CN201248164Y - 大功率led路灯驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涉及大功率LED光源的驱动电路。主要解决LED光源的功率恒定问题。该驱动电路包括：高频变换开关、取样器、光电耦合器和脉冲宽度控制器，该脉冲宽度控制器与高频变换开关连接，取样器的输入端与LED光源连接，取样器输出的取样信号与基准电压比较后，通过光电耦合器传输给脉冲宽度控制器调节高频变换器的开关时间比例，输出电流恒定，其中取样器设为电压取样、电流取样和温度取样三个支路，该三路输出的取样电压、取样电流和取样温度信号均输入给加法放大器放大后与基准电压比较，输出差值闭环反馈控制信号，以调整输出电流的大小，保证LED的恒定功率状态。本实用新型具有延长LED光源寿命，减小光衰的效果。

Description

大功率LED路灯驱动电路

技术领域

本实用新型属于基本电子电路，特别是涉及的一种电源，可用于驱动大功率LED光源的稳定工作。

背景技术

众所周知，人类的生产和生活离不开照明，电能照明开创了人类文明的新时代。至今电光源已经历了白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯三个时代，其发光效率越来越高，使人们的生活也更加丰富多彩。近年来，由于半导体光电子技术的发展，又一代发光二极管新光源LED的发光效率迅速提高，大功率LED光源光效已经达到90lm/w，远远超过了15lm/w的白炽灯和60lm/w的荧光灯。

目前，LED照明技术日趋成熟，逐渐用于城市道路，居住区、工业区、人行道、广场、公园、别墅，庭院等场所的道路照明。经测试100WLED路灯在12m电杆高度，中心照度≥25LX，光照范围≥30m，显色指数≥80，色温≥4500K，灯体温度≤50℃。然而，大功率LED用于路灯照明光源所面临的重大问题就是温度的变化对LED器件的影响。由于LED光源是电流驱动器件，也叫电—光转换器件，因此必须通过电源变换器即驱动电路对原始电源做变换，为LED提供稳定的单向驱动电流，保证LED在比较高的发光效率和比较低的光衰下可靠工作。而目前常规的大功率LED路灯所使用的驱动电路，基本上都是采用单一稳流开关电源，其原理是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过取样信号和基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电流稳定，如图1所示。当直流输出电流升高时，经R1、得到的取样电压，进入放大器放大，再通过R2输入到光电耦合器LED的阳极，与稳压管D1产生的基准电压进行比较，产生LED的工作电流增大或减小信号，并通过光电耦合器的光敏三极管集电极将该电流增大或减小的信号输出给脉冲宽度PWM控制器，PWM控制器根据其大小调节高频变换开关元件的导通脉冲宽度的输出占空比的大小，即调输出电流的大小，再反馈给LED光源，使LED光源在稳定的电流控制下产生稳定的照度。然而在实际中，随着LED灯照明时间的加长，灯体温度会逐渐升高，光源的光衰明显增加，导致灯的照度下降，因而这种单一的恒流模式，由于不能完全实现将其输出电流调节为恒功率控制，因而无法保证LED的可靠工作和使用寿命。

实用新型的内容

本实用新型的目的是提供一种大功率LED路灯驱动电路，以解决现有LED照明路灯易于出现光衰，不能正常照明和使用寿命短的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的驱动电路包括：高频变换开关、取样器、光电耦合器和脉冲宽度控制器。脉冲宽度控制器与高频变换开关连接，取样器的输入端与LED光源连接，取样器输出的取样信号与基准电压比较后，通过光电耦合器传输给脉冲宽度控制器调节输出电流恒定，其中取样器设为电压取样、电流取样和温度取样三个支路，该三路输出的取样电压、取样电流和取样温度信号均输入给加法放大器放大后与基准电压比较，输出差值闭环反馈控制信号，以调整LED光源的电流大小，达到对LED的恒功率控制。

本实用新型由于增设了电压取样和温度取样的辅助控制，改变了传统的恒流为主的单一控制模式，使电流、电压、温度三者中任意一项参数发生变化后通过各自的取样电路将微弱变化的信号送至加法放大器，并通过调整脉冲宽度控制其既有接近恒流的正向电流输出，又有较高的转换率，从而保证LED光源工作在最佳工作状态，达到延长LED光源寿命，减小光衰的效果。

附图说明

图1是现有单一的恒流源控制电路图；

图2是本实用新型的电路方框图；

图3是本实用新型的三维一体控制电路图。

具体实施方式

参照图2，本实用新型由主电路和反馈控制电路两部分组成，其中主电路包括：整流滤波器、高频变换开关和高频变压及整流滤波器、这些部件依次连接，产生低压直流工作信号给LED光源。反馈控制电路包括：三路取样器放大器、光电耦合器和脉冲宽度调制器PWM，三路取样器的输入与输出端分别与LED光源和光电耦合器连接，脉冲宽度调制器PWM的输入与输出端分别与光电耦合器和高频变换开关连接接，构成三维一体反馈控制电路结构。整个驱动电路的工作原理是：整流滤波电路将220V交流输入电压变成含有一定脉动波动的直流电压，进入高频变换器通过晶体管或场效应管高频功率开关元件产生100KHz的高频高压方波，该高频高压方波送给高频变压器的初级，在高频变压器的次级感应出的电压被整流滤波后产生低压直流信号为LED光源提供工作电源。当输入交流电、输出负载和系统温度发生变化时，三路取样电路分别把输出电流、电压、温度的取样结果送给光电耦合器控制电路，与基准电压进行比较后，输入到PWM控制电路，PWM控制电路根据其控制高频功率开关元件的开关时间比例即占空比，使高频变压及整流滤波器输出稳定的低压直流信号，保持LED光源的功率稳定。

参照图3，本实用新型的三维一体反馈控制电路主要由脉冲宽度控制器、光电耦合器、加法放大器、取样器、稳压器和外围电阻组成。取样器分为三个支路，第一路是由电流放大器Y1与外围电阻R3、R7组成电流取样支路，第二路是由电压放大器Y2与外围电阻R4、R6组成电压取样支路，第三路是由电压放大器Y3与温度传感器、电阻R5组成温度取样支路。该三个取样支路连接在LED光源与加法放大器之间。其中电流取样支路的输入端通过互感线圈IQ与LED光源连接，输出端通过电阻R3与加法放大器连接。电压取样支路的输入端通过分压电阻R6、R7与LED光源连接，输出端通过电阻R4与加法放大器连接。温度取样之路的输入端通过温度传感器与LED光源连接，输出端通过电阻R5与加法放大器连接。第一输出电阻R3、第二输出电阻R4和第三输出电阻R5构成加法放大器的输入电阻。

当LED光源的电流、电压、温度三者中任意一项参数发生变化时，由各自的取样支路的放大器将其微弱变化的信号进行前置放大后，再送至加法放大器进行二次电压放大，该二次电压放大的信号传输给发光二极管D1，与稳压二极管D2提供的基准电压进行比较，比较后的差值电压信号使光敏三极管集电极的电流增大或减小，脉冲宽度控制器PWM根据光敏三极管输出的该电流变化调节高频变换开关元件导通时间比例，将输出电流稳定在最佳状态，达到延长LED光源寿命，减小光衰的效果。具体来说就是：当电流发生变化，电压和温度不变时，若电流变大光电耦合器的输入增大，因此光电耦合器的输出也增大，经过PWM控制器使得输出的脉冲宽度减小。若电流减小则光电耦合器的输入减小，同时光电耦合器的输出也减小，经过PWM控制器使得输出的脉冲宽度增大。当电压或温度变化，而其他两个参数不变的情况与上述过程同理。当三个参数中两个发生变化或三个同时发生变化时，各支路的输出经过加法放大器线性叠加后，如果它们变化的总和与原来相比是增大的则光电耦合器的输入增大，输出也随之增大经过PWM控制器使得输出的脉冲宽度减小。如果它们变化的总和与原来相比是减小的则光电耦合器的输入减小，输出也随之减小，经过PWM控制器使得输出的脉冲宽度增大。如果它们变化的总和与原来相比没有发生变化，则脉冲宽度不发生变化。

图2中的A点和B点分别是为光电耦合器提供电压的输入端，光电耦合器采用线性光电耦合器件，即以光为媒介传输电信号的电—光—电转换器件，由作为发光源的发光二极管D1和作为收光源的光敏三极管G1组成，分别完成输入与输出的电气隔离和三路反馈信号的传输。PWM控制器采用TOP系列，并与光电耦合器之间直接耦合。温度传感器固定在LED光源的散热片上，把LED光源的工作温度反馈给三维一体反馈控制电路。该散热片使用2-3m的铝板做基板，大功率管直接安装在铝板上，管子之间用引线相连，发光管引脚在铝板后面相连。装有LED光源的铝基板和金属外壳紧密装配，LED光源工作时产生的热量可以通过铝基板传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，为了保证较大的散热面积，灯体外壳采用带肋条状凹凸散热片结构。

Claims (6)

1.一种大功率LED路灯驱动电路，包括高频变换开关、取样器、光电耦合器和脉冲宽度控制器，脉冲宽度控制器与高频变换开关连接，取样器的输入端与LED光源连接，其特征在于，取样器设为电压取样、电流取样和温度取样三个支路，该三个支路均与加法放大器的输入端连接，加法放大器输出取样信号与基准电压的差值闭环反馈控制信号。

2.根据权利要求1所述的LED路灯驱动电路，其特征在于电流取样支路由互感线圈IQ、第一电压放大器Y1和第一输出电阻R3组成。

3.根据权利要求1所述的LED路灯驱动电路，其特征在于电压取样支路由分压电阻R6、R7，第二电压放大器Y2和第二输出电阻R4连接组成。

4.根据权利要求1所述的LED路灯驱动电路，其特征在于温度取样支路由温度传感器、第三电压放大器Y3和第三输出电阻R5连接组成。

5.根据权利要求1所述的LED路灯驱动电路，其特征在于所述的第一输出电阻R3、第二输出电阻R4和第三输出电阻R5构成加法放大器的输入电阻。

6.根据权利要求4所述的LED路灯驱动电路，其特征在于温度传感器固定在LED光源的散热片上。

Images