CN112601327B - 温控电路和发光装置 - Google Patents

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CN112601327B CN202011522891.9A CN202011522891A CN112601327B CN 112601327 B CN112601327 B CN 112601327B CN 202011522891 A CN202011522891 A CN 202011522891A CN 112601327 B CN112601327 B CN 112601327B
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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Abstract

本申请公开了一种用于LED灯的温控电路和发光装置。温控电路包括调节模块和滞回过温保护模块。调节模块用于在LED灯的温度升高至预设调控区间范围内时，调节LED灯的驱动电流以抑制LED灯的温度升高；滞回过温保护模块用于在LED灯的温度大于第一阈值时关闭LED灯，并在LED灯的温度由第一阈值降低到第二阈值时重新启动LED灯。本申请的LED温控电路带有滞回功能的过温保护模块和电流随温度自适应的调节模块，从而同时具有过温保护和温度自适应调节功能，可以避免LED灯过温工作，延长LED灯的使用寿命。此外，过温保护模块还增加了重新启动LED灯的温度滞回区间可以避免LED闪烁，进一步延长LED灯的寿命。

Description

温控电路和发光装置
技术领域
本申请涉及LED照明电路控制技术领域，特别涉及一种温控电路和发光装置。
背景技术
光二极管(LED)灯与传统的发光灯相比，具有高节能、寿命长、颜色多变幻、利环保等优点，因此在各个领域都得到广泛应用。
然而，目前的LED驱动电路并不能很好地与LED灯相匹配，LED驱动电路的工作温度严重影响LED的工作寿命，温度越高其寿命越短。
发明内容
有鉴于此，本申请的实施例提供了一种温控电路和发光装置。
本申请提供了一种用于LED灯的温控电路。所述温控电路包括调节模块和滞回过温保护模块。所述调节模块用于在所述LED灯的温度升高至预设调控区间范围内时，调节所述LED灯的驱动电流以抑制所述LED灯的温度升高；所述滞回过温保护模块用于在所述LED灯的温度大于所述第一阈值时关闭所述LED灯，并在所述LED灯的温度由所述第一阈值降低到第二阈值时重新启动所述LED灯。
在某些实施例中，所述滞回过温保护模块包括：感温元件、第一电阻、第二电阻、第一运算放大器、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻的一端连接第一电源，所述第一电阻的另一端连接所述感温元件和第二电阻；所述感温元件连接所述第一电阻和地，所述感温元件用于实时测量所述LED灯的温度；所述第二电阻的一端连接所述第一电阻和所述感温元件，所述第二电阻的另一端连接所述第一运算放大器的第一输入端；所述第三电阻连接所述第一运算放大器的第二输入端和输出端；所述第四电阻连接所述第一运算放大器的第二输入端和地。
在某些实施例中，所述第一运算放大器的所述输出端的输出电压为所述第一输入端的输入电压与所述基准电压的差值。
在某些实施例中，所述温控电路还包括恒流驱动模块，所述恒流驱动模块用于输出恒定的驱动电流。
在某些实施例中，所述温控电路还包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管与所述滞回过温保护模块连接，所述第二MOS管与所述恒流驱动模块连接。
在某些实施例中，所述温控电路还包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管，所述第三MOS管和第四MOS管为一组电流镜像，第五MOS管和第六MOS管为一组电流镜像。
在某些实施例中，所述调节模块用于随着温度升高调节所述温控电路输出的第一电流，通过调节所述第一电流的大小调节流过所述LED灯的第二电流，以抑制所述温度的升高。
在某些实施例中，所述调节模块包括电流源电路，所述电流源电路包括：感温元件、第一电阻、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和达林顿管；所述第一电阻的一端连接第一电源，所述第一电阻的另一端连接所述感温元件和所述第五电阻；所述感温元件连接所述第一电阻和地，所述感温元件用于实时测量所述LED灯的温度；所述第五电阻的一端连接所述第一电阻和所述感温元件，所述第五电阻的另一端连接所述第二运算放大器的第一输入端；所述第六电阻连接所述第二运算放大器的第二输入端和地；所述第七电阻与所述第八电阻和第十电阻串联连接在所述第二运算放大器的所述第一输入端和所述第二输入端，所述第八电阻连接所述第七电阻的一端和所述第二运算放大器的所述第一输入端，所述第九电阻连接所述第七电阻的另一端和所述第二运算放大器的所述第二输入端；所述第十电阻连接所述第二运算放大器的输出端和所述达林顿管的基极，所述达林顿管的发射极连接所述第七电阻的另一端。
在某些实施例中，所述调节模块还包括：自适应调节单元和第七mos管，所述第七mos管与所述LED灯并联连接，所述自适应调节单元用于在所述LED灯的温度升高至所述预设调控区间范围内时，控制所述第七mos管开启并输出所述第一电流以调节流过所述LED灯的第二电流。
本申请还提供了一种发光装置。所述发光装置包括LED灯和上述权利要求任意一项所述的温控电路，所述温控电路与所述LED灯连接。
本申请的LED温控电路带有滞回功能的过温保护模块和电流随温度自适应的调节模块，从而同时具有过温保护和温度自适应调节功能，可以避免LED灯过温工作，延长LED灯的使用寿命。此外，过温保护模块还增加了重新启动LED灯的温度滞回区间可以避免LED闪烁，进一步延长LED灯的寿命。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式的温控电路的示意图；
图2是本申请某些实施方式的温控电路中的调节模块的电流源电路示意图；
图3是本申请某些实施方式的温控电路中的滞回过温保护模块的电路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
光二极管(LED)灯与传统的发光灯相比，具有高节能、寿命长、颜色多变幻、利环保等优点，因此在各个领域都得到广泛应用。然而目前的LED灯的驱动电路并不能很好地与LED灯相匹配，存在着寿命不匹配、效率较低、散热不好等问题。可以理解地，电路的工作温度严重影响LED灯的工作寿命，温度越高其寿命越短。
为了解决这一问题，请参阅图1，本申请提供一种用于LED灯的温控电路100。温控电路100包括调节模块10和滞回过温保护模块20。调节模块10用于在LED灯的温度升高至预设调控区间范围内时，调节LED灯的驱动电流以抑制LED灯的温度升高。滞回过温保护模块20用于在LED灯的温度大于第一阈值时关闭LED灯，并在LED灯的温度由第一阈值降低到第二阈值时重新启动LED灯。
具体地，预设调控区间范围的最大值可以为第一阈值，即当温度超出预设调控区间范围时，则温控电路100可以通过滞回过温保护模块20控制关闭LED灯，并在LED灯的温度由第一阈值降低到第二阈值时重新启动LED灯。其中第一阈值与第二阈值之间的温度范围区间为温度滞回区间。因此，第二阈值可以为预设调控范围内的温度值，也可以是低于预设调控范围的温度值。
例如，预设调控区间范围为[40°，70°]，第一阈值可以为70°，当LED灯的温度超过第一阈值时，则温控电路100可以通过滞回过温保护模块20控制关闭LED灯，可以避免LED灯过温工作，延长LED灯的使用寿命。当需要重新启动LED灯时，不是立刻在温度下降至70°以下，例如69°就重新启动LED灯，第二阈值可以在预设调控区间范围内，例如第二阈值为50°，则当LED灯的温度由70°下降至50°时，则滞回过温保护模块20控制重新启动LED灯，[50°，70°]即为温度滞回区间。第二阈值也可以低于预设调控区间范围内，例如第二阈值为30°，则当LED灯的温度由70°下降至30°时，则滞回过温保护模块20控制重新启动LED灯，[30°，70°]即为温度滞回区间。通过设置温度滞回区间可以有效避免LED灯闪烁的问题，进一步延长LED灯的使用寿命。
本申请的LED温控电路带有滞回功能的过温保护模块20和电流随温度自适应的调节模块10，从而同时具有过温保护和温度自适应调节功能，可以避免LED灯过温工作，延长LED灯的使用寿命。此外，过温保护模块20还增加了重新启动LED灯的温度滞回区间可以避免LED闪烁，进一步延长LED灯的寿命。
请结合图1，温控电路100包括第一MOS管M27和第二MOS管M30，第一MOS管M27与滞回过温保护模块20连接，第二MOS管M30与恒流驱动模块30连接。
具体地，恒流驱动模块30的工作原理为：当通过M30的电流增大时，R7的电压增大，通过R7的反馈作用使得第三运算放大器32的反相端电压U–增大。负反馈结构使得第三运算放大器32的输出电压减小，即使得开关管M30的栅极电压减小，M30的漏电流减小，达到动态平衡，使得流出M30的电流保持恒定。由于运算放大器的钳位作用使得U+＝U–，从而确定了R7的电流I0，如下式所示：
Figure GDA0003978806140000041
其中，钳位作用是指将某点的电位限制在规定电位的措施，钳位作用是一种过压保护技术。
温控电路100还包括第三MOS管M28、第四MOS管M29、第五MOS管M31和第六MOS管M33，所述第三MOS管M28和第四MOS管M29为一组电流镜像，第五MOS管M31和第六MOS管M33为一组电流镜像。
可以理解地，由于MOS管相当于一个开关阀，且MOS管的状态可以分为三种状态，分别为：饱和区、放大区和截止区，饱和区指的是MOS管阀门全开的状态，放大区指的是MOS管阀门开放的过程，截止区指的是MOS管阀门关闭的状态。具体地，第三MOS管M28、第四MOS管M29、第五MOS管M31和第六MOS管M33都处于饱和区，也即是，M28和M29、M31和M33相当于都处于阀门全开的状态。
其中，M28的一端与M30连接，M33的一端与LED灯连接，M28的另一端与M29连接构成一组电流镜像，M31的一端与M29连接，M31的另一端与M33连接构成第二组电流镜像。因此，流经M30的电流I0会经过M28与M29的镜像作用后，再经过M31和M33的镜像作用在M33产生对应的镜像电流KI0用于驱动LED灯。经过上述过程，此时LED灯的驱动电流为：
Figure GDA0003978806140000042
式中K＝K1K2，其中K1为M29与M28的宽长比，K2为M31与M33的宽长比。宽长比是MOS管的导电沟道的宽与长的比，宽长比越大，MOS管的通过的额定电流(Id)就越大，也就是宽长比与Id成正比。
下面详细介绍调节模块10和滞回过温保护模块20的内部电路及其工作原理。
请参阅图1和图2，调节模块10包括电流源电路PTAT。电流源电路PTAT为图1中的IPTAT符号中代表的电路。电流源电路PTAT包括：感温元件NTC1、第一电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R29、第二运算放大器U6A、第七电阻R31、第八电阻R2、第九电阻R33、第十电阻R27和达林顿管(Q1和Q3)。第一电阻R3的一端连接第一电源3.3V，第一电阻R3的另一端连接感温元件NTC1和第五电阻R5；感温元件NTC1连接第一电阻R3和地，感温元件NTC1用于实时测量LED灯的温度。
第五电阻R5的一端连接第一电阻R3和感温元件NTC1，第五电阻R5的另一端连接第二运算放大器U6A的第一输入端3；第六电阻R29的一端连接第二运算放大器U6A的第二输入端2和地；第七电阻R31与第八电阻R2和第十电阻R27串联连接在第二运算放大器U6A的第一输入端3和第二输入端2，第八电阻R2连接第七电阻R31的一端和第二运算放大器U6A的第一输入端3，第九电阻R33连接第七电阻R31的另一端和第二运算放大器U6A的第二输入端2；第十电阻R27连接第二运算放大器U6A的输出端1和达林顿管(Q1和Q3)的基极，达林顿管的发射极连接第七电阻R31的另一端。由图2可知，第一电流IPTAT为经过第七电阻R31的电流。其中，第二运算放大器U6A的型号可以为TL082IDR，达林顿管(Q1和Q3)的型号为2SCI6233，R5、R29、R2和R33的阻值可以为10KΩ，R27和R31的阻值可以为100Ω。需要说明的是，图2中的标出的值仅为一种可以实施的示例，温控电路100中的各个部件可以按需设置不同型号或不同阻值的元件组成温控电路100。
请结合图1，调节模块10还包括：自适应调节单元11和第七mos管M32，第七mos管M32与LED灯并联连接，第一电流IPTAT从第七mos管M32经过，与经过LED灯的第二电流ILED汇合流入第六mos管M33中。
自适应调节单元11用于在LED灯的温度升高至预设调控区间范围内时，控制第七mos管M32开启并输出第一电流IPTAT以调节流过LED灯的第二电流ILED。
当LED灯的温度升高至预设调控区间范围时，调节模块10用于随着LED灯的温度升高调节温控电路100输出的第一电流IPTAT，通过调节第一电流IPTAT的大小调节流过LED灯的第二电流ILED，从而抑制LED灯的温度的升高。可以理解地，由图1可知，第二电流ILED与第一电流IPTAT之和等于经过M33的电流I33，即连接有LED灯的支路与连接有调节模块10的支路是并联连接的。因此，当调节模块10调节第一电流IPTAT的变大时，第二电流ILED等于I33减去IPTAT，则ILED的值变小；当调节模块10调节第一电流IPTAT的变小时，第二电流ILED等于I33减去IPTAT，则ILED的值变大。
结合图2可知，调节模块10内部电路的调节工作原理为：当灯条温度变化时，NTC1的阻值随之变化，导致第二运算放大器U6A输入正端电压变化。为了使得第二运算放大器保持稳定，可以不断调节达林顿管(Q1、Q3)输出的电流。当调节达林顿管(Q1、Q3)至R31两端的电压与Ut相等时，第二运算放大器U6A达到稳定。此时，流过R31的电流IPTAT：
Figure GDA0003978806140000061
请参阅图3，滞回过温保护模块20包括：感温元件NTC1、第一电阻R3、第二电阻R4、第一运算放大器U1A、第三电阻R1和第四电阻R2。第一电阻R3的一端连接第一电源U0，第一电阻R3的另一端连接感温元件NTC1和第二电阻R3。感温元件NTC1连接第一电阻R3和地，感温元件NTC1用于实时测量LED灯的温度。第二电阻R4的一端连接第一电阻R3和感温元件NTC1，第二电阻R4的另一端连接第一运算放大器U1A的第一输入端7；第三电阻R1连接第一运算放大器U1A的第二输入端6和输出端8；第四电阻R2连接第一运算放大器U1A的第二输入端6和地。由图3可知，第一运算放大器U1A的第二输入端6连接基准电压U基。具体地，感温元件NTC1可以为热敏电阻，可以与LED灯有线连接或无线连接以实时检测LED灯的温度。第一运算放大器U1A的型号可以为图3中所示的LM339。
具体地，感温元件NTC1可以是热敏电阻。滞回过温保护模块20内部的温度滞回比较电路如图3所示，R3与热敏电阻NTC1分压。当LED灯的温度变化时，热敏电阻NTC1的阻值随之变化，导致第一运算放大器U1A的第一输入端7(正端)的电压Ut变化。具体地，LED灯的温度越高，热敏电阻NTC1的阻值越小，则通过NTC1的电流越大，因此，通过R3的电流也变大，即R3与NTC1之间与R4连接至第一运算放大器U1A的连接点处电压Ut也增大，该电压Ut就是第一运算放大器U1A的第一输入端7的电压值。
请结合图1，随着感温元件NTC1测量的温度变化，第一运算放大器U1A输出的Uout可以对M27的饱和或截止状态进行控制，以达到电路短路使得LED灯的驱动电路停止工作和重新启动工作状态的滞回过温保护的功能。
具体地，当NTC1检测到LED灯的温度为第一阈值时，例如第一阈值为70°时，则感温元件NTC1的阻值变小，则通过R3的电流也相应地变大，即R3与NTC1之间与R4连接至第一运算放大器U1A的连接点处电压Ut也增大，REF端的电压为基准电压U基为一个相对的定值，Uout＝|Ut|-|U基|，则输出的Uout为正值且慢慢变大，根据增大的Uout，则mos管可以控制M27由初始的截止状态慢慢变为放大状态，最终达到饱和状态，从而导通M27，使得R7两端的电路短路，使得整个LED驱动电路短路，LED灯停止工作。
可以理解地，其中，REF端的电压为基准电压U基为一个相对的定值，U基与第一运算放大器U1A输出的电压值U1A’有关。当U1A’值为正值，即第一运算放大器U1A的正端(7端)的供电电压V+大于负端(6端)的供电电压V-时，例如，如图3所示，第一运算放大器U1A的正端(7端)的供电电压V+为+15V，第一运算放大器U1A的负端(6端)的供电电压为+5V，此时REF端的电压U基为V+*(R3/(R3+R2))＝15*(R3/(R3+R2))。
当U1A’值为负值，即第一运算放大器U1A的正端(7端)的供电电压V+小于负端(6端)的供电电压V-时，例如，第一运算放大器U1A的正端(7端)的供电电压V+为+2V，第一运算放大器U1A的负端(6端)的供电电压为+5V，则此时REF端的电压U基为V-*(R3/(R3+R2))＝5*(R3/(R3+R2))。也即是，REF端的基准电压U基的数值可以为V+*(R3/(R3+R2))或V-*(R3/(R3+R2))，REF端的基准电压U基与第一运算放大器U1A的正端和负端的供电电压之间的大小及R2和R3的阻值相关。
当NTC1检测到LED灯的温度由第一阈值下降到第二阈值时，例如第二阈值为40°时，则感温元件NTC1的阻值变大，则通过R3的电流也相应地变小，即R3与NTC1之间与R4连接至第一运算放大器U1A的连接点处电压Ut也变小，REF端的电压为基准电压U基为一个相对的定值，则此时，Uout＝|Ut|-|U基|，则输出的Uout变小，相应地，控制M27由初始的饱和状态慢慢变为缩小状态，当|Ut|小于|U基|时，Uout为负数时，M27最终恢复截止状态。此时M27由导通状态变为断开状态，使得R7两端的电路重新工作，使得整个LED驱动电路开始工作，LED灯开始工作。
可以理解地，第一运算放大器U1A的输出端8的输出电压Uout为第一输入端7的输入电压Ut绝对值与基准电压U基绝对值的差值。
请参阅图1，温控电路100还包括恒流驱动模块30，恒流驱动模块30用于输出恒定的驱动电流。
具体地，恒流驱动模块30主要由电压基准源31(Uref)和第三运算放大器32构成，即图1中虚线框内部分。温控电路100通过恒流驱动模块30的负反馈结构可以实现输出恒定的电流，减小电路的功耗。负反馈结构为图1中从开关管M30流出电流并流经电阻R7的一条支路33与第三运算放大器32的第二输入端连接，从而将从第三运算放大器32的输出端流出的电流经过开关管M30分流至电阻R7的支路33，通过分流至电阻R7的电流大小反馈至第三运算放大器32的第二输入端。
本申请还提供一种发光装置200。发光装置200包括温控电路100和LED灯，温控电路100与LED灯连接。当LED灯的温度在预设调节区间范围内时，发光装置200通过温控电路100中的调节模块10调节通过LED灯的驱动电流，避免LED灯过温工作，延长LED灯的使用寿命。当LED灯的温度超出预设调节区间范围时，发光装置200通过温控电路100中的滞回过温保护模块20控制LED灯的工作与关闭状态，此外，滞回过温保护模块20设置有重新启动LED灯的温度滞回区间，可以避免LED闪烁，进一步延长LED灯的寿命。

Claims (9)

1.一种用于LED灯的温控电路，其特征在于，所述温控电路包括：
调节模块，所述调节模块用于在所述LED灯的温度升高至预设调控区间范围内时，调节所述LED灯的驱动电流以抑制所述LED灯的温度升高；和
滞回过温保护模块，所述滞回过温保护模块用于在所述LED灯的温度大于第一阈值时关闭所述LED灯，并在所述LED灯的温度由所述第一阈值降低到第二阈值时重新启动所述LED灯；
所述滞回过温保护模块包括：感温元件、第一电阻、第二电阻、第一运算放大器、第三电阻和第四电阻；
所述第一电阻的一端连接第一电源，所述第一电阻的另一端连接所述感温元件和第二电阻；所述感温元件连接所述第一电阻和地，所述感温元件用于实时测量所述LED灯的温度；
所述第二电阻的一端连接所述第一电阻和所述感温元件，所述第二电阻的另一端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
所述第三电阻连接所述第一运算放大器的第二输入端和输出端；
所述第四电阻连接所述第一运算放大器的第二输入端和地；
所述第二输入端接入基准电压。
2.根据权利要求1所述的温控电路，其特征在于，所述第一运算放大器的所述输出端的输出电压为所述第一输入端的输入电压与所述基准电压的差值。
3.根据权利要求1所述的温控电路，其特征在于，所述温控电路还包括恒流驱动模块，所述恒流驱动模块用于输出恒定的驱动电流。
4.根据权利要求3所述的温控电路，其特征在于，所述温控电路还包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管与所述滞回过温保护模块连接，所述第二MOS管与所述恒流驱动模块连接。
5.根据权利要求1所述的温控电路，其特征在于，所述温控电路还包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管，所述第三MOS管和第四MOS管为一组电流镜像，第五MOS管和第六MOS管为一组电流镜像。
6.根据权利要求1所述的温控电路，其特征在于，所述调节模块用于随着温度升高调节所述温控电路输出的第一电流，通过调节所述第一电流的大小调节流过所述LED灯的第二电流，以抑制所述温度的升高。
7.根据权利要求1所述的温控电路，其特征在于，所述调节模块包括电流源电路，所述电流源电路包括：感温元件、第一电阻、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和达林顿管；
所述第一电阻的一端连接第一电源，所述第一电阻的另一端连接所述感温元件和所述第五电阻；所述感温元件连接所述第一电阻和地，所述感温元件用于实时测量所述LED灯的温度；
所述第五电阻的一端连接所述第一电阻和所述感温元件，所述第五电阻的另一端连接所述第二运算放大器的第一输入端；
所述第六电阻连接所述第二运算放大器的第二输入端和地；
所述第七电阻与所述第八电阻和第十电阻串联连接在所述第二运算放大器的所述第一输入端和所述第二输入端，所述第八电阻连接所述第七电阻的一端和所述第二运算放大器的所述第一输入端，所述第九电阻连接所述第七电阻的另一端和所述第二运算放大器的所述第二输入端；
所述第十电阻连接所述第二运算放大器的输出端和所述达林顿管的基极，所述达林顿管的发射极连接所述第七电阻的另一端。
8.根据权利要求6所述的温控电路，其特征在于，所述调节模块还包括：自适应调节单元和第七mos管，所述第七mos管与所述LED灯并联连接，所述自适应调节单元用于在所述LED灯的温度升高至所述预设调控区间范围内时，控制所述第七mos管开启并输出所述第一电流以调节流过所述LED灯的第二电流。
9.一种发光装置，其特征在于，所述发光装置包括LED灯和权利要求1至8任一项所述的温控电路，所述温控电路与所述LED灯连接。
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