CN1149733C - 电源电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于使用了LED的信号灯等的在严冬和夏季都能正常工作的电源电路，接通电源后光源部立刻发光。由整流部(100)对交流电(AC)进行整流，集成电路(IC1)的内部具备误差放大器(204)。对误差放大器(204)输入基准电压(Vref)和输出电压检测部(300)的输出电压。用检测电压(Vfb)检测输出电压(V0)，误差放大器(204)将基准电压(Vref)与检测电压(Vfb)进行比较，放大该误差并输出。通过该控制工作使Vfb无限接近于Vref，得到由Vref决定的V0。由二极管(D4)和热敏电阻(R10)构成温度检测部。

Description

电源电路
技术领域
本发明涉及使用了LED(发光二极管)的信号灯等中所用的电源电路。
背景技术
曾经试图将使用了LED的信号灯用于交通信号机。LED能得到多种颜色，与白炽灯泡相比，发光效率高，作为照明器具的光源，具有节能的优点。
但是，为了将LED光源作为交通信号灯具或一般的照明器具的光源在室内或室外安全且长寿命地使用，需要预先考虑从冬天到夏天很宽的环境温度变化。
例如，使用LED的信号灯在冬天零下的温度下点亮时，以LED内发光部为中心，迅速发热，因此，构成LED的内部物质产生热膨胀。而在LED处于低温状态时，LED整个结构体处于收缩状态，所以，上述点亮时产生的内部热膨胀会导致在LED结构体的内外部间产生机械应力。
因此，反复开灯和关灯成为恶劣的使用状态，在适当的条件下有时会导致LED的损坏。
为了在得到必要的发光量的同时缓和上述现象，必须充分考虑LED的温度特性，采取在诸温度下通过适当的电流量的使用方法。
此外，在夏天高温的情况下，必须考虑以下各点。LED的制造商标出了使用时的各种绝对额定值，据此，在LED的周围环境温度超过室温的高温下，只允许比室温允许的电流小的电流量。
即，在实际使用时，在放置LED的周围环境温度超过约40度的高温下，必须减小通过的电流量，使其比常温时小，以免因构成LED的内部物质的温度上升而产生熔断等热损坏。
这时，在得到必要的发光量的同时，还必须使电流在高温容许电流值之下。
此外，在使用了LED的信号灯中，还存在从接通电源到亮灯需要一定的时间的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的的要求和问题而提出的，其目的在于提供一种使用了LED的信号灯等中所用的电源电路，在严寒的冬天和炎热的夏天都能正常工作，而且，在接通电源后LED能迅速发光。
为达到上述目的，本发明的电源电路的特征在于：具备：对交流电源进行整流的整流部；从由上述整流部整流的电压取出恒定电压的稳定电源电路部；由上述稳定电源电路部的输出电压驱动的发光二极管；以及由热敏电阻与发光二极管并联连接、具有检测外界温度的温度检测部、并根据检出的外界温度从上述稳定电源电路部的输出电压产生适合发光二极管的电压的输出电压检测部，上述稳定电源电路部将上述输出电压检测部的输出电压与基准电压进行比较，得到控制信号，将响应该控制信号的电流输入给变压器，并将该变压器的输出送往上述发光二极管。
又，上述稳定电源电路部，还可以具有将从上述交流电源被接通直至上述发光二极管点亮为止的延迟时间缩短的启动辅助电路。
附图说明
图1是表示与本发明的实施例有关的电源电路1的结构的方框图。
图2是表示整流部100的结构的电路图。
图3是表示稳定电源电路部200的结构的电路图。
图4是表示输出电压检测部300和光源部400的结构的电路图。
图5是表示电源电路1的概略结构的示意图。
图6是表示在没有启动辅助电路202的情况下点102的电压500和电流502的波形图。
图7是表示在有启动辅助电路202的情况下点102的电压504和电流506的波形图。
图8是表示在没有启动辅助电路202的情况下点206的电压508和点404的电压510的波形图。
图9是表示在有启动辅助电路202的情况下点206的电压512和点404的电压514的波形图。
图10是表示温度改变时的照度变动的图。
图11是表示温度改变时的照度变动的图。
图12是表示温度改变时的照度变动的图。
图13是表示温度改变时的照度变动的图。
图14是表示温度改变时的照度变动的图。
图15是表示温度改变时的照度变动的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是表示与本发明的一实施例有关的电源电路的结构的方框图。电源电路1具有整流部100、稳定电源电路部200、输出电压检测部300和光源部400。
整流部100对交流电压进行整流。稳定电源电路部200将输出电压检测部300的输出电压与基准电压进行比较，得到控制信号，将由与该控制信号量对应的信号进行了开关控制的电流输入给变压器，并将该变压器的输出送往光源部400和输出电压检测部300。
输出电压检测部300具有检测外界温度的温度检测部，检测稳定电源电路部200的输出电压，在考虑外界温度的基础上，生成与光源部400的发光二极管的温度特性相匹配信号，并将该信号反馈到稳定电源电路部200。
光源部400由多个LED构成，利用稳定电源电路部200输出的电压进行发光。
图2、图3、图4是表示整流部100、稳定电源电路部200、输出电压检测部300和光源部400的具体结构的电路图。
在整流部100中，交流AC加在端子104和106之间。R1是电路保护电阻，ZNR1是电涌吸收器，C1是吸收噪声用电容器。AC电源滤波器L1与噪声吸收用电容器C1连接，吸收噪声用电容器C2与该AC电源滤波器L1连接。
D1是用来将交流电压整流成直流电压的桥式二极管，C3是是用来吸收高频噪声和整流后的纹波电压的电容器。
其次，使用图3说明稳定电源电路部200。
该稳定电源电路部200由电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容器C4、C5、C6、C7、C8、变压器L2、二极管D2、D3、集成电路IC1和MOS-FET(Q1)等构成。而且，由电容器C7和电阻R5构成启动辅助电路202。
电阻R2、电阻R3是作为集成电路IC1内装乘法器工作用的电压供给电路的电阻。电容器C4吸收噪声，电容器C5补偿集成电路IC1的相位。
电阻R4是产生电压降并供给集成电路IC1的工作电压用的电阻。电容器C6是纹波电压吸收用的平滑电容器。
电阻R5将AC电源接通时从点204向点206、至电容器C6中迅速加快充电的电流值限制在适当的值，稳态时，在点204与点206之间给出合适的阻抗。
电容器C7通过其微分作用，在AC电源接通后快速对电容器C6充电，使集成电路IC1很快开始工作。
变压器L2具有初级线圈L2-1、次级线圈L2-2和L2-3。
二极管D2在稳定开关工作时，对由变压器L2的次级线圈L2-2产生的交流电进行整流，向集成电路IC1供给直流电源电压，进而，阻止从点206流出反向电流。
电阻R6是集成电路IC1用的零电流检测电路用的电阻。MOS-FET(Q1)使流过变压器L2的初级线圈L2-1中的电流通断、进行开关控制。
电阻R7检测流过变压器L2的初级线圈L2-1中的电流。
二极管D3对变压器L2的次级线圈L2-3的输出进行交流整流。电容器C8是平滑用电容器。
其次，使用图4说明输出电压检测部300和光源部400。输出电压检测部300具有发光二极管D4、热敏电阻R10、电阻R8和电阻R9。由热敏电阻R10和发光二极管D4构成温度检测部，检测外界温度。
发光二极管D4是与发光部LED402同类的发光二极管，是用来主要对光源部LED402的低温特性进行校正的温度检测用LED。
热敏电阻R10是用来主要对光源部LED402的高温特性进行校正的温度检测用LED。光源部400具有光源部LED402。该光源部LED402利用稳定电源电路部200的输出电压进行发光。
其次，概略说明电源电路1的工作。
整流部100对交流AC进行整流，得到包含纹波的粗直流。该粗直流作为整个电路的电源来供给。
在稳定电源电路部200中，集成电路IC1内部装有基准电压，将该基准电压与输出电压检测部300检测出的电压进行比较，再进行误差放大，从而得到控制信号。
对MOS-FET(Q1)进行开关控制，使与该控制信号对应的电流通过变压器L2的初级线圈L2-1，从而使变压器L2的次级线圈L2-3中产生交流电压。
次级线圈L2-3的交流电压经二极管D3整流后，由电容器C8进行平滑变成直流输出电压。
输出电压检测部300包含温度检测部，在考虑各种发光颜色的LED所固有的温度特性的基础上进行控制，以使光源部LED400在从冬季到夏季的很宽的环境温度变化下都能确保所要求的功能。光源部400具有多个光源部LED402，从而使其作为光源具有必要的光量和适合于使用目的的功能。
其次，更详细地说明作为本发明的特征的输出电压检测部300和启动辅助电路202。
图5是对稳定电源电路部200进行了示意描述时的电源电路1的概略结构图。稳定电源电路部200以由整流部100将交流AC整流后的粗直流电压作为电源，进行工作。
集成电路IC1的内部具有误差放大器204。误差放大器204输入基准电压Vref和输出电压检测部300的输出电压Vfb。
通过检测电压Vfb来检测输出电压V0，误差放大器204将基准电压Vref与检测电压Vfb进行比较，对误差部分进行放大并输出。
通过该控制动作，使Vfb无限接近于Vref，从而得到由Vref决定的V0。
而且，输出电压V0如下式所示。
      V0＝A(Vref-Vfb)                   …………(1)
      这里，A：增益
            Vref：基准电压
            Vfb：对输出电压V0进行分压并进行了与LED的温度特性相应的操作的检测电压。
      Vfb如下式所示。
      Vfb＝R101·V0/(R101+R102)          …………(2)
      这里，R101是R9的电阻值
         R102是二极管D4、热敏电阻R10和电阻R8的合成电阻。
将(2)式代入(1)式，得到。
     V0＝A·Vref-A·R101·V0/(R101+R102)
     (1+A·R101/(R101+R102))V0＝A·Vref
因此，
     V0＝A·Vref/(1+A·R101/(R101+R102))
若A＞1，则
     V0可近似由下式表示。
     V0＝(R101+R102)·Vref/R101      …………(3)
根据式(3)，Vref一定，V0由(R101+R102)/R101决定，所以，能得到不受AC电源电压影响的稳定的V0。
而且，在本实施例中，为了使输出电压V0是在考虑光源部LED402的温度特性之后定出的值，使R102具有适合高温用和低温用的特性。
首先，说明冬季温度在零下时的工作。
在输出电压检测部300中，因在低温下热敏电阻R10的电阻值大，故不流过电流，只有发光二极管D4流过电流。
发光二极管D4产生与其阈值对应的恒定的电压降，该电压降随外界温度而变化，所以，可以利用二极管的温度特性，使其与光源部LED402的温度特性相互抵消。光源部LED402的温度特性是低温时流过光源部LED402的电流因阈值电压的升高而下降。
发光二极管D4的温度特性是低温时阈值电压增加，利用发光二极管D4的这一温度特性使检测电压下降，通过这样的控制工作，使输出电压上升，从而使流过光源部LED402的电流增加。
此外，集成电路IC1内装的基准电压Vref的温度特性是低温时基准电压Vref增加，由此产生的控制动作使输出电压增加，从而使电流增加。
这样，把光源部LED402的温度特性、发光二极管D4的温度特性和集成电路IC1内装的基准电压Vref的温度特性综合起来的结果是，从常温到低温电流值略有减小，减少了发光量对温度的依赖关系。
其次，说明夏季高温时的工作。
在温度检测部的热敏电阻R10和发光二极管D4中，当外界温度上升时，热敏电阻R10的电阻值减小，所以，流过热敏电阻R10中的电流增大，当其两端的电压值为发光二极管D4的阈值电压以下时，发光二极管D4不通过电流。
因此，伴随温度的上升，热敏电阻R10的电压减小，检测电压Vfb增加，与集成电路IC1内装的基准电压Vref的温度特性相互抵消，利用这样的控制工作，使输出电压V0减小，使高温时流过光源部LED400中的电流在容许电流值以下。
从图10到图15是表示温度变化时LED灯泡照度变动的实验结果的图，图10和图11是红色LED灯泡的情况，图12和图13是黄色LED灯泡的情况，图14和图15是绿色LED灯泡的情况。而且，在图10、图12、图14中，没有由二极管D4和热敏电阻R10构成的温度检测部。
例如，图10是改变外界温度并测定红色LED灯泡的照度再以温度为23度的情况为基准求出照度的变动率的图。温度从-40度到约60度，照度的变动大约从150％到65％，但在图11中，其变动是从80％到102％左右，可知其变动较小。从图12到图15的情况可以说也是一样的。
这样，按照本实施例，无论是冬季或夏季LED灯泡都能正常工作。
其次，详细说明作为本发明的第2特征的启动辅助电路。
如图3所示，在稳定电源电路200中，在点204与点206之间设有由电容器C7和电阻R5构成的启动辅助电路202。通过该启动辅助电路202可以缩短电源电路1从接通交流电源之后到光源部400开始亮灯的延迟时间。
首先，说明不存在启动辅助电路202时的动作。为了使集成电路IC1开始其功能的工作，必须在该电源连接端子(8)上加上大约12V的直流电压。
从AC电源接通之后供给集成电路IC1的电源连接端子的电压随时间的变化如下。
从点204的大致是恒定电压值的直流电源通过电阻R4对电容器C6开始充电，该直流电压值经过大约为电阻R4与电容器C6的乘积的时间常数的时间从零逐渐上升。
因此，集成电路IC1要达到开始工作的电压值需要一定的时间，其结果，到光源部LED402的开始亮灯存在一定的时间延迟。
图6中表示没有启动辅助电路时的点102(图2)的AC电压500和AC电流502。
图8表示不存在启动辅助电路202时的点206的电压508和点404的电压510。
其次，说明存在启动辅助电路202时的工作。当存在启动辅助电路202时，从AC电源接通之后，开始经电阻R4和启动辅助电路202的通路这两条路径对电容器C6充电，所以，比没有启动辅助电路202只有电阻R4的情况，其充电电流增大了。
启动辅助电路202加快对电容器C6的充电，供给集成电路IC1的电源连接端子(8)的电压迅速升高，所以，集成电路IC提前开始工作，其结果，缩短了到光源部LED402开始亮灯的时间。
该促进效果是通过由电容器C7的微分作用(相位超前)产生的充电电流来实现的，电容器C7充电后，只通过电阻R4向集成电路IC供给电源电流。
电阻R5将迅速地加快充电的电流值限制在适当的值，在稳态时，在点204与点206之间存在合适的阻抗。
图7表示存在启动辅助电路202时的点102的交流电压504和交流电流506，图9表示存在启动辅助电路202时的点206的电压512和点404的电压514。
通过将图6与图7比较可知，即使设有启动辅助电路202，点102的电流和电压波形也大体接近于正弦波。
此外，通过将图8与图9比较可知，通过设置启动辅助电路202，点206的电压512上升得快，点404的电压514也上升得快。
这样，通过设置启动辅助电路202，从AC电源接通后瞬间地光源部LED402便亮灯。
再有，与本实施例有关的电源电路1除信号机之外，还可以用于照明。
如上所述，按照本发明，能够提供一种电源电路，在严冬和夏季都能正常工作，接通电源后光源部立刻就会发光。

Claims (2)

1.一种电源电路，其特征在于：
具备：
对交流电源进行整流的整流部；
从由上述整流部整流的电压取出恒定电压的稳定电源电路部；
由上述稳定电源电路部的输出电压驱动的发光二极管；以及
由热敏电阻与发光二极管并联连接、具有检测外界温度的温度检测部、并根据检出的外界温度从上述稳定电源电路部的输出电压产生适合发光二极管的电压的输出电压检测部，
上述稳定电源电路部将上述输出电压检测部的输出电压与基准电压进行比较，得到控制信号，将响应该控制信号的电流输入给变压器，并将该变压器的输出送往上述发光二极管。
2.如权利要求1中记载的电源电路，其特征在于：上述稳定电源电路部，还具有将从上述交流电源被接通直至上述发光二极管点亮为止的延迟时间缩短的启动辅助电路。
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