CN201422183Y - 一种大功率led灯驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种大功率LED灯驱动装置，其中：所述供电单元、功率因数校正单元、DC－DC转换单元、滤波续流单元依次连接，输入保护单元的输入端用于连接电源，滤波续流单元的输出端用于连接LED灯头负载，温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接电压电流反馈单元的温度信号输入端，电压电流反馈单元的电压、电流采集信号输入端均用于连接于LED灯头负载上，电压电流反馈单元的输出端连接驱动单元的信号输入端，驱动单元的功率因数校正信号输出端连接功率因数校正单元的信号输入端，驱动单元的PWM脉宽调制信号输出端连接DC－DC转换单元的控制信号输入端。

Description

一种大功率LED灯驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种大功率LED灯驱动装置。

背景技术

目前，LED光源是电流驱动器件，其亮度与正向电流呈比例关系，但是不同功率不同电压要求的LED灯对电流的最大承受能力也不相同，但都有一个最大限制电流，正常工作的电流不能超过这个限制，否则会很容易增大LED灯的光衰。现有技术中，驱动大功率LED灯(如LED路灯、公共场所LED照明灯等)的方式大都采用以下技术：

一种方法是采用LED电压-电流曲线，利用一个稳压电源和一个限流电阻器来确定产生预期正向电流所需要向LED提供的电压，但这种方法，有一些缺点，例如：LED灯随着点亮时间的增加自身的压降会降低，这样流过LED灯的电流就会增大，对LED灯造成致命的损害。另一种方法是通过串联在输出回路上的取样电阻，将电流信号取出再经放大器放大后去控制电源开关管的基极电压，从而达到控制开关管集电极的电流，即输出至负载的电流。这种技术虽能使输出的电流波动小，较稳定，但其不足之处在于：自身的功率消耗较大，效率低下，而且对负载电路有较大的限制，对负载的控制不准确，调整灵活性较差。

综上所述，LED灯作为一种绿色环保、节能型的照明装置，其亮度和实用性须得到可靠的保证，而现有驱动装置中很少有集恒压、限流、限温于一体的驱动电源。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集恒压、限流、限温于一体的大功率LED灯驱动装置。

一种大功率LED灯驱动装置，其中：包括供电单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元、驱动单元、电压电流反馈单元、温度感测及控制单元，其中，所述供电单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元依次连接，输入保护单元的输入端用于连接电源，滤波续流单元的输出端用于连接LED灯头负载，温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接电压电流反馈单元的温度信号输入端，电压电流反馈单元的电压、电流采集信号输入端均用于连接于LED灯头负载上，电压电流反馈单元的输出端连接驱动单元的信号输入端，驱动单元的功率因数校正信号输出端连接功率因数校正单元的信号输入端，驱动单元的PWM脉宽调制信号输出端连接DC-DC转换单元的控制信号输入端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：该驱动装置还包括温度感测及控制单元，所述温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接所述电压、电流反馈单元的温度信号输入端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的温度感测及控制单元包括热敏电阻、分压电阻、开关三极管、光电耦合器，其中，热敏电阻用于设置于LED灯体上，热敏电阻的一端连接电源，另一端与分压电阻串接后接地，热敏电阻与分压电阻的中间接点连接开关三极管的基极，开关三极管的发射极接地、其集电极连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端用于连接所述电压、电流反馈单元中的电流反馈基准电压信号输入端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的驱动单元包括一驱动芯片，该驱动芯片包含有功率因数校正信号处理电路、PWM脉宽调制电路，所述电压、电流反馈单元的信号输出端连接该驱动芯片中功率因数校正信号处理电路、PWM脉宽调制电路的信号输入端，该功率因数校正信号处理电路的输出端连接所述功率因数校正单元的信号输入端，该PWM脉宽调制电路的信号输出端连接所述DC-DC转换单元的控制信号输入端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的驱动单元中采用型号为CM6807的驱动芯片。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述电压、电流反馈单元包括一双比较器模块、负载电压信号采集模块、负载电流信号采集模块，该负载电压信号采集模块、负载电流信号采集模块的信号输入端均连接于LED灯头负载上，该双比较器模块中的第一比较器的电压采集信号输入端用于连接所述的负载电压信号采集模块信号输出端，该双比较器模块中的第二比较器的电流采集信号输入端用于连接所述的负载电流信号采集模块信号输出端，该双比较器模块中的第二比较器的基准电压输入端连接所述温度感测及控制单元的信号输出端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的双比较器模块包括一双比较器芯片。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的双比较器芯片采用LM358。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的供电单元包括依次连接的输入保护单元、电源滤波单元、整流单元，所述输入保护单元的输入端用于连接电源，所述整流单元的输出端连接功率因数校正单元的输入端。

所述的大功率LED灯驱动装置，其中：所述的供电单元包括依次连接的输入保护单元、电源滤波单元、整流单元，所述输入保护单元的输入端用于连接电源，所述整流单元的输出端连接功率因数校正单元的输入端。

本实用新型采用上述技术方案将达到如下的技术效果：

本实用新型的大功率LED灯驱动装置，输入电源经供电单元稳压、限流、滤波处理后送入功率因数校正单元进行功率因数校正处理，之后送入DC-DC转换单元，DC-DC转换单元还根据驱动单元送来的PWM脉宽调制信号进行综合处理，之后DC-DC转换单元的输出信号再经滤波续流单元处理后输送到LED灯头负载，驱动LED灯发亮，同时，电压、电流反馈单元实时采集当前加载在LED灯头负载上的电压、电流信号，以调整其输出以驱动所述的驱动单元调整输出的功率因数校正信号、PWM脉宽调制信号，以控制调整功率因数校正单元、DC-DC转换单元的输出，从而使输送至LED灯头负载的电压、电流稳定并达到驱动LED灯头的最佳状态，同时，温度感测及控制单元用于感测、判断工作中的LED灯体温度是否高于其预先设定的温度阈值，若高于，则发出信号给电压、电流反馈单元，电压、电流反馈单元输出相应信号驱动所述的驱动单元调整输出的PWM脉宽调制信号，以调整加载在LED灯头的电量，使LED灯头发热减少以降低温度；综上可见，本实用新型提供的大功率LED灯驱动装置，集恒压、限流、限温于一体，能够实时控制大功率LED灯的驱动电压、电流，进一步通过控制其供电电量使工作中的LED灯的温度不会过热，因此，可确保LED灯的亮度和使用寿命；此外，该大功率LED灯驱动装置的驱动单元采用驱动芯片控制PFC功率因数校正信号输出、PWM脉宽调制信号输出，控制智能化，能够根据当地电网情况灵活调整。

附图说明

图1为本实用新型一种大功率LED灯驱动装置的结构框图；

图2为本实用新型一种大功率LED灯驱动装置的电路原理图。

具体实施方式

一种大功率LED灯驱动装置，如图1所示，其中包括输入保护单元、电源滤波单元、整流单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元、驱动单元、电压、电流反馈单元、温度感测及控制单元，其中，所述输入保护单元、电源滤波单元、整流单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元依次连接，输入保护单元的输入端用于连接电源，滤波续流单元的输出端用于连接LED灯头负载，温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接电压、电流反馈单元的温度信号输入端，电压、电流反馈单元的电压、电流采集信号输入端均连接于LED灯头负载上，电压、电流反馈单元的输出端连接驱动单元的信号输入端，驱动单元的功率因数校正信号输出端连接功率因数校正单元的信号输入端，驱动单元的PWM脉宽调制信号输出端连接DC-DC转换单元的控制信号输入端。

图2为本实用新型一种大功率LED灯驱动装置的一种电路原理图：

所述的输入保护单元输入电压范围可以达到AC85V-265V，该输入保护单元单元由过流保护保险管F1、热敏电阻RT1和压敏电阻VAR1共同组成，压敏电阻VAR1连接于供电电源火线L、零线N之间，用于过压保护，过流保护保险管F1、热敏电阻RT1分别对应串接在供电电源的火线L、零线N上，热敏电阻RT1用于吸收浪涌电流减少电流冲击。

所述的电源滤波单元由LC滤波电路、差模滤波器和共模滤波器共同组成，其中，接于输入保护单元输出端的供电输出火、零线之间的电容C3、电感L3组成LC滤波电路，连接于前述电容C3、电感L3构成的LC滤波电路的输出端第一、第二两交流信号输出接脚的电容C4是差模滤波器，电容C11连接于LC滤波电路第一输出接脚与地之间，电容C12连接于LC滤波电路第二输出接脚与地之间，电容C11、C12构成共模滤波器，共同对高频信号呈现较高的阻抗，用于净化交流电。

所述整流单元包括整流桥BD1，对经过电源滤波单元滤波处理后的交流电进行整流，电容C9并接于整流桥BD1的输出端2、3脚之间，用于滤波；电阻R3、R6、R12依次串接的串联电路一端连接于整流桥BD1的输出端1脚、另一端连接于驱动单元中驱动芯片U1(采用CM6807)的2脚，驱动芯片U1的1、2脚之间并联有电容C13，电阻R3、R6、R12、电容C13构成谐波补偿电路，电阻R3、R6、R12对整流桥BD1整流之后的电流进行取样，电容C13对该取样信号做滤波处理之后加载在驱动芯片2脚上；同时，电阻R3、R6、R12、电容C13所构成谐波补偿电路还与三极管Q2、电阻R5、二极管D5共同组成了驱动芯片U1的启动电路，三极管Q2的基极连接在电阻R6、R12之间，三极管Q2的集电极通过电阻R5连接整流桥BD1的输出端1脚，三极管Q2的发射极通过二极管D5连接驱动芯片U1的电源输入端8脚(见网络标号+12VP)，接通电源供电之后，经过整流之后的电压通过电阻R5、R6控制三极管Q2周期性导通、关断，则二极管D5的负极也会产生脉动的电压，再经过电解电容C18滤波处理成平稳的电压供给驱动芯片U1的8脚电源输入端，对驱动芯片U1上电，同时，经过电解电容C18滤波后的电压通过电阻R21降压后送到驱动芯片U1的7脚PWM驱动端，启动驱动芯片U1内部的PWM脉宽调制电路；驱动芯片U1的9、10脚分别对应输出PFC功率因数校正信号、PWM脉宽调制信号以控制本大功率LED灯驱动装置整个电路工作，本大功率LED灯驱动装置工作之后主要由变压器T1的副线圈及其外围器件为驱动芯片U1提供正常工作所必须的电压和电流，启动电路在驱动芯片U1刚上电的瞬间给驱动芯片U1提供工作所必须的电压，驱动芯片U1上电之后启动电路继续工作为驱动芯片U1提供电源但只是做补充之用。

电阻R16连接在电容C9与整流桥BD1的4脚之间的中间接点与地之间，电阻R17、电容C20的串联电路连接在电容C9与整流桥BD1的4脚之间的中间接点与地之间，电阻R16、R17、电容C20构成了PFC校正电流采样信号输入电路，电阻R17、电容C20的中间接点连接驱动芯片U1的3脚(PFC校正电流采样信号输入端)；图2中，电感L1为PFC(功率因数校正)电感，可对输入的电压电流的相位差进行调整，驱动芯片U1的9号脚输出的PFC信号送到二极管D01、电阻R7、开关三极管Q4、电阻R13、开关管Q1构成的功率因数校正(PFC)电路中，PFC功率因数校正信号通过电阻R7加到开关管Q1的门极，二极管D01主要起到导向作用，开关三极管Q4为PNP三极管，在PFC功率因数校正信号为低电平时，开关管Q1处于关断状态，开关三极管Q4导通，可使开关管Q1门极的电压更快更彻底的变为0V，然后当PFC功率因数校正信号为高电平时，开关管Q1处于导通状态，PFC信号加到开关管Q1的门极，控制开关管Q1的导通与关断；PFC信号为高低电平，高电平时可驱动开关管Q1导通，低电平时开关管Q1关断。电阻R1、R4、R8串联构成PFC电压采样电路，电阻R1、R4、R8采集到的PFC电压信号经电容C19滤波处、电阻R27分流后加载到驱动芯片U1的5脚(PFC电压误差放大输入端)，电容C19、电阻R27共同组成PFC电压反馈信号的低通滤波器；图中的+VSEN/ENA、+VDC是网络标号，表示具有相同标示的两个接脚是对应连接的)；此外，电容C17、电阻R28为补偿电路，用于配合驱动芯片U1内部电路做相位补偿。

电阻R2、R2a、R2b、电容C1、二极管D4共同构成变压器T1主线圈(1脚、2脚之间的为主线圈)的吸收电路，用于吸收反向电压。二极管D3、电阻R37、电容C2、C02、电阻R24、开关三极管Q5、稳压二极管ZD3、电容C18和变压器T1的副线圈(5脚、6脚之间的副线圈)构成辅助电源，输出电压为12V，为驱动芯片U1的正常工作提供电源；经电阻R15采样得到的主回路中的电流采样信号通过电阻R11与电容C22构成的低通滤波电路输送至驱动芯片U1的6号脚(即驱动芯片U1中PWM信号电流阈值比较器的输入端，通过驱动芯片U1内置的阈值比较器的比较调整合适的PWM输出信号，以达到限制主回路中电流的目的)，来控制驱动芯片U1的输出PWM脉宽调制信号，可以直接控制主回路中的电流大小，从而改变输出回路中的电流。二极管D02、电阻R9、开关管Q3、变压器T1、由A1、A2两高速整流二极管并联构成的整流管D2、电容C6构成DC-DC转换单元，驱动芯片U1的10脚输出的PWM信号脉宽调制信号通过电阻R9提供给主回路中的开关管Q3，控制开关管Q3的通断来控制变压器T1的主线圈是否得电工作；二极管D02为保护二极管，变压器T1为高频变压器，其主线圈(1、2脚之间)与副线圈(7(8)、(9)10之间)通过磁芯将电源能量进行传递；A1、A2为高速整流二极管，两者并联可以增大过电流能力，电容C6用于滤波。电容C06、电感L2、电容C7构成滤波续流单元，也是一个LC-∏型滤波器，在变压器T1的10脚为高电平时，变压器T1的10脚对电容C06进行充电，同时，通过前述的滤波续流单元给LED灯负载提供电源(该电源通过OUT+、OUT-接脚输送给LED灯负载)，当变压器T1的10脚为低电平时，电容C06将储存的电能通过滤波续流单元提供给LED灯负载，保证LED灯工作稳定；此外，电容R35、电容C01为吸收电路，用于吸收高速二极管A1、A2两端的反向电压，当变压器T1的10脚为低电平的时候，高速二极管A1、A2两端会有比较大的反向电压，如不进行消除处理容易损坏该高速二极管A1、A2。电阻R10为输出电流采样电阻，电阻R10与LED灯的灯芯串联在变压器T1的副线圈7、10的回路中，输出电流通过给LED灯供电的负极OUT-再流经电阻R10最后到变压器T1的7脚(即地上)，电流流过电阻R10会产生一定的压降，通过采集这个电压降来判断输出电流的大小，电流流经电阻R10的输入端的电压(有标号Io+)加载于电阻R23的一端，经电容C26滤波后加载在双比较器芯片U3的6脚上，双比较器芯片U3的5、6、7脚组成电流反馈比较器，1、2、3脚组成电压反馈比较器，稳压管U4(采用TL431)为电压反馈比较器的3脚提供2.5V的基准电压，同时，稳压管U4通过电阻R30、R33、电位器RW为电流反馈比较器5脚提供一个可以设置的基准电压；电压反馈比较器的信号输入端2脚连接电阻R19、R26的串接中间接点，用于输入电压采样信号，电阻R19的另一端连接用于对LED灯负载供电的正极OUT+，电阻R26的另一端接地，电容C14、电阻R22串接在电压反馈比较器的1、2脚之间，构成电压反馈比较器的补偿电路。

热敏电阻RT11、三极管Q6、分压电阻R40、光电耦合器U5、电阻R41组成温度控制电路单元，RT11为负温度系数的热敏电阻，随着温度的升高其阻值会降低，与电阻R40串联分压为三极管Q6提供基极电压，三极管Q6的发射极接地，集电极连接光电耦合器U5的输入端，光电耦合器U5的输出端通过电阻R41用于为电流反馈比较器、电压反馈比较器输入端提供基准电压的电路中的电阻R33、电位器RW的中间接点，热敏电阻RT11设置于LED灯体上，实时监测当前的LED灯体的温度，当LED灯体的温度高于预设温度时，即使三极管Q6的基极电压升到0.7V，三极管Q6导通，光耦U5也随着导通，相当于在R35的两端又并联了一个电阻R41，可以降低电流反馈比较器的基准电压，即双比较器芯片U3的5号脚的电压，则电流比较器的输出端7号脚的电压会发生变化则连接于双比较器芯片U3的两比较器的输出端1、7脚的光电耦合器U2的导通程度也会发生变化，通过光电耦合器U2的导通情况将这个信号变化一直提供给驱动芯片U1的6号脚，以驱动该驱动芯片U1的10脚的输出，进一步改变输出的PWM脉宽调制信号以改变变压器T1的输入，从而改变给LED灯负载的供电输出，从而使LED灯负载自身的发热量降低，从而起到温控的作用。此外，R20与稳压管ZD1串联将稳压管ZD1负极的电压限制在稳压管ZD1的稳压点上，用于为双比较器芯片U3提供稳定的工作电源，电容C15、C16均与稳压管ZD1并联对稳压管ZD1的稳压点的电压进行滤波处理。另外，光电耦合器U2是一个线性光耦而非开关光耦，根据光电耦合器U2的输入端2号脚的电压高低情况，光电耦合器U2自身的导通程度会有所不同，但光电耦合器U2会始终处于导通状态，只是导通程度不同而已，不同的导通程度会使光电耦合器U2的输出端3号脚呈现不同的电压，如此，光电耦合器U2即可将电压反馈比较器、电流反馈比较器的输出通过其输出端3脚安全反映给驱动芯片U1的6脚，则驱动芯片U1的6号脚会因为光耦U2的不同导通程度而得到不同大小的电压信号，从而调整合适的PWM输出信号，以改变整个驱动装置中的电流大小，起到电压电流调节的目的。

所述驱动芯片U1采用绿色模式PFC/PWM的组合控制器CM6807，适用于200W以下的AC-DC电源控制芯片，它内含PFC校正单元和PWM调制单元，可有效的改善电源功率因数低下、谐波电流大的的缺点，降低了电力线负载和开关场效应管的压力，并使得电力供应充分符合IEC1000-3-2的标准。该驱动芯片U1包括集成电路实施的领先优势，输入电流整形技术PFC校正和脉宽调制技术。该驱动芯片U1的PFC模块和PWM模块运行在相同的频率67.5kHz，具有过压保护、欠压保护、过载保护和峰值电流限制功能，增强了系统的可靠性。

电压、电流反馈单元中的双比较器采用双比较器芯片LM358，它内含的两个比较器分别做于电压反馈和电流反馈；上述电压、电流反馈单元的输出通过光耦U2将反馈信号提供给驱动芯片U1，使前后级安全隔离。

本实用新型与现有技术相比，其优势如下：

1、采用驱动芯片集中控制，与现有技术相比，降低了单个电路分别控制时所容易出现的误差比例，提高了控制的准确度。

2、具有负载开路和短路保护功能，如果输出端有过电压或者短路情况发生，电压、电流反馈单元会将这个信号通过光耦U2提供给驱动芯片U1，驱动芯片U1得到这个信号会控制驱动负载的电路停止工作，使整个驱动装置具有可靠的稳定性。

3、设有负载电流采样电路，将输入至负载端的电流采样与所设定的基准电流值相比较，控制输出电流使其达到恒定，而且当输入电压在工作范围内任意变化时，其输出电流仍能维持恒定。

4、该电路中的输出电流可以任意调整设定，在电流采样电路单元中有一电位器RW，调节该电位器的值可以将电路的输出电流设定到规定范围内的任意值。

5、设有温度控制单元，在LED灯体上配套安装一温度传感器RT11，可有效的实时监测LED灯体的温度，假设设定温度阈值是35度，当LED灯体温度升高超过35度时，根据温度控制单元经电压、电流反馈单元送来的信号，驱动芯片U1会调整其PWM脉宽调制信号输出，以保证LED灯体工作在35℃的温升范围之内。

Claims (9)

1、一种大功率LED灯驱动装置，其特征在于：包括供电单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元、驱动单元、电压电流反馈单元、温度感测及控制单元，其中，所述供电单元、功率因数校正单元、DC-DC转换单元、滤波续流单元依次连接，输入保护单元的输入端用于连接电源，滤波续流单元的输出端用于连接LED灯头负载，温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接电压电流反馈单元的温度信号输入端，电压电流反馈单元的电压、电流采集信号输入端均用于连接于LED灯头负载上，电压电流反馈单元的输出端连接驱动单元的信号输入端，驱动单元的功率因数校正信号输出端连接功率因数校正单元的信号输入端，驱动单元的PWM脉宽调制信号输出端连接DC-DC转换单元的控制信号输入端。

2、如权利要求1所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：该驱动装置还包括温度感测及控制单元，温度感测及控制单元的温度感测头设置于LED灯体上，温度感测及控制单元的信号输出端连接电压、电流反馈单元的温度信号输入端。

3、如权利要求2所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的温度感测及控制单元包括热敏电阻、分压电阻、开关三极管、光电耦合器，其中，热敏电阻用于设置于LED灯体上，热敏电阻的一端连接电源，另一端与分压电阻串接后接地，热敏电阻与分压电阻的中间接点连接开关三极管的基极，开关三极管的发射极接地、其集电极连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端用于连接所述电压、电流反馈单元中的电流反馈基准电压信号输入端。

4、如权利要求1或2或3所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的驱动单元包括一驱动芯片，该驱动芯片包含有功率因数校正信号处理电路、PWM脉宽调制电路，所述电压、电流反馈单元的信号输出端连接该驱动芯片中功率因数校正信号处理电路、PWM脉宽调制电路的信号输入端，该功率因数校正信号处理电路的输出端连接所述功率因数校正单元的信号输入端，该PWM脉宽调制电路的信号输出端连接所述DC-DC转换单元的控制信号输入端。

5、如权利要求4所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的驱动芯片采用型号为CM6807。

6、如权利要求1或2或3所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述电压、电流反馈单元包括一双比较器模块、负载电压信号采集模块、负载电流信号采集模块，该负载电压信号采集模块、负载电流信号采集模块的信号输入端均连接于LED灯头负载上，该双比较器模块中的第一比较器的电压采集信号输入端用于连接所述的负载电压信号采集模块信号输出端，该双比较器模块中的第二比较器的电流采集信号输入端用于连接所述的负载电流信号采集模块信号输出端，该双比较器模块中的第二比较器的基准电压输入端连接所述温度感测及控制单元的信号输出端。

7、如权利要求6所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的双比较器模块包括一双比较器芯片。

8、如权利要求7所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的双比较器芯片采用LM358。

9、如权利要求1或2或3所述的大功率LED灯驱动装置，其特征在于：所述的供电单元包括依次连接的输入保护单元、电源滤波单元、整流单元，所述输入保护单元的输入端用于连接电源，所述整流单元的输出端连接功率因数校正单元的输入端。

Images