CN107094330A - 一种带调光功能的led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

一种带调光功能的LED驱动电路，属于半导体技术领域。包括可控硅调光模块、恒流整流模块、功率因素校正模块和电路保护模块，可控硅调光模块通过改变调光电位器RW阻值改变导通延时和导通角大小，使得流过LED的电流占空比发生变化，从而影响LED的亮度；由高反向耐压恒流器件组成的恒流整流模块简化了传统LED驱动电路的结构，使整流功能和恒流功能结合到一起，无需加其它分立恒流器件即可直接接市电来驱动LED灯串；使用高分子正温热敏电阻PPTC防止流过LED的电流过大，高压泄流电路保护了LED灯串不会因为瞬态高压而损坏。本发明将整流、恒流和调光功能结合在一起，简化了驱动电路的结构，可实现驱动系统的小型化，降低了成本。

Description

一种带调光功能的LED驱动电路
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种带调光功能的LED驱动电路。
背景技术
恒流源是一种常用的电子设备和装置，主要用于保护整个电路，即使出现电压不稳定或负载电阻变化很大的情况，都能确保供电电流的稳定，恒流源在电子线路中已广泛应用，如LED灯串的驱动等。传统的LED照明驱动一般由整流桥加一个(或多个)恒流芯片或恒流器件组成，恒流器件一般是一种类似JFET结型场效应晶体管结构的恒流器件，具有双向导通的特点，即在正向工作时可达到恒流的效果，在反向工作时类似于普通二极管的导通方式，具有较高的电流。工作时，AC交流电输入整流桥，再经过滤波电容滤波转换成直流电，然后串联恒流芯片或恒流器件(例如恒流二极管)，达到恒流输出的效果，从而驱动LED灯串。
Yitao He等(A vertical current regulator diode with trench cathodebased on double epitaxial layers for LED lighting,Yitao He,PowerSemiconductor Devices&IC's(ISPSD)，2015 IEEE 27th International Symposium on,Page(s):157–160,10-14May 2015)提出了一种LED照明驱动系统，如图1所示，该LED照明驱动系统包括整流滤波模块和恒流芯片两部分，整流滤波模块由整流桥和一个滤波电容构成，恒流芯片为任意二端恒流器件。该LED照明驱动系统包括整流和恒流两部分，结构较复杂，且该驱动系统容易产生瞬间高压浪涌，不具有大电流保护能力，容易使LED灯烧毁。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种带调光功能的LED恒流驱动电路，增加可控硅调光模块和电压保护模块，将恒流和整流功能结合在一起，使得LED的驱动更简单可靠，可实现驱动系统的小型化，且进一步降低了成本。
本发明的技术方案如下：
一种带调光功能的LED恒流驱动电路，包括可控硅调光模块、恒流整流模块、功率因素校正模块和电路保护模块，
所述恒流整流模块包括第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5，第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5的阳极互连并作为所述恒流整流模块的第一输出端，第三高反向耐压恒流器件D4的阴极接第一高反向耐压恒流器件D2的阳极并作为所述恒流整流模块的第一输入端，所述恒流整流模块的第一输入端前设置可控硅调光模块，第四高反向耐压恒流器件D5的阴极接第二高反向耐压恒流器件D3的阳极并作为所述恒流整流模块的第二输入端，第一高反向耐压恒流器件D2和第二高反向耐压恒流器件D3的阴极互连并作为所述恒流整流模块的第二输出端；
所述功率因素校正模块包括第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D6、第二二极管D7和第三二极管D8，第二电容C2一端连接第三二极管D8的阴极和所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端连接第一二极管D6的阴极和第二二极管D7的阳极，第三电容C3的一端连接第一二极管D6的阳极和所述恒流整流模块的第一直流输出端，另一端连接第二二极管D7的阴极和第三二极管D8的阳极；
所述电路保护模块包括高分子正温热敏电阻PPTC和高压泄流电路，所述高压泄流电路包括压敏电阻Rv、第二电阻R2、第三电阻R3和三极管T1，高分子正温热敏电阻PPTC的一端接所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端接压敏电阻Rv的一端和第三电阻R3的一端，压敏电阻Rv的另一端通过第二电阻R2后接所述恒流整流模块的第一直流输出端，第三电阻R3的另一端接三极管T1的集电极，三极管T1的基极接压敏电阻Rv和第三电阻R3的连接点，其发射极接所述恒流整流模块的第一直流输出端。
具体的，所述可控硅调光模块包括调光电位器RW、电阻R1、第一电容C1、双向触发二极管D1和双向可控硅VS1，
调光电位器RW一端与双向可控硅VS1的第一阳极连接并作为所述可控硅调光模块的输入端，另一端通过电阻R1后连接电容C1的一端和双向触发二极管D1的一端，双向触发二极管D1的另一端连接双向可控硅VS1的控制端，电容C1的另一端连接双向可控硅VS1的第二阳极并作为所述可控硅调光模块的输出端连接所述恒流整流模块的第一输入端。
具体的，所述恒流整流模块的第一输入端和第二输入端为交流输入端。
具体的，所述恒流整流模块的第一输入端和第二输入端为直流输入端。
具体的，所述高反向耐压恒流器件的特点为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压。
具体的，所述第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第五高反向耐压恒流器件D5为相同结构的二端高反向耐压恒流器件。
具体的，所述第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第五高反向耐压恒流器件D5为不同结构的二端高反向耐压恒流器件。
LED灯串并联在所述恒流整流模块的第一输出的和第二输出端两端，直流电或交流电接在所述可控硅调光模块的输入端和所述恒流整流模块的第二输入端之间。
高分子正温热敏电阻PPTC的特点为：当正常工作电流通过高分子正温热敏电阻PPTC时，高分子正温热敏电阻PPTC呈低阻状态；当电路中有异常过电流通过时，高分子正温热敏电阻PPTC呈高阻状态；当电路中过电流消失后，聚合物冷却，体积恢复正常，高分子正温热敏电阻PPTC又呈初始的低阻状态。
压敏电阻Rv的特点为：当有瞬态高压经过时，压敏电阻Rv呈低阻态有电流流过，当电压正常时压敏电阻Rv处于高阻态无电流流过。
本发明的有益效果为：本发明使用可控硅调光模块增加了调光功能，通过改变调光电位器RW阻值从而改变导通延时，改变导通角大小，使得流过LED的电流的占空比发生变化，从而影响LED的亮度，而且双向可控硅VS1易于使用，调光范围宽；由高反向耐压恒流器件组成的新型LED恒流驱动即恒流整流模块简化了传统LED照明驱动电路的结构，使整流功能和恒流功能结合到一起，无需加其它分立恒流器件即可直接外接市电来驱动LED灯串；使用高分子正温热敏电阻PPTC与高压泄流电路实现了过流保护与过压保护，在LED工作时起到了一定的保护作用。
附图说明
图1为背景技术提供的一种LED照明驱动系统的结构示意图；
图2为本发明提供的带调光功能的LED驱动电路的内部结构；
图3为本发明所述可控硅调光模块中双向可控硅VS1的电压输出波形图；
图4为本发明中的高反向耐压恒流器件的I-V特性曲线图；
图5为本发明电路保护模块中过压保护原理图；
图6为实施例中的一种高反向耐压恒流器件结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
如图2所示为本发明提出的LED驱动电路的具体示意图，包括可控硅调光模块Ⅰ、恒流整流模块Ⅱ、功率因素校正模块Ⅲ和电路保护模块Ⅳ。本实施例中可控硅调光模块Ⅰ的一种电路实现方式为，包括调光电位器RW、电阻R1、第一电容C1、双向触发二极管D1和双向可控硅VS1，调光电位器RW一端与双向可控硅VS1的第一阳极连接并作为所述可控硅调光模块的输入端，另一端通过电阻R1后连接电容C1的一端和双向触发二极管D1的一端，双向触发二极管D1的另一端连接双向可控硅VS1的控制端，电容C1的另一端连接双向可控硅VS1的第二阳极并作为所述可控硅调光模块的输出端连接所述恒流整流模块的第一输入端。
恒流整流模块包括第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5，第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5的阳极互连并作为所述恒流整流模块的第一输出端，第三高反向耐压恒流器件D4的阴极接第一高反向耐压恒流器件D2的阳极并作为所述恒流整流模块的第一输入端，所述恒流整流模块的第一输入端前设置可控硅调光模块，第四高反向耐压恒流器件D5的阴极接第二高反向耐压恒流器件D3的阳极并作为所述恒流整流模块的第二输入端，第一高反向耐压恒流器件D2和第二高反向耐压恒流器件D3的阴极互连并作为所述恒流整流模块的第二输出端。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5的特点为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5为相同结构的二端高反向耐压恒流器件，也可以为不同结构的二端高反向耐压恒流器件。
进一步地，所述恒流整流模块的第一输入端和第二输入端可以为交流输入端，也可以为直流输入端。
所述功率因素校正模块是由第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D6、第二二极管D7和第三二极管D8组成的填谷式无源功率因素校正电路，第二电容C2一端连接第三二极管D8的阴极和所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端连接第一二极管D6的阴极和第二二极管D7的阳极，第三电容C3的一端连接第一二极管D6的阳极和所述恒流整流模块的第一直流输出端，另一端连接第二二极管D7的阴极和第三二极管D8的阳极。
所述电路保护模块包括高分子正温热敏电阻PPTC和高压泄流电路，所述高压泄流电路包括压敏电阻Rv、第二电阻R2、第三电阻R3和三极管T1，高分子正温热敏电阻PPTC的一端接所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端接压敏电阻Rv的一端和第三电阻R3的一端，压敏电阻Rv的另一端通过第二电阻R2后接所述恒流整流模块的第一直流输出端，第三电阻R3的另一端接三极管T1的集电极，三极管T1的基极接压敏电阻Rv和第三电阻R3的连接点，其发射极接所述恒流整流模块的第一直流输出端。
进一步地，所述高分子正温热敏电阻PPTC的特点为：当正常工作电流通过PPTC时，PPTC呈低阻状态；当电路中有异常过电流通过时，PPTC呈高阻状态；当电路中过电流消失后，聚合物冷却，体积恢复正常,PPTC又呈初始的低阻状态。
进一步的，所述压敏电阻Rv的特点为：当有瞬态高压经过时，压敏电阻Rv呈低阻态有电流流过，当电压正常时压敏电阻Rv处于高阻态无电流流过。
高分子正温热敏电阻PPTC作为过流保护防止了流过LED的电流过大，高压泄流电路作为过压保护保护了LED灯串不会因为瞬态高压而损坏。
本实施例采用220V的交流市电，工作原理为：
可控硅调光模块的输入端和恒流整流模块的第二输入端接市电220V交流电，信号通过可控硅调光模块时，经调光电位器RW、电阻R1等负载对第一电容C1进行充电，当第一电容C1两端电压达到双向触发二极管D1的导通电压时，双向触发二极管D1导通，双向可控硅VS1也导通。如图3所示，输出有一定的导通延时(delay)，此时输出信号为每半周期的前沿波形被切除的斩波。信号传输至恒流整流模块，经过整流桥的整流作用和高反向耐压恒流器件恒流作用得到恒定直流信号。同时功率因素校正模块大幅度增加了整流恒流模块中整流管的导通角，使功率因数提高。电路保护模块中，高分子正温热敏电阻PPTC提供了过流保护，高压泄流电路提供了过压保护。如图5所示，当在正常工作电压下，高压泄流电路呈截止(高阻)状态，当电路出现异常过压，高压泄流电路导通，通过该电路的电流急剧增大，使得电流几乎不从LED流过，把异常高压箝制在一个安全水平之内从而达到过压保护的效果。这些元件保证了LED不因电流、电压过大而损坏，能够稳定安全的工作。综上可知，在外加交流电时，LED灯串上流过的电流可保持一致，从而可以一直点亮LED灯串。LED灯串正常工作时，当灯串两端电压小于启动电压时，LED截止无电流通过，当两端电压大于启动电压，LED发光，并且通过的电流为一定值，所以电流波形为有一定占空比的矩形波。当调节调光模块中的调光电位器RW，即改变了接入电路的电位器阻值，从而改变了导通延时，改变了导通角大小，使得流过LED的电流的占空比发生变化，改变了平均输出电流的大小从而影响了LED的亮度，达到了调光的效果。
实施例
本实施例中，第一高反向耐压恒流器件D2、第二高反向耐压恒流器件D3、第三高反向耐压恒流器件D4和第四高反向耐压恒流器件D5为相同的高反向耐压恒流器件。所述高反向耐压恒流器件的结构示意图如图6所示，包括P型轻掺杂衬底2，位于P型轻掺杂衬底2之上的N型轻掺杂外延层3，位于N型轻掺杂外延层3之中的扩散P型阱区4，所述扩散P型阱区4为两个并位于两端，位于扩散P型阱区4之中的P型重掺杂区5和N型重掺杂区7，位于N型重掺杂区7和N型轻掺杂外延层3之间且嵌入扩散P型阱区4上表面的耗尽型沟道区6，位于N型轻掺杂外延层3和耗尽型沟道区6上表面的氧化层10，覆盖整个上表面的金属阴极9，位于P型轻掺杂衬底2下表面的金属阳极8，所述P型重掺杂区5、N型重掺杂区7和金属阴极9形成欧姆接触。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，包括可控硅调光模块、恒流整流模块、功率因素校正模块和电路保护模块，
所述恒流整流模块包括第一高反向耐压恒流器件(D2)、第二高反向耐压恒流器件(D3)、第三高反向耐压恒流器件(D4)和第四高反向耐压恒流器件(D5)，第三高反向耐压恒流器件(D4)和第四高反向耐压恒流器件(D5)的阳极互连并作为所述恒流整流模块的第一输出端，第三高反向耐压恒流器件(D4)的阴极接第一高反向耐压恒流器件(D2)的阳极并作为所述恒流整流模块的第一输入端，所述恒流整流模块的第一输入端前设置可控硅调光模块，第四高反向耐压恒流器件(D5)的阴极接第二高反向耐压恒流器件(D3)的阳极并作为所述恒流整流模块的第二输入端，第一高反向耐压恒流器件(D2)和第二高反向耐压恒流器件(D3)的阴极互连并作为所述恒流整流模块的第二输出端；
所述功率因素校正模块包括第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一二极管(D6)、第二二极管(D7)和第三二极管(D8)，第二电容(C2)一端连接第三二极管(D8)的阴极和所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端连接第一二极管(D6)的阴极和第二二极管(D7)的阳极，第三电容(C3)的一端连接第一二极管(D6)的阳极和所述恒流整流模块的第一直流输出端，另一端连接第二二极管(D7)的阴极和第三二极管(D8)的阳极；
所述电路保护模块包括高分子正温热敏电阻(PPTC)和高压泄流电路，所述高压泄流电路包括压敏电阻(RV)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和三极管(T1)，高分子正温热敏电阻(PPTC)的一端接所述恒流整流模块的第二直流输出端，另一端接压敏电阻(RV)的一端和第三电阻(R3)的一端，压敏电阻(RV)的另一端通过第二电阻(R2)后接所述恒流整流模块的第一直流输出端，第三电阻(R3)的另一端接三极管(T1)的集电极，三极管(T1)的基极接压敏电阻(RV)和第三电阻(R3)的连接点，其发射极接所述恒流整流模块的第一直流输出端。
2.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述可控硅调光模块包括调光电位器(RW)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)、双向触发二极管(D1)和双向可控硅(VS1)，
调光电位器(RW)一端与双向可控硅(VS1)的第一阳极连接并作为所述可控硅调光模块的输入端，另一端通过第一电阻(R1)后连接电容(C1)的一端和双向触发二极管(D1)的一端，双向触发二极管(D1)的另一端连接双向可控硅(VS1)的控制端，电容(C1)的另一端连接双向可控硅(VS1)的第二阳极并作为所述可控硅调光模块的输出端连接所述恒流整流模块的第一输入端。
3.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流整流模块的第一输入端和第二输入端为交流输入端。
4.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流整流模块的第一输入端和第二输入端为直流输入端。
5.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述高反向耐压恒流器件的特点为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压。
6.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述第一高反向耐压恒流器件(D2)、第二高反向耐压恒流器件(D3)、第三高反向耐压恒流器件(D4)和第四高反向耐压恒流器件(D5)为相同结构的二端高反向耐压恒流器件。
7.根据权利要求1所述的带调光功能的LED驱动电路，其特征在于，所述第一高反向耐压恒流器件(D2)、第二高反向耐压恒流器件(D3)、第三高反向耐压恒流器件(D4)和第四高反向耐压恒流器件(D5)为不同结构的二端高反向耐压恒流器件。
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