CN104320885A - 温度补偿型led灯驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED灯驱动技术领域，公开了一种温度补偿型LED灯驱动电路，包括恒流输入端和输出端，所述输出端连接至LED灯，所述输入端与输出端之间连接有设定电阻，所述驱动电路还包括一个负温度系数电阻和一个保护电阻，所述负温度系数电阻串联后与所述设定电阻并联，所述负温度系数电阻与所述LED灯安装在同一导热基板上。本发明采用温度感应进行驱动电流补偿的方法来使得LED的冷流明和热流明不变，从而对用户来看光通量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯驱动技术领域，尤其涉及一种温度补偿型LED灯驱动电路。
背景技术
现有所有的LED灯具驱动都是采用固定的恒流驱动，在接通电源以后，驱动电流就恒定不变。但是LED在通电以后，结温马上上升，正向电压下降，其结果是驱动功率降低，光通量降低，也就是热流明低于冷流明。另外LED本身也有一种特性，就是当结温升高时，其发光效率降低，由于这两种原因都会使得亮度降低，使用不便。
市面上所有品牌的LED灯具都存在着冷流明高和热流明低的问题，而很多厂家采用的都是冷流明作为指标，这个数值要比实际工作时的热流明高很多，实际上也就是有欺骗用户的嫌疑。
下表中列出了现有各产品的光通量与功率的对比：
由上表可以看出，几乎所有品牌的LED灯具都存在这样的问题，只是程度不同而已，一般功率变化比较小，光通量变化相当大，最大可衰减至0.777。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种温度补偿型LED灯驱动电路，通过采用驱动电流温度补偿的方法来使得LED的冷流明和热流明不变，从而对用户来看光通量稳定。
本发明采取的技术方案是：
一种温度补偿型LED灯驱动电路，包括恒流输出端和电流设定端，所述恒流输出端连接至LED灯，所述电流设定端与地端之间连接有电流设定电阻，其特征是，所述驱动电流设定电路还包括一个负温度系数电阻和一个保护电阻，所述负温度系数电阻串联后与所述电流设定电阻并联，所述负温度系数电阻与所述LED灯安装在同一导热基板上。
进一步，所述导热基板是铝基板、铜基板、陶瓷基板、玻璃基板、普通印制板中的一种。
进一步，在所述负温度系数电阻上串联一个限流电阻。
进一步，在所述负温度系数电阻的两端并联第二个负温度系数电阻。
本发明的有益效果是：
采用温度感应进行驱动电流补偿的方法来使得LED的冷流明和热流明不变，从而对用户来看光通量稳定。
附图说明
附图1是本发明与现有技术的功率曲线对比图；
附图2是本发明的电路图；
附图3是现有电路中LED的光通量随时间变化曲线图；
附图4是本发明的电路中LED的功率随时间变化曲线图；
附图5是本发明的电路中LED的光通量随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明温度补偿型LED灯驱动电路的具体实施方式作详细说明。
LED的结温升高以后，正向电压就会降低，这时即使采用恒流电源供电，其消耗的功率就会降低，LED伏安特性的负温度系数大约是-4mV/℃（不同的LED会有不同的数值，这里只是举一个例子）, 假如刚开机时室温为25℃，最后结温升高到85℃（如果散热器设计得好，结温不会升得那么高）。温度升高60℃，使得LED的正向电压降低0.24V，假定室温时的正向电压为3.3V，那么，接电稳定以后，其正向电压就会降低至3.06V，降低了7.2%。同时当结温升高时，其发光效率就会降低，通常每升高10℃光通量降低1%，所以从刚开机室温25℃，升高到85℃，光通量就会降低6%。 二者加在一起就是降低了13.2%。这两个现象是LED作为一种发光二极管本身的特性所决定的，也是无法改变的、唯一的方法，是改变供电恒流源的特性来加以补偿。
参见附图1，由于功率降低和光通量降低都是由于结温升高而引起，所以补偿的方法一定要根据温度变化作为补偿的依据，也就是要随着温度的升高而增加补偿的力度。它不仅补偿了由于LED正向压降降低而引起的功率降低还要补偿由于LED在高结温时发光效率的降低，以实现通电以后光通量不变的效果。所以在接电以后保持功率不变称为功率补偿，而在接电以后保持光通量不变则称为过补偿。
参见附图2，LED灯驱动电路包括恒流输出端和电流设定端，所述恒流输出端连接至LED灯，所述电流设定端与地端之间连接有普通的电流设定电阻，在这个电流设定电阻两端并联一个负温度系数电阻Rntc（NTC）和保护电阻Rfb2的串联，就可以实现对LED光通量变化的温度补偿。为了能够感受LED结温的变化，这个电阻Rntc安装在和LED灯珠的同一个导热基板上。
随着温度升高，Rntc的阻值减小最后接近短路，为了避免阻值过低电流过大，与其串上一个保护电阻Rfb2，这样，即使Rntc短路，也还有一个Rfb2和Rset并联，设定了最后的LED电流值，显然这个电流会比只用Rset所设定的更大。 也有可能Rntc的温度变化不够大，这时候可以在它旁边再并联一个Rntc2。
下面通过具体例子和数据来对本发明进行详细说明。
假定整个LED系统为高压直接供电式，也就是整流以后的电压加到一串N个LED灯珠上。假定要求最后的输出功率为Po，这个功率应该等于N（个LED）乘以在结温稳定以后的正向电压再乘以恒流电流Iledo。为简单起见，假定刚加电时的结温为3.3V，稳定以后的结温为3.0V，那么最后温度稳定后的LED电流就应该等于
Iledo = Po/Nx3.0；
假定Po=10W，N=100，那么Iledo=10/300=33mA；
刚开机时的功率在没有加补偿时，应该是330Vx0.033A=10.989W,也就是温度稳定以后功率跌落了9.89%。
现在来看温度补偿时的情况，假定结温稳定以后的NTC电阻值为Rntco；
稳定以后的有效电流设定电阻为
Rseto = Rset(Rntco + Rfb2)/(Rset + Rntco + Rfb2)；
通常Rset和被设定电流之间有如下的关系
Iledo = Vref/Rseto，或者 Rseto=Vref/Iledo，
其中Vref为一个已知的系数，例如0.225V，所以Rseto=0.225/0.033=6.75Ω，所以其中只有Rset, Rncto和Rfb2是未知的。
实际上，假如知道稳定以后的结温，Rntco是可以从NTC器件的数据表里选定的。假定稳定以后的结温是85℃。再假定我们采用一个NTC，它在25℃时的阻值为220Ω，而到85℃时的阻值只有30Ω。也就是Rntco=30Ω。而Rfb2实际上只是一个保护电阻，其阻值也可以自行选定，例如2.2Ω。
所以在25℃时，二者的串联就是222.2Ω，而到85℃时，二者的串联就是32.2Ω。
其实前面的计算只是考虑了由于LED正向电压的降低而引起的功率降低的补偿。我们在这里还要考虑由于LED在高结温时发光效率降低而引起的光通量降低，所以我们要求进行过补偿。
假如Rset为6.75Ω，那么室温下接电起始电阻值为6.75Ω和222.2Ω的并联，也就是6.55Ω，所以LED电流为0.225/6.55=0.0343A，初始功率为330Vx0.0343=11.32W。功率补偿以后的电阻为6.75Ω和32.2Ω的并联，也就是5.58Ω，补偿以后的电流为0.225/5.58=0.0403A，补偿以后的功率为300Vx0.0403=12.09W，增加了6.8%，所以可能还不够补偿光效的降低，也就是说，还要采用更小阻值的Rntc,或是采用两个NTC电阻并联。这时计算结果如下：
在室温时，电流设定电阻为：
6.75x（110+2.2）/6.75+112.2=6.37Ω
驱动电流为0.225/6.37=0.035A
驱动功率为330Vx0.035A = 11.55W
升至85℃以后，两个NTC电阻并联为15Ω，加上串联电阻，就是17.2Ω。
电流设定电阻为 6.75x17.2/6.75+17.2 = 4.85Ω
驱动电流为0.225V/4.85Ω = 0.0464A
驱动功率为300Vx0.0464A = 13.92W，比原来的功率增大了20.5%，足以补偿结温升高以后由功率降低和发光效率降低所引起的光通量降低，也就是实现了过补偿。
采用两个NTC电阻并联以后的实验结果如下：
参见附图3，在没有加功率补偿前，光通量随着时间产生一定的衰减。
参见附图4，加上功率补偿后，功率从10.5W上升到11.7W。
参见附图5，加上功率补偿后，光通量从开灯时的1184lm，在60min点亮后变成1190lm，增加了41lm。光通量不降反升，实现了过过补偿。如果再适当增加一点保护电阻值，就有可能实现光通量不变的过补偿。
以上仅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，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种温度补偿型LED灯驱动电路，包括恒流输出端和电流设定端，所述恒流输出端连接至LED灯，所述电流设定端与地端之间连接有电流设定电阻，其特征在于：所述驱动电流设定电路还包括一个负温度系数电阻和一个保护电阻，所述负温度系数电阻串联后与所述电流设定电阻并联，所述负温度系数电阻与所述LED灯安装在同一导热基板上。
2.根据权利要求1 所述的温度补偿型LED灯驱动电路，其特征在于：所述导热基板是铝基板、铜基板、陶瓷基板、玻璃基板、普通印制板中的一种。
3.根据权利要求1 所述的温度补偿型LED灯驱动电路，其特征在于：在所述负温度系数电阻上串联一个限流电阻。
4.根据权利要求1 所述的温度补偿型LED灯驱动电路，其特征在于：在所述负温度系数电阻的两端并联第二个负温度系数电阻。
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