CN203162873U - 一种交流直接驱动led灯电流矫正电路 - Google Patents

一种交流直接驱动led灯电流矫正电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于电路设计技术领域，特别涉及一种LED光源的交流直接驱动LED灯电流矫正电路。该电路包括整流桥、恒流电路和LED灯串，其特征是整流桥将输入的交流电整流为全波，整流桥的输出正端接n个串联的LED灯串的阳极和n个恒流电路的偏置端，整流桥的输出负端接n个恒流电路
Figure 2013201722699100004DEST_PATH_IMAGE002
中调节电路的接地端和第n个恒流电路的电流检测电阻，恒流电路
Figure DEST_PATH_IMAGE004
中的电流检测电阻全部串联，恒流电路
Figure 21192DEST_PATH_IMAGE004
的输入端接第i段LED灯串和第i+1段灯串的交点。效果是使用寿命达5万小时以上，远高于常规的LED驱动电路，驱动转换效率达到97%，功率因数可达0.99，体积和重量是同功率常规电源的1/10左右。

Description

一种交流直接驱动LED灯电流矫正电路
  一、技术领域：本实用新型属于电路设计技术领域，特别涉及一种LED光源的驱动电路以及提高功率因数的交流直接驱动LED灯电流矫正电路。
二、技术背景：现有的发光二极管（LED）固体光源具有发光效率高、环保、寿命长等优点，被誉为第五代照明光源。
交流直接驱动LED灯（AC LED）电路中，交流电压不经大容量电容滤波，直接加载串联LED灯串的两端，由于LED导通阈值电压的存在，灯串在输入电压高于灯串阈值电压之后才导通，功率因数仅有0.65左右，谐波电流过大，无法大范围推广应用。
三、发明内容：
  本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述不足，而研制一种新型的交流直接驱动LED灯电流矫正电路，该交流直接驱动LED灯电流矫正电路可有效地克服现有技术带来的上述不足，它是一种长寿命、低成本、节电效率好的高功率因数AC LED的驱动电路，其功率因数可达0.99。
其技术方案是：这种交流直接驱动LED灯电流矫正电路，它包括整流桥、恒流电路和LED灯串，其特征在于，整流桥将输入的交流电整流为全波，整流桥的输出正端接n个串联的LED灯串的阳极和n个恒流电路的偏置端，整流桥的输出负端接n个恒流电路                                                
Figure 937863DEST_PATH_IMAGE001
中调节电路的接地端和第n个恒流电路的电流检测电阻，恒流电路
Figure 792686DEST_PATH_IMAGE002
中的电流检测电阻全部串联，第i个恒流电路实际使用的电流检测电阻的数量为n+1-i,i=1,2…n,LED灯串分为n段，恒流电路
Figure 572423DEST_PATH_IMAGE002
的输入端接第i段LED灯串和第i+1段灯串的交点。随着电流检测电阻数量的减少，阻值递减，恒流电路的恒流值依次增加。所述的恒流电路还包括一个偏置电路和一个调节与设置电路，偏置电路为恒流电路提供初始工作电压，使恒流电路为导通状态，调节与设置电路通过改变电流检测电阻的阻值设定流过对应灯串的电流值，并保持电流为设定值不变。所述的偏置电路还包括一个MOS管和一个偏置电阻，偏置电路连接在整流桥输出正端和MOS管的栅极之间，MOS管漏极接对应的LED灯串阴极，源极接电流检测电阻。所述的调节与设置电路包括一个运算放大器和一个电流检测电阻，n个恒流电路的运算放大器的同相输入端连接在一起接基准电压，第i个运算放大器的反相输入端接电流检测电阻的一端，电流检测电路的另一端接第i+1个运算放大器的反相输入端，第n个运算放大器反相输入端的电流检测电路接整流桥输出负端。
以n段LED灯串串联为例，每串LED的型号相同、数量相等，设LED灯串总的阈值电压为
Figure 967633DEST_PATH_IMAGE003
，则第i段LED灯串阈值为
Figure 719688DEST_PATH_IMAGE004
（i=1,2…n，n≥2），当电压处于
Figure 479833DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 183085DEST_PATH_IMAGE005
之间时，第i个恒流电路导通，由于第i个恒流电路的电流检测电阻阻值小于第i-1个恒流电路，设定的电流比第i-1个恒流电路大，第i-1个恒流电路自动截止，实现了电流的无缝切换。随着电压的升高，n个恒流电路逐步导通工作，电流逐步增加并将设定电流小的恒流电路截止。当输入电压超过总阈值电压
Figure 381985DEST_PATH_IMAGE003
时，第n个恒流电路导通，电流达到最大，当电压开始下降，且低于导通阈值电压时，则前一级电流小的恒流电路导通工作，流过LED灯串的电流逐步降低，使得输入电流在一个周期内随着电压的上升和下降阶梯变化，从而达到提高电源利用效率和功率因数的目的，且利用将恒流电路电流检测电阻串联的方法，自动截止电流小的恒流电路，大大简化了电路设计方案，降低成本，提高了可靠性。
本实用新型的有益效果是：
1、由于本实用新型的电路全部由半导体器件和电阻组成，没有任何种类的电容，因此其使用寿命与LED寿命相匹配，能够达到5万小时以上，远高于常规的LED驱动电路。
2、此电路，可依据输入电压确定接入工作的LED数量，并自动切换LED灯串的工作电流，电路简单有效，驱动转换效率达到97%，功率因数可达0.99。
3、该电路不需用变压器、电感、电解电容等体积和重量较大的器件，因此其体积和重量远小于常规LED驱动电源，是同功率常规电源的1/10左右。
 四、附图说明：
图1为本实用新型的电路结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的电路原理图。
以下结合实施例对附图及本实用新型的内容做进一步详细说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。.
五、具体实施方式：
实施例1：参照图1和图2，将LED分为3段，输入的50Hz正弦交流电镜整流桥BD1后的电压波形为100Hz全波；Rz、Z1构成基准电压发生电路；R1、M1、U1、RS1、RS2、RS3构成恒流电路1；R2、M2、U2、RS2、RS3构成恒流电路2；R3、M3、U3、RS3构成恒流电路3。整流桥的输出正端接3个串联的LED灯串的阳极和3个恒流电路的偏置端，以及基准电压限流电阻端。整流桥的输出负端接第3个恒流电路检测电阻RS3和稳压管Z1的阳极。稳压管Z1产生基准电压Vref，其阴极连接到3个运算放大器的同相输入端，为恒流电路提供电压基准。3个运算放大器的反相输入端接电流检测电阻，第一个运放的电流检测电阻的另一端接第二个运放的反相输入端和第二个电流检测电阻，第二个电流检测电阻的另一端接第三个运放的反相输入端和第三个电流检测电阻，第三个电流检测电阻的另一端接整流桥的输出负端。恒流电路中的电流检测电阻RS1、RS2、RS3全部串联使用，LED灯串分为3段，恒流电路的输入端接对应灯串的阴极，构成完整的电流矫正电路。
设LED总的阈值电压为
Figure 50864DEST_PATH_IMAGE006
，全波整流最大电压为
Figure 981911DEST_PATH_IMAGE007
，当输入电压小于
Figure 736240DEST_PATH_IMAGE008
时，恒流电路1导通，接入第1段LED灯串工作；当输入电压上升到
Figure 473252DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 934320DEST_PATH_IMAGE006
之间时，第2个恒流电路导通，接入第1段和第2段LED灯串工作，电阻R4两端电压相等，第1个恒流电路自动截止；当输入电压高于时，第3个恒流电路导通，接入全部的LED灯串工作，电阻R5两端电压相等，第2个恒流电路自动截止；当输入电压下降到
Figure 543473DEST_PATH_IMAGE008
和之间时，恒流电路3截止，恒流电路2导通工作，接入第1段和第2段LED灯串；当输入电压下降到低于
Figure 462068DEST_PATH_IMAGE008
时，恒流电路1工作，接入第1段LED灯串。由上可见，使用本实施例的交流直接驱动LED电路，随着电压的升高和降低，LED分段点亮，并依据输入电压自行切换工作电流，经测试，功率因数最高可达0.99。
实施例2：参照图1和图2，将LED分为10段，输入的50Hz正弦交流电镜整流桥BD1后的电压波形为100Hz全波；Rz、Z1构成基准电压发生电路；R1、M1、U1、RS1、RS2、RS3构成恒流电路1；R2、M2、U2、RS2、RS3构成恒流电路2；R3、M3、U3、RS3构成恒流电路10。整流桥的输出正端接10个串联的LED灯串的阳极和10个恒流电路的偏置端，以及基准电压限流电阻端。整流桥的输出负端接第10个恒流电路检测电阻RS3和稳压管Z1的阳极。稳压管Z1产生基准电压Vref，其阴极连接到10个运算放大器的同相输入端，为恒流电路提供电压基准。10个运算放大器的反相输入端接电流检测电阻，第一个运放的电流检测电阻的另一端接第二个运放的反相输入端和第二个电流检测电阻，第二个电流检测电阻的另一端接第三个运放的反相输入端和第三个电流检测电阻，第三个电流检测电阻的另一端接整流桥的输出负端。恒流电路中的电流检测电阻RS1、RS2、RS3全部串联使用，LED灯串分为10段，恒流电路的输入端接对应灯串的阴极，构成完整的电流矫正电路。
 [0016] 设LED总的阈值电压为
Figure 233452DEST_PATH_IMAGE006
，全波整流最大电压为，当输入电压小于
Figure 978872DEST_PATH_IMAGE008
时，恒流电路1导通，接入第1段LED灯串工作；当输入电压上升到
Figure 476849DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 248496DEST_PATH_IMAGE006
之间时，第2个恒流电路导通，接入第1段和第2段LED灯串工作，电阻R4两端电压相等，第1个恒流电路自动截止；当输入电压高于时，第3个恒流电路导通，接入全部的LED灯串工作，电阻R5两端电压相等，第2个恒流电路自动截止；当输入电压下降到
Figure 19323DEST_PATH_IMAGE008
和之间时，恒流电路3截止，恒流电路2导通工作，接入第1段和第2段LED灯串；当输入电压下降到低于
Figure 252038DEST_PATH_IMAGE008
时，恒流电路1工作，接入第1段LED灯串。由上可见，使用本实施例的交流直接驱动LED电路，随着电压的升高和降低，LED分段点亮，并依据输入电压自行切换工作电流，经测试，功率因数最高也可达0.99。

Claims (4)

1.一种交流直接驱动LED灯电流矫正电路，它包括整流桥、恒流电路和LED灯串，其特征是整流桥将输入的交流电整流为全波，整流桥的输出正端接n个串联的LED灯串的阳极和n个恒流电路的偏置端，整流桥的输出负端接n个恒流电路                                                
Figure 413238DEST_PATH_IMAGE001
中调节电路的接地端和第n个恒流电路的电流检测电阻，恒流电路
Figure 962905DEST_PATH_IMAGE002
中的电流检测电阻全部串联，第i个恒流电路实际使用的电流检测电阻的数量为n+1-i,i=1,2…n,LED灯串分为n段，恒流电路
Figure 888136DEST_PATH_IMAGE002
的输入端接第i段LED灯串和第i+1段灯串的交点。
2.根据权利要求1所述的一种交流直接驱动LED灯电流矫正电路，其特征是恒流电路还包括一个偏置电路和一个调节与设置电路，偏置电路为恒流电路提供初始工作电压，使恒流电路为导通状态。
3.根据权利要求2所述的一种交流直接驱动LED灯电流矫正电路，其特征是偏置电路还包括一个MOS管和一个偏置电阻，偏置电路连接在整流桥输出正端和MOS管的栅极之间，MOS管漏极接对应的LED灯串阴极，源极接电流检测电阻。
4.根据权利要求2所述的一种交流直接驱动LED灯电流矫正电路，其特征是调节与设置电路包括一个运算放大器和一个电流检测电阻，n个恒流电路的运算放大器的同相输入端连接在一起接基准电压，第i个运算放大器的反相输入端接电流检测电阻的一端，电流检测电路的另一端接第i+1个运算放大器的反相输入端，第n个运算放大器反相输入端的电流检测电路接整流桥输出负端。
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