CN116471723B - 一种基于恒流控制的led串联故障旁路电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，包括滤波电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、二极管D₁、第一三极管Q₁、以及第二三极管Q₂，本发明还公开了一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法。本发明通过旁路掉发生故障的LED串联模块，降低LED串联模块部分的导通压降，维持正常导通电流，降低了发生故障的LED串联模块的功率消耗，并且LED故障处理电路中的三极管工作时不需要另外的外接电源。

Description

一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路及方法

技术领域

本发明属于LED照明领域，具体涉及一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，还涉及一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法，适用于LED照明等领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，LED因其发光效率高、环保、寿命长、颜色多样、易于调光等优点，使得LED在各领域越来越被广泛应用。尤其是多个LED组成的串联模块。然而在实际使用过程中，当其中某个LED发生故障时，将会影响整个LED串联模块的正常工作。

多个LED串联时，当其中的某个LED发生故障后会导致整个LED串联模块最终都会停止工作，LED驱动电路应具备故障排除的能力，现有的LED驱动电路通常是在LED上反并联稳压二极管，但这样做电路中会产生很大的损耗，并且经济效益不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，还提供一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法。

本发明的上述目的通过以下技术手段实现：

一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，包括滤波电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、二极管D₁、第一三极管Q₁、以及第二三极管Q₂，

输入端正极a分别与滤波电容C₁正极、第一电阻R₁一端、第三电阻R₃一端和第一三极管Q₁的发射极连接，输入端负极b分别与滤波电容C₁负极、第二电阻R₂一端、第二三极管Q₂的发射极和第五电阻R₅一端连接，第一电阻R₁另一端和第二电阻R₂另一端均与二极管D₁的阳极连接，二极管D₁的阴极分别与第二三极管Q₂的基极和第四电阻R₄一端连接，第二三极管Q₂的集电极分别与第一三极管Q₁的基极和第三电阻R₃另一端连接，第四电阻R₄的另一端和第五电阻R₅的另一端均与第一三极管Q₁的集电极连接，第一三极管 Q₁为PNP三极管，第二三极管Q₂为NPN三极管。

一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法，包括以下步骤：

当被监测LED串联单元正常工作时，第二电阻R₂的电压U_R2减去二极管D₁正向压降V_f后小于第二三极管Q₂的开通电压，第二三极管Q₂不导通；

当被监测LED串联单元中某个LED发生故障时，第二电阻R₂上的分压使第二三极管Q₂导通，第二三极管Q₂导通后，第一三极管Q₁的发射极电压大于第一三极管Q₁的基极电压，使得第一三极管Q₁导通，经输入端正极a输入的电流主要通过第一三极管Q₁流向第五电阻R₅，最后自输出端负极b输出，第一三极管Q₁导通后，第五电阻R₅上产生电压降，第四电阻R₄作为上拉电阻，第二三极管Q₂基极电压大于第二三极管Q₂发射极电压，第一三极管Q₁和第二三极管Q₂会一直导通。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明可以在恒流控制的情况下排除LED串联模块中发生故障的LED并且可以降低功率消耗。

附图说明

图1为本发明的原理图，

图2为本发明的电路结构示意图，

图3为本发明与LED串联模块的连接方式示意图，

图4为本发明的实施例2中第二三极管Q₂基极与发射极之间的电压，

图5为本发明的实施例2中被检测故障LED串联单元上的电压波形图，

图6为本发明的实施例2中整个LED串联模块上的电流波形图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

为了后续方便说明与分析，将表示电路元件的电压、电流等参数的定义如下：

V_b1为第一三极管 Q₁（PNP）基极电压，V_c1为第一三极管Q₁（PNP）集电极电压，V_e1为第一三极管Q₁（PNP）发射极电压，V_be1为第一三极管Q₁（PNP）基极与发射极两端电压，V_b2为第二三极管Q₂（NPN）的基极电压，V_c2为第二三极管Q₂（NPN）集电极电压，V_e2为第二三极管Q₂（NPN）发射极电压，V_be2为第二三极管Q₂（NPN）基极与发射极两端电压，V_f定义为二极管的正向压降，U_R2定义为电阻R₂上的电压，U_R5定义为电阻R₅上的电压，U₁为电源电压，V_a为LED故障处理电路输入端正极a电压。

如图2所示，一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，包括滤波电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、二极管D₁、第一三极管Q₁、以及第二三极管Q₂。

输入端正极a分别与滤波电容C₁正极、第一电阻R₁一端、第三电阻R₃一端和第一三极管Q₁的发射极连接，输入端负极b分别与滤波电容C₁负极、第二电阻R₂一端、第二三极管Q₂的发射极和第五电阻R₅一端连接，第一电阻R₁另一端和第二电阻R₂另一端均与二极管D₁的阳极连接，二极管D₁的阴极分别与第二三极管Q₂的基极和第四电阻R₄一端连接，第二三极管Q₂的集电极分别与第一三极管Q₁的基极和第三电阻R₃另一端连接，第四电阻R₄的另一端和第五电阻R₅的另一端均与第一三极管Q₁的集电极连接。

为了说明本发明提出的方法的可行性，如图3所示，LED串联模块与本发明的连接方式进行分析，LED ₁～LED ₁₅依次连接构成LED串联模块，LED ₁₃～LED ₁₅构成被监测LED串联单元，被监测LED串联单元两端分别与输入端正极a和输入端负极b连接，即滤波电容C₁的正极与LED ₁₃的阳极相连，滤波电容C₁的负极与LED ₁₅的阴极相连，U₁为恒流源，L₁为线路电感。

通过本发明旁路掉发生故障的被监测LED串联单元，降低被监测LED串联单元的导通压降，维持正常导通电流，降低了发生故障的被监测LED串联单元的功率消耗，其具体过程如下：

一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法，利用上述一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，包括以下步骤：

被监测LED串联单元正常工作时，通过设置电阻值使第二电阻R₂经过分压后第二电阻R₂的电压U_R2减去二极管D₁正向压降V_f后小于第二三极管Q₂的开通电压，此时第二三极管Q₂不导通，被监测LED串联单元也都正常工作。

当被监测LED串联单元中某个LED发生故障时，所述输入端正极a的电压V_a会逐步上升，大于LED串联模块正常工作时的电压，此时第二电阻R₂上的分压是可以使第二三极管Q₂导通的，一旦第二三极管Q₂导通后，第二三极管Q₂的集电极电压就等于第二三极管Q₂的发射极电压，而第一三极管Q₁的发射极电压大于第一三极管Q₁的基极电压，所以第一三极管Q₁此时也导通，经输入端正极a输入的电流主要通过第一三极管Q₁流向第五电阻R₅，最后自输出端负极b输出。第一三极管Q₁导通后，第五电阻R₅上会产生电压降，第四电阻R₄作为上拉电阻，为第二三极管Q₂的基极提供高电压的同时限制第二三极管Q₂的基极与发射极之间的电流，此时第二三极管Q₂基极电压接近于第五电阻R₅上的压降，使第二三极管Q₂基极电压大于第二三极管Q₂发射极电压，第二三极管Q₂导通，以此类推，第一三极管Q₁和第二三极管Q₂会一直导通，发生故障的LED串联单元会被旁路掉，发生故障的LED串联单元两端电压相比于正常工作时会下降很多，在恒流控制的情况下降低了发生故障的LED串联单元的功率消耗，而LED串联模块中其他LED仍然正常工作。

实施例2

在本实施例中，第一电阻R₁为10kΩ，第二电阻R₂为2kΩ，第三电阻R₃为10kΩ，第四电阻R₄为1kΩ，第五电阻R₅为4Ω。滤波电容C₁为1nF，线路电感L₁为200μH，开关管Q₁为PNP型三极管，开关管Q₂为NPN型三极管。假定在0.05s时LED串联单元中有LED发生故障。

从图4-5可以看出，在0.05s之前未发生故障，此时LED串联单元两端电压接近11.3V左右，经过分压后第二三极管Q₂的基极和发射极之间电压大约为0.49V，此时第二三极管Q₂无法导通，电路都正常工作。当0.05s发生故障后，此时从图4-5中可以看出第二三极管Q₂基极和发射极之间的电压为0.73V，可以使第二三极管Q₂导通，由于第一三极管Q₁的基极与第二三极管Q₂集电极相连接，而第一三极管Q₁的发射极电压为V_a，故此时第一三极管Q₁也导通，经输入端正极a输入的电流主要从第一三极管Q₁的发射极流入，在第五电阻R₅上会产生电压降U_R5。第一三极管Q₁导通后，第四电阻R₄作为上拉电阻，为第二三极管Q₂的基极提供高电压的同时限制第二三极管Q₂的基极与发射极之间的电流，故此时第二三极管Q₂基极电压V_b2近似等于第五电阻R₅两端的电压U_R5，此电压足以使第二三极管Q₂导通，以此类推，第一三极管Q₁和第二三极管Q₂会持续导通，故障LED串联单元会被排除，不影响其他非故障LED正常工作。

对于该LED串联模块，其中某个LED损坏后，会引起线路电流增大最终会使其它LED串联模块都发生故障，故该方法中整个LED串联模块必须采用恒流控制。从图6整个 LED串联模块电流波形图可以看出在发生故障之前整个LED串联模块上电流大约为0.3A，发生故障后经过短暂的调节，整个LED串联模块上电流又回到了0.3A。

根据以上分析可得，本发明可以旁路掉发生故障的LED串联模块，降低LED串联模块部分的导通压降，维持正常导通电流，降低了发生故障的LED串联模块的功率消耗。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和都应落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，包括滤波电容C₁，其特征在于，还包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、二极管D₁、第一三极管Q₁、以及第二三极管Q₂，

输入端正极a分别与滤波电容C₁正极、第一电阻R₁一端、第三电阻R₃一端和第一三极管Q₁的发射极连接，输入端负极b分别与滤波电容C₁负极、第二电阻R₂一端、第二三极管Q₂的发射极和第五电阻R₅一端连接，第一电阻R₁另一端和第二电阻R₂另一端均与二极管D₁的阳极连接，二极管D₁的阴极分别与第二三极管Q₂的基极和第四电阻R₄一端连接，第二三极管Q₂的集电极分别与第一三极管Q₁的基极和第三电阻R₃另一端连接，第四电阻R₄的另一端和第五电阻R₅的另一端均与第一三极管Q₁的集电极连接，第一三极管 Q₁为PNP三极管，第二三极管Q₂为NPN三极管。

2.一种基于恒流控制的LED串联故障旁路方法，利用权利要求1所述一种基于恒流控制的LED串联故障旁路电路，其特征在于，

当被监测LED串联单元正常工作时，第二电阻R₂的电压U_R2减去二极管D₁正向压降V_f后小于第二三极管Q₂的开通电压，第二三极管Q₂不导通；

当被监测LED串联单元中某个LED发生故障时，第二电阻R₂上的分压使第二三极管Q₂导通，第二三极管Q₂导通后，第一三极管Q₁的发射极电压大于第一三极管Q₁的基极电压，使得第一三极管Q₁导通，经输入端正极a输入的电流主要通过第一三极管Q₁流向第五电阻R₅，最后自输出端负极b输出，第一三极管Q₁导通后，第五电阻R₅上产生电压降，第四电阻R₄作为上拉电阻，第二三极管Q₂基极电压大于第二三极管Q₂发射极电压，第一三极管Q₁和第二三极管Q₂会一直导通。