CN103945611B - 基于导通时间控制的led灯恒流驱动电路 - Google Patents

基于导通时间控制的led灯恒流驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括与整流桥相连接的n段串联的LED灯串，每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端。本发明能够实现高功率因数、恒流驱动LED照明，具有长寿命、低成本、节电效果好的优势。

Description

基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路
技术领域
本发明属于LED驱动电路技术领域，涉及基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路。
背景技术
在交流直接输入LED灯具电路(ACLED)中，交流电压经整流后直接加在LED两端。由于LED导通阀值电压的存在，LED只在输入电压高于阀值电压后才导通，功率因数仅有0.65左右，导通电流波形为脉动直流。
输入电压会在一定的范围内波动，当输入交流电压降低时，电压达到LED阀值所需要的时间长，LED电流占空比减小，流过LED的电流有效值减小，灯具变暗；当输入交流电压升高时，电压达到LED阀值所需的时间短，LED电流占空比变大，流过LED的电流有效值变大，灯具变亮。也就是说，ACLED灯，其工作受电压波动的影响，亮度会随输入电压的变化而变化，不能提供稳定的光输出。
发明内容
本发明解决的问题在于提供基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，是一种长寿命、低成本、节电效果好的恒流驱动的LED照明灯驱动控制电路，克服了现有技术存在功率因数低、亮度随输入电压变化而变化的缺陷。
本发明是采用如下技术方案予以实现的：
基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括与整流桥相连接的n段串联的LED灯串，每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端。
所述的定时控制电路包括相并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电容C1相串联，电阻R1与MOS管Q1的栅极相连接，电阻R2与MOS管Q1的源极相连接，MOS管Q1的漏极与整流桥的负输出端相连接；
所述的电流设置电路包括恒流二极管CRD1和MOS管Q2，恒流二极管CRD1的负极与MOS管Q2的源极相连接，电阻R2与MOS管Q1的栅极相连接，MOS管Q2的漏极与整流桥的负输出端相连接。
所述的整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波；所述的定时控制电路将每个整流后的电压波形按照波形上升和下降分为n个时间段，第i个定时控制电路设定第i段LED灯串的工作时间为Ti，Ti＞Ti+1；所述的电流设置电路设定LED灯串的工作电流，第i个电流设置电路设定第i段LED灯串的工作电流为Ii，Ii＜Ii+1。
所述的第i个电流设置电路受第i个时控制电路和第i+1个电流设置电路。
当输入电压值大于第1段LED灯串的导通阈值电压后，第1个定时控制电路开始计时，第1个电流设置电路导通工作；随着电压上升至第2段LED灯串的导通阈值后，第2个定时控制电路开始计时，第2个电流设置电路导通工作，同时关断第1个定时控制电路，其电流设置值大于前一级的设定值，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第n串LED的导通阈值后，第n个定时控制电路开始计时，第n个电流设置电路导通工作，电流值达到最大。
第n个定时电路设定的时间最短，当输入电压开始下降时，第n个电流设置电路首先被关断，同时将第n-1个电流设置电路打开；随着电压下降，n个定时控制电路依据设定的时间逐级将对应的电流设置电路关断。
在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时控制电路来决定，每个定时控制电路设定的时间不变，流过每段LED的电流占空比不变，并设定每段LED的工作电流为阶梯波。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，是一种基于时间检测的可提高功率因数和电源调整率的LED驱动电路，通过对每段LED的阴极接对应的定时控制电路和电流设置电路的输入端；通过每个定时控制电路的输出端接对应的电流设置电路控制输入端，进行工作状态控制；控制输入端同时接后一级电流设置电路，工作状态同时受后一级电流设置电路控制；本发明能够实现高功率因数、恒流驱动LED照明，具有长寿命、低成本、节电效果好的优势。
在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时控制电路来决定，而定时电路设定的时间是不变的，因此流过LED的电流占空比不变，从而解决了ACLED灯，其工作受电压波动的影响，亮度会随输入电压的变化而变化，克服不能提供稳定的光输出的问题：
当整流后的电压波形开始上升，电压值大于第一段LED灯串的导通阈值电压后，第1个定时控制电路开始计时，第1个电流设置电路导通工作；随着电压上升至第二段LED灯串的导通阈值后，第2个定时控制电路开始计时，第2个电流设置电路导通工作，同时关断第1个定时电路，由于电流设置值大于前一级的设定值，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第n串LED的导通阈值后，定时控制电路n开始计时，电流设置电路n导通工作，电流值达到最大；当电压开始下降时，由于定时电路n设定的时间最短，首先将第n个电流设置电路关断，同时将第n-1个电流设置电路打开；随着电压下降，n个定时控制电路依据设定的时间逐级将对应的电流设置电路关断，使LED的工作电流阶梯下降。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图
图2为图1的具体电路框图
具体实施方式
具体实施方式，以下结合附图和实施例对未发明的内容做进一步详细说明，但未发明的实际制作结构并不仅限于下面的实施例。
参见图1，基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括一个整流桥、n个定时控制电路、n个电流设置电路和n个LED灯串。每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端。
其中，整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，输出正端接LED灯串阳极，输出负端接定时控制电路接地端和电流设置电路输出端。
LED灯串分为n段，每段LED的阴极接对应的定时控制电路和电流设置电路的输入端；每个定时控制电路的输出端接对应的电流设置电路控制输入端，进行工作状态控制；控制输入端同时接后一级电流设置电路，工作状态同时受后一级电流设置电路控制；电流设置电路设定流过对应LED灯串的工作电流，其输出端接整流桥负端。
电流设置电路Hi(i＝1,2,3……n,n≥2)将LED分为n段，将每个整流后的电压波形按照波形上升和下降分为n个时间段，设每个定时控制电路设定对应LED灯串的工作时间为Ti(i＝1，2，，n)，设Ti＞Ti+1；电流设置电路设定对应LED灯串的工作电流为Ti(i＝1，2，，n)，设Ii＜Ii+1，电流波形为梯形波，从而提高功率因数。
如图2所示，实施例设计电路由整流桥、3个定时控制电路、3个电流设置电路、3组LED(每组LED数量可相等，也可不等，本例中选为每组20只)组成。
输入的50Hz正弦波交流电经整流桥后的电压波形为100Hz的全波，加在LED灯串、定时控制电路和电流设置电路两端。LED灯串分为3段，每段LED的阴极接对应的定时控制电路和电流设置电路的输入端；每个定时控制电路的输出端接对应的电流设置电路控制输入端，进行工作状态控制；控制输入端同时接后一级电流设置电路，工作状态同时受后一级电流设置电路控制；电流设置电路设定流过对应LED灯串的工作电流，其输出端接整流桥负端。
所述的定时控制电路包括相并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电容C1相串联，电阻R1与MOS管Q1的栅极相连接，电阻R2与MOS管Q1的源极相连接，MOS管Q1的漏极与整流桥的负输出端相连接；
所述的电流设置电路包括恒流二极管CRD1和MOS管Q2，恒流二极管CRD1的负极与MOS管Q2的源极相连接，电阻R2与MOS管Q1的栅极相连接，MOS管Q2的漏极与整流桥的负输出端相连接。
R1、R2、C1、Q1构成定时控制电路1，CRD1、Q2构成电流设置电路1；R3、R4、C2、Q3构成定时控制电路2，CRD2、Q4构成电流设置电路2；R5、R6、C3、Q5构成定时控制电路3，CRD3、Q3构成电流设置电路3。
3个定时控制电路将每个整流后的电压波形分为3个时间段，设T1＞T2＞T3；3个电流设置电路中的恒流二极管设定对应LED灯串的工作电流，设I1＜I2＜I3，电流波形为梯形波。
当整流后的电压波形开始上升，电压值大于第1段LED灯串的导通阈值电压后，R1开始对C1充电，定时控制电路1开始计时，恒流二极管CRD1设定工作电流I1，Q2导通工作，接入第1段LED工作，电流为I1；随着电压上升至第2段LED灯串的导通阈值后，R3开始对C2充电，定时控制电路2开始计时，恒流二极管CRD2设定工作电流I2，Q4导通工作，接入第1段和第2段LED工作；同时将电流设置电路1中的Q2的基极置为低电平，Q2关断，由于I2＞I1，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第3段LED的导通阈值后，R5开始对C3充电，定时控制电路3开始计时，CRD3设定电流I3，Q6导通工作，将3段LED全部接入工作，同时将电流设置电路2中的Q4的基极置为低电平，Q4关断，I3＞I2，电流值达到最大。
当电压开始下降时，由于定时控制电路设定的T3最小，定时电路3中C3的端电压首先达到Q5的导通阈值，Q5导通，将Q6基极电压置为低电平，Q6关断，因Q6的集电极连接第2个电流设置电路Q4的基极，将Q4基极置为高电平，Q4导通工作，接入第1段和第2段LED导通工作，电流下降至I2；当输入电压小于第3段LED的导通阈值后，定时控制电路2设定的时间T2到达，C2上的电压达到Q3的导通阈值，Q3导通，将Q4的基极电压置为低电平，Q4关断，因Q4的集电极连接第1个电流设置电路Q2的基极，将Q2基极置为高电平，Q2导通工作，接入第1段LED工作；当输入电压小于第2段LED的导通阈值后，定时控制电路1设定的时间T1到达，定时电路1中C1的端电压首先达到Q1的导通阈值，Q1导通，将Q2基极电压置为低电平，Q2关断，断开所有LED灯串。
由上可见，在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时控制电路来决定，而定时电路设定的时间是不变的，因此流过LED的电流占空比不变，实现了ACLED恒流驱动的问题，同时通过设定每段LED的工作电流为阶梯波，达到功率因数矫正的目的，功率因数可达0.98，且灯串亮度不随输入电压变化而变化。

Claims (6)

1.基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，包括与整流桥相连接的n段串联的LED灯串，每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端；
所述的定时控制电路包括相并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电容C1相串联，电阻R1与MOS管Q1的栅极相连接，电阻R2与MOS管Q1的源极相连接，MOS管Q1的漏极与整流桥的负输出端相连接；
所述的电流设置电路包括恒流二极管CRD1和MOS管Q2，恒流二极管CRD1的负极与MOS管Q2的源极相连接，电阻R2与MOS管Q1的栅极相连接，MOS管Q2的漏极与整流桥的负输出端相连接。
2.如权利要求1所述的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述的整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波；所述的定时控制电路将每个整流后的电压波形按照波形上升和下降分为n个时间段，第i个定时控制电路设定第i段LED灯串的工作时间为Ti，Ti＞Ti+1；所述的电流设置电路设定LED灯串的工作电流，第i个电流设置电路设定第i段LED灯串的工作电流为Ii，Ii＜Ii+1。
3.如权利要求1所述的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述的第i个电流设置电路受第i个时控制电路和第i+1个电流设置电路。
4.如权利要求1所述的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，当输入电压值大于第1段LED灯串的导通阈值电压后，第1个定时控制电路开始计时，第1个电流设置电路导通工作；随着电压上升至第2段LED灯串的导通阈值后，第2个定时控制电路开始计时，第2个电流设置电路导通工作，同时关断第1个定时控制电路，其电流设置值大于前一级的设定值，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第n串LED的导通阈值后，第n个定时控制电路开始计时，第n个电流设置电路导通工作，电流值达到最大。
5.如权利要求1所述的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，第n个定时电路设定的时间最短，当输入电压开始下降时，第n个电流设置电路首先被关断，同时将第n-1个电流设置电路打开；随着电压下降，n个定时控制电路依据设定的时间逐级将对应的电流设置电路关断。
6.如权利要求1所述的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时控制电路来决定，每个定时控制电路设定的时间不变，流过每段LED的电流占空比不变，并设定每段LED的工作电流为阶梯波。
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