CN204795737U - 一种软启动led驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软启动LED驱动器，包括AC/DC转换电路、DC/DC转换电路、时变信号发生电路和电源管理模块，时变信号发生电路用于在电路接通后，在特定的时间内产生一个随时间变化的控制信号，从而控制电源管理模块的输出功率，使灯光在开启的时候，LED负载的亮度在一定时间段内逐渐上升，直至全功功率工作，可以有效防止上电时对LED负载的瞬间电流过冲，大大提高了LED的使用寿命，并且灯光的变化能够避免眩光，有助于保护人们的视力，使照明灯具更具人性化。

Description

一种软启动LED驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种电源，特别是一种LED驱动器。

背景技术

用于照明领域的LED属于电流驱动型的半导体发光器件，工作时，需要特定的驱动电路如恒流驱动等提供合适的工作电流，在额定范围内通过控制该电流的大小，就可以控制LED的发光亮度。LED的另外一个特点是没有余晖，也就是反应速度特别快，其电流一旦发生变化，则其亮度就同时发生变化，因此，有效控制LED的电流，可以控制其亮度变化。

目前，市面上绝大部分的LED驱动电路在接通电源的瞬间，系统马上给LED负载提供全功率的电流，LED在原先零电流的情况下，瞬间通入了全额工作电流，会对LED光源造成瞬间的较大电流冲击，特别是，目前普遍使用的非隔离驱动器，其接通电源的瞬间，瞬间冲击电流是正常工作电流的5倍以上，虽然时间很短(毫秒级)，但长期的电流冲击会造成LED在一定程度上的损伤，缩短其使用寿命，这就要求驱动电源具备电流缓冲能力。虽然目前有些公司出产LED专用驱动IC，声称有防止电流过冲能力，但其缓冲时间极短，通常是在上电的瞬间对过冲电流有所抑制，随后也是全电流一次性加到LED上面，所以，它只能解决LED的过冲，而不是对正常全额工作电流的缓冲。

另外，在日常的实际应用中，夜间在黑暗背景下开灯，瞬间的强光照射，会让人的眼睛感到强烈眩光，特别是在半夜起床的时候，这种状况会更为突出。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种可以有效防止上电时对LED负载的瞬间电流过冲，能够大大提高LED使用寿命的软启动LED驱动器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种软启动LED驱动器，包括：

AC/DC转换电路：输入端接交流市电，用于将交流电转换成直流电。

DC/DC转换电路：与AC/DC转换电路的输出端电连接，用于将高压直流电转换成低压直流电，为系统的控制部分提供工作电源。

时变信号发生电路：用于在电路接通后，在特定的时间内产生一个随时间变化的控制信号。

电源管理模块：与时变信号发生电路的输出端电连接，用于根据时变信号发生电路发出的控制信号，产生功率驱动信号，驱动LED负载。

本实用新型的LED驱动器还包括一晶体管T，所述晶体管T的栅极G与所述电源管理模块的输出端电连接，所述源极S接所述AC/DC转换电路的负极，漏极D与所述AC/DC转换电路的正极之间接所述LED负载。

所述晶体管T的源极S与述AC/DC转换电路的负极之间串接有取样电阻R-CS，所述取样电阻R-CS和所述源极S的节点与所述电源管理模块电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的LED驱动器包括时变信号发生电路，时变信号发生电路用于在电路接通后，在特定的时间内产生一个随时间变化的控制信号，从而控制电源管理模块的输出功率，使灯光在开启的时候，LED负载的亮度在一定时间段内逐渐上升，直至全功功率工作，可以有效防止上电时对LED负载的瞬间电流过冲，大大提高了LED的使用寿命，并且灯光的变化能够避免眩光，有助于保护人们的视力，使照明灯具更具人性化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理方框；

图2是本实用新型的实施方式之一；

图3是本实用新型的实施方式之二。

具体实施方式

参照图1至图3，一种软启动LED驱动器，包括：

AC/DC转换电路：输入端接交流市电，用于将交流电转换成直流电，该电路主要为由四只二极管组成的整流桥，在交流市电的火线上串接有保险丝FUSE。

DC/DC转换电路：与AC/DC转换电路的输出端电连接，用于将AC/DC转换电路的输出的300V左右高压直流电转换成12V或5V等低压直流电，为系统提供工作电源。

时变信号发生电路：用于在电路接通后，在特定的时间内产生一个随时间变化的控制信号，从而控制电源管理模块的输出功率，使灯光在开启的时候，LED负载的亮度在一定时间段内逐渐上升，直至全功功率工作，LED负载的电流一旦达到额定工作电流，系统就自动锁定，时变信号发生电路发出的控制信号维持，直到电源关闭。

电源管理模块：与时变信号发生电路电连接，用于根据时变信号发生电路发出的控制信号，产生功率驱动信号，驱动LED负载，电源管理模块主要为驱动芯片，LED负载的工作电流(也等同于亮度)可以历时5秒左右，从0-100％的缓冲过程，缓冲的时间可以根据需要做相应的增减，对于LED实行电流缓冲的方式有很多种，比如，电流从0-100％实行线性的慢慢上升；或采用阶梯式的方式，以5％为增量，让电流从0-100％分段阶梯式上升；也可以采用占空比随时间逐渐累加的方法控制输出电流。

如果电源管理模块输出的功率不够大，不能直接驱动LED负载，则可以增加一晶体管T，所述晶体管T的栅极G与所述电源管理模块的输出端电连接，所述源极S接所述AC/DC转换电路的负极，漏极D与所述AC/DC转换电路的正极之间接所述LED负载，通过电源管理模块输出的信号，改变功率晶体管T的工作电流，从而实现改变LED负载的工作电流。所述源极S与述AC/DC转换电路的负极之间串接有取样电阻R-CS，所述取样电阻R-CS和所述源极S的节点与所述电源管理模块电连接，取样电阻R-CS将电压信号反馈给电源管理模块，电源管理模块自动调整输出电流，达到恒流输出目的。

所述时变信号发生电路有多种实施方式，可以用运算放大器产生一组幅度由小变大的模拟信号去驱动功率器件；也可以用多个电压比较器产生一组不同的驱动电压；或者是两者配合产生一个占空比可变的脉冲去驱动功率器件，还可以是以单片机为核心的电路等，采用单片机为核心的电路，主要由配合的软件实现控制，可以大大简化电路的结构。

另外，不管是纯硬件还是软硬件结合的办法，其外围电路较为复杂，使用的元器件较多，成本相对较高，为了大幅度减低成本，以便大规模生产，可以将本申请的技术方案通过集成电路版图的设计，将大部分的元器件集成到一个集成电路芯片里面，达到使用方便，造价低廉的目的，更能便于广泛推广应用。

现有技术中可以有多种电路实现上述功能，本实用新型提供两种具体的实施电路。第一种实施方式参见图2，AC220V交流电经由整流二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流器即AC/DC转换电路，变换成300V左右的直流高压，其正极连接于电路上的VCC接点，负极作为电路中各级的GND接点，VCC接点上的电压分为两路，一路经由电阻R16、稳压二极管W1和电容C1组成降压稳压电路即DC/DC转换电路，并在E点产生一个12V的直流电压VDD，提供给模块U1和模块U2作为工作电源。

模块U1是一个二进制7级计数器，型号为CD4024，模块U1的计数时钟来源于交流电的50Hz或60Hz(60Hz是国外某些地区的市电频率)，经过二极管D15半波整流以后，在电路的A点，产生一个50Hz的半波脉冲信号，经由电阻R13、电阻R14分压以后，在电路的B点，得到一个低压的脉冲信号，再经电阻R15，送到模块U1的时钟输入端CP1，经模块U1内部的施密特触发器整形，转变为50Hz的方波信号，经过模块U1内部计数器5次分频，在输出端Q5得到一个大约1.5Hz的超低频脉冲，该脉冲被直接送到模块U2的时钟输入端CP2，进行再次计数。

模块U2是一个十进制计数器，型号为CD4017，其输出端Q0-Q9共10位，复位时，输出端Q0为高电平，其余为低电平，当时钟输入端CP2输入脉冲信号时，高电平将依据脉冲个数向上移位，每输入一个脉冲向上移动一位，依次为Q1,Q2…Q9。模块U1输出的大约1.5Hz脉冲信号同时被连接到模块U2的时钟输入端CP2，经过6秒钟的时间，有9个计数脉冲被送进模块U2的时钟输入端CP2，同时，模块U2的输出端Q1-Q9也在这6秒钟时间内逐步向上位移，由二极管D1-D10，电阻R1-R10组成了一个或门电路，10个输入端分别接入到模块U2的10个输出端Q1-Q9，在这里，或门输出端命名为NOR-Q,其输出电平与电阻R11分压以后，在D点送进线性恒流驱动模块U3的DIM输入端。模块U1、模块U2及二极管D1-D10、电阻R1-R10组成的或门电路整体即为时变信号发生电路。

电源管理模块为线性恒流驱动模块U3，模块U3是市场通用的高压线性恒流驱动器，型号为JY2410ES06(模块U3中本身内置有功率晶体管T，为便于工作原理的描述，在本电路图上把晶体管T画为外置，本质没有区别)。模块U3的电源输入端VCC，直接与LED负载的正极连接并同时连接到AC/DC转换电路的正极VCC端。模块U3的DIM接口是提供给外部调光用途，可以输入0-10V的线性电压或占空比可变的脉冲信号，根据电压高低或占空比的大小，改变模块U3的输出电流。但模块U3输出的最大电流受限于电流检测端CS，CS的取样电压为0.25V，流经LED负载的电流会在取样电阻R-CS两端产生一个电压V-CS,该电压被送到模块U3的电流取样输入端CS，CS端根据接收到的电压高低，自动调整晶体管T的输出电流，以达到恒流的目的。调整取样电阻R-CS的值，可以设定电路输出电流的大小，模块U3的CS取样电压为0.25V，故可根据LED负载所需的电流来计算取样电阻R-CS的阻值，计算方法是：取样电压V-CS除以所需电流，即可得到取样电阻R-CS的阻值，假设，LED负载需要的电流是60mA，则0.25除以0.06＝4.1666欧姆，实际应用取4.1欧姆。

模块U2的输出端Q0-Q9所对应的电阻R1-R10，其阻值是不一样的，因此，它在和电阻R11分压以后D点电压也不一样，Q0对应的电阻R1阻值最大，也就是刚刚接通电源的时候，D点的电压最小，LED负载也同时受控而电流最小，随着计数器输出的位移，其相应的电阻阻值也逐渐变小，E点的电压会逐步上升，LED的亮度也慢慢上升，一直到第9个脉冲输入，计数器输出位移到了Q9的位置，电路中与之对应的电阻R10的阻值也最小，其与R11分压后的D点电压也最高，这时输出电流也最大，达到了取样电阻R-CS设定的最大电流值，同时，在Q9通过电阻R12连接到模块U2的时钟禁止端INH，这时，INH端的电平被拉高，CP2的时钟输入被禁止，电路锁定在这个状态上，直到电源被关掉为止，下次重新上电时又开始重复以上步骤。电容C2的作用是对D点电压起到缓冲的作用，使模块U2输出电压在移位时变得平滑，这样，LED负载的亮度在启动时就会慢慢的上升，而不是阶梯式的跳变。

本实用新型的第二种实施方式参见图3，这是一个软硬件结合的电路。图3中，模块U11是一个市场通用的单片机，如PMC150系列单片机等都能实现。来自市电的AC电源通过保险丝FUSE，进入由二极管D11-D14组成的桥式整流器，将AC电压转变为DC电压，其正极连接到电路的VCC端，其负极连接到电路的VSS端，电阻R6、稳压二极管W11、电容C11组成一个简单的降压稳压电路，输出一个5V的稳定电压，连接到模块U11的第1脚，作为模块U11的电源供给。模块U11通过内部脉冲发生器，产生一组占空比可变的脉冲信号，经由第5脚输出并连接到模块U12(型号为：JY2410ES)的DIM输入端，该信号根据程序指令，第5脚在上电时为0电平，此时，模块U12被禁止输出，LED负载没有电流而不发光，经过约200ms的时间延迟(此举为防止上电时的瞬间电流冲击)，模块U11第5脚开始输出占空比为10％的脉冲信号，并以每0.5秒的时间间隔，以15％的幅度逐步增加占空比，直到占空比大于80％以后，直接转为纯直流输出(高电平)，并一直保持高电平，模块U11内部的脉冲发生器停止工作，并将输出端第5脚锁定为高电平。

与此同时，模块U12则根据DIM端口接收到的控制信号，向LED负载提供相应幅度的电流，LED负载开始以最低的亮度点亮，继而按照模块U11提供的占空比幅度，同步上升直到最后保持在模块U12设定的恒流点上。模块U12的其他空置引脚2、4、3、6脚可以根据需要，设定为其它功能接口，如通讯接口，与相关设备如遥控或网络设备等对接。

在本实施例中，电容C12是模块U11的定时电容，电容C12的电容值可以根据所需的延迟时间，选用合适容量的电容，该值一般在0.01-0.047uf之间，容量越大，则延迟时间越长。模块U12工作于线性恒流状态，故DIM的占空比可以达到最大100％(即纯直流，高电平)，如果U12选用其他开关型的控制方案，则该控制信号占空比应按照所选用的控制芯片的相关要求设置。

本实用新型的LED驱动器使灯光在开启的时候，LED负载的亮度在一定时间段内逐渐上升，直至全功功率工作，可以有效防止上电时对LED负载的瞬间电流过冲，而且，对于正常的工作电流，也实行了有效的缓冲，大大提高了LED的使用寿命，并且灯光的变化能够避免眩光，有助于保护人们的视力，使照明灯具更具人性化。

Claims (3)

1.一种软启动LED驱动器，其特征在于它包括：

AC/DC转换电路：输入端接交流市电，用于将交流电转换成直流电；

DC/DC转换电路：与AC/DC转换电路的输出端电连接，用于将高压直流电转换成低压直流电，为系统提供工作电源；

时变信号发生电路：用于在电路接通后，在特定的时间内产生一个随时间变化的控制信号；

电源管理模块：与时变信号发生电路的输出端电连接，用于根据时变信号发生电路发出的控制信号，产生功率驱动信号，驱动LED负载。

2.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于该LED驱动器包括一晶体管T，所述晶体管T的栅极G与所述电源管理模块的输出端电连接，源极S接所述AC/DC转换电路的负极，漏极D与所述AC/DC转换电路的正极之间接所述LED负载。

3.根据权利要求2所述的LED驱动器，其特征在于所述晶体管T的源极S与所述AC/DC转换电路的负极之间串接有取样电阻R-CS，所述取样电阻R-CS和所述源极S的节点与所述电源管理模块电连接。