CN103442501B - 强制恒流源调光的led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强制恒流源调光的LED灯，包括交流电源、AC-DC整流滤波电路、DC-DC恒压电路、DC-DC恒流驱动电路、PWM调光信号发生器、LED负载和负载短路保护电路，AC-DC整流滤波电路将交流电源输出的交流电压进行整流和滤波，并输出直流电压给所述DC-DC恒压电路进行稳压以输出恒定的直流电压给所述DC-DC恒流驱动电路；DC-DC恒流驱动电路将DC-DC恒压电路输出的直流电压进行恒流变换，以输出恒定电流给LED负载，并在PWM调光信号发生器输出的PWM脉宽调制信号作用下对LED负载进行调光，实现对LED负载的强制恒流源调光；负载短路保护电路连接于LED负载和PWM调光信号发生器之间，当检测到LED负载发生短路时，向DC-DC恒流驱动电路发送控制信号，从而断开输出恒定电流给LED负载。

Description

强制恒流源调光的LED灯
技术领域
本发明涉及LED驱动领域，尤其涉及一种强制恒流源调光的LED灯。 
背景技术
LED照明技术具有节能、环保、寿命长和易控制等优点，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。在LED照明产业如此光明的前景下，针对照明领域的不同应用，各种LED灯的驱动电源也在迅速发展，现有LED驱动电源大都采用开关电源技术。随着技术的发展出现了采用隔离式结构且具有功率因数校正(PFC)功能的驱动电路，大大提高了LED驱动电路的可靠性和电能利用效率。另外，LED的特性决定了要保持其亮度恒定和防止烧坏，采用恒流源驱动是理想的方法。而给LED供电的初级电源几乎都是电压源，所以恒流源驱动电路实际上是一个电压-电流变换器。而这个电压-电流变换器的转换效率和电流的稳定性成为LED恒流驱动电路设计的关键之一，随着各种具有高集成度的LED专用恒流驱动芯片不断走向市场，应用也趋于成熟。再者，LED的调光方法分为模拟调光和PWM调光。模拟调光是通过改变流过LED的电流大小实现光亮的变化，其缺点是电流的改变也会导致色偏现象的产生。而 PWM调光则是保持电流大小恒定，以一定频率开通和关断LED，通过改变开通和关断的时间比来实现调光能保证调光过程中的色纯度，因此PWM调光更适合于LED照明系统。 
谐振式LED驱动电源是目前市面上用的最多的一种隔离式LED驱动电源，但这种LED驱动电路结构复杂、成本偏高。专利ZL 200820062043.2提出了一种反激式LED驱动电路，但该驱动电路仍为恒压电源。另外，在工作的过程中，LED驱动电路驱动的LED负载可能会产生异常现象，例如短路现象，如果发生这种情况，将会导致驱动电路内部许多元器件损坏，严重者还会引起火灾、爆炸等安全事故。 
发明内容
本发明的目的提供一种强制恒流源调光的LED灯，能够有效实现LED灯的强制恒流源调光，并且能够在LED负载发生短路情况下自动断开电源供应，避免电路元件过功耗损坏。 
为实现上述目的，本发明提供了一种强制恒流源调光的LED灯，包括交流电源、AC-DC整流滤波电路、DC-DC恒压电路、DC-DC恒流驱动电路、PWM调光信号发生器和LED负载和负载短路保护电路，所述AC-DC整流滤波电路将交流电源输出的交流电压进行整流和滤波，并输出直流电压给所述DC-DC恒压电路进行稳压以输出恒定的直流电压给所述DC-DC恒流驱动电路；所述DC-DC恒流驱动电路连接所述LED负载，所述DC-DC恒流驱动电路将DC-DC恒压电路输出的直流电压进行恒流变换，并在所述PWM调光信号发生器输出的PWM脉宽调制信号作用下对LED负载进行调光，从而实现对LED负载的强制恒流源调光；所述负载短路保护电路连接于LED负载和PWM调光信号发生器之间，当检测到LED负载发生短路时，所述负载短路保护电路向所述PWM调光信号发生器发送检测信号，以通过PWM调光信号发生器向DC-DC恒流驱动电路发送控制信号，从而断开输出恒定电流给LED负载。 
作为上述技术方案的改进，所述DC-DC恒流驱动电路包括ZXLD1350恒流控制芯片U1，所述恒流控制芯片U1的3脚连接PWM调光信号发生器以接收PWM调光信号, 5脚连接DC-DC恒压电路的输出端, 1脚通过电感L1连接LED负载负极，2脚接地，4脚连接LED负载正极以接收反馈信号,且1脚与5脚之间连接一稳压管Z1，5脚还通过电阻R1限流后接LED负载正极。 
作为上述技术方案的改进，所述PWM调光信号发生器由单片机构成，且通过单片机的I/O作为输出端连接所述恒流控制芯片的3脚以发送PWM调光信号。 
作为上述技术方案的改进，所述整流滤波电路主要由桥式整流器U2、高频滤波电容C1组成，交流电输入到桥式整流器U2的两个输入端，桥式整流器U2的两个输出端之间跨接所述高频滤波电容C1; 所述桥式整流器U2的第一输出端输出直流电压，第二输出端接地。 
作为上述技术方案的改进，所述DC-DC恒压电路包括NCP165恒压控制芯片U3、隔离式开关变压器T1、光耦合器U4、MOS开关管Q1和直流电源，恒压控制芯片U3的脚1与光耦合器U4的脚3相连，脚2通过电容C2接芯片地，脚3通过电阻R2与桥式整流器U2的第一输出端相连, 脚4接地, 脚5通过电阻R3与电容C3的并联电路后接芯片地, 脚6接芯片地,脚7接MOS开关管Q1的栅极, 脚8与直流电源的正极相连，直流电源的负极接地; 芯片地和地之间连接电阻R4，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口接桥式整流器U2的第一输出端,隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地，隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口接电容C4的负极并接输出地, 二极管D1的负极连接电容C4的正极且连接端作为DC-DC恒压电路的输出端；光耦合器U4的脚1通过电阻R5与二极管D1的负极相连，脚2接输出地，脚3接恒压控制芯片U3的脚1，脚4与直流电源的正极连接。 
作为上述技术方案的改进，所述短路保护电路包括：三极管Q2、MOS管Q3和稳压二极管Z2; 所述MOS管Q3的栅极端通过分压电阻R6接电源端和每一所述DC-DC恒流驱动电路的输出端，同时分别通过分压电阻R7、稳压二极管Z2接地，源极接地，漏极接LED负载的负极，并同时通过串联的分压电阻R8和分压电阻R9接地；所述三极管Q2的基极接分压电阻R8和分压电阻R9的公共连接端，并通过所述电容C5接地，发射极接地，集电极通过电阻R10接所述PWM调光信号发生器的PWM脉宽调制信号输出端。 
与现有技术相比，本发明的强制恒流源调光的LED灯能够有效实现LED灯的强制恒流源调光，并且能够在LED负载发生短路情况下自动断开电源供应，避免电路元件过功耗损坏。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1是本发明的强制恒流源调光的LED灯的结构示意图； 
图2是图1所示强制恒流源调光的LED灯的整流滤波电路的电路图；
图3是图1所示强制恒流源调光的LED灯的DC-DC恒压电路的电路图；
图4是图1所示强制恒流源调光的LED灯的DC-DC恒流驱动电路的电路图；
图5是图1所示强制恒流源调光的LED灯的短路保护电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
参考图1，本发明强制恒流源调光的LED灯包括220V交流电源、AC-DC整流滤波电路1、DC-DC恒压电路2、DC-DC恒流驱动电路3、PWM调光信号发生器4、LED负载5和负载短路保护电路6，所述AC-DC整流滤波电路1将220V交流电源输出的交流电压进行整流和滤波，并输出直流电压给所述DC-DC恒压电路2进行稳压以输出恒定的直流电压给所述DC-DC恒流驱动电路3；所述DC-DC恒流驱动电路3连接所述LED负载5，所述DC-DC恒流驱动电路3将DC-DC恒压电路2输出的直流电压进行恒流变换，以向所述LED负载5提供恒定的输出电流，并在所述PWM调光信号发生器4输出的PWM脉宽调制信号作用下对所述LED负载5进行调光，从而实现对LED负载5的强制恒流源调光；所述负载短路保护电路6连接于LED负载5和PWM调光信号发生器4之间，当负载短路保护电路6检测到LED负载5发生短路时，所述负载短路保护电路6向所述PWM调光信号发生器4发送检测信号，以通过PWM调光信号发生器5向DC-DC恒流驱动电路3发送控制信号，从而断开输出恒定电流给LED负载5。 
具体的，参考图2，本实施例的AC-DC整流滤波电路1主要由桥式整流器U2、高频滤波电容C1组成，交流电输入220V到桥式整流器U2的两个输入端A、B，桥式整流器U2的两个输出端A、B之间跨接所述高频滤波电容C1; 所述桥式整流器U2的第一输出端A输出直流电压，第二输出端B接地。 
参考图3，本实施例的DC-DC恒压电路2包括NCP1653恒压控制芯片U3、隔离式开关变压器T1、光耦合器U4、MOS开关管Q1和15V直流电源，恒压控制芯片U3的脚1与光耦合器U4的脚3相连，脚2通过电容C2接芯片地GND_IC，脚3通过电阻R2与桥式整流器U2的第一输出端A相连, 脚4接地GND, 脚5通过电阻R3与电容C3的并联电路后接芯片地GND_IC, 脚6接芯片地,脚7接MOS开关管Q1的栅极, 脚8与15V直流电源的正极相连，15V直流电源的负极接地GND; 芯片地GND_IC和地GND之间连接电阻R4，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口接桥式整流器U2的第一输出端, 隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地，隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口接电容C4的负极并接输出地GND_OUT, 二极管D1的负极连接电容C4的正极且连接端作为DC-DC恒压电路的输出端；光耦合器U4的脚1通过电阻R5与二极管D1的负极相连，脚2接输出地GND_OUT，脚3接恒压控制芯片U3的脚1，脚4与直流电源的正极连接。 
在本实施例中，DC-DC恒压电路2和AC-DC整流滤波电路1一起实现输入功率因数校正和交流输入转直流恒压输出功能。 
参考图4，本实施例的DC-DC恒流驱动电路3包括ZXLD1350恒流控制芯片U1，所述恒流控制芯片U1的3脚连接PWM调光信号发生器以接收PWM调光信号,5脚连接DC-DC恒压电路的输出端OUT(C),1脚通过电感L1连接LED负载负极，2脚接地，4脚连接LED负载正极以接收反馈信号,且1脚与5脚之间连接一稳压管Z1，5脚还通过电阻R1限流后接LED负载正极。其中，LED负载可以通过多个LED串联或并联组成。 
在本实施例中，DC-DC恒流驱动电路3采用恒流控制IC ZXLD1350控制，ZXLD1350是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，该器件可用来驱动串联的大功率、高亮度发光二极管灯组。该控制芯片可接受的输入电压范围宽，(DC12-30V)，只要LED负载的组合前馈电压不超过30V，该电路就能保持任意数量的LED中的调节电流不变，同时还可以通过接收PWM调光信号发生器4发送的PWM脉宽调制信号对LED阵列进行调光。 
在本实施例中，所述PWM调光信号发生器4由单片机构成，且通过单片机的I/O作为输出端连接所述恒流控制芯片U1的3脚以发送PWM调光信号。该单片机发出的控制信号为PWM方波控制信号，当LED灯工作在开关状态时的开关频率比较高，并且由于LED灯的余辉效应，人眼看不出LED灯是出于闪烁状态，因为可以通过调节PWM的占空比来实现调节LED亮度的目的。 
参考图5，本实施例的所述短路保护电路6包括三极管Q2、MOS管Q3和稳压二极管Z2；所述MOS管Q3的栅极端通过分压电阻R6接电源端和所述DC-DC恒流驱动电路的输出端OUT(D)，同时分别通过分压电阻R7、稳压二极管Z2接地，源极接地，漏极接LED负载的负极，并同时通过串联的分压电阻R8和分压电阻R9接地；所述三极管Q2的基极接分压电阻R8和分压电阻R9的公共连接端，并通过所述电容C5接地，发射极接地，集电极通过电阻R10接所述PWM调光信号发生器4的PWM脉宽调制信号输出端。 
综上所述，本发明的强制恒流源调光的LED灯能够有效实现LED灯的强制恒流源调光，并且能够在LED负载发生短路情况下自动断开电源供应，避免电路元件过功耗损坏。 
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

Claims (2)

1.一种强制恒流源调光的LED灯，其特征在于，包括交流电源、AC-DC整流滤波电路、DC-DC恒压电路、DC-DC恒流驱动电路、PWM调光信号发生器、LED负载和负载短路保护电路，所述AC-DC整流滤波电路将交流电源输出的交流电压进行整流和滤波，并输出直流电压给所述DC-DC恒压电路进行稳压以输出恒定的直流电压给所述DC-DC恒流驱动电路；所述DC-DC恒流驱动电路连接所述LED负载，所述DC-DC恒流驱动电路将DC-DC恒压电路输出的直流电压进行恒流变换，以输出恒定电流给LED负载，并在所述PWM调光信号发生器输出的PWM脉宽调制信号作用下对LED负载进行调光，从而实现对LED负载的强制恒流源调光；所述负载短路保护电路连接于LED负载和PWM调光信号发生器之间，当检测到LED负载发生短路时，所述负载短路保护电路向所述PWM调光信号发生器发送检测信号，以通过PWM调光信号发生器向DC-DC恒流驱动电路发送控制信号，从而断开输出恒定电流给LED负载；所述DC-DC恒流驱动电路包括ZXLD1350恒流控制芯片U1，所述恒流控制芯片U1的3脚连接PWM调光信号发生器以接收PWM调光信号，U1的5脚连接DC-DC恒压电路的输出端，U1的1脚通过电感L1连接LED负载负极，U1的2脚接地，U1的4脚连接LED负载正极以接收反馈信号，且U1的1脚与5脚之间连接一稳压管Z1，U1的5脚还通过电阻R1限流后接LED负载正极； 
所述AC-DC整流滤波电路主要由桥式整流器U2、高频滤波电容C1组成，交流电输入到桥式整流器U2的两个输入端，桥式整流器U2的两个输出端之间跨接所述高频滤波电容C1；所述桥式整流器U2的第一输出端输出直流电压，第二输出端接地；
所述DC-DC恒压电路包括NCP1653恒压控制芯片U3、隔离式开关变压器T1、光耦合器U4、MOS开关管Q1和直流电源，恒压控制芯片U3的脚1与光耦合器U4的脚3相连，U3的脚2通过电容C2接芯片地，U3的脚3通过电阻R2与桥式整流器U2的第一输出端相连，U3的脚4接地，U3的脚5通过电阻R3与电容C3的并联电路后接芯片地，U3的脚6接芯片地，U3的脚7接MOS开关管Q1的栅极，U3的脚8与直流电源的正极相连，直流电源的负极接地；芯片地和地之间连接电阻R4，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口接桥式整流器U2的第一输出端，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地，隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口接电容C4的负极并接输出地，二极管D1的负极连接电容C4的正极且连接端作为DC-DC恒压电路的输出端；光耦合器U4的脚1通过电阻R5与二极管D1的负极相连，U4的脚2接输出地，U4的脚3接恒压控制芯片U3的脚1，U4的脚4与直流电源的正极连接；
所述负载短路保护电路包括：三极管Q2、MOS管Q3和稳压二极管Z2；所述MOS管Q3的栅极端通过分压电阻R6接电源端和所述DC-DC恒流驱动电路的输出端，同时分别通过分压电阻R7、稳压二极管Z2接地，源极接地，漏极接LED负载的负极，并同时通过串联的分压电阻R8和分压电阻R9接地；所述三极管Q2的基极接分压电阻R8和分压电阻R9的公共连接端，并通过所述电容C5接地，发射极接地，集电极通过电阻R10接所述PWM调光信号发生器的PWM脉宽调制信号输出端；
当LED负载短路时，三极管Q2的控制端瞬间加高电平，导致三极管Q2导通，PWM调光信号发生器的PWM脉宽调制信号输出端通过三极管Q2接地，导致DC-DC恒流驱动电路的输出关断，从而断开输出恒定电流给LED负载。
2.根据权利要求1所述的强制恒流源调光的LED灯，其特征在于，所述PWM调光信号发生器由单片机构成，且通过单片机的I/O作为输出端连接所述恒流控制芯片U1的3脚以发送PWM调光信号。 
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