CN201409244Y

CN201409244Y - 用光耦作为电压基准和比较放大器的led恒流驱动电路

Info

Publication number: CN201409244Y
Application number: CN2009201436614U
Authority: CN
Inventors: 赵天鹏; 徐军; 何德勇; 王焕钦
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-04-01

Abstract

本实用新型公开了一种用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路，它包括整流滤波电路、PWM电压变换电路、LED负载、负载电流采样电阻、RC滤波器、光耦，其应用光耦自身的红外发光二极管正向开启电压作为LED恒流驱动装置的基准电压，同时应用光耦自身的红外发光二极管正向开启电压附近V－I曲线的高斜率变化特性，将光耦直接作为高灵敏度高增益电压比较放大器，驱动PWM电压变换电路反馈端，实现LED负载恒流驱动。本实用新型克服了现有技术成本高或恒流精度差的缺陷，简化了电路，在保证高精度恒流驱动的前提下降低了成本。

Description

用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种交流输入的LED恒流驱动装置。

背景技术

LED照明具有发光效率高、寿命长、节能和环保等优点，越来越广泛地应用于路灯、隧道灯和室内照明等场合。交流电供电LED照明可降低成本，但是电网电压波动会造成LED过流驱动而影响其使用寿命，所以在交流供电的场合对LED进行恒流驱动是重要的。目前LED驱动电路主要采用电容降压方案和脉冲宽度调制(PWM)开关电源方案。电容降压方案成本低，LED工作电流随交流电压和LED数目变化大，恒流特性差。PWM开关电源方案恒流电路主要有两种方法：一种直接应用PWM集成电路进行峰值限流，这种方法结构简单，但是恒流精度差；另外一种方法对LED工作电流进行采样，得到采样电压与基准电压进行比较放大后驱动光耦对PWM集成电路进行闭环反馈控制，这种方法恒流精度高，但是由于需要电压基准电路和比较放大器，电路复杂，成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既能实现高精度恒流，又能明显降低光耦闭环反馈控制电路成本的交流输入的LED恒流驱动装置。它不但具有交流输入电压范围宽、LED数目适应范围大、恒流精度高，同时还具有电路结构简单和成本低等优点。

本实用新型所采用的技术方案如下：

用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路包括整流滤波电路、PWM电压变换电路、LED负载、负载电流采样电阻、RC滤波器、光耦，其中，

交流输入电压经过整流滤波电路进行整流滤波，产生直流电压输出与PWM电压变换电路的输入端相连，PWM电压变换电路的输出端与LED负载相连，负载电流采样电阻与LED负载串联，RC滤波器的输入端与负载电流采样电阻相连，RC滤波器的输出端与光耦的输入端相连，光耦输出端与PWM电压变换电路的反馈端相连。

光耦的红外发光二极管正向开启电压为LED恒流驱动装置的基准电压。

光耦为驱动PWM电压变换电路反馈输入端的电压比较放大器。

本实用新型的积极效果是：(1)利用光耦直接实现了LED恒流驱动装置中的电压基准和电压比较放大器的功能，不需要额外的基准电压电路和放大器，电路结构简单，可靠性高，成本低。(2)恒流精度高。在电源输入范围交流80V～290V的条件下，对于串联5支到30支LED的负载，其恒流精度优于±5％。(3)光耦的红外发光二极管正向输入的V-I曲线开启电压的负温度系数特性，使得LED恒流输出具有负温度系数，在环境温度较高的条件下自动降低输出电流，延长LED工作寿命。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构方框图。

图2为本实用新型的一种具体实施电路原理图。

图3为本实用新型的另一种具体实施电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的关键技术在于：应用光耦自身的红外发光二极管正向开启电压作为LED恒流驱动装置的基准电压，同时应用光耦自身的红外发光二极管正向开启电压附近V-I曲线的高斜率变化特性，将光耦直接作为高灵敏度高增益电压比较放大器，驱动PWM电压变换电路反馈端，实现LED负载恒流驱动。本实用新型省略了现有技术中反馈控制电路的电压基准电路和比较放大器，减少了元件，简化了电路，降低了成本。

如图1所示，LED恒流驱动装置包括整流滤波电路1、PWM电压变换电路2、LED负载3、负载电流采样电阻4、RC滤波器5、光耦6，其中，

交流输入电压经过整流滤波电路1进行整流滤波，产生直流电压输出与PWM电压变换电路2的输入端相连，PWM电压变换电路2的输出端与LED负载3相连，负载电流采样电阻4与LED负载3串联，RC滤波器5的输入端与负载电流采样电阻4相连，RC滤波器5的输出端与光耦6的输入端相连，光耦6输出端与PWM电压变换电路2的反馈端相连。

所述的LED恒流驱动装置中，光耦6的红外发光二极管正向开启电压为LED恒流驱动电路装置的基准电压。

所述的LED恒流驱动装置中，光耦6为驱动PWM电压变换电路2反馈输入端的电压比较放大器。

LED恒流驱动装置的恒流控制原理如下：应用光耦6自身的红外发光二极管的开启电压作为基准电压，当负载电流采样电阻4上的电压等于此基准电压时，PWM电压变换电路2、负载采样电阻4、RC滤波器5和光耦6组成的闭合反馈环路处于平衡状态，输出电流等于常数。例如，当输入交流电压发生变化或者LED负载发生变化时，引起LED负载电流上升，则由于光耦6红外发光二极管正向输入V-I特性曲线的高斜率变化特性，输出电流的微小变化将引起光耦6电流的大幅度上升，PWM电压变换电路2反馈端电压下降，PWM电压变换电路2输出峰值电流将会减小，使得最终LED驱动电流自动下降；如果LED负载电流下降时，同理PWM电压变换电路2输出峰值电流将会增加，最终实现LED恒流控制。

实施例1

如图2示，本实施例中LED恒流驱动装置主要由保险管F21、热敏电阻RT21、整流桥U21、高压滤波电容C21、PWM控制集成电路U22(相当于图1中的PWM电压变换电路2)、普通二极管D21、电解电容C23、功率MOS管Q21、峰值电流采样电阻R23、快速恢复二极管D22、电感L1、负载电流采样电阻R25和光耦U23、RC滤波电路R24、C24等元件构成，输入交流电压80～290V，LED负载为5到30支功率为1W的LED灯串联组成，图中为LED201-LED230。

本实施例中整流桥U21型号为RS206，高压滤波电容C21容值为47uF耐压450V。PWM控制集成电路U22采用的是安森美公司生产的NCP1200。NCP1200需要外接功率MOS管Q21和峰值电流采样电阻R23。功率MOS管Q21型号为IRF840，普通二极管D21型号为IN4007，电解电容C23容值为10uF耐压25V，快速恢复二极管D22型号是BYM26C，电感L1为1mH，光耦U23型号为PC817，负载电流采样电阻R25阻值为3Ω。

交流电80V～290V输入整流滤波得到直流高压，直流高压正端接PWM控制集成电路U22的HV高压电源输入端、普通二极管D21的负极、快速恢复二极管D22的负极、LED负载的正极，直流高压负端为电源地。PWM控制集成电路U22的地输入端接电源地，其Drv驱动端接功率MOS管Q21的栅极，其VCC输入端与电解电容C23的正极、普通二极管D21的正极相连，电解电容C23的负极接电源地。功率MOS管Q21的漏极与快速恢复二极管D22的正极、电感L1的一端相连，其源极与峰值电流采样电阻R23一端相连，作为峰值电流采样电压输出，连接PWM控制集成电路U22的CS输入端，峰值电流采样电阻R23另一端接电源地。LED负载的负极与负载电流采样电阻R25的一端、RC滤波器电阻R24相连，RC滤波后作为负载采样电阻输出电压去驱动光耦U23，负载采样输出电压与光耦U23的输入端相连，光耦U23的输入端参考地与负载电流采样电阻R25的另一端、电感L1的另一端、RC滤波器电容C24相连。光耦U23的输出端与电阻R21并联后接PWM控制集成电路U22的反馈输入端，光耦U23的输出参考地接电源地，构成反馈闭环回路。

工作原理：应用光耦自身的红外发光二极管的开启电压约1.05V作为基准电压，当负载电流采样电阻上的电压等于此基准电压时，LED负载电流为Io＝1.05V/3Ω＝350mA。当输入交流电压发生变化或者LED负载发生变化时，引起负载电流发生变化时，例如当负载电流上升，则负载采样电阻的采样输出电压微小变大，但光耦电流却大幅度上升，使得PWM控制集成电路反馈端电压下降，PWM控制集成电路将降低占空比，使得LED负载电流减小；同理分析可知，如果负载电流下降，则PWM控制集成电路将增加占空比，使得LED负载电流增大，从而实现了LED负载的恒流驱动。

实施例2

如图3示，本实施例中LED恒流驱动装置主要由整流桥U31、高压滤波电容C31、PWM控制集成电路U32(相当于图1中的PWM电压变换电路2)、电解电容C33、快速恢复二极管D32、TVS管D34、功率MOS管Q31、峰值电流采样电阻R33、高频变压器T1、整流二极管D31、负载电流采样电阻R35和光耦U33、滤波电解电容C34、去耦电容C35、RC滤波器R34、C36等元件构成。输入交流电压80～290V，LED负载为5到30支功率为1W的LED灯串联组成，图中为LED301-330。

本实施例中整流桥U31型号为RS206，高压滤波电容C31容值为47uF耐压450V。PWM控制集成电路U32采用的是安森美公司生产的NCP1200。NCP1200需要外接功率MOS管Q31和峰值电流采样电阻R33。功率MOS管Q31型号为IRF840，电解电容C33容值为10uF耐压25V，快速恢复二极管D32型号是BYM26C，TVS管D34采用的型号是P6KE200CA，高频变压器T1采用的型号是EI30，整流二极管D31型号为MUR420，光耦U33型号为PC817，负载电流采样电阻R35阻值为3Ω。

交流电80V～290V输入整流滤波得到直流高压，直流高压正端接PWM控制集成电路U32的HV输入端、快速恢复二极管D32的正极、高频变压器T1的原边线圈一端，直流高压负端为电源地。PWM控制集成电路U32的地输入端接电源地，其Drv驱动端接功率MOS管Q31的栅极，其VCC输入端接电解电容C33的正极，电解电容C33的负极接电源地。快速恢复二极管D32的负极与TVS管D34的负极相连，功率MOS管Q31的漏极与TVS管D34的正极、高频变压器T1的原边线圈的另一端相连，其源极与峰值电流采样电阻R33一端相连，作为峰值电流采样电压输出，连接PWM控制集成电路U32的CS输入端，峰值电流采样电阻R33另一端接电源地。高频变压器T1的副边线圈一端与整流二极管D31的正极相连作为负载电源正端，副边线圈的另一端作为负载电源地端，整流二极管D31的负极与LED负载的正极相连。滤波电解电容C34的正极与负载电源正端相连，滤波电解电容C34的负极与负载电源地端相连。LED负载的负极与负载电流采样电阻R35的一端、R34、C36滤波器电路相连，经R34、C36滤波后直接驱动光耦U33，负载电流采样电阻R35的另一端接负载电源地端，光耦U33输入地端接负载电源地端。去耦电容C35的两端分别连接电源地和负载电源地端。光耦U33的输出端与电阻R31并联后接PWM控制集成电路U32的反馈输入端，构成反馈闭环回路。

应用光耦自身的红外发光二极管的开启电压约1.05V作为基准电压，当负载电流采样电阻上的电压等于此基准电压时，LED负载电流为Io＝1.05V/3Ω＝350mA。具体闭环反馈恒流工作原理同实施例1。

需要说明的是，上述的描述都是基于应用光耦直接实现恒流反馈电路中的电压基准和电压比较放大器的功能，不需要额外的放大器和基准电压电路。

Claims

1、用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路，包括整流滤波电路(1)、PWM电压变换电路(2)、LED负载(3)、负载电流采样电阻(4)、RC滤波器(5)、光耦(6)，其特征在于：

交流输入电压经过整流滤波电路(1)进行整流滤波，产生直流电压输出与PWM电压变换电路(2)的输入端相连，PWM电压变换电路(2)的输出端与LED负载(3)相连，负载电流采样电阻(4)与LED负载(3)串联，RC滤波器(5)的输入端与负载电流采样电阻(4)相连，RC滤波器(5)的输出端与光耦(6)的输入端相连，光耦(6)输出端与PWM电压变换电路(2)的反馈端相连。

2、如权利要求1所述的用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路，其特征在于：光耦(6)的红外发光二极管正向开启电压为LED恒流驱动装置的基准电压。

3、如权利要求1所述的用光耦作为电压基准和比较放大器的LED恒流驱动电路，其特征在于：光耦(6)为驱动PWM电压变换电路(2)反馈输入端的电压比较放大器。