CN205726550U - 一种用于可控硅调光的线性恒流电路 - Google Patents

一种用于可控硅调光的线性恒流电路 Download PDF

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戎淑虎
曹亚军
边彬
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Abstract

本实用新型属于LED控制领域，主要公开了一种用于可控硅调光的线性恒流电路，将三组线性恒流模块与两组LED灯串进行结合，同时根据每组线性恒流模块在电路中的位置设置不同阻值的电流调节电阻，从而使两组LED灯串可以根据输入电压的高低自适应地进行并联连接或串联连接。本实用新型有效的提高了LED灯串的利用率、增大可控硅调光的调光范围，同时，保证了电路的工作效率，减少电路损耗。

Description

一种用于可控硅调光的线性恒流电路
技术领域
本实用新型属于LED控制领域，特别涉及一种用于可控硅调光的线性恒流电路。
背景技术
LED高压线性恒流技术以其方案简单、成本低廉、无高频变压器和无EMC问题等优点得到越来越广泛的应用，并逐步运用到LED可控硅调光中。
目前市场现有的应用于LED可控硅调光的线性恒流电路，如图1所示，输入交流电压源电学串联一个可控硅调光器101，再连接到整流桥102的两个输入端，经整流桥102整流后电学连接LED灯串105正端，LED灯串105负端电学连接主控芯片103，流经LED灯串105的电流由主控芯片103和电流调节电阻104决定，维持电流控制芯片106和维持电流调节电阻107提供可控硅调光的维持电流。电路需要LED灯串105的导通压降VLED高度匹配经整流桥102整流输入电压后得到的母线电压VLINE，否则VLED远小于VLINE时，电路效率会极低，主控芯片103上要承受相当大的损耗，带来的后果是芯片发烫严重，影响电路正常工作，甚至会损坏。
若LED灯串105的导通压降VLED能高度匹配输入电压VLINE，效率能做到90％以上，但此时会有调光角度小、调光范围低、LED灯串105利用率低的问题。如图2(a)所示，母线电压VLINE经交流输入电压经整流桥102整流后得到，是一个正弦半波，幅值随位相角α的变化而变化，为便于阐述，这里的α取0至180°之间进行分析，VLINE幅值等于VLED时的位相角记为α0，由正弦半波的对称性，另一幅值相等的位相角为180°-α0；位相角在α0与180°-α0之间时，VLINE幅值高于VLED，LED灯串105点亮，输出电流IOUT。其余时间，LED灯串105不被点亮。在一个正弦半波周期内，LED灯串105所串入的LED数量越多，VLED越接近VLINE幅值，整个电路的效率会越高，但LED灯串105被点亮的时间就越短，利用率越低。
由于LED灯串105在α0与180°-α0之间时才能被点亮，所以可控硅调光器101真正能调光的范围也只在α0与180°-α0之间，如图2(b)所示，一旦可控硅调光器101的切角β大于180°-α0，LED灯串105熄灭，不具备调光功能。在一个正弦半波周期内，VLED越接近VLINE幅值，可控硅调光器101的调光范围越窄。
可控硅调光器101调光时，整个LED灯串105在一个正弦半波周期内的输出电流平均值随切角β变化的曲线图如图2(c)所示。
综上所述，目前市场现有的应用于LED可控硅调光的线性恒流电路，LED灯串随串入LED的数量需高度匹配输入电压：串入的LED数量越低，损耗越大，甚至会影响电流的正常工作；串入的LED数量越高，LED灯串利用率越低，可控硅调光的调光范围越窄。
实用新型内容
实用新型目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种有效提高效率，减小损耗、增大可控硅调光的调光范围的可控硅调光的线性恒流电路。
技术方案：本实用新型提供了一种用于可控硅调光的线性恒流电路，可控硅调光器、整流桥、第一线性恒流芯片、第一电流调节电阻、第二线性恒流芯片、第二电流调节电阻、第三线性恒流芯片、第三电流调节电阻、二极管、第一LED灯串、第二LED灯串和维持电流调节模块；所述可控硅调光器与交流输入电压源电学串联；整流桥的两个输入端分别与可控硅调光器和交流输入电压源电学连接；第一线性恒流芯片的OUT端与整流桥的正输出端电学连接；第一电流调节电阻的一端与第一线性恒流芯片的REXT端电学连接；第一电流调节电阻的另一端分别与第一线性恒流芯片的GND端、第二线性恒流芯片的OUT端和第一LED灯串的正端电学连接；第二线性恒流芯片的REXT端分别与第二电流调节电阻的一端和二极管的阴极电学连接；第二线性恒流芯片的GND端分别与第二电流调节电阻的另一端、第二LED灯串的正端电学连接；第一LED灯串的负端分别与二极管的阳极和第三线性恒流芯片的OUT端电学连接；第三线性恒流芯片的REXT端分别与第三电流调节电阻的一端、第二LED灯串的负端电学连接；第三线性恒流芯片的GND端分别与第三电流调节电阻的另一端、整流桥的输出负端电学连接；所述维持电流调节模块用于给所述可控硅调光器提供调光维持电流。
进一步，所述维持电流调节模块包括维持电流调节电阻，所述维持电流调节电阻的两端分别与二极管的阴极和阳极电连接。
进一步，所述维持电流调节模块包括维持电流调节电阻和维持电流控制芯片，所述维持电流控制芯片的OUT端电与第一线性恒流芯片的REXT端电连接；维持电流控制芯片的GND端分别与维持电流调节电阻的一端和整流桥的输出负端电学连接；维持电流控制芯片的REXT端分别与维持电流调节电阻的另一端和第三线性恒流芯片的GND端电学连接。这样能够提供更大的维持电流，同时能兼容更多不同型号的可控硅调光器和更宽的输入功率范围。
进一步，所述第一电流调节电阻的阻值小于第三电流调节电阻的阻值，第二电流调节电阻的阻值大于第三电流调节电阻的阻值。
进一步，所述第二电流调节电阻的阻值为第三电流调节电阻阻值的两倍。这样通过两组LED灯串的电流大小相等，有效的提高了两组LED灯串的利用率。
进一步，所述第一线性恒流芯片、第二线性恒流芯片和第三线性恒流芯片的型号均为CL1570。
进一步，所述维持电流控制芯片的型号为CL1570。
本实用新型还提供了一种用于可控硅调光的线性恒流电路，可控硅调光器、整流桥、第一线性恒流芯片、第一电流调节电阻、第二线性恒流芯片、第二电流调节电阻、第三线性恒流芯片、第三电流调节电阻、二极管、第一LED灯串、第二LED灯串和维持电流调节模块；交流输入电压源提供的电流依次经过可控硅调光器和整流桥后进入母线，当母线电压高于1个灯串的压降而低于两个灯串串联的压降时，第一线性恒流芯片直通，第一LED灯串和第二LED灯串并联点亮，母线电流分流到两条灯串所在的支路，其中一条支路中电流依次通过二线性恒流芯片、第二电流调节电阻和第二LED灯串；另一条支路中电流依次通过第一LED灯串和第三线性恒流芯片，两条支路的输出电流均通过第三电流调节电阻后回到整流桥；当母线电压高于两个灯串串联的压降时，第二线性恒流芯片和第三线性恒流芯片不工作，第一LED灯串和第二LED灯串串联点亮；母线电流依次通过第一线性恒流芯片、第一电流调节电阻、第一LED灯串、第二电流调节电阻、二极管和第二LED灯串后回到整流桥；所述维持电流调节模块用于给所述可控硅调光器提供调光维持电流。
工作原理：本实用新型将三组线性恒流模块与两组LED灯串进行结合，同时根据每组线性恒流模块在电路中的位置设置不同阻值的电流调节电阻，从而使两组LED灯串可以根据输入电压的高低自适应地进行并联连接或串联连接。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型有效的提高了LED灯串的利用率、增大可控硅调光的调光范围，同时，保证了电路的工作效率，减少电路损耗。
附图说明
图1为现有技术中用于LED可控硅调光的线性恒流电路的电路图；
图2为现有技术电路的LED可控硅调光线性恒流工作波形示意图；其中，图2(a)为不接可控硅调光器时LED灯串输出电流与输入电压关系图；图2(b)为接入可控硅调光器时LED灯串电流与输入电压关系图；图2(c)为电路输出电流与可控硅调光器调光切角的关系图；
图3为实施例1的电路图；
图4为实施例1中当母线电压VLINE高于VLED并低于2*VLED时，电路中电流的走向示意图；
图5为实施例1中当母线电压VLINE高于2*VLED时，电路中电流的走向示意图；
图6为实施例1中ISTEP1、ISTEP2以及ISTEP1、ISTEP2相叠加的灯串输出电流IOUT随母线电压VLINE变化的波形图；
图7为实施例1中输出电流与可控硅调光器调光切角的关系图；
图8为实施例2的电路图。
具体实施方式
为进一步揭示本实用新型的技术方案，兹结合附图详细说明本实用新型的实施方式。
实施例1：
如图3所示，本实用新型提供了一种用于可控硅调光的线性恒流电路，包括可控硅调光器201、整流桥202、第一线性恒流芯片203、第一电流调节电阻204、第二线性恒流芯片205、第二电流调节电阻206、第三线性恒流芯片207、第三电流调节电阻208、二极管209、第一LED灯串210、第二LED灯串211和维持电流调节电阻212。
其中，可控硅调光器201与交流输入电压源电学串联；整流桥202的两个输入端分别与可控硅调光器201和交流输入电压源电学连接；第一线性恒流芯片203的OUT端与整流桥202的正输出端电学连接；第一电流调节电阻204的一端与第一线性恒流芯片203的REXT端电学连接；第一电流调节电阻204的另一端分别与第一线性恒流芯片203的GND端、第二线性恒流芯片205的OUT端和第一LED灯串210的正端电学连接；第二线性恒流芯片205的REXT端分别与第二电流调节电阻206的一端、二极管309的阴极、维持电流调节电阻212的一端电学连接；第二线性恒流芯片205的GND端分别与第二电流调节电阻206的另一端、第二LED灯串211的正端电学连接；第一LED灯串210的负端分别与二极管209的阳极、维持电流调节电阻212的另一端和第三线性恒流芯片207的OUT端电学连接；第三线性恒流芯片207的REXT端分别与第三电流调节电阻208的一端、第二LED灯串211的负端电学连接；第三线性恒流芯片207的GND端分别与第三电流调节电阻208的另一端、整流桥202的输出负端电学连接。
在本实施例中第一线性恒流芯片203、第二线性恒流芯片205和第三线性恒流芯片207均为单通道线性恒流控制芯片，可采用型号为CL1570或类似功能芯片。该芯片有三个功能脚，分别是：OUT端，为芯片电源供电与恒流输出端口；GND端，为芯片接地端；REXT端，为芯片输出电流设置端。
本实施例中第一LED灯串210和第二LED灯串211所串入LED灯的型号、数量完全相同，每串灯串的导通压降记做VLED。当电路开始工作时，所有灯串的亮度都能做到一致，不会出现可控硅调光时，灯串亮度不一的问题。如图4所示，当母线电压VLINE高于1个灯串的压降VLED而低于两个灯串串联的压降2*VLED时，第一线性恒流芯片203直通，即可视为导线，第一LED灯串210和第二LED灯串211并联点亮；流经第一LED灯串211的电流ILED2的大小由第二线性恒流芯片205和第二电流调节电阻206决定，并联总电流ISTEP1的大小由第三线性恒流芯片207和第三电流调节电阻208决定；如果要使得流经第一LED灯串210的电流ILED1与流经第二LED灯串211的电流ILED2的大小相等，第二电流调节电阻206的阻值取第三电流调节电阻208阻值的两倍。
如图5所示，当母线电压VLINE高于两个灯串串联的压降2*VLED时，第二线性恒流芯片205和第三线性恒流芯片207不工作，第一LED灯串210和第二LED灯串211串联点亮；第一LED灯串210的电流ILED1与流经第二LED灯串211的电流ILED2的大小相等，都为串联总电流ISTEP2的大小；ISTEP2的大小由第一线性恒流芯片203和第一电流调节电阻204决定；第一电流调节电阻204的阻值要小于第三电流调节电阻208的阻值。维持电流调节电阻212主要用于提供可控硅调光器201进行调光的维持电流，维持电流调节电阻212取值视具体的可控硅调光器而有所不同，一般可取在10KΩ至33KΩ之间。第一电流调节电阻204、第二电流调节电阻206和第三电流调节电阻208的取值主要由设计功率和设计的输出电流决定。
如图6所示，整个实施电路可以获得很高的功率因数，整个电路的效率可到85％以上，功率因数可达到0.97以上。
如图7所示，当本实施例的输入条件与图1所示的目前市场现有的应用电路的输入条件相同时，第一LED灯串210与第二LED灯串211所串入的LED灯的型号、数量总和与图1所示的目前市场现有的应用电路中的LED灯串105相同时，本实施例的调光范围超过了现有电路的一倍。
实施例2：
如图8所示，本实用新型提供了一种用于可控硅调光的线性恒流电路，包括可控硅调光器201、整流桥202、第一线性恒流芯片203、第一电流调节电阻204、第二线性恒流芯片205、第二电流调节电阻206、第三线性恒流芯片207、第三电流调节电阻208、二极管209、第一LED灯串210、第二LED灯串211、维持电流调节电阻212和维持电流控制芯片213。
可控硅调光器201与交流输入电压源电学串联；整流桥202的两个输入端分别与可控硅调光器201和交流输入电压源电学连接；第一线性恒流芯片203的OUT端与整流桥202的正输出端电学连接；第一电流调节电阻204的一端分别与第一线性恒流芯片203的REXT端、维持电流控制芯片213的OUT端电学连接；第一电流调节电阻204的另一端分别与第一线性恒流芯片203的GND端、第二线性恒流芯片205的OUT端和第一LED灯串210的正端电学连接；第二线性恒流芯片205的REXT端分别与第二电流调节电阻206的一端和二极管209的阴极电学连接；第二线性恒流芯片205的GND端分别与第二电流调节电阻206的另一端、第二LED灯串211的正端电学连接；第一LED灯串210的负端分别与二极管209的阳极和第三线性恒流芯片207的OUT端电学连接；第三线性恒流芯片207的REXT端分别与第三电流调节电阻208的一端、第二LED灯串211的负端电学连接；第三线性恒流芯片207的GND端分别与第三电流调节电阻208的另一端、维持电流控制芯片213的REXT端和维持电流调节电阻212的一端电学连接；维持电流控制芯片213的GND端分别与维持电流调节电阻212的另一端和整流桥202的输出负端电学连接。
实施例2中采用的电路与实施例1中采用的电路的工作原理与工作过程均相同，使两组LED灯串能根据输入电压的高低自适应的在串联方式和并联方式中进行自动切换。在此不再赘述。在实施例2中利用维持电流控制芯片213和维持电流调节电阻212组合提供可控硅调光所需的维持电流。这样对可控硅调光器201的调光效果有所增强。这样能够提供更大的维持电流，同时能兼容更多不同型号的可控硅调光器和更宽的输入功率范围。
在本实施例中第一线性恒流芯片203、第二线性恒流芯片205、第三线性恒流芯片207和维持电流控制芯片213均为单通道线性恒流控制芯片，可采用型号为CL1570或类似功能芯片。该芯片有三个功能脚，分别是：OUT脚，为芯片电源供电与恒流控制端口；GND脚，为芯片接地端；REXT脚，为芯片输出电流设置端。
本实用新型提供的可控硅调光的LED灯串串并联自适应切换的线性恒流电路可达到增大可控硅调光的调光范围的目的，且不会增大电路损耗、有效降低了转换效率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：可控硅调光器、整流桥、第一线性恒流芯片、第一电流调节电阻、第二线性恒流芯片、第二电流调节电阻、第三线性恒流芯片、第三电流调节电阻、二极管、第一LED灯串、第二LED灯串和维持电流调节模块；所述可控硅调光器与交流输入电压源电学串联；整流桥的两个输入端分别与可控硅调光器和交流输入电压源电学连接；第一线性恒流芯片的OUT端与整流桥的正输出端电学连接；第一电流调节电阻的一端与第一线性恒流芯片的REXT端电学连接；第一电流调节电阻的另一端分别与第一线性恒流芯片的GND端、第二线性恒流芯片的OUT端和第一LED灯串的正端电学连接；第二线性恒流芯片的REXT端分别与第二电流调节电阻的一端和二极管的阴极电学连接；第二线性恒流芯片的GND端分别与第二电流调节电阻的另一端、第二LED灯串的正端电学连接；第一LED灯串的负端分别与二极管的阳极和第三线性恒流芯片的OUT端电学连接；第三线性恒流芯片的REXT端分别与第三电流调节电阻的一端、第二LED灯串的负端电学连接；第三线性恒流芯片的GND端分别与第三电流调节电阻的另一端、整流桥的输出负端电学连接；所述维持电流调节模块用于给所述可控硅调光器提供调光维持电流。
2.根据权利要求1所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述维持电流调节模块包括维持电流调节电阻，所述维持电流调节电阻的两端分别与二极管的阴极和阳极电连接。
3.根据权利要求1所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述维持电流调节模块包括维持电流调节电阻和维持电流控制芯片，所述维持电流控制芯片的OUT端电与第一线性恒流芯片的REXT端电连接；维持电流控制芯片的GND端分别与维持电流调节电阻的一端和整流桥的输出负端电学连接；维持电流控制芯片的REXT端分别与维持电流调节电阻的另一端和第三线性恒流芯片的GND端电学连接。
4.根据权利要求1所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述第一电流调节电阻的阻值小于第三电流调节电阻的阻值，第二电流调节电阻的阻值大于第三电流调节电阻的阻值。
5.根据权利要求1所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述第二电流调节电阻的阻值为第三电流调节电阻阻值的两倍。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述第一线性恒流芯片、第二线性恒流芯片和第三线性恒流芯片的型号均为CL1570。
7.根据权利要求3所述的用于可控硅调光的线性恒流电路，其特征在于：所述维持电流控制芯片的型号为CL1570。
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