CN203934046U - 一种led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种LED驱动电路，它包括电源、单相桥式整流电路、电压斩波器、启动限流器、充放电电路、恒流调节器和LED灯串，电源通过开关与单相桥式整流电路相连，单相桥式整流电路通过启动限流器与充放电电路相连，充放电电路的一端通过恒流调节器与LED灯串的正极相连，另一端通过电阻R0连接LED灯串的负极。本实用新型在单相桥式整流电路后加入电压斩波，这种改进电路与传统电路相比，可避免出现电源效率(电源输出功率)随交流供电电压变化而明显波动；本驱动电路能在很宽的交流电压100～260Vrms范围内工作；LED灯串可稳定地照明；具有启动保护功能，避免开关闭合时过大的瞬时冲击电流对元器件产生损坏。

Description

一种LED驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种驱动电路，特别涉及一种LED驱动电路。
背景技术
发光二极管(又称LED)是一种能发光的半导体电子元件。在日常的生活中，随着LED的迅猛发展，人们接触到LED产品的机会越来越多了。LED光源具有低能耗、环保、使用寿命长等诸多优点，在诸如照明等方面的应用逐步取代传统光源，成为新一代的固体照明电光源。
传统的LED灯的驱动电路包括开关恒流驱动和线性恒流驱动两种方案。前者在开关切换作用下，电路中的变压器或电感的工作电流必然周期变化，从而感应出电磁波，甚至出现电磁干扰的问题。线性恒流驱动方案无需电感之类的线圈元件，可避免电磁兼容方面的问题。这类电源常采用恒流调节器Constant Current Regulator(CCR)来保持恒定的LED工作电流，输出功率一般不大，然而其输出功率可能会随着交流供电电压的随机改变而变化，引起LED照明亮度变化，如果交流供电改变幅度较大，这种线性电源的效率也呈现较明显的变化。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可在更宽的交流供电范围内稳定工作的LED驱动电路，可避免电源效率随交流供电电压变化而明显波动，保证LED灯串稳定地照明。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种LED驱动电路，它包括电源、单相桥式整流电路、电压斩波器、启动限流器、充放电电路、恒流调节器和LED灯串；
电源通过开关与单相桥式整流电路相连；
所述的桥式整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，二极管D2的负极与二极管D1的正极串联，二极管D4的负极连接二极管D3的正极，二极管D2的正极与二极管D4的正极连接，二极管D2与二极管D4的公共端为单相桥式整流电路的第二输出端，二极管D1的负极连接二极管D3的负极，二极管D1与二极管D3的公共端为单相桥式整流电路的第一输出端，二极管D1与二极管D2的公共端通过开关与电源的第一输出端相连，二极管D3与二极管D4 的公共端与电源的第二输出端连接；
所述的电压斩波器包括第一电阻R1、第二电阻R2、滑动变阻R3、第四电阻R4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、三极管Q1和场效应管Q2，第一电阻R1的第一端与单相桥式整流电路的第一输出端相连、第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2、滑动变阻R3与单相桥式整流电路的第二输出端连接，第一电阻R1、第二电阻R2的公共端连接稳压二极管D5的负极，稳压二极管D5的正极与三极管Q1的基极相连，第四电阻R4的第一端分别与第一电阻R1的第一端、单相桥式整流电路的第一输出端相连，第四电阻R4的第二端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极分别与滑动变阻R3、单相桥式整流电路的第二输出端连接，三极管Q1和第四电阻R4的公共节点连接场效应管Q2的栅极，单相桥式整流电路、滑动变阻R3、三极管Q1三者的公共端连接于场效应管Q2的源极，稳压二极管D6的负极与场效应管的栅极相连，稳压二极管D6的正极连接场效应管的源极；
所述的启动限流器包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、稳压二极管D7、第一储能电容C1和场效应管Q3，第五电阻R5的第一端与第四电阻的第一端相连，第五电阻R5的第二端与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的源极连接于场效应管Q2的漏极，第一储能电容C1的第一端与场效应管Q3的栅极相连，第一储能电容C1的第二端连接场效应管Q3的源极，第一储能电容C1的第一端还分别与稳压二极管D7的负极、第六电阻R6的第一端相连，第一储能电容C1的第二端分别与稳压二极管D7的第二端、第六电阻R6的第二端相连，场效应管Q3的源极和漏极之间并联有第七电阻R7；
所述的充放电电路包括第八电阻R8、第二储能电容C2和发光二极管D8，第二储能电容C2的第一端分别与第五电阻R5的第一端、第八电阻R8的第一端相连，第二储能电容C2的第二端与场效应管Q3的漏极连接，第八电阻R8的第二端连接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极与第二储能电容C2的第二端连接；
恒流调节器的一端分别与单相桥式整流电路的第一输出端、第一电阻R1的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端、第二储能电容C2的第一端、第八电阻R8的第一端相连，恒流调节器的另一端依次通过LED灯串、电 阻R0与第二储能电容C2的第二端相连。
它还包括额定电流4A的熔断丝，熔断丝设置在开关与单相桥式整流电路之间。
进一步地，它还包括按键Button，按键Button的两端分别与第八电阻R8的第二端和发光二极管D8的正极相连。
本实用新型的有益效果是：
1)、在单相桥式整流电路后加入电压斩波，这种改进电路与传统电路相比，可避免出现电源效率(电源输出功率)随交流供电电压变化而明显波动；
2)、驱动电路能在很宽的交流电压100～260Vrms范围内工作；
3)、恒定的电流驱动，保证了LED灯串稳定地照明；
4)、无需变压器或电感的斩波工作可避免电磁干扰问题；
5)、具有启动保护功能，避免开关闭合时过大的瞬时冲击电流对元器件特别是电容C2和场效应管Q2产生损坏；
6)、放电电路中设置按键Button，当需要加快电容C2放电时，可持续按下键Button，发光二极管D8由亮变暗直至熄灭，表明C2的端电压已经进入安全范围内。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种LED驱动电路，它包括电源、单相桥式整流电路、电压斩波器、启动限流器、充放电电路、恒流调节器和LED灯串；
电源通过开关与单相桥式整流电路相连；
所述的桥式整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，二极管D2的负极与二极管D1的正极串联，二极管D4的负极连接二极管D3的正极，二极管D2的正极与二极管D4的正极连接，二极管D2与二极管D4的公共端为单相桥式整流电路的第二输出端，二极管D1的负极连接二极管D3的负极，二极管D1与二极管D3的公共端为单相桥式整流电路的第一输出端，二极管D1与 二极管D2的公共端通过开关与电源的第一输出端相连，二极管D3与二极管D4的公共端与电源的第二输出端连接；
所述的电压斩波器包括第一电阻R1、第二电阻R2、滑动变阻R3、第四电阻R4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、三极管Q1和场效应管Q2，第一电阻R1的第一端与单相桥式整流电路的第一输出端相连、第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2、滑动变阻R3与单相桥式整流电路的第二输出端连接，第一电阻R1、第二电阻R2的公共端连接稳压二极管D5的负极，稳压二极管D5的正极与三极管Q1的基极相连，第四电阻R4的第一端分别与第一电阻R1的第一端、单相桥式整流电路的第一输出端相连，第四电阻R4的第二端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极分别与滑动变阻R3、单相桥式整流电路的第二输出端连接，三极管Q1和第四电阻R4的公共节点连接场效应管Q2的栅极，单相桥式整流电路、滑动变阻R3、三极管Q1三者的公共端连接于场效应管Q2的源极，稳压二极管D6的负极与场效应管的栅极相连，稳压二极管D6的正极连接场效应管的源极；
所述的启动限流器包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、稳压二极管D7、第一储能电容C1和场效应管Q3，第五电阻R5的第一端与第四电阻的第一端相连，第五电阻R5的第二端与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的源极连接于场效应管Q2的漏极，第一储能电容C1的第一端与场效应管Q3的栅极相连，第一储能电容C1的第二端连接场效应管Q3的源极，第一储能电容C1的第一端还分别与稳压二极管D7的负极、第六电阻R6的第一端相连，第一储能电容C1的第二端分别与稳压二极管D7的第二端、第六电阻R6的第二端相连，场效应管Q3的源极和漏极之间并联有第七电阻R7；
所述的充放电电路包括第八电阻R8、第二储能电容C2和发光二极管D8，第二储能电容C2的第一端分别与第五电阻R5的第一端、第八电阻R8的第一端相连，第二储能电容C2的第二端与场效应管Q3的漏极连接，第八电阻R8的第二端连接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极与第二储能电容C2的第二端连接；
恒流调节器的一端分别与单相桥式整流电路的第一输出端、第一电阻R1的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端、第二储能电容C2的第 一端、第八电阻R8的第一端相连，恒流调节器的另一端依次通过LED灯串、电阻R0与第二储能电容C2的第二端相连。
本实用新型还包括额定电流为4A的熔断丝，4A熔断丝设置在开关与单相桥式整流电路之间。
进一步地，本实用新型还包括按键Button，按键Button的两端分别与第八电阻R8的第二端和发光二极管D8的正极相连。
本实用新型的工作原理如下：
在图1所示电路中，当全桥整流(即单相桥式整流电路)的输出电压从零逐渐增大到使得三极管Q1从关断变为导通而使场效应管Q2从导通变为关断时的电压值称为斩波阈值电压VTH。全桥整流的输出电压和斩波阈值电压的大小关系决定了开关器件Q1、Q2、D5以及D6的工作状态，如表1所示。电路中R1、R2和R3的分压作用使得D5和Q1在通断之间转换，D6的稳压作用可保护Q2的栅极。
表1开关器件的状态
整流输出电压 <VTH >VTH
D5,Q1 关断 导通
D6,Q2 导通 关断
上电后的电路有两个重要工作阶段：
(1)软启动阶段
在电灯开关闭合时刻，如果全桥整流的输出电压高于VTH时，Q1导通而Q2关断，那么流过电路所有元件的电流都非常微弱。如果电灯开关闭合瞬间而全桥整流的输出电压低于VTH时候，尤其是比较接近VTH时，Q1关断而Q2导通，同时电容C1的端电压不能突变的作用，Q3是关断的，由于电阻R7的限流作用，在理论上此时流过场效应管Q2和电容C2的电流约为全桥整流的输出电压与R7的比值。无论电灯开关在何时闭合，之后C2端电压都会上升接近VTH，电容C1的端电压也会逐渐上升，使得Q3导通，R7不再限流也几乎无功耗，C1端电压最终在稳压二极管D7的作用下稳定下来。当没有这种保护措施时，场效应管Q2的极低导通电阻所起的限流作用非常小，开关闭合时过大的瞬时冲击电流可能对元器件尤其是电容C2和场效应管Q2产生损坏的隐患。
(2)恒流阶段
当全桥整流的输出电压上升到VTH的过程中，Q2处于导通状态，C2将充电至VTH。当全桥整流的输出电压超过VTH时，Q2处于关断状态，电容C2将通过恒流调节器(简称CCR)向LED放电，维持LED的工作电流，直到新的充电周期到来。在此阶段电路进入动态平衡状态，C2端电压UC2在最大值VTH和最小值VL之间变化时具有快充慢放的特点，电阻R0的端电压UR0几乎是一条水平线，可反映出LED电流非常稳定。即使交流供电在100～260Vrms范围内变化，两个端电压波形改变微乎其微。
电路元件型号或参数选取如下：
稳压二极管D5为BZX55C68，稳压二极管D6和稳压二极管D7均选BZX55C7V5，三极管Q1为MPSA44，场效应管Q2和场效应管Q3均选IRF830，恒流调节器U1选NSI45020AT1G；电源电压可取100～260Vrms，VTH可取133V～135V，R0＝5Ω，R1＝649kΩ，R2+R3＝669kΩ，优选R2＝649kΩ且R3＝20kΩ，R4＝3.3MΩ，R5＝2.5MΩ，R6＝178kΩ，R7＝100Ω，R8＝6kΩ。
在交流供电变化时，图中所示的LED驱动电路电源的效率和输出功变化率的实验数据如表2所示，输出功变化率以220V时的实验参数为基准。从表中的实验数据可见电源效率维持在83％～87％，而恒定输出功率表明LED灯的亮度也是非常稳定的。
表2所示驱动电源的效率和输出功变化率
交流电压/Vrms 100 130 160 190 220 230 240 250 260
输入总功/W 2.72 2.74 2.77 2.79 2.80 2.81 2.82 2.83 2.84
输出功/W 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.35 2.35 2.34
输出功变化率/％ 0.0 0.0 0.0 0.0 0 0.0 -0.04 -0.04 -0.08
电源效率/％ 86.8 86 85.3 84.6 84.3 84 83.3 83.0 82.4
本实用新型能在很宽的交流电压100～260Vrms范围内工作，以恒定的电流驱动LED灯串稳定地照明，具有较稳定的电源效率。本实用新型可拓展应用于LED灯串总驱动电流20～100mA和LED工作电压60～200V的室内照明，虽然交流工作电压范围会有所不同，但是同样具备前述的优点。
(拓展时需满足以下条件：
VTH≥VF+VLED+T/2*ILED/C2
VF—保证恒流的最小CCR端电压，典型值为3.5V
VLED—LED串工作电压ILED—LED串工作总电流T—交流电周期)
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种LED驱动电路，其特征在于：它包括电源、单相桥式整流电路、电压斩波器、启动限流器、充放电电路、恒流调节器和LED灯串；
电源通过开关与单相桥式整流电路相连；
所述的桥式整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，二极管D2的负极与二极管D1的正极串联，二极管D4的负极连接二极管D3的正极，二极管D2的正极与二极管D4的正极连接，二极管D2与二极管D4的公共端为单相桥式整流电路的第二输出端，二极管D1的负极连接二极管D3的负极，二极管D1与二极管D3的公共端为单相桥式整流电路的第一输出端，二极管D1与二极管D2的公共端通过开关与电源的第一输出端相连，二极管D3与二极管D4的公共端与电源的第二输出端连接；
所述的电压斩波器包括第一电阻R1、第二电阻R2、滑动变阻R3、第四电阻R4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、三极管Q1和场效应管Q2，第一电阻R1的第一端与单相桥式整流电路的第一输出端相连、第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2、滑动变阻R3与单相桥式整流电路的第二输出端连接，第一电阻R1、第二电阻R2的公共端连接稳压二极管D5的负极，稳压二极管D5的正极与三极管Q1的基极相连，第四电阻R4的第一端分别与第一电阻R1的第一端、单相桥式整流电路的第一输出端相连，第四电阻R4的第二端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极分别与滑动变阻R3、单相桥式整流电路的第二输出端连接，三极管Q1和第四电阻R4的公共节点连接场效应管Q2的栅极，单相桥式整流电路、滑动变阻R3、三极管Q1三者的公共端连接于场效应管Q2的源极，稳压二极管D6的负极与场效应管的栅极相连，稳压二极管D6的正极连接场效应管的源极；
所述的启动限流器包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、稳压二极管D7、第一储能电容C1和场效应管Q3，第五电阻R5的第一端与第四电阻的第一端相连，第五电阻R5的第二端与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的源极连接于场效应管Q2的漏极，第一储能电容C1的第一端与场效应管Q3的栅极相连，第一储能电容C1的第二端连接场效应管Q3的源极，第一储能电容C1的第一端还分别与稳压二极管D7的负极、第六电阻R6的第一端相连，第一储能电容C1的第二端分别与稳压二极管D7的第二端、第六电阻R6的第二端相连，场效应管Q3的源极和漏极之间并联有第七电阻R7；
所述的充放电电路包括第八电阻R8、第二储能电容C2和发光二极管D8，第二储能电容C2的第一端分别与第五电阻R5的第一端、第八电阻R8的第一端相连，第二储能电容C2的第二端与场效应管Q3的漏极连接，第八电阻R8的第二端连接发光二极管D8的正极，发光二极管D8的负极与第二储能电容C2的第二端连接；
恒流调节器的一端分别与单相桥式整流电路的第一输出端、第一电阻R1的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端、第二储能电容C2的第一端、第八电阻R8的第一端相连，恒流调节器的另一端依次通过LED灯串、电阻R0与第二储能电容C2的第二端相连。
2.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：它还包括额定电流为4A的熔断丝，熔断丝设置在开关与单相桥式整流电路之间。
3.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：它还包括按键Button，按键Button的两端分别与第八电阻R8的第二端和发光二极管D8的正极相连。
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