CN205610994U - 一种新型led调光电路 - Google Patents

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王在义
王启叶
侯钦文
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Abstract

本实用新型涉及一种新型LED调光电路，包括PWM可控直流转换电路和MOS管，所述PWM可控直流转换电路由电感L，滤波电容C1和二极管D1组成，所述电感L的一端与二极管D1的阳极相连，其另一端连接滤波电容C1的正极后与MOS管的栅极相连，所述二极管D1的阴极、滤波电容C1的负极以及MOS管的源极均为低电平。本实用新型提出的调光电路可以兼容市场非调光开关电源驱动方案，电路结构简单，外设成本低，无频闪，且可实现无极调光。

Description

一种新型LED调光电路
技术领域
本实用新型属于电子电路领域，具体涉及一种新型LED调光电路，以实现由非调光LED驱动市场向调光市场切换的兼容性设计。
背景技术
随着科技的发展，利用电气等效负载的电子照明源，例如发光二极管LED灯等，逐渐取代了传统的白炽灯，而成为人们日常生活中照明光源。目前，可以利用LED灯调光器调整电源的电流或电压，以使作为负载的LED灯产生不同强度的光输出，以满足不同场景照明需求。
调光不但节约电能，更是高质量照明必需，目前对LED的调光技术主要涉及以下几种：
可控硅调光：发展于白炽灯的调光技术，利用可控硅的斩波技术，通过改变交流电的导通角来改变电流的有效值，从而达到调光的目的。但是，用可控硅进行调光会破坏输入电流的正弦波形，降低功率因数，通常使用可控硅进行调光的LED驱动电路的PF值低于0.5，而且导通角越小，功率因数越差，很难做到高功率因数；从目前来看兼容可控硅的调光电源效率通常都很低，80％都很难达到，且只能工作在单一的输入电压下，应用范围有限，可见此种方式对LED并不实用；
PWM调光：LED是一个二极管，可以实现快速开关，通过把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法实现亮度调节；经过对脉冲宽度的调制转变为调制LED灯连续点亮的时间，也同时转变了输入功率，从而到达节能调光的目的。但是，此种方式当频率小于200Hz时易存在频闪现象，且驱动电流的过冲对LED芯片的寿命肯定有一定的影响，不利于实际应用；
另外还有线性调光、遥控调光及分段调光等实现方案；线性调光利用恒流芯片的专用调光脚来调整LED的电流实现调光目的，但接线比较复杂，不利于日光灯路灯等照明；遥控调光采用红外遥控或无线遥控对LED实现调光，其成本高，且没有统一规格，实现起来比较困难；而分段调光只能按照预先设定的亮度循环调节，不能实现连续调光；
上述各种方案在电路设计上很难实现与非开关电源驱动的调光方案相兼容，且应用范围有限，不方便工程调试和线路设计。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述各种LED调光技术方案的不足，提出一种兼容现有非调光开关电源驱动的调光方案：通过设计PWM可控直流转换电路，并将转换电路的输出连接至MOS管的栅极，利用MOS管工作在线性区实现数字化智能控制和无极调光，电路设计简单可靠，方便工程调试及线路设计。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种新型LED调光电路，包括PWM可控直流转换电路和MOS管；所述PWM可控直流转换电路由电感L，滤波电容C1和二极管D1组成，所述电感L的一端与二极管D1的阳极相连，其另一端连接滤波电容C1的正极后与MOS管的栅极相连，所述二极管D1的阴极、滤波电容C1的负极以及MOS管的源极均为低电平。
进一步的，为达到较好的滤波效果，输出平稳的直流电压，所述滤波电容的两端还并联有一个型号为104的电容C2。
进一步的，所述电感L的取值由决定；其中，Vout为直流输出电压，Vin为PWM信号高电平电压，Vout＝Vin*D，D为PWM信号占空比，Ipk为电流峰值，Freq为PWM驱动频率。
进一步的，所述滤波电容C1的取值由决定；其中，ΔU为输出电压纹波量，T为周期。
进一步的，所述MOS管工作在线性工作区，所述线性工作区条件需满足其中，Vgs为栅源电压，Vth为MOS管开启电压，Vds为漏源电压。
进一步的，所述MOS管线性工作区电流
Id＝u*Cox*W/L*[(Vgs-Vth)*Vds-0.5Vds2]；其中，u为电子迁移率，Cox为栅极到衬底电容，W、L为沟道宽和长。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
1.电路设计兼容性好：
本实用新型采用BUCK降压电路结构，设计PWM可控直流电源转换电路和MOS管；首先在PWM信号为1(高电平)时通过电感L储能，滤波电容C1滤波，二极管D1不导通；当PWM信号为0(低电平)时，电感L释放能量，滤波电容C1滤波，二极管D1此时导通形成回路完成直流电压转换，然后通过使MOS管工作在线性区及可变电阻区实现对LED的无极调光；
通过PWM数字化可控输出电压+MOS管线性区工作方式整体来实现调光，兼容PWM方式调光容易实现数字化智能控制；也可以兼容可控硅调光方式接线线路，即去掉PWM输入信号，将原来的调光开关的分压比设置在MOS管的线性工作区电压就可以实现控制调光；
2.没有频闪问题，可实现无极调光：
PWM调光是LED灯负载工作0和1之间，也就是灯一亮一灭的状态切换来调光，人的视觉暂留效应看起来灯是一直亮着，实际是有人眼看不到的闪烁问题；而本实用新型方案虽然输入的是PWM调光信号，但Vout输出电压是直流电压调节MOS管线性电阻来调节灯的亮度等级，使灯一直工作在1的状态也就是一直都是亮着的，根本不存在频闪问题；
3.电路设计简单、成本低：
无需专门的LED调光驱动芯片，只要是普通的LED电源驱动芯片配上PWM发生器及本调光电路就可以实现调光功能，方便工程调试和线路设计。
附图说明
图1为本实用新型提供的调光电路结构示意图；
图2为本实用新型实施例中脉宽调制的调光波形示意图；
图3为本实用新型调光电路实际应用中硬件调光方案方框图。
具体实施方式
本实用新型提供一种新型调光电路，通过在电路中应用设计PWM可控直流转换电路和MOS管，由PWM控制输出电压变化调节输出电流，实现调节LED等光亮度变化的功能，下面结合具体实施例对本实用新型做进一步地说明。
参考图1，一种新型LED调光电路，包括PWM可控直流转换电路和MOS管；所述PWM可控直流转换电路由电感L，滤波电容C1和二极管D1组成，所述电感L的一端与二极管D1的阳极相连，其另一端连接滤波电容C1的正极后与MOS管的栅极相连，所述二极管D1的阴极、滤波电容C1的负极以及MOS管的源极均为低电平，为达到较好的滤波效果，所述滤波电容C1的两端还并联有一个型号为104的电容C2。
本实施例中，通过Vout输出直流电压调节MOS管线性电阻来调节灯的亮度，所述电感L的取值由决定；其中，Vout为直流输出电压，Vin为PWM信号高电平电压，Vout＝Vin*D，D为PWM信号占空比，Ipk为电流峰值，Freq为PWM驱动频率；滤波电容C1的取值由决定；其中，ΔU为输出电压纹波量，一般选取小于输出电压的1％作计算，T为周期。
为了实现无极调光，所述MOS管工作在线性工作区，且满足其中，Vgs为栅源电压，Vth为MOS管开启电压，Vds为漏源电压，则可以通过计算MOS管线性工作区电流Id＝u*Cox*W/L*[(Vgs-Vth)*Vds-0.5Vds2]；采用BUCK降压电路结构，设计PWM可控直流电源转换电路和MOS管；首先在PWM信号为1(高电平)时通过电感L储能，滤波电容C1滤波，二极管D1不导通；当PWM信号为0(低电平)时，电感L释放能量，滤波电容C1滤波，二极管D1此时导通形成回路完成直流电压转换，然后通过使MOS管工作在线性区实现对LED的无极调光；
通过PWM数字化可控输出电压+MOS管线性区工作方式来实现调光的技术，兼容PWM方式调光容易实现数字化智能控制；参考图2，没有频闪问题，可实现无极调光通过PWM可控直流转换电路，通过Vout输出的直流电压调节MOS管线性电阻来调节灯的亮度等级，可实现连续调节，且灯一直工作在1的状态也就是一直都是亮着的，也不存在频闪问题；
同时，本申请方案也可以兼容可控硅调光方式接线线路，即去掉PWM输入信号，将原来的调光开关的分压比设置在MOS管的线性工作区电压就可以实现控制调光，实现起来也比较简单方便。
总之，本实用新型电路设计简单、成本低，如图3所示，本电路设计可以兼容现有非调光开关电源驱动的调光方案，只需要在原有电路上添加本实用新型所述的调光电路，将调光电路的信号输出与电源控制电路相连，无需专门的LED调光驱动芯片，只要在普通的LED电源驱动芯片配上PWM发生器及本调光电路就可以实现调光功能，且无需更换芯片，兼容市场各种驱动方案及墙壁式调光接线，电路设计简单，兼容性好，可以很好的控制成本，具有广泛的推广和实际应用价值。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型LED调光电路，其特征在于，包括PWM可控直流转换电路和MOS管；所述PWM可控直流转换电路由电感L，滤波电容C1和二极管D1组成，所述电感L的一端与二极管D1的阳极相连，其另一端连接滤波电容C1的正极后与MOS管的栅极相连，所述二极管D1的阴极、滤波电容C1的负极以及MOS管的源极均为低电平。
2.根据权利要求1所述的一种新型LED调光电路，其特征在于，所述滤波电容的两端还并联有一个型号为104的电容C2。
3.根据权利要求2所述的一种新型LED调光电路，其特征在于，所述电感L的取值由决定；其中，Vout为直流输出电压，Vin为PWM信号高电平电压，Vout＝Vin*D，D为PWM信号占空比，Ipk为电流峰值，Freq为PWM驱动频率。
4.根据权利要求3所述的一种新型LED调光电路，其特征在于，所述滤波电容C1的取值由决定；其中，ΔU为输出电压纹波量，T为周期。
5.根据权利要求4所述的一种新型LED调光电路，其特征在于，所述MOS管工作在线性工作区，所述线性工作区条件需满足其中，Vgs为栅源电压，Vth为MOS管开启电压，Vds为漏源电压。
6.根据权利要求5所述的一种新型LED调光电路，其特征在于，所述MOS管线性工作区电流Id＝u*Cox*W/L*[(Vgs-Vth)*Vds-0.5Vds2]；其中，u为电子迁移率，Cox为栅极到衬底电容，W、L为沟道宽和长。
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