CN204730627U

CN204730627U - 一种led控制电路

Info

Publication number: CN204730627U
Application number: CN201520334711.2U
Authority: CN
Inventors: 付春国; 陈长兴
Original assignee: Abundant Rump Electron Science And Technology Ltd In Shanghai
Current assignee: Abundant Rump Electron Science And Technology Ltd In Shanghai
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2025-05-21

Abstract

本实用新型提出了一种LED控制电路，包括LED控制器电路、恒压源、电感L和关断电路。恒压源的阴极接地，阳极与电感L的一端连接。LED控制器电路的内部开关引脚连接电感L的另一端。关断电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、开关和开关型晶体管。第一电阻R₁的一端连接恒压源的阳极，另一端连接第二电阻R₂的一端和开关型晶体管的栅极；第二电阻R₂的另一端连接开关；开关的另一端接地；开关型晶体管的源极连接电感L的另一端，漏极连接负载LED的阳极，负载LED的阴极接地。本实用新型有效地避免了供电电压高于LED工作电压时LED与地直通的问题和太阳能充电时LED关不断暗亮的问题。

Description

一种LED控制电路

技术领域

本实用新型属于照明电路技术领域，涉及一种控制电路，尤其是LED控制电路。

背景技术

在当前倡导绿色环保、低碳生活、节能高效的大环境下，公园、广场、户外广告灯等户外照明应用开始普遍采用太阳能补充能源及控制方式，不仅能充分利用当前的可持续能源，同时也大大节省了传统能源的消耗、降低了污染的排放。由于在实际应用中LED发光二极管具有体积小、功率低、使用寿命长、高亮度低热量、环保等优点，市场上正大量采用以替代传统灯。

实际应用的过程中，不同的客户常常会有不同的需求，有些客户要求亮度高、功率大起到照明的作用；有些客户要求亮度低、功率小起到微亮点缀的效果即可。因此对于设计者而言要满足不同负载要求，而对于生产企业而言LED驱动控制器应具有简单方便的电流调整功能，能适应不同的工作要求。

市场上具有升压功能的LED控制器电路主要包括：恒压控制器电路、恒流控制器电路、PWM(脉宽调制)控制器电路等。由于构造复杂，外围管脚多且在太阳能充电及控制时常需要一些其他的元器件来进行配合使用，因而增加了成本，因此恒压与恒流控制器电路常应用于早期的LED控制，这两种方式在太阳能电路应用市场上已经越来越少。

如图1和图2所示的恒压控制器电路和恒流控制器电路，为了更好的工作常常需要加入整流滤波电路并通过芯片内部供电电源VDD和反馈管脚fb反馈形成闭合环路。图3所示为基于固定占空比PWM控制的太阳能LED控制电路结构图，这种控制方式通过内部特定的控制方式形成小环路，从而达到了芯片管脚少、使用方便、成本低廉，只需简单的调整外围电感的电感值即可，比较适合户外LED驱动要求，而且也满足了客户对成本的要求。

LED(Light Emitting Diode)即发光二极管，是一种能够将电能转化成可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED有单色LED和彩色LED，单色分为红、橙、黄、绿、蓝、紫、粉白等颜色，其对应着不同的工作电压。红、橙、黄三种颜色的单芯片都是1.9～2.3V之间的，其余的都是3.0～3.6V的。图3所示的控制方式中，芯片在带载这些不同颜色LED时，虽然负载不同，但其占空比并不随着变化，只有当电池电压变化时它的占空比才会有一定的变化。然而根据DC-DC的原理可知，对于相同的输入电压，其输出电压不同(负载不同)时，电路的占空比是不同的。因此，采用PWM控制器电路带载不同类型LED时，其电流变化较大，对于生产厂家以及客户而言不易掌握，增加了应用的复杂性。

相较于LED开关控制而言，市场上主要有时控、光控、声控等控制方式。在户外照明应用中由于外界声音干扰较大，所以声控应用不常用。实际应用中主要采用时控和光控，时控开关可以定时关断和开启以此来保证白天关断晚上开启；光控开关通过感应光的亮度来控制开关，以此更好地利用太阳能，尤其在阴天、雾天等阴暗环境下能更好地起到照明的作用。图4所示是现有技术中一种基于PFM的LED控制器电路的原理示意图，相比于传统的LED控制器电路如图1、图2和图3所示的控制器电路来说，这种控制器电路通过内部特定的小环路使得芯片管脚少，使用方便，只需要调节外围电感即可，适合太阳能驱动LED灯引用，同时也可以满足不同驱动电压的LED彩灯控制。

然而，图4所示电路同图1、图2、图3所示电路和当前户外照明市场上大部分控制器电路一样，均存在以下问题：一方面，在太阳能应用时随着客户需要的电压工作范围越来越大，使得当电池电压大于LED供电电压时会出现LED直通的情况，使得流经LED的电流升高，相应地增加了功耗并减少了使用时间，有些电路在外围电路中的负载LED上串联电阻并加入开关，这就无形中为客户增加了生产应用成本；另一方面，在太阳能进行充电时LED灯常会遇到关不断暗亮的情况，有一部分漏电流流过LED，这样就导致了能量的损耗使得能源利用率降低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种能够有效避免当供电电压大于LED工作电压时LED灯与地直通的情形的LED控制电路，次要目的在于在太阳能充电时有效关断LED灯，避免出现LED灯暗亮的情形。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种LED控制电路，包括LED控制器电路、恒压源与电感L；所述恒压源的阴极接地，阳极与所述电感L的一端连接；所述LED控制器电路的内部开关引脚连接所述电感L的另一端；其还包括关断电路；所述关断电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、开关和开关型晶体管；第一电阻R₁的一端连接所述恒压源的阳极，另一端连接第二电阻R₂的一端和所述开关型晶体管的栅极；第二电阻R₂的另一端连接所述开关；所述开关的另一端接地；所述开关型晶体管的源极连接所述电感L的另一端，漏极连接负载LED的阳极，负载LED的阴极接地。

所述开关为光控开关。所述开关型晶体管为场效应晶体管。

所述LED控制器电路为恒压控制器电路、恒流控制器电路、基于PWM的LED控制器电路或者基于PFM的LED控制器电路。

所述LED控制器电路包括与所述电感L并联的电流检测电路，一输入端连接一太阳能电池的阳极且另一输入端连接所述电流检测电路的输出端的逻辑电路，输入端连接所述逻辑电路的输出端的振荡电路，输入端连接所述振荡电路的输出端的驱动电路，源极连接所述恒压源的阳极、栅极连接所述电流检测电路的输出端且漏极连接所述太阳能电池的阳极的第一场效应晶体管。

所述LED控制器电路还包括第一开关；第一开关的一端连接所述电感L的另一端，另一端接地；所述第一开关连接所述驱动电路并由所述驱动电路控制。

所述电流检测电路包括形成镜像关系的第二场效应晶体管和第三场效应晶体管，放大器A1和电阻R_o，第二场效应晶体管的栅极与第三场效应晶体管的栅极连接，第二场效应晶体管的源极连接所述电感L的一端，第三场效应晶体管的源极连接所述电感L的另一端；第二场效应晶体管的漏极和栅极接在一起形成偏置，第三场效应晶体管的漏极连接电阻R_o和放大器A1，电阻R_o接地，放大器A1具有施密特特性，另一端与所述逻辑电路的输入端连接。

所述LED控制器电路与所述关断电路集成于一个芯片中。

所述负载LED为单色LED灯串或是由多种颜色LED组成的LED灯串。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种能够有效调节输出电流的高性能的LED控制电路。该电路能够用于较宽的工作电压范围，在供电电压高于LED工作电压时，能够保证电流不受电压影响，始终保持在固定范围内，有效避免了现有技术中LED与地直通电流无法调节的情形；同时，在太阳能电池给电池充电时，LED能够彻底关断，不会有漏电流从LED流过，有效地提高了太阳能的利用效率；此外，在相同外围电感条件下，采用不同规格的LED负载时，电路的放电电流是一样的，其批量生产时一致性非常好。该电路可集成为芯片，所需外围器件少，整个电路结构简单，成本较低，生产效率高。

附图说明

图1是现有技术中DC-DC恒压升压LED控制器电路的结构示意图；

图2是现有技术中DC-DC恒流升压LED控制器电路的结构示意图；

图3是现有技术中固定占空比PWM控制的升压LED控制器电路的结构示意图；

图4是现有技术中基于PFM(脉冲频率调制)模式的LED控制器电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中LED控制电路的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中的关断电路部分的局部结构示意图；

图7是本实用新型实施例中电流检测电路Isense的结构示意图；

图8是本实用新型实施例中电池放电电流和放电电压波形对照图；

图9是本实用新型实施例中太阳能共阴极接法的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种LED控制电路，该LED控制电路能够有效避免电池电压过大时LED灯与地直通而电流不受控制的情形，能够满足不同的LED负载所需电流要求，还能够有效避免太阳能充电时LED灯关不断暗亮的情形，因此尤其适用于太阳能应用。本实施例中以图4所示的基于PFM模式的LED控制器电路为基础进行说明，图5所示为本实施例中该LED控制电路的结构示意图。从图5中可以看出，该LED控制电路包括图4所示的基于PFM模式的LED控制器电路，尤其还包括如图6所示的有效的LED关断电路部分。

该LED控制电路包括电池BATT(在本实用新型中其为恒压源即可)、电感L、基于PFM模式的LED控制器电路和关断电路。该基于PFM模式的LED控制器电路包括第一场效应晶体管P_cha、电流检测电路Isense、逻辑电路Logic、振荡电路OSC、驱动电路Driver和第一开关SW(未示出，图5中仅示出了其管脚即SW管脚)；该关断电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、开关型场效应晶体管MP和开关Switch。

电池BATT的阴极接地，阳极与电感L的一端和第一场效应晶体管P_cha的源极连接。电感L的另一端连接开关型场效应晶体管MP的源极、开关型场效应晶体管MP的漏极接负载LED的阳极，负载LED的阴极接地。电流检测电路Isense并联在电感L的两端。第一场效应晶体管P_cha的栅极、电流检测电路Isense的输出端和逻辑电路Logic的一输入端连接；第一场效应晶体管P_cha的漏极、太阳能电池的阳极和逻辑电路Logic的另一输入端连接；Logic电路的输出端连接振荡电路OSC的输入端。振荡电路OSC的输出端连接驱动电路Driver的输入端。驱动电路Drive的输出端与第一开关SW的触头连接(未示出)，以控制第一开关SW的导通与关断。第一开关SW的一端连接电感L的另一端，另一端接地(未示出)。第一电阻R₁的一端连接电池BATT的阳极，另一端连接第二电阻R₂的一端和开关型场效应晶体管MP的栅极；第二电阻R₂的另一端连接开关Switch；开关Switch的另一端接地。

该电路中，可将第一电阻R₁、第二电阻R₂、开关型场效应晶体管MP和开关Switch集成在该基于PFM模式的LED控制器电路的芯片中，这样做能够简化外围电路并降低其干扰的风险。第一电阻R₁、第二电阻R₂为开关型场效应晶体管MP提供分压电路。在电池BATT电压值不同且开关Switch导通时，电池BATT由第一电阻R₁、第二电阻R₂分压为开关型场效应晶体管MP提供不同的栅压，进而在开关型场效应晶体管MP导通时产生不同的导通电阻，以保证负载LED在不同的工作电压范围内保持在相对稳定的工作电流。

该电路中，开关Switch是光控开关，其开启或关断受外界光亮强弱的影响。负载LED可以是单色LED灯串，也可以是由多种颜色LED组成的LED灯串。上述太阳能电池与电池BATT为共阴极接法，即两者的阴极连接在一起；太阳能电池的阳极接电路控制端。

上述电路属于光控LED电路，如前所述图6为其中的关断电路部分。当SW端电压(SW端电压指的是电感L的另一端与场效应管源极连接处的电压)低于LED工作电压时，LED将不会从电感L中抽取电流，此时电感L容易形成阻尼振荡，SW端电压不能准确地反映出LED的工作状态。当外界光线充足时，开关Switch即光控开关断开，此时开关型场效应晶体管MP栅极电压约为电池BATT的电压，此时V_GS<V_T(V_GS是指开关型场效应晶体管MP的栅极与源极间的压差，V_T是指该开关型场效应晶体管MP的导通阈值电压)，由场效应管工作原理可知，此时该开关型场效应晶体管MP无法导通，LED保持关断状态；当外界光线不足时，开关Switch导通，此时该开关型场效应晶体管MP的栅极电压为电池BATT经R₁、R₂分压所得的电压，通过设定第一电阻R₁和第二电阻R₂的阻值之比保证V_GS>V_T，此时该开关型场效应晶体管MP导通且其导通电阻为R_ON∝1/[K*W/L*(V_GS-V_T)](其中，R_ON为开关型场效应晶体管MP的导通电阻，K为场效应管数量，W/L为场效应管的宽长比)，该开关型场效应晶体管MP的栅极电压为V_G＝V_BATT*R₂/(R₁+R₂)(其中，V_G为该开关型场效应晶体管的栅极电压，V_BATT为电池供电电压，R₁、R₂分别为第一电阻和第二电阻的阻值)，从而可以在电池电压升高时调整导通电阻，进而可以在一定范围内保证LED工作电流的稳定。这样不仅解决了LED的直通以及关不断的困扰，也大大节省了外围电阻的成本。

图7为本实施例中电流检测电路Isense的结构示意图。该电流检测电路Isense包括形成镜像关系的第二场效应晶体管MP1和第三场效应晶体管MP2，放大器A1和电阻R_o。第二场效应晶体管MP1的栅极与第三场效应晶体管MP2的栅极连接，第二场效应晶体管MP1的源极连接电感L的一端，第三场效应晶体管MP2的源极连接电感L的另一端。第二场效应晶体管MP1的漏极和栅极接在一起形成偏置，第三场效应晶体管MP2的漏极连接电阻R_o和放大器A1，电阻R_o接地。放大器A1具有施密特特性，另一端与逻辑电路Logic的输入端连接。

整个LED控制电路的工作原理是：电路启动前，电感L无电流，在光线不足开关Switch导通条件下，V₁(即电阻Ro的端电压)输出为低电平，通过放大器A1将信号送到逻辑电路Logic，逻辑电路Logic控制振荡电路OSC使电路转为充电状态，充电时间由振荡电路OSC固定控制，经快速充电直到驱动电路Driver被关断，并控制第一开关SW断开，电感L与开关型场效应晶体管MP源极连接处的SW端电压上升，通过开关型场效应晶体管MP导通电阻及LED到地形成回路开始放电，此时驱动LED发光同时V₁输出高电平。当电感L能量放完，两个场效应晶体管MP1、MP2和电阻Ro模块检测不到电流时，V₁输出低电平，通过放大器A1将信号送到逻辑电路Logic，逻辑电路Logic控制振荡电路OSC使整个电路再次转为充电状态，如此反复，电路通过电感L充放电给LED驱动。电池放电波形如图8所示，I_AVG＝Iin_MAX*(T1+T2)/[(T1+T2+T3)*2](其中，I_AVG为平均电流值，Iin_MAX为输入电流最大值，T1为输入电流上升时间，T2为输入电流下降时间，T3为SW端电压关断时间)，由于PFM的响应速度较快，T3可以忽略不计，从而I_AVG＝Iin_MAX/2，而理论上不考虑其他损耗时Iin_MAX＝V*T1/L(其中，V为电池输入电压，L为电感L的电感值)，由此可以看出只要满足充电时间T1不变，并选择合适的电感就可以得到所需要的稳定的驱动电流值。

另外，在光线充足，开关Switch断开的条件下，电池BATT、太阳能电池和场效应管P_cha形成另一充电电路，其等效原理图如图9。图9采用的是共阴极接法，等效二极管(电路中用充电控制管代替，其特性与二极管一样：正向导通、反向阻断)阳极与太阳能电池阳极相连、等效二极管阴极与电池阳极相连，太阳能电池阴极与电池BATT阴极相连到地。当太阳能电池通过充电后电压大于电池BATT电压与等效二极管导通电压之和时，电池BATT阳极电压与太阳能电池电压差使等效二极管导通，太阳能电池给充电电池充电。

上述实施例采用基于PFM模式的LED控制器电路作为基础，也即作为关断电路作用的对象。在本实用新型中，上述基于PFM模式的LED控制器电路可由其他LED控制器电路替代，例如基于PWM的LED控制器电路、恒压控制器电路、恒流控制器电路等。

本实用新型提供了一种能够有效调节输出电流的高性能的LED控制电路。该电路能够用于较宽的工作电压范围，在供电电压高于LED工作电压时，能够保证电流不受电压影响，始终保持在固定范围内，有效避免了现有技术中LED与地直通电流无法调节的情形；同时，在太阳能电池给电池充电时，LED能够彻底关断，不会有漏电流从LED流过，有效地提高了太阳能的利用效率；此外，在相同外围电感条件下，采用不同规格的LED负载时，电路的放电电流是一样的，其批量生产时一致性非常好。该电路可集成为芯片，所需外围器件少，整个电路结构简单，成本较低，生产效率高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种LED控制电路，包括LED控制器电路、恒压源与电感L；所述恒压源的阴极接地，阳极与所述电感L的一端连接；所述LED控制器电路的内部开关引脚连接所述电感L的另一端；其特征在于：还包括关断电路；

所述关断电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、开关和开关型晶体管；

第一电阻R₁的一端连接所述恒压源的阳极，另一端连接第二电阻R₂的一端和所述开关型晶体管的栅极；第二电阻R₂的另一端连接所述开关；所述开关的另一端接地；所述开关型晶体管的源极连接所述电感L的另一端，漏极连接负载LED的阳极，负载LED的阴极接地。

2.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于：所述开关为光控开关。

3.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于：所述开关型晶体管为场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器电路为恒压控制器电路、恒流控制器电路、基于PWM的LED控制器电路或者基于PFM的LED控制器电路。

5.根据权利要求4所述的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器电路包括与所述电感L并联的电流检测电路，一输入端连接一太阳能电池的阳极且另一输入端连接所述电流检测电路的输出端的逻辑电路，输入端连接所述逻辑电路的输出端的振荡电路，输入端连接所述振荡电路的输出端的驱动电路，源极连接所述恒压源的阳极、栅极连接所述电流检测电路的输出端且漏极连接所述太阳能电池的阳极的第一场效应晶体管。

6.根据权利要求5所述的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器电路还包括第一开关；第一开关的一端连接所述电感L的另一端，另一端接地；所述第一开关连接所述驱动电路并由所述驱动电路控制。

7.根据权利要求5所述的LED控制电路，其特征在于：所述电流检测电路包括形成镜像关系的第二场效应晶体管和第三场效应晶体管，放大器A1和电阻R_o，第二场效应晶体管的栅极与第三场效应晶体管的栅极连接，第二场效应晶体管的源极连接所述电感L的一端，第三场效应晶体管的源极连接所述电感L的另一端；第二场效应晶体管的漏极和栅极接在一起形成偏置，第三场效应晶体管的漏极连接电阻R_o和放大器A1，电阻R_o接地，放大器A1具有施密特特性，另一端与所述逻辑电路的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器电路与所述关断电路集成于一个芯片中。

9.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于：所述负载LED为单色LED灯串或是由多种颜色LED组成的LED灯串。