CN203151813U

CN203151813U - 一种led光源驱动电路

Info

Publication number: CN203151813U
Application number: CN 201320043369
Authority: CN
Inventors: 伍永周; 赵亚楠; 伍宏兵
Original assignee: Hefei Meyer Optoelectronic Technology Inc
Current assignee: Hefei Meyer Optoelectronic Technology Inc
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2023-01-25

Abstract

本实用新型提供一种LED灯管驱动电路，应用于色选机中，供电电源电路的电压输出端通过滤波电路连接到恒流驱动电路，恒流驱动电路有多路，每路恒流驱动电路的输出端接一根LED灯管，且每路恒流驱动电路均连接一路控制电路，每路恒流驱动电路的电压输入端与供电电源电路的电压输出端连接，每路恒流驱动电路的接地端分别独立的与供电电源电路的输出地端连接。本实用新型的优点在于：为直流电压供电的多路恒流输出的恒流LED驱动电路，电流输出精准，每路恒流驱动电路可以实现单独控制，体积小且可以保证每根LED灯管的一致性，每路恒流驱动电路的接地端在布板时采用分别独立的结构，在供电电源电路的输出地进行连接，避免了多路输出时各地之间的串扰。

Description

一种LED光源驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED灯管驱动电路，尤其是一种同时驱动色选机中多根LED灯管的恒流驱动电路。

背景技术

由于LED光源具有能效高、寿命长和色纯度好等优点，LED光源越来越多的被应用于各种照明领域，特别是在色选机中正逐渐取代原有的荧光光源， LED光源应用在色选机中一般是通过将由若干组LED灯组成的LED光源板置于灯罩内形成外形与普通荧光灯管相同的LED灯管，与普通照明不同，由于色选对光源的发光强度和一致性有很高的要求，因此，应用于色选机中的LED灯，除了对驱动电路提出了更大的功率要求，还对其各路电流的一致性提出了严格的要求。为满足驱动电路大功率和一致性的要求目前色选机行业一般采用以下两种技术方案：

（1）内置式恒流源

内置式恒流源的方式是将单个LED恒流源模块置于LED灯管内两端灯头处，每一个LED恒流源驱动一块LED光源板，也即每根LED灯管由两个LED恒流源模块和两块LED光源板组成，采用恒流源，可以保证LED其亮度、色度、光衰和寿命的一致性和安全性，但由于内置式的恒流源需要放在LED灯管两头，一般两头能利用的长度也就在20MM左右，受灯头两端空间及散热的限制，内置式的恒流源无法做的很大，这就限制了它所能驱动的LED光源板的功率，一般只能做到30~40W左右，功率小意味着灯管长度短，不适用于大产量色选机，改进做法是在灯管的两头均设置恒流源，将左右两端的恒流源所驱动的LED灯串拼接后置于灯管内，这种方式不仅结构复杂而且需要设置更多的恒流源，成本高，同时考虑到恒流源本身的故障及寿命，若恒流源损坏后整个LED灯管都得进行更换，后期维护也较为不便。

（2）AC-DC恒流开关电源

这种电源一般都是220V交流电压输入，经过整流，后级采用恒流方式来进行驱动LED灯管，所有LED灯管直接通过并联方式接入到恒流开关电源的输出端，此种方式恒流源是外置的，虽然可以不受功率限制能输出较大功率，同时驱动多个灯管，但由于各根灯管之间为并联，无法保证每根灯管上电流的一致性，从而导致各个LED灯管因电流大小不一致而使得各根LED灯管的亮度不一致，同时由于色选机在色选不同物料时对应着不同的色选方案，每种色选方案对光源的亮度要求不同，这就要求能够实现对每根灯管的独立控制，可以根据需要开启和关闭任意的LED灯管，此种方式因为所有灯管都与同一恒流开关电源连接，只能实现同时点亮或熄灭连接在开关电源输出端的所有LED灯管，无法实现控制其中的任意一根LED灯管。如果采用一块恒流开关电源带一根灯管的方式实现单独控制，因为恒流开关电源复杂的结构，这样会占用较大的空间且电气布局复杂，而且成本高。

综上，上述两种方式都存在各自的缺陷，不能很好的同时解决大功率和LED灯管之间电流一致性的问题，且难实现对每根LED灯管的自由控制。

现有采用LM3409/HV芯片进行LED灯的应用，但是通常只是一路应用，无法应用在需要驱动多个灯管的场合，如色选机上即具有多个灯管，多个LM3409/HV芯片并联存在输出时各地之间串扰以及输入控制的问题。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述现有技术中的不足，提供一种应用于色选机中的LED灯管驱动电路，此款驱动电路能够实现驱动大功率的LED灯管、各根LED灯管电流一致、各根LED灯管能够独立控制。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种LED灯管驱动电路，包括供电电源电路，所述供电电源电路的电压输出端通过滤波电路后与恒流驱动电路的输入端连接，恒流驱动电路的输出端接LED灯管，其特征在于，所述恒流驱动电路有多路，每路恒流驱动电路的输出端接一根LED灯管，且每路恒流驱动电路均连接一路控制电路，每路恒流驱动电路的电压输入端与供电电源电路的电压输出端连接，每路恒流驱动电路的接地端分别独立的与供电电源电路的输出地端连接。

作为一个具体的实施方案，每路恒流驱动电路的结构相同，所述恒流驱动电路主要包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C4、C5、C6、芯片LM3409/HV、P沟道MOS管Q1、二极管D1、D2、电感L1，电阻R1及R2串联后连接在电压输入Vin1和地之间，芯片LM3409/HV的1脚连接到电阻R1及R2之间，芯片LM3409/HV的2脚悬空，芯片LM3409/HV的4脚通过电阻R3连接到LED灯管的正极，芯片LM3409/HV的4脚和5脚之间连接电容C4，芯片LM3409/HV的5脚接地，且芯片LM3409/HV的5脚和芯片LM3409/HV的DAP脚相连，芯片LM3409/HV的10脚接到电压输入Vin1，芯片LM3409/HV的9脚和电压输入Vin1之间连接电容C5，芯片LM3409/HV的8脚同时连接到电压输入Vin1和并联的电阻R4、R5的第一端，电阻R4、R5的第二端同时连接到芯片LM3409/HV的7脚和MOS管Q1的S端，芯片LM3409/HV的6脚连接到MOS管Q1的G端，MOS管Q1的D端连接至电感L1的一端及二极管D2的负端，电感L1的另一端接LED灯管的正极，二极管D2的正端接LED灯管的负极，二极管D1的负端接电压输入Vin1，二极管D1的正端接LED灯管的正极，LED灯管的正极和负极之间接电容C6，LED灯管的负极接地。

作为进一步具体的方案，所述控制电路包括光耦、电阻R21、电阻R25，所述恒流驱动电路的芯片LM3409/HV的3脚连接到光耦的4脚，电压输入Vin通过电阻R25接到光耦的4脚，光耦的3脚接地，光耦的1脚通过电阻R21连接至上位机的控制端，光耦U1’的2脚连接至上位机的控制端。

本实用新型的优点在于：本实用新型为直流电压供电的多路恒流输出的恒流LED驱动电路，电流输出精准，每路恒流驱动电路可以实现单独控制，体积小且可以保证每根LED灯管的一致性，每一路恒流驱动电路的接地端之间没有在PCB板上进行连接，而是在布板时采用分别独立的结构，通过在供电电源电路的输出地进行连接，避免了多路输出时各地之间的串扰而导致输出路数较多时各路电流与设定的不一致的现象。同时采用将LED灯管的恒流源驱动电路外置的方式，克服了因恒流源内置使得功率无法做大的问题。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图

图2为本实用新型的恒流电路的电路原理图

图3 为本实用新型的控制电路的电路原理图

具体实施方式

本实用新型整体结构如图1所示，供电电源电路的电压输出端通过滤波电路（图未示）后与所有恒流驱动电路的输入端连接，恒流驱动电路有多路：第一恒流驱动电路、第二恒流驱动电路……第N恒流驱动电路。第一恒流驱动电路的输出端连接至LED灯管一，第二恒流驱动电路的输出端连接至灯管二，依次至第N恒流驱动电路连接至灯管N。

恒流驱动电路的电路原理图如图2，每路恒流驱动电路的结构相同，以第一恒流驱动电路为例，主要包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C4、C5、C6、芯片LM3409/HV、P沟道MOS管Q1、二极管D1、D2、电感L1。电阻R1及R2串联后连接在电压输入Vin1和地之间，芯片LM3409/HV的1脚连接到电阻R1及R2之间，芯片LM3409/HV的2脚悬空，芯片LM3409/HV的4脚通过电阻R3连接到LED灯管的正极，芯片LM3409/HV的4脚和5脚之间连接电容C4，芯片LM3409/HV的5脚接地，且芯片LM3409/HV的5脚和芯片LM3409/HV的DAP脚相连，芯片LM3409/HV的10脚接到电压输入Vin1，芯片LM3409/HV的9脚和电压输入Vin1之间连接电容C5，芯片LM3409/HV的8脚同时连接到电压输入Vin1和并联的电阻R4、R5的第一端，电阻R4、R5的第二端同时连接到芯片LM3409/HV的7脚和MOS管Q1的S端，芯片LM3409/HV的6脚连接到MOS管Q1的G端，MOS管Q1的D端连接至电感L1的一端及二极管D2的负端，电感L1的另一端接LED灯管的正极，二极管D2的正端接LED灯管的负极，二极管D1的负端接电压输入Vin1，二极管D1的正端接LED灯管的正极，LED灯管的正极和负极之间接电容C6，LED灯管的负极接地。

由于电感L1上的电流不会突变，故组成的恒流电路电流较恒定，具体工作原理为：当MOS管Q1导通时，电压输入Vin1经过电阻R4、R5、MOS管Q1、电感L1，提供电流流过LED灯管回到负端，电阻R4及R5感测电感L1的峰值电流，LED灯管、电感L1及电阻R4、R5上的电流均一致，芯片LM3409/HV工作后通过闭环使其8脚与7脚之间的电压始终恒定在一电压值，也即电阻R4与R5间的电压恒定，故流过电阻R4、R5的电流恒定，由于LED灯管及电感L1上的电流与电阻R4及R5上流过的电流一致，故流过LED灯管的电流恒定。当MOS管Q1截止时，二极管D2及电感L1形成续流回路，电感L1上电流的平均值与充电过程的电流一致，从而整个工作过程流过LED灯管的电流均恒定。

电阻R1、R2主要设定电路的欠压保护，通过设置电阻R1及R2的阻值来设定欠压保护的电压值（开启电压），电阻R3及电容C4设定芯片的工作频率。电容C5及C6起滤波作用。

电感上的最大电流为

I_{L - MAX} = I_{T - MAX} = \frac{V_{CST}}{R_{SNS}} = \frac{V_{ADJ}}{5 \times R_{SNS}}

流过LED的电流为

I_{LED} = I_{L} = I_{L - MAX} - \frac{{Δi}_{L - PP}}{2} = \frac{V_{ADJ}}{5 \times R_{SNS}} - \frac{V_{O} \times t_{OFF}}{2 \times L 1}

注：

I_T-MAX为流过MOS管Q1上的最大电流；V_CST为芯片LM3409/HV的8脚（CSP脚）到内部比较器正端之间电阻上的电压；I_L-MAX指流过电感L1的最大电流；I_LED为流过LED灯管的平均电流；I_L为电感L1的平均电流，△I_L-PP 为电感电流的纹波；V_ADJ为芯片LM3409/HV的2脚（IADJ脚）的电压值；R_SNS为芯片LM3409/HV的8脚与7脚之间取样电阻的阻值（电阻R4及R5并联后的阻值）；V_O为输出电压值；T_OFF为关断时间；L1为输出电感的大小。

电流恒定的原理为：由于V_ADJ及L1是一定值，当输出电压V_O变大时，t_OFF相应的就变小，反之则增大（芯片LM3409/HV通过闭环调节T_OFF）。所以当R_SNS一定时，电流就会恒定在一值，故通过选定R4及R5的阻值也就使各路的电流保持一致（可以通过选择电阻的精度而达到相应的电流精度）。

供电电源电路的输出滤波电路后分别给各个芯片LM3409/HV（U1、U2……Un）提供输入电压，整个电路为一BUCK降压恒流电路，输出为恒电流模式，电流恒定，电流大小由电阻(R4、R5；R9、R10；...)确定，MOS管（Q1、Q2...Qn）为P沟道MOS管，外置式MOS管结构可以不受输出功率限制。本方案中电压输入Vin到芯片LM3409/HV的10脚后经过内部电压转换后提供芯片LM3409/HV的工作电压（VCC）。

每一路恒流驱动电路的接地端(GDN1、GND2、.. . GNDn)之间没有在PCB板上进行连接，而是在布板时采用分别独立的结构，通过在供电电源电路的输出地进行连接，这样避免了多路输出时各地之间的串扰而导致输出路数较多时各路电流与设定的不一致的现象。

控制方式原理如图3，每路控制电路的结构相同，以第一控制电路为例，所述第一控制电路包括光耦U1’、电阻R21、电阻R25，第一恒流驱动电路的芯片LM3409/HV的3脚连接到光耦U1’的4脚，电压输入Vin通过电阻R25接到光耦U1’的4脚，光耦U1’的3脚接地，光耦U1’的1脚通过电阻R21连接至上位机的控制端，光耦U1’的2脚连接至上位机的控制端。

相应的，每个芯片LM3409/HV的芯片的3脚（EN1、EN2…ENn）连接到每个光耦的4脚，光耦的3脚接地，各芯片LM3409/HV的电压输入（VIN1、VIN2、 …VINn）分别通过一电阻（R25、R26、..）连接至光耦的4脚。光耦的1脚通过一电阻连接至上位机的控制端，光耦的2脚连接至上位机的控制端。

正常工作时，控制端输出使光耦处于截止状态，芯片LM3409/HV的3脚为一高电平，芯片LM3409/HV处于正常工作，LED灯管也就相应的点亮。当控制端使芯片LM3409/HV的1脚相对2脚为一高电平时，光耦处于导通状态，芯片LM3409/HV的3脚电平就被拉低，这样芯片LM3409/HV就停止了工作，LED灯管也就不亮了，从而实现每路恒流电路单独控制。

以上所述仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

Claims

1.一种LED光源驱动电路，包括供电电源电路，所述供电电源电路的电压输出端通过滤波电路后与恒流驱动电路的输入端连接，恒流驱动电路的输出端接LED灯管，其特征在于：所述恒流驱动电路有多路，每路恒流驱动电路的输出端接一根LED灯管，且每路恒流驱动电路均连接一路控制电路，每路恒流驱动电路的电压输入端与供电电源电路的电压输出端连接，每路恒流驱动电路的接地端分别独立的与供电电源电路的输出地端连接。

2.如权利要求1所述的LED光源驱动电路，其特征在于：每路恒流驱动电路的结构相同，所述恒流驱动电路主要包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C4、C5、C6、芯片LM3409/HV、P沟道MOS管Q1、二极管D1、D2、电感L1，电阻R1及R2串联后连接在电压输入Vin1和地之间，芯片LM3409/HV的1脚连接到电阻R1及R2之间，芯片LM3409/HV的2脚悬空，芯片LM3409/HV的4脚通过电阻R3连接到LED灯管的正极，芯片LM3409/HV的4脚和5脚之间连接电容C4，芯片LM3409/HV的5脚接地，且芯片LM3409/HV的5脚和芯片LM3409/HV的DAP脚相连，芯片LM3409/HV的10脚接到电压输入Vin1，芯片LM3409/HV的9脚和电压输入Vin1之间连接电容C5，芯片LM3409/HV的8脚同时连接到电压输入Vin1和并联的电阻R4、R5的第一端，电阻R4、R5的第二端同时连接到芯片LM3409/HV的7脚和MOS管Q1的S端，芯片LM3409/HV的6脚连接到MOS管Q1的G端，MOS管Q1的D端连接至电感L1的一端及二极管D2的负端，电感L1的另一端接LED灯管的正极，二极管D2的正端接LED灯管的负极，二极管D1的负端接电压输入Vin1，二极管D1的正端接LED灯管的正极，LED灯管的正极和负极之间接电容C6，LED灯管的负极接地。

3.如权利要求2所述的LED光源驱动电路，其特征在于：所述控制电路包括光耦、电阻R21、电阻R25，所述恒流驱动电路的芯片LM3409/HV的3脚连接到光耦的4脚，电压输入Vin通过电阻R25接到光耦的4脚，光耦的3脚接地，光耦的1脚通过电阻R21连接至上位机的控制端，光耦U1’的2脚连接至上位机的控制端。