CN112105122B - 一种锂电led灯的恒流控制与过放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术中锂电池供电的LED灯的保护控制电路采用单片机控制，综合成本高的缺点，提供一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，该电路包括稳压电路、LED灯控制电路和过放电保护电路，该电路通过普通电子元器件的设计组合，替代了单片机的相应功能，降低了生产成本。

Description

一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路

技术领域

本发明属于照明技术领域，具体涉及一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路。

背景技术

LED灯的能耗低，寿命长，照度高，虽然LED光源要比传统的光源昂贵，但LED光源优异的节能性能促使LED光源的市场接受度越来越高，市场容量及潜力巨大。恒流源驱动是最佳的LED驱动方式，采用恒流源驱动，不用在输出电路串联限流电阻，LED上流过的电流也不受外界电源电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能坚持电流恒定，充沛发挥LED的各种优秀特性。特别是在可移动照明领域，锂电池和LED灯具的结合，将照明灯具质量轻、照明持续时间长、照明亮度佳的特点发挥的更加充分。如专利公开号为CN207320918U，专利名称为一种锂电池充放电电路以及LED灯控制装置的专利，给LED灯提供一个恒压恒流的驱动电源，并有锂电池的过充过放电保护电路保护了锂电池的的使用寿命。

但是上述方案中的锂电池的保护电路采用的是单片机来实现控制功能，综合成本高，不利于LED灯的市场化。进一步降低锂电池供电的LED灯的生产成本对于占有市场有着极其重大的意义。

发明内容

本发明针对现有技术锂电池供电的LED灯的保护控制电路采用单片机控制，综合成本高的缺点，提供一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，该电路通过普通电子元器件的设计组合，替代了单片机的相应功能，降低了生产成本。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，包括稳压电路、LED灯控制电路和过放电保护电路，所述稳压电路包括稳压芯片U1，所述稳压芯片U1的输入端连接锂电池电压，所述稳压芯片U1的输出端输出电压恒定的控制电压，所述稳压芯片U1的输出端还连接有串联连接的电阻R1和电阻R2，电阻R2和电阻R1连接的另一端接地；所述LED灯控制电路包括LED灯，所述LED灯的一端连接锂电池电压，所述LED灯的另一端连接电感L，所述电感L的另一端连接功率管M1的漏极，所述功率管M1的源极连接采样电阻R3，所述采样电阻R3的另一端接地；所述过放电保护电路包括N型的三极管Q1和P型的三极管Q2，所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极都和功率管M1的栅极连接，所述三极管Q2的集电极接地，所述三极管Q1的集电极连接控制电压，所述三极管Q1的基极和三极管Q2的基极都连接与门的输出端，所述与门的一个输入端连接比较器B1的输出端，所述与门的另一个输入端连接比较器B2的输出端，所述比较器B1的负输入端连接控制电压，所述比较器B1的正输入端连接有电阻R4,所述电阻R4的另一端和锂电池电压连接，所述电阻R4和比较器B1的正输入端连接的一端还串联有电阻R5，所述电阻R5的另一端接地；所述比较器B2的负输入端连接采样电阻R3与功率管M1的源极接连的一端，所述比较器B2的正输入端连接电阻R1和电阻R2连接的一端。

上述方案中，功率管M1控制LED灯，当M1开通，电流由正极的锂电池电压流经LED灯、电感L、功率管M1、电阻R3流向电池负极，LED灯亮；否则灯灭。稳压芯片U1的输出端输出稳定的控制电压，该电压一方面和串联的分压电阻R1、R2产生恒流控制基准电压，一方面作为功率管M1的栅极驱动电压。功率管M1的开关由与门和三极管Q1和三极管Q2控制。当与门输出高电平时，Q1导通，Q2关闭，功率管M1栅极电压高于源极，功率管M1导通；与门的输入端为两个信号：过放电保护信号和恒流控制信号。过放电保护信号由比较器B1的输出端输入，恒流控制信号由比较器B2的输出端输入。在锂电池电量充足时，过放电保护信号为高电平，此时与门的输出取决于恒流控制信号，系统工作于恒流控制状态；当锂电池电量不足时，过放电保护信号为低电平，此时与门的输出为低电平，功率管M1关断，系统工作在过放电保护状态。比较器B1的负输入端接控制电压，锂电池电压经电阻R4、电阻R5串联分压接入比较器B1的正输入端，当锂电池电压高于控制电压*（R4+R5）/R5时，比较器B1输出高电平，系统正常工作。反之，当锂电池电压低于该值时，比较器B1输出低电平，系统进入过放电保护状态。改变电阻R4、电阻R5的值可以获得不同的过放电保护电压，以适应不同的锂电池放电特性。恒流控制信号由比较器B2产生，用于保持灯的亮度稳定。流经LED灯的工作电流I经过采样电阻R3产生一个采样电压，接入比较器B2负输入端；控制电压经电阻R1、电阻R2串联分压，获得恒流控制基准电压，接入比较器B2正输入端。当工作电流I≤控制电压*R2/[R3*(R1+R2)]时，比较器B2输出高电平，功率管M1开通；而当工作电流大于此值，比较器B2输出低电平，功率管M1关断；这样工作电流始终保持在I=控制电压*R2/[R3*(R1+R2)]的水平，实现恒流控制。

作为优选，所述稳压芯片U1的输入端和输出端还分别连接有电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2分别和稳压芯片U1的输入端和输出端连接后接地，起到滤波作用。

作为优选，所述LED灯和锂电池电压连接端与电感L和功率管M1的漏极连接端之间还反向并联有二极管D。电感L为储能电感，其作用是在斩波信号为低电平的毫秒级短暂瞬间，将L储存的电能经过续流二极管D向LED灯供电，以保持灯光持续发亮，消除频闪效应。

作为优选，所述比较器B2的负输入端和采样电阻R3之间还连接有RC振荡器，所述RC振荡器包括电阻R7和电容C3，所述电阻R7的一端和电容C3的一端都连接比较器B2的负输入端，所述电阻R7的另一端连接功率管M1的源极，所述电容C3的另一端接地。比较器B2产生的恒流控制信号实质是一个高频斩波信号，该信号频率过高或过低都不好，其合适的工作频率在3～10KHz范围内。为了限制斩波频率，设计了与采样电阻R3并联的RC震荡器，可通过选择电阻R7和电容C3的值，获得想要的斩波频率。

作为优选，所述功率管M1为N沟道功率管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该电路通过普通电子元器件的设计组合，替代了单片机的相应功能，降低了生产成本；电感L和二极管D的组合应用消除了LED灯的频闪效应。

附图说明

图1为本发明的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图所表示的实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

如图1所示，一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，包括稳压电路、LED灯控制电路和过放电保护电路，所述稳压电路包括稳压芯片U1，该稳压芯片的型号为三端稳压芯片78M12，所述稳压芯片U1的输入端连接锂电池电压，所述稳压芯片U1的输出端输出+12V的电压恒定的控制电压，所述稳压芯片U1的输入端和输出端还分别连接有电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2分别和稳压芯片U1的输入端和输出端连接后接地。所述稳压芯片U1的输出端还连接有串联连接的电阻R1和电阻R2，电阻R2的另一端接地；所述LED灯控制电路包括LED灯，所述LED灯的一端连接锂电池电压，所述LED灯的另一端连接电感L，所述LED灯和锂电池电压连接端与电感L和功率管M1的漏极连接端之间还反向并联有二极管D。电感L为储能电感，其作用是在斩波信号为低电平的毫秒级短暂瞬间，将L储存的电能经过续流二极管D向LED灯供电，以保持灯光持续发亮，消除频闪效应。所述电感L的另一端连接N沟道的功率管M1的漏极，所述功率管M1的源极连接采样电阻R3，所述采样电阻R3的另一端接地；所述过放电保护电路包括N型的三极管Q1和P型的三极管Q2，所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极都和功率管M1的栅极连接，所述三极管Q2的集电极接地，所述三极管Q1的集电极连接控制电压，所述三极管Q1的基极和三极管Q2的基极都连接与门的输出端，所述与门的一个输入端连接比较器B1的输出端，所述与门的另一个输入端连接比较器B2的输出端，所述比较器B1的负输入端连接控制电压，所述比较器B1的正输入端连接有电阻R4,所述电阻R4的另一端和锂电池电压连接，所述电阻R4和比较器B1的正输入端连接的一端还串联有电阻R5，所述电阻R5的另一端接地；所述比较器B2的负输入端连接采样电阻R3与功率管M1的源极接连的一端，比较器B2的负输入端和采样电阻R3之间还连接有RC振荡器，所述RC振荡器包括电阻R7和电容C3，所述电阻R7的一端和电容C3的一端都连接比较器B2的负输入端，所述电阻R7的另一端连接功率管M1的源极，所述电容C3的另一端接地。比较器B2产生的恒流控制信号实质是一个高频斩波信号，该信号频率过高或过低都不好，其合适的工作频率在3～10KHz范围内。为了限制斩波频率，设计了与采样电阻R3并联的RC震荡器，可通过选择电阻R7和电容C3的值，获得想要的斩波频率。所述比较器B2的正输入端连接电阻R1和电阻R2连接的一端。

功率管M1控制LED灯，当功率管M1开通，电流由正极的锂电池电压流经LED灯、电感L、功率管M1、电阻R3流向电池负极，LED灯亮；否则灯灭。稳压芯片U1的输出端输出稳定的+12V控制电压，该电压一方面和串联的分压电阻R1、R2产生恒流控制基准电压，一方面作为功率管M1的栅极驱动电压。功率管M1的开关由与门和三极管Q1和三极管Q2控制。当与门输出高电平时，Q1导通，Q2关闭，功率管M1栅极电压高于源极，功率管M1导通；与门的输入端为两个信号：过放电保护信号和恒流控制信号。过放电保护信号由比较器B1的输出端输入，恒流控制信号由比较器B2的输出端输入。在锂电池电量充足时，过放电保护信号为高电平，此时与门的输出取决于恒流控制信号，系统工作于恒流控制状态；当锂电池电量不足时，过放电保护信号为低电平，此时与门的输出为低电平，功率管M1关断，系统工作在过放电保护状态。比较器B1的负输入端接控制电压，锂电池电压经电阻R4、电阻R5串联分压接入比较器B1的正输入端，当锂电池电压高于12*（R4+R5）/R5时，比较器B1输出高电平，系统正常工作。反之，当锂电池电压低于该值时，比较器B1输出低电平，系统进入过放电保护状态。改变电阻R4、电阻R5的值可以获得不同的过放电保护电压，以适应不同的锂电池放电特性。恒流控制信号由比较器B2产生，用于保持灯的亮度稳定。流经LED灯的工作电流I经过采样电阻R3产生一个采样电压，接入比较器B2负输入端；控制电压经电阻R1、电阻R2串联分压，获得恒流控制基准电压，接入比较器B2正输入端。当工作电流I≤12*R2/[R3*(R1+R2)]时，比较器B2输出高电平，功率管M1开通；而当工作电流大于此值，比较器B2输出低电平，功率管M1关断；这样工作电流始终保持在I=12*R2/[R3*(R1+R2)]的水平，实现恒流控制。

文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，其特征在于，包括稳压电路、LED灯控制电路和过放电保护电路，所述稳压电路包括稳压芯片U1，所述稳压芯片U1的输入端连接锂电池电压，所述稳压芯片U1的输出端输出电压恒定的控制电压，所述稳压芯片U1的输出端还连接有串联连接的电阻R1和电阻R2，电阻R2和电阻R1连接的另一端接地；所述LED灯控制电路包括LED灯，所述LED灯的一端连接锂电池电压，所述LED灯的另一端连接电感L，所述电感L的另一端连接功率管M1的漏极，所述功率管M1的源极连接采样电阻R3，所述采样电阻R3的另一端接地；所述过放电保护电路包括N型的三极管Q1和P型的三极管Q2，所述三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极都和功率管M1的栅极连接，所述三极管Q2的集电极接地，所述三极管Q1的集电极连接控制电压，所述三极管Q1的基极和三极管Q2的基极都连接与门的输出端，所述与门的一个输入端连接比较器B1的输出端，所述与门的另一个输入端连接比较器B2的输出端，所述比较器B1的负输入端连接控制电压，所述比较器B1的正输入端连接有电阻R4,所述电阻R4的另一端和锂电池电压连接，所述电阻R4和比较器B1的正输入端连接的一端还串联有电阻R5，所述电阻R5的另一端接地；所述比较器B2的负输入端连接采样电阻R3与功率管M1的源极接连的一端，所述比较器B2的正输入端连接电阻R1和电阻R2连接的一端；

所述稳压芯片U1的输入端和输出端还分别连接有电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2分别和稳压芯片U1的输入端和输出端连接后接地；

所述LED灯和锂电池电压连接端与电感L和功率管M1的漏极连接端之间还反向并联有二极管D。

2.根据权利要求1所述的一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，其特征在于，所述比较器B2的负输入端和采样电阻R3之间还连接有RC振荡器，所述RC振荡器包括电阻R7和电容C3，所述电阻R7的一端和电容C3的一端都连接比较器B2的负输入端，所述电阻R7的另一端连接功率管M1的源极，所述电容C3的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种锂电LED灯的恒流控制与过放电保护电路，其特征在于，所述功率管M1为N沟道功率管。