CN2862144Y

CN2862144Y - 一种恒流源装置

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Publication number: CN2862144Y
Application number: CN 200520107082
Authority: CN
Inventors: 吕晓峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2015-09-02

Abstract

本实用新型涉及一种为大功率LED提供恒流驱动的电源装置，包括可调式开关稳压电路、负载、电流取样电阻R₁和放大器，其中可调式开关稳压电路的一个输出端A与负载相连，负载的另一端与电流取样电阻R₁的一端及放大器的一个信号输入端相连接，电流取样电阻R₁的另一端与放大器的另一个信号输入端及可调式开关稳压电路的另一输出端B相连接，放大电路的输出端与可调式开关稳压电路的反馈端相连接，本实用新型具有输出电流稳定、控制准确、负载调整灵活等优点。

Description

一种恒流源装置

技术领域

属电子技术领域，具体讲就是利用放大器与可调开关稳压器组合成的恒流源装置。

背景技术

现有恒流源主要有两大类大：一类是线性恒流源；另一类是开关式恒流源。

线性恒流源是通过串在输出回路上的取样电阻，将电流信号取出再经放大器放大后去控制电源调整管的基极电流，从而达到控制调整管极电极电流，即输出电流的目的。在现有技术中，线性恒流源具有输出电流稳定，电流波动小，控制准确度高的特点。但线性恒流源的自身功耗大，效率低下，对输出负载有相当大的限制即负载调整的灵活性差。线性恒流源在用于驱动大功率LED时，由于大功率LED的工作电流较大，当负载中LED的数量发生变化或LED发生短路故障时，在线性恒流源上产生的压降也会发生较大地变化；由于线性恒流源的输出电流近似等于输入电流，故当其压降增加时，线性恒流源的功耗会随之增加；这不仅进一步降低了线性恒流源的效率(即输出功率与输入功率的比值)，还要求线性恒流源必须具有相当大的散热面积。因此，线性恒流源不适用于作为大功率LED的驱动电源。

开关式恒流源又分为脉冲电流控制式和平均值电流控制式。

脉冲电流控制式是将流过开关管的脉冲电流信号取出，经放大或隔离放大后，去控制开关电源控制器(也称PWM控制器即用于控制开关电源中开关管导通时间站空系数的控制集成电路，下同)的输出。当脉冲峰值电流超出阈值时，控制电路将减小输出的脉冲宽度，从而减小输出电能，达到控制电流的目的；反之亦然。在脉冲电流控制式恒流源中，当输入电压变化时，在相同的输出峰值电流中，其电流脉冲站空系数是不同的；站空系数大时输出能量高，站空系数小时输出能量小；因此，该恒流源的控制精度较差；它只有在较为稳定的输入电压条件下方可有较为稳定的恒流输出。但该恒流源的效率较高，有一定的负载调整的灵活性。该恒流源在用于驱动大功率LED时，由于受到电源电压波动的影响，电流有时会不稳定；电流低时，大功率LED发出的光通量就低，电流较大时，LED发出的光通量虽高，但易使大功率LED损坏。

平均电流控制式是将输出脉冲电压经滤波后，转换成较为平滑的电压输出。串联在输出回路中的取样电阻将电流信号取出后送至三极管的基极。电流信号经三极管放大后，再经光电耦合器进行隔离后送至开关电源控制器的反馈端，由开关电源控制器控制开关管的导通时间，使站空系数发生变化。当电流平均值增加时，控制电路将减小输出的脉冲宽度，从而减小输出电能，达到控制电流的目的；反之亦然。在平均值电流控制式恒流源中，多数并非真正意义上的电流源，而是一种具有电流限制功能的恒压源。当负载较重时，电路以恒流方式工作；当负载较轻时，电路以恒压方式工作，即变成了恒压源。该恒流源的特点是效率较高，负载调整的灵活性相对较差。它主要用于充电电池的恒流充电电源。当输出电压较低时为恒流源，当输出电压较高时其电流会逐渐地减小，如用于大功率LED，此时会使其发光强度锐减。

技术内容

本实用新型的目的是为大功率LED，又称超高亮LED提供高效率的、方便的、数量可在一定范围内增减的恒流驱动电源装置。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种恒流源装置，其特征在于：本实用新型包括可调式开关稳压电路，负载，电流取样电阻R₁和放大器，其中可调式开关稳压电路的一个输出端A与负载相连，负载的另一端与电流取样电阻R₁的一端及放大器的一个信号输入端相连接，电流取样电阻R₁的另一端与放大器的另一个信号输入端及可调式开关稳压电路的另一输出端B相连接，放大电路的输出端与可调式开关稳压电路的反馈端相连接。

由上述技术方案可知，本实用新型最主要的特点是将可调式开关稳压器的反馈端由原先的反映输出电压变化的信号控制改为反映输出电流变化的信号控制，即将可调式开关稳压器转变成开关式恒流源。

与现有技术中的三种恒流源相比，本实用新型由于采用了运算放大器将电流信号放大积分，也就是放大、滤波后去控制可调开关(电源)稳压器的输出脉冲宽度，因此具有输出电流稳定，电流波动小，控制准确度高，效率高，负载调整的灵活性大等特点。其输出电压在0至Vin-2V之间变化时，输出电流基本维持恒定。当输入电压在工作电压范围内任意变化时，其输出电流仍旧能够维持恒定。

附图概述

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是降压式恒流源电路原理图；

图3是升压式恒流源电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括可调式开关稳压电路1，负载2，电流取样电阻R₁3和放大电路4，其中可调式开关稳压电路1的一个输出端A与负载2相连，负载2的另一端与电流取样电阻R₁3的一端及放大电路4的一个信号输入端相连接，电流取样电阻R₁3的另一端与放大电路4的另一个信号输入端及可调式开关稳压电路1的另一输出端B相连接，放大电路4的输出端与可调式开关稳压电路1的反馈端相连接。

本实用新型系采用运算放大器与可调式开关稳压器以及外围电路的组合，形成恒流源。其中可调式开关稳压器，也称可调式电压调节器，即可调式DC/DC变换器，它可以是升压稳压器，降压稳压器或升、降压稳压器；它属平均电流控制式；但它与现有技术中的平均电流控制式不同的是，其电流信号是由运算放大器进行放大，放大后的信号直接送至可调式开关稳压器的反馈端，即FB端。这使得输出脉冲的站空系数不在随输出电压的变化而变化，而是随输出电流的变化而变化。电路的输出电压可在一定的范围内变化，但输出电流则基本维持不变。当电流平均值增加时，运放的输出电压随之增加，可调式开关稳压器的反馈端即FB端电压随之增加，这将导致可调式开关稳压器的输出脉冲站空系数随之减小，从而减小输出电能，达到控制电流的目的；反之亦然。

目前，大功率LED的亮度越来越高，相信在不久的将来，大功率LED将会广泛取代现有光源。大功率LED具有电光转换效率高，寿命长，工作温度低等特点，因此，使用场所多为长时间工作场所。这就要求驱动电源的效率越高越好。由于大功率LED中PN结的正向压降受温度的影响较大，若采用恒压供电，则LED工作温度越高，PN结的正向压降就约低，在恒压驱动下工作电流也就越大，极易导致LED被烧坏。如在LED回路中设置限流电阻，则不仅增加了功耗，也使得不同环境温度下LED的电流不同，其亮度也不相同，当LED发生短路故障时，还会导致限流电阻烧坏。因此，为了使大功率LED能够工作在最佳的工作状态，同时也为了使多个大功率LED能够串联使用，故必须为大功率LED提供恒流驱动电源，即供电电源为恒流源。这样，不论PN结的结温如何，其工作电流基本不变，亮度也基本不变，工作很稳定。本实用新型就是专为大功率LED而设计的恒流驱动电源。它不仅恒流输出，而且电流控制准确度高，电源效率高，负载调整灵活，这使得大功率LED能够以最佳的、最稳定的工作方式工作。

以图2为实施例说明降压式恒流源电路。它由电容C1，可调式开关稳压器IC，二极管D，电感L，电容C2，若干LED负载，取样电阻R1和误差放大器组成。其中误差放大器包括运算放大器A，电阻R2、R3、R4和电容C3。电容C1的一端和可调式开关稳压器IC的Vin端以及运算放大器A的正电源端接在直流输入电压的正端，电容C1的另一端、可调式开关稳压器IC的Gnd端、运算放大器A的负电源端、二极管D的正端以及电容C2、电阻R1、R2的一端接地。二极管D的负端和可调式开关稳压器IC的Output端与电感L的一端相连接，L的另一端与电容C2的另一端以及LED串联负载的正极相连接，LED串联负载的负极与电阻R1的另一端及电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接运算放大器A的同相输入端，电阻R2的另一端与运算放大器A的反相输入端以及电阻R4、电容C3的一端相连，运算放大器A的输出端与电阻R4、电容C3的另一端以及可调式开关稳压器IC的FB(反馈)端相连接。

以图3为实施例说明升压式恒流源电路。它由电容C1，可调式开关稳压器IC，电感L，二极管D，电容C2，若干LED串联负载，RC串联补偿网络，取样电阻R1和误差放大器组成。其中，RC串联补偿网络包括电阻R5和电容C4，误差放大器包括运算放大器A，电阻R2、R3、R4和电容C3。电容C1的一端、电感L的一端、可调式开关稳压器IC的Vin端以及运算放大器A的正电源端接在直流输入电压的正端。电容C1的另一端，可调式开关稳压器IC的Gnd端，运算放大器A的负电源端及电容C2、C4和电阻R1、R2的一端接地。电感L的另一端与二极管D的正极和可调式开关稳压器IC的Switch端相连接，二极管D的负极与电容C2的另一端以及LED串联负载的正极相连接，LED串联负载的负极与电阻R1的另一端及电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接运算放大器A的同相输入端，电阻R2的另一端与运算放大器A的反相输入端以及电阻R4、电容C3的一端相连，运算放大器A的输出端与电阻R4、电容C3的另一端以及可调式开关稳压器IC的FB(反馈)端相连接。RC串联补偿网络中C4的另一端接电阻R5，R5的另一端与可调式开关稳压器IC的COMP端相连接。

注：LED——发光二极管。

PWM——脉冲宽度控制器。

电源效率——(电源的输出功率÷电源的输入功率)×100％；它是衡量电源自身损耗大小的一项重要指标；电源的效率越高，其能耗就越低。

DC/DC变换器——是开关电源的关键部分。它把直流电压先变换成高频交流电压，在经滤波后，变换成另一幅值的直流电压的电路。

FB——反馈端，即控制器的反馈输入端。

可调式开关稳压电路(1)的输出端AB——AB为可调式开关稳压电路(1)的两个输出端；当A为正时，B则为负；当A为负时，B则为正。

LED恒流驱动原因：在使用LED时最明显的问题是它们的匹配效果较差，即当LED在350mA电流流过时，正向电压(Vf)规格的范围最小为3.0V左右，通常为3.3V，最大为4.0V左右，因此相当明显地，采用恒定电压源供电难以解决电流不匹配问题。

Claims

1、一种恒流源装置，其特征在于：本实用新型包括可调式开关稳压电路(1)，负载(2)，电流取样电阻R₁(3)和放大器(4)；其中可调式开关稳压电路(1)的一个输出端A与负载(2)相连，负载(2)的另一端与电流取样电阻R₁(3)的一端及放大器(4)的一个信号输入端相连接，电流取样电阻R₁(3)的另一端与放大器(4)的另一个信号输入端及可调式开关稳压电路(1)的另一输出端B相连接，放大器(4)的输出端与可调式开关稳压电路(1)的反馈端相连接。

2、根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于：所述的可调式开关稳压电路(1)包括一可调式开关稳压器IC，二极管D，电感L，电容C1、C2；所述负载(2)包括若干串联的LED；所述取样电阻为R1；所述的放大器(4)包括运算放大器A，电阻R2、R3、R4和电容C3；所述的恒流源装置中，电容C1的一端和可调式开关稳压器IC的Vin端以及运算放大器A的正电源端接在直流输入电压的正端，电容C1的另一端、可调式开关稳压器IC的Gnd端、运算放大器A的负电源端、二极管D的正端以及电容C2、电阻R₁、R2的一端接地，二极管D的负端和可调式开关稳压器IC的Output端与电感L的一端相连接，L的另一端与电容C2的另一端以及LED串联负载的正极相连接，LED串联负载(2)的负极与电流取样电阻R₁(3)的另一端及电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接运算放大器A的同相输入端，电阻R2的另一端与运算放大器A的反相输入端以及电阻R4、电容C3的一端相连，运算放大器A的输出端与电阻R4、电容C3的另一端以及可调式开关稳压器IC的FB反馈端相连接。

3、根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于：所述的可调式开关稳压电路(1)包括一可调式开关稳压器IC，电感L，二极管D，电容C1、C2，C4和电阻R5；所述负载(2)包括若干串联的LED；所述取样电阻为R1；所述的放大器(4)包括运算放大器A，电阻R2、R3、R4和电容C3；所述的恒流源装置中电容C1的一端、电感L的一端、可调式开关稳压器IC的Vin端以及运算放大器A的正电源端接在直流输入电压的正端，电容C1的另一端，可调式开关稳压器IC的Gnd端，运算放大器A的负电源端及电容C2、C4和电阻R₁、R2的一端接地，电感L的另一端与二极管D的正极和可调式开关稳压器IC的Switch端相连接，二极管D的负极与电容C2的另一端以及LED串联负载的正极相连接，LED串联负载的负极与电阻R₁的另一端及电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接运算放大器A的同相输入端，电阻R2的另一端与运算放大器A的反相输入端以及电阻R4、电容C3的一端相连，运算放大器A的输出端与电阻R4、电容C3的另一端以及可调式开关稳压器IC的FB反馈端相连接。

4、根据权利要求3所述的恒流源装置，其特征在于：所述的RC串联补偿网络中C4的另一端接电阻R5，R5的另一端与可调式开关稳压器IC的COMP端相连接。