CN202931600U

CN202931600U - 具有电流控制环路的恒流led照明灯

Info

Publication number: CN202931600U
Application number: CN 201220407649
Authority: CN
Inventors: 韩清安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-08-17

Abstract

本实用新型公开了一种具有电流控制环路的恒流LED照明灯，包括开关电源环路、电流控制环路和负载三个部分；进一步，具有电流控制环路的恒流LED照明灯的开关电源环路，也可以包括由整流滤波电路、自激振荡电路、保护电路、高频整流滤波电路四部分组成。本实用新型产生的有益效果为，恒流输出式开关电源，其电流控制环路由晶体管构成，电路简单，成本低，易于制作。

Description

具有电流控制环路的恒流LED照明灯

技术领域

本实用新型涉及一种照明灯，特别是涉及一种具有电流控制环路的恒流LED照明灯，属于照明电子应用技术领域。

背景技术

白光LED具有发光效率高、使用寿命长、安全可靠性强、有利于环保等特点，其照明应用在近几年获得了迅猛的发展。由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性。因而在应用中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了白光LED驱动的概念。以典型小功率白光LED为例，按照LED的电流、电压变化规律，一般应用正向电压为3.0-3.5V左右，典型值电压为3.3V，电流为20mA，当加于LED两端的正向电压超过3.3V后，正向电压很小的增加，LED的正向电流都会成倍增加，使LED温升过快，加速LED光衰减，LED的寿命缩短，严重时甚至烧坏LED。LED固有的电压、电流变化特性规律，对驱动电源的设计提出了严格要求，驱动电源的品质是LED高效长寿的关键保障。

当前很多厂家生产的LED灯类产品，例如：投射灯、护栏灯、灯杯，采用阻、容降压，然后加上稳压二极管稳压，向LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷，首先是效率低，在降压阻、容上消耗大量电能，甚至有可能超过LED所消耗的电能，无法提供大电流驱动，因为电流越大，消耗在降压阻、容上的电能就越大，无法保证通过LED的电流不超过其正常工作要求。还有采用恒压方式驱动LED的，由于负温度特性的存在，LED温升过快，产生光衰减，使LED的寿命缩短。

当前众多厂家采用国外或国内芯片生产商公开在市场上销售的由“LED恒流IC芯片”组成的“脉冲宽度调制PWM+恒流IC芯片”驱动LED方式，是目前流行的LED驱动方式，它能够避免LED正向电压的改变而引起的电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。但由于必须采用专用的恒流IC芯片，使得企业LED驱动电源的自主创新能力降低，产品成本增加，限制了LED照明产品的普及与市场竞争力。

实用新型内容

为了克服以上技术缺点，本实用新型提供一种具有电流控制环路的恒流LED照明灯。

本实用新型采取的技术方案为，具有电流控制环路的恒流LED照明灯包括开关电源环路、电流控制环路和负载三个部分。

1、开关电源环路，IC1采用一片TOP2XX型开关电源IC，85V～250V交流输入电压经过桥式整流电路和滤波电容C1，得到大约为120V～350V的直流电压；其中整流电路由BX、D1、D2、D3、D4组成；再通过高频变压器T初级1、2绕组接TOP2XX的漏极，由C2、R1和D5构成漏极箝位保护电路，将高频变压器T漏感形成的尖峰电压限定在安全范围之内。次级5、6绕组输出电压经过D7、C5整流滤波后，获得电压输出，其中D7采用3A/70V的肖特基二极管。反馈绕组3、4的输出电压经过D6、C3整流滤波后，得到反馈电压，给光耦合器IC中的光敏三极管提供偏压。C4为旁路电容，兼作频率补偿电容并决定自动重启频率，R2为反馈绕组3、4的负载，空载时能限制反馈电压不致升高。

2、电流控制环路，由晶体管Q3和Q4、电流检测电阻R10、光耦合器IC、电阻R7、R8、R9、R11、R12、电容C7、稳压管VD构成。其中，R10专用于检测输出电流值。Q3可以采用2N5401型PNP硅管，Q4则选2N5551型NPN硅管。R7、R8分别用于设定Q3、Q4的发射极、集电极电流值。R7还决定电流控制环的直流增益。C7为频率补偿电容，防止环路产生自激振荡。在刚通电或自动重新启动时，瞬态峰值电压可使Q4导通，利用R11对其发射结电流进行限制；R9的作用是将Q4的导通电流经Q3旁路掉，使之不通过R12。

3、负载为LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。

进一步，具有电流控制环路的恒流LED照明灯的开关电源环路，也可以包括由整流滤波电路、自激振荡电路、保护电路、高频整流滤波电路四部分组成。

1、整流滤波电路，由BX、D1、D2、D3、D4、C1组成，BX是熔丝管，D1、D2、D3、D4组成桥式整流，C1为滤波电容。220V交流输入电压经整流滤波后在C1两端得到310V的直流电压。

2、自激振荡电路，由开关管Q1、高频变压器T、C2、R1、R2、R6组成，R1是启动电阻，C2、R2是正反馈元件。自激振荡过程如下：接通电源，310V电压经启动电阻R1加至开关管Q1的基极，为Q1提供基极偏流，同时310V电压又经高频变压器T的1、2绕组加到开关管Q1的集电极，于是Q1导通，高频变压器T的1、2绕组产生1正2负的感生电动势，通过电磁耦合使3、4绕组产生3正4负的感生电动势，由C2、R2正反馈到Q1的基极，加速Q1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，使得Q1迅速饱和导通。Q1饱和导通期间，正反馈绕组3、4上的感生电动势经R2、Q1的be结、R6、电容C2充电。随着C2不断充电，开关管Q1的基极电位逐渐降低，当降低到其基极电流不足以维持Q1的饱和导通时，Q1退出饱和而进入放大区，高频变压器T的1、2绕组和3、4绕组的感生电动势反向，使Q1的基极电流进一步减小。这同样又是一个强烈的正反馈过程，其结果使Q1由导通变为截止。Q1截止后，电容C2通过T的3、4绕组、Q2放电，随着C2的不断放电，开关管Q1的基极电位逐渐升高，则又由截止变为导通。此后，重复上述过程而形成振荡。其振荡频率主要取决于电容C2的充放电时间。

3、保护电路，分为限流保护电路、尖峰电压吸收电路、输出短路保护电路。R3、R4、R6、C3、Q2组成限流保护电路，R3是Q2箝位电阻，R6是电流取样电阻，R4是Q2基极的限流电阻，同时把控制信号与限流保护信号隔开，当某种原因使Q1的Ice超过预定数值时，电流取样电阻R6上的电压升高，流过R4的电流增大，使调宽控制管Q2饱和导通，开关管Q1的基极被短路到地，从而使开关管Q1停振。对于理想的变压器而言，初级存储的能量能够通过电磁耦合全部传送到次级输出，但实际的变压器总是存在着漏磁通，也就是一个绕组产生的磁通没有通过另一个绕组的那一部分，漏磁通的存在产生了漏感。尖峰电压是由高频变压器T的漏感产生的，开关管Q1截止时，漏感中的能量不能耦合到次级输出，从而产生很高的尖峰电压。R5、C4、D5组成尖峰电压吸收电路，为漏感能量的泄放提供了通路，有效防止了开关管Q1击穿。当某种原因使负载发生短路时，会导致正反馈3、4绕组输出电压急剧下降，加上过流保护电路的作用，使开关电源立即停振，从而不会损坏开关管Q1。

4、高频整流滤波电路，由D7、C6组成。

本实用新型产生的有益效果为，恒流输出式开关电源，其电流控制环路由晶体管构成，电路简单，成本低，易于制作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进行详细说明

图1为本实用新型实施例1的电路图

图2为本实用新型实施例2的电路图

具体实施方式

实施例1

如图1所示，具有电流控制环路的恒流LED照明灯包括开关电源环路、电流控制环路和负载三个部分。

开关电源环路，包括TOP2XX型开关电源IC1、桥式整流电路、高频变压器T和滤波电容C1，所述桥式整流电路由熔丝管BX和二极管D1、D2、D3、D4组成；高频变压器T初级1、2绕组接TOP2XX的漏极，电容C2、电阻R1和二极管D5构成漏极箝位保护电路；高频变压器T次级5、6绕组连接二极管D7和电容C5；高频变压器T反馈绕组3、4连接二极管D6和电容C3；电容C4为旁路电容，电阻R2为高频变压器T反馈绕组3、4的负载。

IC1采用一片TOP2XX型开关电源，85V～250V交流输入电压经过桥式整流电路和滤波电容C1，得到大约为120V～350V的直流电压；再通过高频变压器T初级1、2绕组接TOP2XX的漏极，由C2、R1和D5构成漏极箝位保护电路，将高频变压器T漏感形成的尖峰电压限定在安全范围之内。次级5、6绕组输出电压经过D7、C5整流滤波后，获得电压输出，其中D7采用3A/70V的肖特基二极管。反馈绕组3、4的输出电压经过D6、C3整流滤波后，得到反馈电压，给光耦合器IC中的光敏三极管提供偏压。C4为旁路电容，兼作频率补偿电容并决定自动重启频率，R2为反馈绕组3、4的负载，空载时能限制反馈电压不致升高。

电流控制环路由晶体管Q3和Q4、电流检测电阻R10、光耦合器IC、电阻R7、R8、R9、R11、R12、电容C7、稳压管VD构成；所述电阻R7与晶体管Q3发射极连接，所述电阻R9与晶体管Q3基极连接，所述电阻R12分别与光耦合器IC和晶体管Q3集电极连接，所述电阻R7与电阻R8和稳压管VD并联，所述晶体管Q4集电极分别与电阻R8、电阻R9和电容C7连接，所述晶体管Q4基极分别与电容C7和电阻R11连接，所述晶体管Q4发射极与电流检测电阻R10连接，所述电流检测电阻R10和电阻R11串联；其中，R10专用于检测输出电流值；Q3可以采用2N5401型PNP硅管，Q4则选2N5551型NPN硅管。R7、R8分别用于设定Q3、Q4的发射极、集电极电流值。R7还决定电流控制环的直流增益。C7为频率补偿电容，防止环路产生自激振荡。在刚通电或自动重新启动时，瞬态峰值电压可使Q4导通，利用R11对其发射结电流进行限制；R9的作用是将Q4的导通电流经Q3旁路掉，使之不通过R12。

电流控制环路的启动过程如下：随着输出电流的增大，电流检测电阻R10两端压降增大，Q4导通，R8两端压降增大，Q3导通，由Q3的集电极给光耦合器IC提供的电流增大，光耦合器内的发光二极管导通加强，则内部的光电三极管内阻减小，调宽控制管Q2的基极电流增大，Q2导通增强，对开关管Q1的基极电流分流加大，从而使开关管Q1的导通时间变短，输出电压下降，使输出电流得到稳定恒流输出。当输出电流降低时，PWM控制电路的控制过程与上述过程相反。

负载为LED照明灯，由M个LED灯珠串联后再N个并联后组成。

实施例2

如图2所示，具有电流控制环路的恒流LED照明灯的开关电源环路部分，由整流滤波电路、自激振荡电路、保护电路、高频整流滤波电路四部分组成：

所述整流滤波电路，由熔丝管BX、二极管D1、D2、D3、D4和滤波电容C1组成，二极管D1、D2、D3、D4组成桥式整流；220V交流输入电压经整流滤波后在C1两端得到310V的直流电压。

所述自激振荡电路，由开关管Q1、高频变压器T、电容C2、电阻R1、R2、R6组成，R1是启动电阻，电容C2、电阻R2是正反馈元件；电阻R1与开关管Q1的基极相连，高频变压器T的1、2绕组与开关管Q1的集电极相连，所述电容C2、电阻R2与开关管Q1的基极相连，所述高频变压器T正反馈绕组3、4与电阻R6、电容C2相连。自激振荡过程如下：接通电源，310V电压经启动电阻R1加至开关管Q1的基极，为Q1提供基极偏流，同时310V电压又经高频变压器T的1、2绕组加到开关管Q1的集电极，于是Q1导通，高频变压器T的1、2绕组产生1正2负的感生电动势，通过电磁耦合使3、4绕组产生3正4负的感生电动势，由C2、R2正反馈到Q1的基极，加速Q1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，使得Q1迅速饱和导通。Q1饱和导通期间，正反馈绕组3、4上的感生电动势经R2、Q1的be结、R6、电容C2充电。随着C2不断充电，开关管Q1的基极电位逐渐降低，当降低到其基极电流不足以维持Q1的饱和导通时，Q1退出饱和而进入放大区，高频变压器T的1、2绕组和3、4绕组的感生电动势反向，使Q1的基极电流进一步减小。这同样又是一个强烈的正反馈过程，其结果使Q1由导通变为截止。Q1截止后，电容C2通过T的3、4绕组、Q2放电，随着C2的不断放电，开关管Q1的基极电位逐渐升高，则又由截止变为导通。此后，重复上述过程而形成振荡。其振荡频率主要取决于电容C2的充放电时间。

所述保护电路，包括限流保护电路、尖峰电压吸收电路、输出短路保护电路，电阻R3、R4、R6、电容C3、晶体管Q2组成限流保护电路，电阻R3是晶体管Q2箝位电阻，电阻R6是电流取样电阻，电阻R4是晶体管Q2基极的限流电阻，电阻R5、电容C4、二极管D5组成尖峰电压吸收电路；当某种原因使Q1的Ice超过预定数值时，电流取样电阻R6上的电压升高，流过R4的电流增大，使调宽控制管Q2饱和导通，开关管Q1的基极被短路到地，从而使开关管Q1停振。对于理想的变压器而言，初级存储的能量能够通过电磁耦合全部传送到次级输出，但实际的变压器总是存在着漏磁通，也就是一个绕组产生的磁通没有通过另一个绕组的那一部分，漏磁通的存在产生了漏感。尖峰电压是由高频变压器T的漏感产生的，开关管Q1截止时，漏感中的能量不能耦合到次级输出，从而产生很高的尖峰电压。R5、C4、D5组成尖峰电压吸收电路，为漏感能量的泄放提供了通路，有效防止了开关管Q1击穿。当某种原因使负载发生短路时，会导致正反馈3、4绕组输出电压急剧下降，加上过流保护电路的作用，使开关电源立即停振，从而不会损坏开关管Q1。

所述高频整流滤波电路，由二极管D7、电容C6组成。

其电流控制环路和负载部分与实施例1相同。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims

1.一种具有电流控制环路的恒流LED照明灯，包括开关电源环路、电流控制环路和负载三个部分，其特征在于，电流控制环路由晶体管Q3和Q4、电流检测电阻R10、光耦合器IC、电阻R7、R8、R9、R11、R12、电容C7、稳压管VD构成；所述电阻R7与晶体管Q3发射极连接，所述电阻R9与晶体管Q3基极连接，所述电阻R12分别与光耦合器IC和晶体管Q3集电极连接，所述电阻R7与电阻R8和稳压管VD并联，所述晶体管Q4集电极分别与电阻R8、电阻R9和电容C7连接，所述晶体管Q4基极分别与电容C7和电阻R11连接，所述晶体管Q4发射极与电流检测电阻R10连接，所述电流检测电阻R10和电阻R11串联。

2.根据权利要求1所述的具有电流控制环路的恒流LED照明灯，其特征在于，开关电源环路包括TOP2XX型开关电源IC1、桥式整流电路、高频变压器T和滤波电容C1，所述桥式整流电路由熔丝管BX和二极管D1、D2、D3、D4组成；高频变压器T初级1、2绕组接TOP2XX的漏极，电容C2、电阻R1和二极管D5构成漏极箝位保护电路；高频变压器T次级5、6绕组连接二极管D7和电容C5；高频变压器T反馈绕组3、4连接二极管D6和电容C3；电容C4为旁路电容，电阻R2为高频变压器T反馈绕组3、4的负载。

3.根据权利要求1所述的具有电流控制环路的恒流LED照明灯，其特征在于，开关电源环路由整流滤波电路、自激振荡电路、保护电路、高频整流滤波电路四部分组成：

整流滤波电路，由熔丝管BX、二极管D1、D2、D3、D4和滤波电容C1组成，二极管D1、D2、D3、D4组成桥式整流；

自激振荡电路，由开关管Q1、高频变压器T、电容C2、电阻R1、R2、R6组成，R1是启动电阻，电容C2、电阻R2是正反馈元件；电阻R1与开关管Q1的基极相连，高频变压器T的1、2绕组与开关管Q1的集电极相连，所述电容C2、电阻R2与开关管Q1的基极相连，所述高频变压器T正反馈绕组3、4与电阻R6、电容C2相连。

保护电路，包括限流保护电路、尖峰电压吸收电路、输出短路保护电路，电阻R3、R4、R6、电容C3、晶体管Q2组成限流保护电路，电阻R3是晶体管Q2箝位电阻，电阻R6是电流取样电阻，电阻R4是晶体管Q2基极的限流电阻，电阻R5、电容C4、二极管D5组成尖峰电压吸收电路；高频整流滤波电路，由二极管D7、电容C6组成。