CN201303443Y - 用于锂电池大功率led的准线性放电恒流驱动装置 - Google Patents
用于锂电池大功率led的准线性放电恒流驱动装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型一种用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，属于LED照明技术领域，提供一种驱动电流稳恒特性好，亮度变化自然的用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，技术方案为：锂电池电源单元连接准线性放电恒流驱动控制单元和大功率LED负载单元，大功率LED负载单元的输出端连接LED负载电流检测单元的输入端，LED负载电流检测单元的输出端连接准线性放电恒流驱动控制单元的输入端；本实用新型特别适用于煤矿、矿山、消防、海洋作业、野外工作等领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，属于LED照明技术领域。
背景技术
众所周之，LED(发光二极管)是一种新型的节能、环保、小尺寸、长寿命的光源，锂电池以其能量密度高、体积小、重量轻和长循环使用寿命等优点而被广泛用于移动照明等设备。但是，由于LED是一种具有典型PN结的半导体元件，其正向伏安特性非常陡，近似成指数关系，即正向动态电阻非常小，一个小的电压变化就会导致其电流大幅度的变化。由于LED亮度是由流经其上的电流决定的，因此当锂电池电压稍有下降时，流经LED的电流就会降低很多，LED亮度就会大大降低，影响正常使用，这在实际使用中是不希望出现的。因此，不能直接使用锂电池给LED供电，而需要给LED提供稳恒的电流驱动，亮度才能保持稳定。目前，国内外大多数厂家采用的LED恒流驱动电路一般分为两档或多档电流，使用专用集成电路芯片(如AMC7124)或复杂的电子电路来实现，如在锂电池电压高于某一基准电压值(如3.8V)时采用一较大稳恒电流(如360mA)驱动LED，而低于该基准电压值时则采用较小稳恒电流(例如240mA)来驱动LED，从而保证LED恒流驱动，而亮度在电流不变时也保持不变。但是这种电流阶跃式变化的LED驱动电路不仅存在电路结构复杂，成本高，锂电池电源使用效率降低，LED照明时间短等问题，而且还存在使用中照明亮度出现突变的缺陷，对人的视觉非常不利，特别是在黑暗环境下，更是需要一定时间来适应和恢复。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种电路结构简单，驱动电流稳恒特性好，亮度变化自然的用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置。
为了解决上述问题，本实用新型采用的方案为：用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，包括锂电池电源单元、准线性放电恒流驱动控制单元、大功率LED负载单元和LED负载电流检测单元，锂电池电源单元连接准线性放电恒流驱动控制单元和大功率LED负载单元，大功率LED负载单元的输出端连接LED负载电流检测单元的输入端，LED负载电流检测单元的输出端连接准线性放电恒流驱动控制单元的输入端。
准线性放电恒流驱动控制单元的结构为：锂电池电源单元串连第一电阻R1后连接运算放大器的正输入端，同时锂电池电源单元的输出端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端串连第二电阻R2后接地，运算放大器的负输入端连接LED负载电流检测单元的输入端，运算放大器的输出端连接晶体管U2的栅极，锂电池电源单元的输出端串连大功率LED负载单元后连接晶体管U2的漏极；晶体管U2的源极连接LED负载电流检测单元的输入端。
所述LED负载电流检测单元由至少一个电阻构成。
本实用新型的积极效果是：由于准线性放电恒流驱动控制单元中的运算放大器的正输入端用于感应锂电池电源单元的电压变化，运算放大器的负输入端用于感应LED负载电流检测单元提供的电压变化，故当锂电池电压保持不变时，运算放大器的正输入端电压不变，运算放大器的负输入端为LED负载电流检测单元的输出采样电压，当两者不等时，其输出端输出一电压加在MOS晶体管的栅极，致使MOS晶体管有一导通的动态电阻，LED负载电流随之发生变化，对应地LED负载电流检测单元的输出采样电压也跟着发生变化，即运算放大器的负输入端电压发生变化，使得运算放大器的输出端电压也随之变化，MOS晶体管的导通电阻跟着调整，LED负载电流也随之调整，直至LED负载电流检测单元的输出采样电压即运算放大器的负输入端电压与其正输入端电压完全相等，运算放大器的输出端电压即加在MOS晶体管的栅极电压不再变化，MOS晶体管的导通动态电阻不变，从而使流过LED负载的电流达到稳恒状态，使LED亮度也保持稳恒状态。当锂电池电压变化时，运算放大器的正输入端电压随之线性变化，与负输入端电压不等，从而运算放大器的输出端电压发生变化，导致加在MOS晶体管上的栅极电压发生变化，MOS晶体管的导通电阻也随之发生变化，致使LED负载电流发生变化，对应地LED负载电流检测单元的输出采样电压也跟着发生变化，从而运算放大器的负输入端电压发生变化，以至于使运算放大器的负输入端电压跟随正输入端电压的变化，从而使流过LED负载的电流达到稳恒状态，使LED亮度也保持稳恒状态。因此，LED负载的工作电流是与锂电池电压成线性变化的，根据锂电池的放电特性是准线性的规律，LED负载的工作电流在锂电池电压固定时是稳恒的，随着锂电池的准线性放电而准线性变化，其亮度也是准线性变化的。与现有的锂电池大功率LED恒流驱动电路相比，本实用新型具有电路结构简单、成本低、效率高、可靠性高等优点，并且驱动电流稳恒特性好，亮度变化自然，视觉效果好，是一种理想的锂电池大功率LED灯恒流驱动装置，特别适用于煤矿、矿山、消防、海洋作业、野外工作等领域。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构框图；
图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示，用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置的锂电池电源单元1连接准线性放电恒流驱动控制单元2和大功率LED负载单元3，大功率LED负载单元3的输出端连接LED负载电流检测单元4的输入端，LED负载电流检测单元4的输出端连接准线性放电恒流驱动控制单元2的输入端；
准线性放电恒流驱动控制单元2的结构为：锂电池电源单元1串连第一电阻R1后连接运算放大器的正输入端，同时锂电池电源单元1的输出端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端串连第二电阻R2后接地，运算放大器的负输入端连接LED负载电流检测单元4的输入端，运算放大器的输出端连接晶体管U2的栅极，锂电池电源单元1的输出端串连大功率LED负载单元3后连接晶体管U2的漏极；晶体管U2的源极连接LED负载电流检测单元4的输入端；上述LED负载电流检测单元4由3个电阻构成。
本实施例中锂电池电源单元1使用的是标称值容量4Ah输出电压3.7V的锂离子电池，充满电时最高电压约为4.1V。准线性放电恒流驱动控制单元2使用的是通用集成运算放大器LM358，和N型MOS晶体管ST2302，以及两个高阻抗电阻元件第一电阻R1和第二电阻R2，阻值分别为39KΩ和1KΩ，锂离子电池电压经第一电阻R1、第二电阻R2分压连接到运算放大器LM358的正输入端。大功率LED负载单元3使用的是一只1W的大功率LED灯，其正向导通电压约3.3V。LED负载电流检测单元4使用的是三个低阻抗的采样电阻第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，阻值都为1Ω。三个采样电阻并联，其一端接地，另一端与LED负载串联，并与运算放大器LM358的负输入端相连接，作为LED负载电流检测单元4的输出采样电压。
在运算放大器LM358和MOS晶体管ST2302满足线性工作的条件下，根据运算放大器的虚短原理，流过LED灯的负载电流I由锂离子电池电压在第一电阻R1、第二电阻R2上的分压和电流采样电阻第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5决定，故其与锂离子电池电压VBAT之间的关系式为：
I＝[VBAT×R2/(R1+R2)]/(R3//R4//R5)
根据上述关系式计算不同VBAT时的LED负载电流I：当VBAT＝4.1V时，I＝300mA；当VBAT＝3.7V时，I＝270mA；当VBAT＝3.2V时，I＝240mA；
由于锂离子电池的电压标称值为3.7V，即在大多数放电时间时电池电压保持这个数值，对应的LED的驱动电流也主要稳恒在270mA左右，而锂离子电池的电压从4.1V降到3.7V的时间和从3.2V降至最终停止放电(约2.5V)的时间都比较短，因而随着锂离子电池电压的准线性下降，LED灯的驱动电流也基本上准线性下降，即对应的LED灯亮度也为准线性变化，从而实现了准线性放电恒流驱动照明。
Claims (3)
1.用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，包括锂电池电源单元(1)、准线性放电恒流驱动控制单元(2)、大功率LED负载单元(3)和LED负载电流检测单元(4)，其特征在于：锂电池电源单元(1)连接准线性放电恒流驱动控制单元(2)和大功率LED负载单元(3)，大功率LED负载单元(3)的输出端连接LED负载电流检测单元(4)的输入端，LED负载电流检测单元(4)的输出端连接准线性放电恒流驱动控制单元(2)的输入端。
2、根据权利要求1所述的用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，其特征在于准线性放电恒流驱动控制单元(2)的结构为：锂电池电源单元(1)串连第一电阻R1后连接运算放大器的正输入端，同时锂电池电源单元(1)的输出端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端串连第二电阻R2后接地，运算放大器的负输入端连接LED负载电流检测单元(4)的输入端，运算放大器的输出端连接晶体管U2的栅极，锂电池电源单元(1)的输出端串连大功率LED负载单元(3)后连接晶体管U2的漏极；晶体管U2的源极连接LED负载电流检测单元(4)的输入端。
3、根据权利要求1所述用于锂电池大功率LED的准线性放电恒流驱动装置，其特征在于：所述LED负载电流检测单元(4)由至少一个电阻构成。
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| CNU2008201063385U CN201303443Y (zh) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 用于锂电池大功率led的准线性放电恒流驱动装置 |
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| CN (1) | CN201303443Y (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN103024971A (zh) * | 2011-09-26 | 2013-04-03 | 韩国光学技术国际有限公司 | Led驱动电路及驱动方法 |
| CN106788005A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-05-31 | 深圳怡化电脑股份有限公司 | 延时电流控制装置 |
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2008
- 2008-10-24 CN CNU2008201063385U patent/CN201303443Y/zh not_active Expired - Fee Related
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Owner name: ZHAO YING Free format text: FORMER OWNER: TAIYUAN AIRUISI TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20121009 |
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