CN201910949U - 阶梯式恒流源电路结构 - Google Patents

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黄金华
敖伦坡
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SHANGHAI LINE TECH FUNCTIONAL MATERIALS CO LTD
Shanghai Keter Polymer Material Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种阶梯式恒流源电路结构，其中，该阶梯式恒流源电路结构包括数路相互并联的恒定电流电路，各路恒定电流电路的电流输出端均通过负载连接电源负极，各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路的电流输入端均通过一温控开关连接电源正极。采用了该实用新型的阶梯式恒流源电路结构，由于其为阶梯式结构，具有多路相互并联的恒定电流电路，且各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路均通过一温控开关连接电源正极，使得当LED工作环境温度升高超过限流温度时，温控开关断开，从而在LED发光可接受的范围内微调恒定电流，确保LED不因温度继续升高而造成损坏或缩短使用寿命。

Description

阶梯式恒流源电路结构
技术领域
本实用新型涉及电路结构领域，特别涉及半导体保护电路领域，具体是指一种阶梯式恒流源电路结构。
背景技术
LED近些年发展迅速，与白炙灯、日光灯相比，LED优势之一是寿命更长。相对于白炙灯的5千小时，日光灯的1万小时的使用寿命，LED的使用寿命远远大于日光灯的1万小时。但同样LED也有致命的缺陷：LED照明会由于温度上升引起LED的PN结电压下降，该现象称为PN结的负温度效应。PN结的负温度效应直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。而环境温度与PN结温直接关联。比如，环境温度在常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当温度升高到90℃时，PN结电压下降，工作电流急剧增加到100mA，此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差，如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，PN结电压上升，最佳工作电流将从20mA减小到5mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。有研究表明假如PN结温度为105℃，寿命只有1万多小时，温度为95℃寿命就有2万多小时，而温度降低到75℃，寿命就有5万小时，65℃时更可以延长至9万小时，所以PN结温度越高LED寿命越短。同时结温与LED工作环境温度是密切相关的，所以控制工作环境温度同样也是控制结温。
为了避免由PN结的负温度效应带来的不足，目前，在LED灯的相关产品上通常采用以下措施：1、将LED装在散热板上，或风机风冷降温；2、LED采用恒流的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止LED恶性升温，又或者将这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯(如广告背景灯、街灯等)是行之有效的措施。但将LED灯作为普通室内外照明时就存在如下问题：散热板和风冷难以集成在一个普通灯头的有限空间内，且由此造成LED灯整体成本昂贵；另外，采用恒流管电路，精确地串有阻值为101～104Ω电阻才能使用，例如恒定电流IH为1.5mA(测试电压为10V)，当电路出现电压或电流异常，如此时电路电压升至VB时，IH并非完全恒定而是有波动值ΔI，这样，一方面，就无法满足稳流特性要求更高的恒流源，另一方面，当电压VB(电流)超过正向击穿电压(1.2IH)时，恒流管失去恒流特性，此时若电压或电流过大，则容易直接毁坏恒流管，对整个应用电路产生安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能有效抑制LED的PN结负温度效应，延长LED灯的使用寿命，且结构简单，成本低廉，应用广泛的稳定恒流电路结构。
为了实现上述的目的，本实用新型的稳定恒流电路结构具有如下构成：
该阶梯式恒流源电路结构包括数路相互并联的恒定电流电路，所述的各路恒定电流电路的电流输出端均通过负载连接电源负极，所述的各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路恒定电流电路的电流输入端均通过一温控开关连接电源正极。
该阶梯式恒流源电路结构中，所述的各路恒定电流电路均包括相互串联的可变电阻和恒流二极管，所述的各路恒定电流电路的电流输入端通过所述的可变电阻连接所述的恒流二极管的正极，所述的恒流二极管的负极为电流输出端。
该阶梯式恒流源电路结构中，所述的温控开关为常规温度控制开关或正温度系数热敏电阻器。
该阶梯式恒流源电路结构中，所述的负载为发光二极管组。所述的发光二极管组包括至一个或一个以上串联的发光二极管。
采用了该实用新型的阶梯式恒流源电路结构，由于其为阶梯式结构，具有多路相互并联的恒定电流电路，且所述的各路恒定电流电路的电流输出端均通过负载连接电源负极，所述的各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路恒定电流电路的电流输入端均通过一温控开关连接电源正极，使得当LED工作环境温度升高超过限流温度时，温控开关断开，从而在LED发光可接受的范围内微调恒定电流，确保LED不因温度继续升高而造成损坏或缩短使用寿命，本实用新型性能稳定、结构简单、成本低廉，且应用范围广泛。
附图说明
图1为本实用新型的阶梯式恒流源电路结构的一种实施方式的电路结构示意图。
图2为图1所示的本实用新型的阶梯式恒流源电路结构的一种实施方式连接LED组的电路结构示意图。
图3为本实用新型的阶梯式恒流源电路结构的一种优选的实施方式连接LED组的电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本实用新型的阶梯式恒流源电路结构的一种实施方式的电路结构示意图。
在该实施方式中，该阶梯式恒流源电路结构包括两路相互并联的恒定电流电路，所述的恒定电流电路的电流输入端连接电源正极，所述的恒定电流电路的电流输出端通过负载连接电源负极。其中，所述的恒定电流电路包括相互串联的可变电阻R1、R2和恒流二极管C1、C2，所述的恒定电流电路的电流输入端通过所述的可变电阻R1、R2连接所述的恒流二极管C1、C2的正极，所述的恒流二极管C1、C2的负极为电流输出端。其中一路恒定电流电路中还包括一温控开关K1，所述的开关K1串联于所述的电流输入端与所述的可变电阻R1之间。可变电阻R1和R2的阻值不相等。
在该实施方式中，如图2所示，所述的阶梯式恒流源电路结构中所述的负载为串联于所述的恒定电流电路的电流输出端与电源负极之间的发光二极管组。所述的发光二极管组包括至一个或一个以上串联的发光二极管。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，所述的相互并联的恒定电流电路为三路，其中所述的温控开关K1、K2，所述的温控开关K1、K2串联于所述的电流输入端与所述的可变电阻之间。
在本实用新型的其它实施方式中，该阶梯式恒流源电路结构可以包括三路以上的相互并联的恒定电流电路，其中一路保持连通状态，其余各路恒定电流电路串联有温控开关。所述的温控开关可以为高精密正温度系数热敏电阻器。
在实际应用中，将本实用新型的阶梯式恒流源电路结构应用于LED驱动。如图2所示，选用动作温度为80℃的温控开关K1，选用R1＝750Ω和R2＝1500Ω电阻器，选用参数IH＝4.0～4.95mA(测试电压为10V)、起始恒流电压Vk≤3、动态阻抗ZD＝150KΩ、最高使用电压80V、控制电流比Isov/IH≤1.1、脉冲上升、下降时间为50ns的恒电流二极管C1和C2。当LED组环境温度低于80℃时，电路电流为流经恒流二极管C1+C2的电流，即IC1+IC2，此时LED发光正常。随着LED使用时间的延长，环境温度升到高于80℃时，温控开关K1动作断开，电路中电流为R2和C2之恒定电流IC2，此时LED发光变化不大，同时PN结温降低，可有效延长LED的使用寿命；反之，当LED因所处外界环境因素影响，工作温度恢复到低于80℃时，温控开关K1动作闭合，电路电流为流经R1、C1与R2、C2恒定电流之和，即电路电流恢复到IC1+IC2，使LED恢复正常发光状态。
在另一种应用方式中，如图3所示，选用动作温度为90℃的温控开关K1和动作温度为105℃的温控开关K2，选用R1＝750Ω和R2＝1500Ω以及R3＝2500Ω电阻器，选用参数IH＝4.0～4.95mA(测试电压为10V)、起始恒流电压Vk≤3、动态阻抗ZD＝150KΩ、最高使用电压80V、控制电流比Isov/IH≤11、脉冲上升、下降时间为50ns的恒电流二极管C1和C2以及C3，当LED温度处于90℃时，温控开关K1断开，K2闭合，电路电流为流经R2、C2与R3、C3恒定电流之和，即电路电流为IC2+IC3，当温度达到105℃时，温控开关K1和K2动作断开，电路电流为流经R3、C3恒定电流，即电路电流为IC3，电流微调降低从而抑制LED因PN结温升高造成的不良现象；当温度下降至40℃时，温控开关K1、K2均动作闭合，电路电流为流经R1、C1与R2、C2以及R3、C3三者恒定电流之和，即电路电流为IC1+IC2+IC3，此时LED发光处于正常状态。
采用了该实用新型的阶梯式恒流源电路结构，由于其为阶梯式结构，具有多路相互并联的恒定电流电路，且所述的各路恒定电流电路的电流输出端均通过负载连接电源负极，所述的各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路恒定电流电路的电流输入端均通过一温控开关连接电源正极，使得当LED工作环境温度升高超过限流温度时，温控开关断开，从而在LED发光可接受的范围内微调恒定电流，确保LED不因温度继续升高而造成损坏或缩短使用寿命，本实用新型性能稳定、结构简单、成本低廉，且应用范围广泛。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种阶梯式恒流源电路结构，其特征在于，所述的阶梯式恒流源电路结构包括数路相互并联的恒定电流电路，所述的各路恒定电流电路的电流输出端均通过负载连接电源负极，所述的各路恒定电流电路中的一路的电流输入端直接连接电源正极，其余各路恒定电流电路的电流输入端均通过一温控开关连接电源正极。
2.根据权利要求1所述的阶梯式恒流源电路结构，其特征在于，所述的各路恒定电流电路均包括相互串联的可变电阻和恒流二极管，所述的各路恒定电流电路的电流输入端通过所述的可变电阻连接所述的恒流二极管的正极，所述的恒流二极管的负极为电流输出端。
3.根据权利要求1或2所述的阶梯式恒流源电路结构，其特征在于，所述的温控开关为常规温度控制开关或正温度系数热敏电阻器。
4.根据权利要求1所述的阶梯式恒流源电路结构，其特征在于，所述的负载为发光二极管组。
5.根据权利要求4所述的阶梯式恒流源电路结构，其特征在于，所述的发光二极管组包括至一个或一个以上串联的发光二极管。
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