CN104754800B - 一种led模组输入浪涌电流的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED模组输入浪涌电流的控制装置，用于控制经过LED模组的电流，包括供电单元以及控制单元，所述供电单元为控制单元供电，所述控制单元与所述LED模组串联，所述控制单元包括与所述LED模组串联的开关元件、连接于所述开关元件的采样电路以及限流单元，LED模组具有额定电流，所述采样电路采样通过所述LED模组的电流，当流过LED模组的电流在额定电流范围内时，所述控制单元的开关元件工作于饱和导通工作状态，当流过LED模组的电流大于额定电流范围时，所述限流单元通过所述采样电路给出的信号启动限流，使所述控制单元的开关元件工作于线性放大状态，从而控制流过LED模组的电流。

Description

一种LED模组输入浪涌电流的控制装置

【技术领域】

本发明涉及一种控制装置，尤其指一种LED模组输入浪涌电流的控制装置。

【背景技术】

LED光源由于其高光效和长寿命越来越受到照明行业的重视。和传统光源不同，LED光源需要恒定直流驱动，一般需要在输入和LED光源之间加入恒流驱动电源，请参考图1所示，输入电压Vin可以为交流市电输入，也可以是直流输入，用来提供功率给LED光源。驱动电源往往是功率变换电路，其可以是开关电源，也可以是线性恒流电路，用来提供LED光源所需的直流信号。在驱动电源的输出端，往往接有输出电容Co，输出电容Co主要是用来滤除驱动电源输出电流纹波，抑制从输入端过来的浪涌电压；LED模组主要是LED光源芯片，按照光学、热学和结构的要求进行分布，模组和驱动电源之间需要通过端子或者导线进行电气连接，这样驱动电源可以输出合适的信号给LED模组，使LED芯片按照设计正常发光。

在实际应用中，驱动电源和LED模组之间的端子连接或者导线焊接连接会出现接触不良的情况，这对恒流驱动电源来说相当于负载在正常条件和过载条件两种状态来回切换。恒流驱动电源在输出过载时输出电压会迅速上升，为了避免对驱动电源造成损坏，驱动电源一般加有输出过压保护，从而把输出电压控制在合适的范围内，同时，为了不影响正常工作，这个过压保护点需要设计得比正常工作输出电压要高，这样在输出电容Co上面储存了过高的能量。当LED模组重新接入，驱动电源输出从过载变回正常负载时，Co上面的电压就会对LED模组进行放电，在LED芯片流过非常高的浪涌电流，最终导致LED芯片烧坏。在个别应用中，往往也需要系统支持带电操作，要求在不断电情况下随时更换LED模组，如果驱动电源采用恒流输出，就会存在上述问题，在插拔LED模组过程中损坏LED芯片。

现有技术中，通常通过在LED模组中加入限流的部件来解决上述问题。在LED模组接入系统时，如果有过高的浪涌电压，通过限流部件控制输入浪涌电流，达到保护的目的。请参照图2所示，LED模组具有负温度系数NTC电阻作为限流的部件。当接入系统时，由于NTC电阻阻值较大，可以抑制电流的增加，正常工作时NTC电阻由于发热使得阻值下降，不影响正常转换效率。但由于NTC电阻阻值变化有一个比较缓慢的过程，对于接触不良或者快速热插拔所起的限流作用比较有限，并且NTC本身会发热，会影响模组的温度特性。而且，采用NTC电阻限流，流入LED模组的浪涌电流会随输入浪涌电压变大而变大，不能很好设定电流上限。

因此，为了克服上述缺陷，有必要提供一种改进的LED模组输入浪涌电流的控制装置。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种LED模组输入浪涌电流的控制装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种LED模组输入浪涌电流的控制装置，用于控制经过LED模组的电流，包括供电单元以及控制单元，所述供电单元为控制单元供电，所述控制单元与所述LED模组串联，所述控制单元包括与所述LED模组串联的开关元件、连接于所述开关元件的采样电路以及限流单元，LED模组具有额定电流，所述采样电路采样通过所述LED模组的电流，当流过LED模组的电流在额定电流范围内时，所述控制单元的开关元件工作于饱和导通工作状态，当流过LED模组的电流大于额定电流范围时，所述限流单元通过所述采样电路给出的信号启动限流，使所述控制单元的开关元件工作于线性放大状态，从而控制流过LED模组的电流。

优选地，所述LED模组输入浪涌电流的控制装置还包括泄放单元，所述泄放单元连接所述控制单元，当LED模组与电源驱动断开时，所述泄放单元给所述控制单元放电。

优选地，所述泄放单元包括第二开关，所述第二开关具有第一端和第二端，所述第一端连接所述供电单元的输入端，所述第二端连接所述控制单元的开关元件。

优选地，所述泄放单元还包括稳压管以及分压电阻，所述泄放单元的第二开关的第一端通过所述稳压管和所述分压电阻与所述供电单元的输入端连接。

优选地，所述泄放单元包括电阻，所述电阻的一端连接所述开关元件，另一端连接所述采样电路。

优选地，所述限流单元包括第一开关和电流设定单元，所述第一开关的第一端连接所述开关元件，第二端连接所述电流设定单元，第三端连接采样电路，所述采样电路的第一端连接开关元件，第二端连接所述第一开关，所述电流设定单元的一端连接所述采样电路的第一端，另一端连接所述第一开关，所述电流设定单元通过采样电路给出的信号输出电流，从而控制所述第一开关的导通和关断。

优选地，所述电流设定单元通过所述采样电路给出的信号输出不同大小和不同变化趋势的电流。

优选地，所述电流设定单元包括运算放大器，所述运算放大器的输入端的正极连接所述采样电路，所述运算放大器的输入端的负极连接基准值，所述运算放大器的输出端连接所述第一开关。

优选地，所述控制单元还包括稳压管以及电容，所述稳压管的一端连接所述开关元件，另一端连接采样电路的第二端，所述电容的一端连接所述开关元件，另一端连接采样电路的第二端，所述稳压管与所述电容并联。

优选地，所述电流设定单元还包括限流电阻，所述限流电阻连接于所述运算放大器与所述控制单元的第一开关之间。

相较于现有技术，本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置有以下优点：有效防止LED模组电流过大，且性能稳定。

【附图说明】

图1为现有技术的驱动电源和LED模组示意图。

图2为现有技术的LED模组输入浪涌电流的控制装置的示意图。

图3为本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的示意图。

图4为本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的第一实施例的电路图。

图5为本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的第二实施例的电路图。

图6为本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的关键点工作波形图。

图7为本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的第三实施例的电路图。

【具体实施方式】

请参考图3所示，一种LED模组输入浪涌电流的控制装置100，包括LED模组LED1-N、供电单元、以及控制单元200。供电单元为控制单元200供电，控制单元200与LED模组LED1-N串联。控制单元200包括与LED模组LED1-N串联的开关元件S、连接于开关元件S的采样电路201以及限流单元，LED模组LED1-N具有额定电流，采样电路201采样通过LED模组的电流，当流过LED模组LED1-N的电流在额定电流范围内时，控制单元200的开关元件S工作于饱和导通工作状态，当流过LED模组LED1-N的电流大于额定电流范围时，限流单元通过采样电路201给出的信号启动限流，使控制单元200的开关元件S工作于线性放大状态，从而控制流过LED模组LED1-N的电流。

LED模组输入浪涌电流的控制装置100的一端连接恒流驱动电源，用于控制恒流驱动电源输入LED模组LED1-N的电流不会过大而导致LED模组LED1-N损坏。本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置100利用开关元件S的元件特性，当LED模组LED1-N正常工作时，开关元件S饱和导通，使得LED模组LED1-N在驱动电源的驱动下正常工作。而由于LED模组LED1-N与驱动电源之间的热插拔或者其他原因使得经过LED模组的电流过大时，限流单元控制开关元件S处于线性导通状态，从而控制经过LED模组LED1-N的电流不会过大。本发明的控制单元200可以连接LED模组LED1-N的负端，也可以连接于LED模组LED1-N的中间，即位于LED模组LED1-N中LED1至LEDN中任意两颗的中间，只要控制单元200不位于LED模组LED1-N的正端即可。本发明LED模组LED1-N输入浪涌电流的控制装置100能够实时监测LED模组LED1-N的电流，并能根据LED模组LED1-N电流的情况及时作出反应，很好的控制LED模组LED1-N的输入电流，使得不会因为输入电流过大而导致LED模组LED1-N损坏。

进一步地，本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置100还包括泄放单元，泄放单元一端与控制单元200连接，另一端与采样电路连接。当LED模组LED1-N与电源驱动断开时，泄放单元为开关元件S放电，确保开关元件S处于关断状态，这样，当LED模组LED1-N与电源驱动再连接时，开关元件S可以正常控制输入电流。

具体地，请参照图4所示，本发明第一较佳实施例LED模组输入浪涌电流的控制装置1 包括LED模组LED1-N、控制单元11以及供电单元12。供电单元12为控制单元11供电，控制单元11与LED模组LED1-N串联。控制单元11包括与LED模组LED1-N串联的开关元件S、连接于开关元件S的采样电路110以及限流单元112。LED模组LED1-N具有额定电流，采样电路110采样通过LED模组LED1-N的电流，当流过LED模组LED1-N的电流在额定电流范围内时，控制单元11的开关元件S工作于饱和导通工作状态，当流过LED模组LED1-N的电流大于额定电流范围时，限流单元112通过采样电路110给出的信号启动限流，使控制单元11的开关元件S工作于线性放大状态，从而控制流过LED模组LED1-N的电流。本实施例中，采样电路110包括采样电阻Rs，开关元件S为场效应管，供电单元12包括限流电阻R3，其他实施例中，开关元件S也可以为其他类型的开关器件，采样电路110和供电单元12还可以根据需要增加或减少元件。

控制单元11的限流单元112包括第一开关Q1和电流设定单元113。第一开关Q1的第一端连接开关元件S，第二端连接电流设定单元113，第三端连接采样电路110。采样电路110的第一端连接开关元件S，第二端连接第一开关Q1，电流设定单元113的一端连接采样电路110的第一端，另一端连接第一开关Q1。电流设定单元113通过采样电路110给出的信号输出电流，从而控制第一开关Q1的导通和关断。本实施例中，第一开关Q1的第一端为集电极，第二端为基极，第三端为发射极。

电流设定单元113通过采样电路110给出的信号输出不同大小和不同变化趋势的电流。

电流设定单元113包括运算放大器U1，运算放大器U1的输入端的正极连接采样电路110，运算放大器U1的输入端的负极连接基准值，运算放大器U1的输出端连接第一开关Q1。

控制单元11还包括稳压管Vz以及电容C，稳压管Vz的一端连接开关元件Q1，另一端连接采样电路110的第二端，电容C的一端连接开关元件Q1，另一端连接采样电路110的第二端，稳压管Vz与电容C并联。电流设定单元113还包括限流电阻R1，限流电阻R1连接于运算放大器U1与控制单元11的第一开关Q1之间。

LED模组输入浪涌电流的控制装置1还包括泄放单元13，泄放单元13连接控制单元11，当LED模组LED1-N与电源驱动断开时，泄放单元13给控制单元11放电。本发明的LED模组输入浪涌电流的控制装置1具有泄放单元13，当LED模组LED1-N与电源驱动断开时，泄放单元13将开关元件S快速、完全的放电，确保开关元件S处于关断状态，这样，当LED模组LED1-N与电源驱动再连接时，开关元件S可以正常控制输入电流。

本实施例中，泄放单元13包括第二开关Q2，第二开关Q2具有第一端和第二端，第一端连接供电单元12的输入端，第二端连接控制单元11的开关元件S。第二开关Q2还包括第三端，第三端连接采样电路110。本实施例中，第二开关Q2为三极管，其第一端为基极，第二端为发射极，第三端为集电极。其他实施例中，第二开关Q2也可以是其他开关元件。其他实施例中，如图5所示的第二实施例，泄放单元13也可以只包括一电阻Rb。

泄放单元13还包括稳压管Vz1以及分压电阻R4、R5。泄放单元13的第二开关Q2的第一端通过稳压管Vz1和分压电阻R4、R5与供电单元12的输入端连接。

本实施例中，电容C连接开关元件S的门极和LED模组LED1-N负端输入，用来控制开关元件S的门极电压上升的速率。稳压管Vz用来控制开关元件S门极最大驱动电压，避免过高电压损坏开关元件S，实际应用可以根据需要不用。第一开关Q1控制开关元件S的门极电压；运算放大器U1负端输入的基准值作为设定的最大电流阈值，正端连接采样电阻Rs的第一端。限流电阻R1控制流入第一开关Q1基极的电流。稳压管Vz1、分压电阻R4、R5和第二开关Q2组成泄放单元，供电输入经过稳压管Vz1后通过分压电阻R4和R5进行分压，这个分压值控制第二开关Q2的导通或者关断，从而改变开关元件S的门极驱动电压。

请参照图6所示，图6为LED模组输入浪涌电流的控制装置1的关键点工作波形。正常工作电压在t0时刻之前叠加到模组输入端，通过LED模组LED1-N和限流电阻R3给开关元件S的门极进行充电，此时开关元件Q1关断，供电输入经过稳压管Vz1和分压电阻R4、R5分压后在第二开关Q2基极产生一个电压，第二开关Q2基极和发射极反向偏置，第二开关Q2关断，电容C的并联会使充电电压以一定斜率上升。在t0时刻门极电压上升到开关元件S的启动电压，开关元件S工作在线性状态，LED模组LED1-N回路中电流开始上升。在t1时刻，LED模组LED1-N回路中的电流达到驱动电源的额定输出电流，这个额定电流值比运算放大器U1设定的阈值要低，虽然开关元件S的门极电压继续上升，一直到开关元件S饱和导通，但是LED模组LED1-N回路中的电流保持在额定电流值。供电输入电压下降到一个稳定值，但是依然高于稳压管Vz1电压，第二开关Q2基极和发射极反向偏置保持关断。LED模组LED1-N在t2时刻和驱动电源断开，回路电流立即降为零，而LED模组LED1-N输入电压则下降到LED模组LED1-N开启电压串联之和，供电输入电压下降，低于稳压管Vz1电压值，第二开关Q2基极和发射极正向偏置，第二开关Q2导通，开关元件S门极电压迅速被拉低，开关元件S从饱和导通转为关断状态。而在t4时刻LED模组LED1-N重新接入系统，此时驱动电源输出处于过压保护电平，使得LED模组LED1-N输入电压比正常电压要高，在这种过高的电压输入下，当开关元件S门极电压上升到一定值时，如在t5时刻，LED模组LED1-N回路电流可以到达运算放大器U1设定的阈值，这时候运算放大器U1进行闭环控制，输出合适的电压来调整第一开关Q1的工作，使开关元件S工作在线性恒流状态，这样流经模组回路的电流就被控制在运算放大器U1设定的阈值。供电输入电压随着模组输入电压的升高而升高，第二开关Q2基极和发射极反向偏置，第二开关Q2从导通转向截止。驱动电源输出电容（未图示）被线性放电，电压线性下降，在t6时刻下降到正常工作电压值，LED模组LED1-N回路电流也相应下降到驱动电源额定输出值，运算放大器U1输出低电平，第一开关Q1关断，开关元件S饱和导通。本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置1能够有效的控制经过LED模组LED1-N的电流，从而控制了LED模组LED1-N的输入浪涌电流，保护LED模组LED1-N不会被损坏。

其他实施例中，本发明LED模组输入浪涌电流的控制装置的供电单元还可以为线性电源。请参照图7所示，本发明第三较佳实施例LED模组输入浪涌电流的控制装置2，该控制装置2的其他部分与第一实施例中的LED模组输入浪涌电流的控制装置1相同，除了供电单元22。第三实施例中的LED模组输入浪涌电流的控制装置2的供电单元22包括第三开关Q3、电阻R6、限流电阻R3以及稳压管Vz2。第三开关Q3为线性开关，用来调整输出电压，稳压管Vz2为线性电源电压参考，电阻R6为稳压管Vz2提供直流偏置，限流电阻R3为开关元件S门极充电电阻。本实施例中，第三开关Q3为三极管。当供电输入电压比稳压管Vz2要高时，供电单元22的输出电压为稳压管Vz2电压与第三开关Q3基极电压Vbe的差值。其中电压Vbe为第三开关Q3基极和发射极正向压降。当供电输入电压比稳压管Vz2的电压低时，供电单元22的输出电压约为供电输入电压和第三开关Q3基极电压Vbe的差值。使用线性电源的好处是供电电路的输出范围可以大大缩小，有利于设计参数的计算和选择，优化性能和功耗。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡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作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种LED模组输入浪涌电流的控制装置，用于控制经过LED模组的电流，包括供电单元以及控制单元，所述供电单元为控制单元供电，所述控制单元与所述LED模组串联，所述控制单元包括与所述LED模组串联的开关元件、连接于所述开关元件的采样电路以及限流单元，LED模组具有额定电流，所述采样电路采样通过所述LED模组的电流，当流过LED模组的电流在额定电流范围内时，所述控制单元的开关元件工作于饱和导通工作状态，当流过LED模组的电流大于额定电流范围时，所述限流单元通过所述采样电路给出的信号启动限流，使所述控制单元的开关元件工作于线性放大状态，从而控制流过LED模组的电流,所述控制装置还包括泄放单元，所述泄放单元连接所述控制单元，当LED模组与电源驱动断开时，所述泄放单元给所述控制单元放电,所述泄放单元包括第二开关，所述第二开关具有第一端和第二端，所述第一端连接所述供电单元的输入端，所述第二端连接所述控制单元的开关元件。

2.如权利要求1所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述泄放单元还包括稳压管以及分压电阻，所述泄放单元的第二开关的第一端通过所述稳压管和所述分压电阻与所述供电单元的输入端连接。

3.如权利要求2所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述泄放单元包括电阻，所述电阻的一端连接所述开关元件，另一端连接所述采样电路。

4.如权利要求1所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述限流单元包括第一开关和电流设定单元，所述第一开关的第一端连接所述开关元件，第二端连接所述电流设定单元，第三端连接采样电路，所述采样电路的第一端连接开关元件，第二端连接所述第一开关，所述电流设定单元的一端连接所述采样电路的第一端，另一端连接所述第一开关，所述电流设定单元通过采样电路给出的信号输出电流，从而控制所述第一开关的导通和关断。

5.如权利要求4所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述电流设定单元通过所述采样电路给出的信号输出不同大小和不同变化趋势的电流。

6.如权利要求5所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述电流设定单元包括运算放大器，所述运算放大器的输入端的正极连接所述采样电路，所述运算放大器的输入端的负极连接基准值，所述运算放大器的输出端连接所述第一开关。

7.如权利要求6所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述控制单元还包括稳压管以及电容，所述稳压管的一端连接所述开关元件，另一端连接采样电路的第二端，所述电容的一端连接所述开关元件，另一端连接采样电路的第二端，所述稳压管与所述电容并联。

8.如权利要求7所述的LED模组输入浪涌电流的控制装置，其特征在于：所述电流设定单元还包括限流电阻，所述限流电阻连接于所述运算放大器与所述控制单元的第一开关之间。