CN207039969U - 一种多路led电流平衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多路LED电流平衡电路，包括转换单元、恒流控制单元、LED电压检测单元和LED开路状态输出电压保持/反馈单元，转换单元的电性连接恒流控制单元，恒流控制单元电性连接LED电压检测单元，LED电压检测单元电性连接LED开路状态输出电压保持/反馈单元。该多路LED电流平衡电路，实现多路输出电流恒流的方式和电流平衡的方式，可以对不同的LED串电压做出实时的并且恰当的调整，以便使各串LED电流都被精确的调整到设计所期望的大小。

Description

一种多路LED电流平衡电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动电源技术领域，具体为一种多路LED电流平衡电路。

背景技术

LED为一种半导体组件，一般在市面上贩卖的LED，已经是厂商按照波长或亮度等特性筛选分类过后的。由于LED导通时的电流变化率远大于顺向导通电压的变化率，所以测试其特性及分类时，大多基于一个额定电流值(例如20mA)，再给出顺向导通电压的变化范围。这样的目的，就是要获得期望的亮度要求，在相同的驱动电流下，得到每颗LED亮度、色度的一致性。并且为保证组件可靠性，驱动LED的电流必须低于LED额定值的要求。同时，当周围环境温度提升时所允许的额定电流会降低。由此可见，用LED为背光源时，需要对其驱动在固定电流下，以避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠度。由于LED本身具有陡峭的伏安特性，加上LED特性的离散性，以及因温度变化造成的发光特性偏移，需要采用恒流控制方式。同时为了保持各并联LED串发光的均匀性，各并联LED串的均流成为研究LED驱动电源的关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多路LED电流平衡电路，已解决上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多路LED电流平衡电路，包括转换单元、恒流控制单元、LED电压检测单元和LED开路状态输出电压保持/反馈单元，转换单元的电性连接恒流控制单元，恒流控制单元电性连接LED电压检测单元，LED电压检测单元电性连接LED开路状态输出电压保持/反馈单元。

优选的，所述转换单元包括整流桥BD2、变压器XFMR1、晶闸管Q2和PWM控制芯片IC；所述整流桥BD2的交流输入端接到输入电源Vin1上，整流桥BD2的直流输出端接电容C14接地，以及变压器XFMR1的绕组O接口；所述变压器XFMR1的绕组0与1之间串联电阻R102和二极管D18，变压器XFMR1的绕组1还连接晶闸管Q2的源极，晶闸管Q2的栅极连接于WM控制芯片IC，晶闸管Q2的漏极串联电阻Re接地；所述变压器XFMR1的绕组2串联二极管D12和电感Lout1接到输出电压Vout上，变压器XFMR1的绕组3串联电容C12接地。

优选的，所述恒流控制单元由第一恒流控制部分、第二恒流控制部分和第三恒流控制部分组成。

优选的，其中第一恒流控制部分包括放大器U7A、晶闸管M3、发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10；所述放大器U7A的正极接电源V5的一端，电源V5的另一端接地；放大器U7A的输出端串联电阻R12接到晶闸管M3的栅极，晶闸管M3的源极串联电阻R13接地以及串联电阻R14接到放大器U7A的负极，放大器U7A的负极还连接电容C8和电阻R15接到放大器U7A的输出端；所述晶闸管M3的漏极串联发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10接到输出电压Vout上。

优选的，其中第二恒流控制部分包括放大器U10A、晶闸管M4、发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23；所述放大器U10A的正极接电源V6的一端，电源V6的另一端接地；放大器U10A的输出端串联电阻R23接到晶闸管M4的栅极，晶闸管M4的源极串联电阻R24接地以及串联电阻R25接到放大器U10A的负极，放大器U10A的负极还连接电容C15和电阻R26接到放大器U10A的输出端；所述晶闸管M4的漏极串联发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23接到输出电压Vout上。

优选的，其中第三恒流控制部分包括放大器U10B、晶闸管M5、发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28；所述放大器U10B的正极接电源V7的一端，电源V7的另一端接地；放大器U10B的输出端串联电阻R27接到晶闸管M5的栅极，晶闸管M5的源极串联电阻R28接地以及串联电阻R29接到放大器U10B的负极，放大器U10B的负极还连接电容C16和电阻R30接到放大器U10B的输出端；所述晶闸管M5的漏极串联发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28接到输出电压Vout上。

优选的，所述LED电压检测单元包括放大器U8A、二极管D16、二极管D29、二极管D30和二极管D31，放大器U8A的负极连接电阻R19和电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地；电阻R19的另一端串联二极管D29接到第一恒流控制部分的晶闸管M3的漏极、串联二极管D30接到第二恒流控制部分的晶闸管M4的漏极、串联二极管D31接到第三恒流控制部分的晶闸管M5的漏极；所述放大器U8A的输出端串联二极管D16接到LED开路状态输出电压保持/反馈单元上以及放大器U8A的输出端串联电容C13和电阻R22接到放大器U8A的负极。

优选的，所述LED开路状态输出电压保持/反馈单元包括放大器U7B、光电耦合器U9和二极管D17；放大器U7B的负极连接电阻R17和电阻R18的一端，电阻R17的另一端接到输出电压Vout上。电阻R18的另一端接地；放大器U7B的输出端串联二极管D17接到光电耦合器U9的负极，电耦合器U9的正极串联电阻R21接到输出电压Vout上，耦合器U9的发射极接地；所述放大器U7B的输出端串联电容C9和电阻R16接到放大器U7B的负极。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本多路LED电流平衡电路，实现多路输出电流恒流的方式和电流平衡的方式，可以对不同的LED串电压做出实时的并且恰当的调整，以便使各串LED电流都被精确的调整到设计所期望的大小，即便出现某串LED开路，也不会影响到其它LED串的电流；而且使损耗尽可能的低；同时对于LED串可能出现的开路状况，也可适应。

附图说明

图1为本实用新型单路串联型高压恒流驱动电路图；

图2为本实用新型单路串联型高压恒流驱动电路V-I曲线图；

图3为本实用新型定电压与串联电阻恒流驱动电路图；

图4为本实用新型定电压与串联电阻恒流驱动电路V-I曲线图；

图5为本实用新型总电流恒流驱动电路图；

图6为本实用新型总电流恒流驱动电路V-I曲线图；

图7为本实用新型集成式恒流驱动电路图；

图8为本实用新型集成式恒流驱动电路V-I曲线图；

图9为本实用新型多路独立低压低电流恒流驱动电路图；

图10为本实用新型整体电路原理图；

图11为本实用新型转换单元电路原理图；

图12为本实用新型恒流控制单元电路原理图；

图13为本实用新型第一恒流控制部分电路原理图；

图14为本实用新型第二恒流控制部分电路原理图；

图15为本实用新型第三恒流控制部分电路原理图；

图16为本实用新型LED电压检测单元电路原理图；

图17为本实用新型LED开路状态输出电压保持/反馈单元电路原理图。

图中：1转换单元、2恒流控制单元、21第一恒流控制部分、22第二恒流控制部分、23第三恒流控制部分、3LED电压检测单元、4LED开路状态输出电压保持/反馈单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在现有的LED的电源驱动电路，请参阅图1-2，为单路串联型高压恒流驱动电路方案，其电路特点：所有的LED串联成一串，因此可以保证每颗LED的电流都是一致的；但是LED串联的数量较多，因此输出电压较高；更大的问题是，当其中一颗LED出现开路时，会造成整个LED灯串不亮。

请参阅图3-4，为定电压+串联电阻恒流方式的LED电源驱动电路，图示中电路用稳压源配合镇流电阻控制LED的电流，这种结构的优点是选择电压源的余地很大，调节器与LED之间只需要一个连接端点；缺点是效率较低，这主要是镇流电阻的损耗造成的，另外，它对LED正向电流的控制不是很精确。V-I测试曲线可以看出6只不同LED的电流变化范围是：14.2mA至18.4mA，由厂商A提供的LED平均亮度要比厂商B高一些，工作电流高出2mA。

请参阅图5-6，为总电流恒流+加镇流电阻的LED电源驱动电路，其电路特点：图示的电路用于调节LED的总电流，镇流电阻用于实现各LED之间的匹配。这种电路在驱动同一厂商提供的同一批次的产品时可以获得较好的效果。在与上述电路提供相同电流的条件下，可以减小镇流电阻，使功耗降低一半。V-I曲线给出了六个不同LED驱动电流的变化范围：15.4mA至19.6mA，由厂商A提供的LED电流变化更小一些，来自厂商A和厂商B的LED平均控制电流相同：17.5mA。这种结构的缺陷是镇流电阻耗电仍然较大，而且，各LED电流的匹配性不是很好。但这种电路折衷考虑了性能和电路的简易程度。

请参阅图7-8，为集成式恒流控制方式的LED电源驱动电路，图示中可分别调节各LED的电流，无需镇流电阻。电流调节精度和匹配度取决于每个独立的电流调节器。V-I曲线表明所有被测试的6只白色LED电流均保持在稳定的电流。这种电路能够提供较高的性能指标；但是由于该方案可接受的LED输出电压和或电流较低，因此多见于小尺寸(小功率)LED驱动应用。

请参阅图9，为多路独立低压低电流恒流驱动电路，这种驱动的LED V-I曲线与集成式恒流控制方式相同，电流调节精度和匹配度很好。这种电路能够提供较高的性能指标；但是由于该方案拓扑复杂，因此成本最高。

为解决上述电路的缺陷，本实用采用多串LED的电流平衡电路，实现多路输出电流恒流的方式和多路输出电流平衡的方式。

请参阅图10，一种多路LED电流平衡电路，包括转换单元1、恒流控制单元2、LED电压检测单元3和LED开路状态输出电压保持/反馈单元4，转换单元1的电性连接恒流控制单元2，恒流控制单元2电性连接LED电压检测单元3，LED电压检测单元3电性连接LED开路状态输出电压保持/反馈单元4。

请参阅图11，转换单元1包括整流桥BD2、变压器XFMR1、晶闸管Q2和PWM控制芯片IC；整流桥BD2的交流输入端接到输入电源Vin1上，整流桥BD2的直流输出端接电容C14接地，以及变压器XFMR1的绕组0接口；变压器XFMR1的绕组0与1之间串联电阻R102和二极管D18，变压器XFMR1的绕组1还连接晶闸管Q2的源极，晶闸管Q2的栅极连接于WM控制芯片IC，晶闸管Q2的漏极串联电阻Re接地；变压器XFMR1的绕组2串联二极管D12和电感Lout1接到输出电压Vout上，变压器XFMR1的绕组3串联电容C12接地。

请参阅图12-15，恒流控制单元2由第一恒流控制部分21、第二恒流控制部分22和第三恒流控制部分23组成。

其中第一恒流控制部分21包括放大器U7A、晶闸管M3、发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10；放大器U7A的正极接电源V5的一端，电源V5的另一端接地；放大器U7A的输出端串联电阻R12接到晶闸管M3的栅极，晶闸管M3的源极串联电阻R13接地以及串联电阻R14接到放大器U7A的负极，放大器U7A的负极还连接电容C8和电阻R15接到放大器U7A的输出端；晶闸管M3的漏极串联发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10接到输出电压Vout上。

其中第二恒流控制部分22包括放大器U10A、晶闸管M4、发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23；放大器U10A的正极接电源V6的一端，电源V6的另一端接地；放大器U10A的输出端串联电阻R23接到晶闸管M4的栅极，晶闸管M4的源极串联电阻R24接地以及串联电阻R25接到放大器U10A的负极，放大器U10A的负极还连接电容C15和电阻R26接到放大器U10A的输出端；晶闸管M4的漏极串联发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23接到输出电压Vout上。

第三恒流控制部分23包括放大器U10B、晶闸管M5、发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28；放大器U10B的正极接电源V7的一端，电源V7的另一端接地；放大器U10B的输出端串联电阻R27接到晶闸管M5的栅极，晶闸管M5的源极串联电阻R28接地以及串联电阻R29接到放大器U10B的负极，放大器U10B的负极还连接电容C16和电阻R30接到放大器U10B的输出端；晶闸管M5的漏极串联发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28接到输出电压Vout上。

其工作原理为：运算放大器的同相输入端被设定为参考电压，反相输入端为流过LED的实际电流经过电阻产生的电压，由负反馈原理可知，流过LED的实际电流＝Vref÷Re；执行调整LED电流的器件为晶体管，再次电路中晶体管工作在线形状态。

请参阅图16，LED电压检测单元3包括放大器U8A、二极管D16、二极管D29、二极管D30和二极管D31，放大器U8A的负极连接电阻R19和电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地；电阻R19的另一端串联二极管D29接到第一恒流控制部分21的晶闸管M3的漏极、串联二极管D30接到第二恒流控制部分22的晶闸管M4的漏极、串联二极管D31接到第三恒流控制部分23的晶闸管M5的漏极；放大器U8A的输出端串联二极管D16接到LED开路状态输出电压保持/反馈单元4上以及放大器U8A的输出端串联电容C13和电阻R22接到放大器U8A的负极。

由于LED颗粒Vf的分散性，造成各LED(二极管D16、二极管D29、二极管D30和二极管D31)串流过相同电流所需要的驱动电压是不一样的；如果驱动电压过高，那么恒流控制部分晶体管的损耗就变得很高，会造成温升的问题以及效率降低的问题；如果驱动电压过低，那么很显然某些LED串的电流将会降低，甚至不能使LED点亮；因此需要提供LED串一个适宜的电压值；其工作原理为：来自各LED串的晶体管漏极/集电极上的电压信号通过二极管汇集到运算放大器的反相输入端，由于二极管的单向导同特性，因此运算放大器的反相输入端的电压信号是LED各串的晶体管漏极/集电极上的电压信号的最大值；该信号经过运算放大器的负反馈后输出给光耦合器也可直接输出给前极调整器，以形成电器隔离型闭环控制。

请参阅图17，LED开路状态输出电压保持/反馈单元4包括放大器U7B、光电耦合器U9和二极管D17；放大器U7B的负极连接电阻R17和电阻R18的一端，电阻R17的另一端接到输出电压Vout上。电阻R18的另一端接地；放大器U7B的输出端串联二极管D17接到光电耦合器U9的负极，电耦合器U9的正极串联电阻R21接到输出电压Vout上，耦合器U9的发射极接地；放大器U7B的输出端串联电容C9和电阻R16接到放大器U7B的负极。

其工作原理为：当LED各串都出现开路时，由于LED电压检测部分检测不到LED串的电压信号，这类似一个开环的状况，这时调整期/转换器的输出电压会一直往上升，通常电压会上升到/或足以击穿电路的水平；为避免这种“开环现象”的出现，加入LED开路状态输出电压保持/反馈部分电路；运算放大器的反相端信号来自转换器的输出电压，该信号与运算放大器的同相端的参考信号作比较，并作负反馈运算后驱动光耦合器(也可直接输出给前极调整器)，以控制输出电压的水平。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：包括转换单元(1)、恒流控制单元(2)、LED电压检测单元(3)和LED开路状态输出电压保持/反馈单元(4)，转换单元(1)的电性连接恒流控制单元(2)，恒流控制单元(2)电性连接LED电压检测单元(3)，LED电压检测单元(3)电性连接LED开路状态输出电压保持/反馈单元(4)。

2.根据权利要求1所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：所述转换单元(1)包括整流桥BD2、变压器XFMR1、晶闸管Q2和PWM控制芯片IC；所述整流桥BD2的交流输入端接到输入电源Vin1上，整流桥BD2的直流输出端接电容C14接地，以及变压器XFMR1的绕组0接口；所述变压器XFMR1的绕组0与1之间串联电阻R102和二极管D18，变压器XFMR1的绕组1还连接晶闸管Q2的源极，晶闸管Q2的栅极连接于WM控制芯片IC，晶闸管Q2的漏极串联电阻Re接地；所述变压器XFMR1的绕组2串联二极管D12和电感Lout1接到输出电压Vout上，变压器XFMR1的绕组3串联电容C12接地。

3.根据权利要求1所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：所述恒流控制单元(2)由第一恒流控制部分(21)、第二恒流控制部分(22)和第三恒流控制部分(23)组成。

4.根据权利要求3所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：其中第一恒流控制部分(21)包括放大器U7A、晶闸管M3、发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10；所述放大器U7A的正极接电源V5的一端，电源V5的另一端接地；放大器U7A的输出端串联电阻R12接到晶闸管M3的栅极，晶闸管M3的源极串联电阻R13接地以及串联电阻R14接到放大器U7A的负极，放大器U7A的负极还连接电容C8和电阻R15接到放大器U7A的输出端；所述晶闸管M3的漏极串联发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8、发光二极管D9和发光二极管D10接到输出电压Vout上。

5.根据权利要求3所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：其中第二恒流控制部分(22)包括放大器U10A、晶闸管M4、发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23；所述放大器U10A的正极接电源V6的一端，电源V6的另一端接地；放大器U10A的输出端串联电阻R23接到晶闸管M4的栅极，晶闸管M4的源极串联电阻R24接地以及串联电阻R25接到放大器U10A的负极，放大器U10A的负极还连接电容C15和电阻R26接到放大器U10A的输出端；所述晶闸管M4的漏极串联发光二极管D19、发光二极管D20、发光二极管D21、发光二极管D22和发光二极管D23接到输出电压Vout上。

6.根据权利要求3所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：其中第三恒流控制部分(23)包括放大器U10B、晶闸管M5、发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28；所述放大器U10B的正极接电源V7的一端，电源V7的另一端接地；放大器U10B的输出端串联电阻R27接到晶闸管M5的栅极，晶闸管M5的源极串联电阻R28接地以及串联电阻R29接到放大器U10B的负极，放大器U10B的负极还连接电容C16和电阻R30接到放大器U10B的输出端；所述晶闸管M5的漏极串联发光二极管D24、发光二极管D25、发光二极管D26、发光二极管D27和发光二极管D28接到输出电压Vout上。

7.根据权利要求1所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：所述LED电压检测单元(3)包括放大器U8A、二极管D16、二极管D29、二极管D30和二极管D31，放大器U8A的负极连接电阻R19和电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地；电阻R19的另一端串联二极管D29接到第一恒流控制部分(21)的晶闸管M3的漏极、串联二极管D30接到第二恒流控制部分(22)的晶闸管M4的漏极、串联二极管D31接到第三恒流控制部分(23)的晶闸管M5的漏极；所述放大器U8A的输出端串联二极管D16接到LED开路状态输出电压保持/反馈单元(4)上以及放大器U8A的输出端串联电容C13和电阻R22接到放大器U8A的负极。

8.根据权利要求1所述的一种多路LED电流平衡电路，其特征在于：所述LED开路状态输出电压保持/反馈单元(4)包括放大器U7B、光电耦合器U9和二极管D17；放大器U7B的负极连接电阻R17和电阻R18的一端，电阻R17的另一端接到输出电压Vout上。电阻R18的另一端接地；放大器U7B的输出端串联二极管D17接到光电耦合器U9的负极，电耦合器U9的正极串联电阻R21接到输出电压Vout上，耦合器U9的发射极接地；所述放大器U7B的输出端串联电容C9和电阻R16接到放大器U7B的负极。