与需要功率分流的输出端支路连接，另一端与比该输出端支路导通优先级高的另一路输出端支路相连接。
本发明取得的积极效果是：在市电电压偏高时，恒流驱动电路损耗产生的热量的一部分由功率分流电阻承担，因而降低了恒流源的温升；在市电电压偏低时，组合恒流源短路部分LED发光管使其余LED发光管仍有足够的亮度，这改善了市电电压偏低时LED发光管亮度大幅度降低的问题。
附图说明
图1传统的线性恒流驱动电路。
图2是本发明的组合线性恒流源原理。
图3是本发明的组合线性恒流源的优选实施例。
图4是利用本发明的组合线性恒流源用于LED驱动的一种优选实施例。
图5是对图4实施例的另一种优选例。
图6是对图4或图5实施例的又一种优选实施例。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。
图2是本发明的组合线性恒流源电路示意图，包含功率场效应管201、202、203……和控制电路200；所述功率场效应管201、202、203……的所有源极并联后与所述控制电路200的输入端相连，所述功率场效应管201、202、203……的漏极作为本发明线性恒流源的若干输出支路out1、out2、out3……，所述控制电路200的输出端分别控制所述功率场效应管201、202、203……的门极。其中，
所述的控制电路200包括一采样电阻207、一运算放大器204、一参考电压206和一电压偏移电路205；其中，所述参考电压206的正极与所述运算放大器204的同相输入端相连，所述运算放大器204的反相输入端与所述采样电阻207的一端相连后作为控制电路200的输入端，所述采样电阻207的另一端和参考电压206的负极接地；所述电压偏移电路205包含一输入端和若干个输出端，所述输入端与所述运算放大器204的输出相连，所述输出端为控制电路200的输出；
所述电压偏移电路205包含若干个电压偏置电路，所述电压偏置电路分别串联在运算放大器204的输出与电压偏移电路205的若干输出端之间。运算放大器204控制流经功率场效应管201、202、203……的电流总和在采样电阻207上的压降等于参考电压206的电压，电压偏移电路205产生若干与运算放大器204输出相关的不同偏移电压控制功率场效应管201、202、203……的导通优先级，当本发明线性恒流源的若干输出支路out1、out2、out3……上有足够的偏置电压时，其功率场效应管的导通优先级由低到高为201、202、203……，当高优先导通的支路上偏置电压不足时，有足够偏置电压的次优先导通的支路导通。
图3是本发明的组合线性恒流源一种优选实施例，包含功率场效应管301、302、303……和控制电路300；所述功率场效应管301、302、303……的所有源极并联后与所述控制电路300的输入端相连，所述功率场效应管301、302、303……的漏极作为本发明线性恒流源的若干输出支路out1、out2、out3……，所述控制电路300的输出分别控制所述功率场效应管301、302、303……的门极。其中，
所述的控制电路300包括一采样电阻307、一运算放大器304、一参考电压306和一电压偏移电路305；其中，所述参考电压306的正极与所述运算放大器304的同相输入端相连，所述运算放大器304的反相输入端与所述采样电阻307的一端相连后作为控制电路300的输入端，所述采样电阻307的另一端和参考电压306的负极接地；所述电压偏移电路305包含一输入端和若干个输出端，所述输入端与所述运算放大器304的输出相连，所述输出端为控制电路300的输出；
所述电压偏移电路305包含若干个依次串联的二极管3001、3002……和一电阻310，所述二极管3001、3002……依次串联后的阳极与运算放大器304的输出相连，阴极经由电阻310接地，二极管3001、3002……串联后的两端和各串联节点的阴极作为电压偏移电路305和控制电路300的输出端分别与功率场效应管301、301、303……的门极相连。
运算放大器304控制流经功率场效应管301、302、303……的电流总和在采样电阻307上的压降等于参考电压306的电压，电压偏移电路305产生若干与运算放大器304输出偏移若干个二极管压降的电平分别控制功率场效应管301、302、303……的导通优先级，当本发明线性恒流源的若干输出支路out1、out2、out3……上有足够的偏置电压时，其功率场效应管的导通优先级由低到高为301、302、303……，在高优先导通的支路上偏置电压不足时，次优先导通的支路导通。
图4是利用本发明的组合线性恒流源用于LED驱动的一种优选实施例，除组合线性恒流源404外，还包含市电401、整流桥402和若干段串联的LED发光管405；其中，市电401与整流桥402的输入相连，整流桥402的输出正极与所述若干段串联的LED发光管405串联后的阳极相连，所述各段LED发光管的阴极分别与所述线性恒流源404的各对应输出支路相连，整流器402输出负极接地。
该电路的工作原理为：市电401经由整流桥402后输出一个脉动的直流电压，当该脉动电压瞬时值超过LED发光管405的串联总电压时，组合线性恒流源404的最高优先级输出支路导通，所有LED发光管都有电流流过；当该脉动电压瞬时值略低于LED发光管405的串联总电压时，组合线性恒流源404的最高优先级输出支路的偏置电压不足，与该支路直接相连的一段LED发光管不再有电流流过，则组合恒流源404的第二优先导通支路上有电流流过，进一步地，当该脉动电压瞬时值再次下降，导致组合恒流源404的第二优先导通支路上的偏置电压不足，则与第二优先支路直接相连的LED发光管不再流过电流，流经组合线性恒流源404的电流转移到组合恒流源404的第三优先导通支路上，依次类推……。
本实施例可以在供电电压瞬时值较低时，自动减少LED发光管的串联数量，以避免LED发光管上没有电流流过。
在图4中整流桥404输出端并联一储能电容403，如图5所示，是对图4实施例的一种有益改善。储能电容403可以降低市电经由整流桥后的电压脉动幅度，这更有益于LED发光管在市电交流周期中亮度的稳定。
图6是对图4或图5实施例的又一种有益改善，除图4和图5的特征外，还包括若干功率分流电阻606、607……，功率分流电阻606的一端与需要功率分流的输出支路out1相连，另一端与比该输出支路导通优先级高的另一输出支路out2相连，功率分流电阻607的一端与需要功率分流的输出支路out3相连，另一端与比该输出支路导通优先级高的另一输出支路out4相连……以此类推。
功率分流的输出支路out1导通优先级比功率分流电阻606所在的输出支路out2低，仅当输出支路out2的偏置电压不足时，输出支路out1才开始有电流流过，功率分流的输出支路out3导通优先级比功率分流电阻607所在的输出支路out4低，仅当输出支路out4的偏置电压不足时，输出支路out3才开始有电流流过，这使得在恒流源604的输出支路电压较高时产生的热量被转移到功率分流电阻606、607……上。
本实施例取得的效果是：在市电电压偏高时，恒流驱动电路损耗产生的热量的一部分由功率分流电阻承担，因而降低了恒流源的温升；在市电电压偏低时，组合恒流源短路部分LED发光管使其余LED发光管仍有足够的亮度，这改善了市电电压偏低时LED发光管亮度大幅度降低的问题。
以上具体实施例仅描述了本方案的主要特征和创新点。本领域的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制。在不脱离本创新点和保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本方案要求保护的范围内。本方案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物限定。
应当注意，上述实施例是为了说明而不是限制本发明，那些本领域技术人员将能够在不背离所附权利要求的范围的条件下设计许多可选实施例。词语“包含”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同的元件或步骤的存在。元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在，在列举几种电路权利要求中，这些装置中的几个可以由一个来表现，硬件项也是同样，仅仅因为某些方法是在不同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且，术语“包含”、“包括”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括那些明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，术语“相连”、“连接”、“连接到”或者其他变体，不仅仅包括将两个实体直接相连接，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连接。
Claims (6)
1.一种组合线性恒流源，其特征在于：包括若干个功率场效应管和控制电路；所述控制电路包括输入端和输出端，所述若干个功率场效应管的源极并联后与所述控制电路的输入端相连接，所述控制电路的输出端分别与若干个功率场效应管的门极相连接，所述若干个功率场效应管的漏极为线性恒流源的输出端；所述控制电路包括一采样电阻、一运算放大器、一参考电压和一电压偏移电路；所述参考电压的正极与所述运算放大器的同相输入端相连接，所述运算放大器的反相输入端与所述采样电阻的一端相连接，运算放大器的反相输入端作为控制电路的输入端，所述采样电阻的另一端与参考电压的负极连接后接地；所述电压偏移电路包括一输入端和若干个输出端，所述电压偏移电路的输入端与所述运算放大器的输出端相连接，所述电压偏移电路的输出端为控制电路的输出端；所述电压偏移电路包括一电阻和若干个二极管；所述若干个二极管沿极性同一方向依次串联构成一二极管串，所述串联后的二极管串阳极一端与运算放大器输出端相连接，所述串联后的二极管串阴极一端与电阻一端相连接，电阻另一端接地，二极管串的两端和各二极管连接交汇处为电压偏移电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的线性恒流源，其特征在于：所述若干个二极管构成若干个相应的电压偏置电路，其产生若干个不同的偏移电压，所述偏移电压用于控制若干个场效应管的导通优先级。
3.一种LED驱动电路，包括：交流电、整流桥和若干个串联的LED发光管，所述交流电与整流桥的输入端相连接，整流桥的正极输出端与若干个串联的LED发光管串联后的阳极相连接，整流器负极输出端接地，其特征在于：还包括如权利要求1至2中任意一项所述组合线性恒流源，所述各个LED发光管的阴极分别与所述线性恒流源的各输出端相连接。
4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：包括一储能电容，所述储能电容并联于整流器的正负输出端。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于：包括若干个功率分流电阻，各功率分流电阻的一端与线性恒流源输出端相连接。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于：所述各功率分流电阻的一端与需要功率分流的输出端支路连接，另一端与比该输出端支路导通优先级高的另一路输出端支路相连接。
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Address after: 200030 room 6B9, No. 481, Guiping Road, Xuhui District, Shanghai, 15 rooms Patentee after: SHANGHAI LOOALL ELECTRONICS Co.,Ltd. Address before: Room E876, Building 1, 5500 Yuanjiang Road, Minhang District, Shanghai, 201111 Patentee before: SHANGHAI LUQIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: A combined linear constant current source and LED driver circuit Effective date of registration: 20200916 Granted publication date: 20160427 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Minhang sub branch Pledgor: SHANGHAI LOOALL ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020980006113 |
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Date of cancellation: 20220210 Granted publication date: 20160427 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Minhang sub branch Pledgor: SHANGHAI LOOALL ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020980006113 |
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Application publication date: 20130918 Assignee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: SHANGHAI LOOALL ELECTRONICS Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980015095 Denomination of invention: A combined linear constant current source and LED drive circuit Granted publication date: 20160427 License type: Exclusive License Record date: 20220913 |
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Denomination of invention: A combined linear constant current source and LED drive circuit Effective date of registration: 20220915 Granted publication date: 20160427 Pledgee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: SHANGHAI LOOALL ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2022980015288 |