CN2917167Y - 节能型大功率白光led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种照明电路，特别涉及一种节能型大功率白光LED驱动电路。现在LED驱动电路普遍是基于电阻驱动的，这种方式能耗大、不稳定。为解决上述技术问题，本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路利用直流供电电源与UC3842/3/4/5系列控芯片、采样电阻和N沟道的MOSFET、储能电感组成直流脉冲电源，为大功率白光LED组供电。本实用新型具有响应速度快、灵敏度高、自动调节的优点，一种非常节能的LED驱动电路，配合高亮度的白光LED，在白光照明领域有着无可比拟的优势，同时也符合了21世纪在照明领域对绿色环保节能的要求。

Description

节能型大功率白光LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种照明电路，特别涉及一种节能型大功率白光LED驱动电路。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，大功率的白光LED已经研制成功。由于大功率的白光LED的发光特性具有亮度高、显色性好、不易发热、驱动电压低、发光效率高等优点，在二十一世纪有取代传统灯源的趋势，因此各种相关的驱动电路应运而生。但是，由于LED通常不是单个工作而是集群控制运用，而且驱动电流较大。所以目前还没有很好的驱动电路方案来解决大功率LED的工作，影响了大功率LED的工作效率，更成为半导体照明技术推广普及的障碍。由于LED是电流型器件，严格的控制其流过电流的大小显得尤为重要。一旦电流超过了LED所允许的最大电流值，就很容易烧毁LED。现在普遍使用的驱动方式是基于电阻的驱动，这种方式不能解决由于LED的属性不同和供电电压波动引起的光发射不一致的问题，不能提供稳定的工作电流，而且能量损耗也很大，不利于LED的散热，能量利用率低，不能实现节能的目的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种控制方便、工作安全可靠、发光效率高、可以用于照明的节能型大功率白光LED驱动电路。

为解决上述技术问题，本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路，包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：由直流供电电源、UC3842/3/4/5系列控芯片、采样电阻和N沟道的MOSFET组成主充电电路，为储能电感充电；而储能电感一方面用来抑制开通时的浪涌电流，起到保护白光LED的作用；另一方面可以在开关管关闭时为LED提供能量，大功率白光LED组与快速恢复二极管、储能电感组成一个放电回路，在UC3842/3/4/5系列控芯片的控制下，直流供电电源通过N沟道的MOSFET为大功率白光LED组和储能电感供电，当电流达到设定值时，N沟道的MOSFET关闭，由储能电感向大功率白光LED组放电。

如此设计，当N沟道的MOSFET关闭时，储能电感中的能量可以通过，快速恢复二极管和大功率白光LED组构成回路进行放电。由于快速恢复二极管的开关速度远远大于LED的响应速度，在能量释放完毕前，大功率白光LED组可以继续发光。因此可以保证在MOSFET关闭的一瞬间，LED来不及熄灭就再次从快速恢复二极管回路导通。

作为优化，所述UC3842/3/4/5系列控芯片的1脚和2脚之间脚并联一个电阻和电容；5脚接地，5脚和3脚之间除了上述采样电阻外还设有RC滤波装置；8脚和4脚之间串接一个电阻，并且在4脚接有一个对地电容；7脚接其供电电源；6脚接N沟道的MOSFET的栅极，用于输出电压控制信号。如此设计，结构简单、效果好！

作为优化，所述直流供电电源上还接有一个上拉电阻和一个对地的滤波电容。如此设计，可以减小直流供电电源波动，造成的不利影响。

在上述方案中，LED是连续发光的，当然也可以是脉冲发光，如下述方案：

本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路，包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：直流供电电源、UC3842/3/4/5系列控芯片、采样电阻和N沟道的MOSFET组成充电电路，为储能电感充电；而储能电感一方面用来抑制开通时的浪涌电流，起到保护白光LED的作用；另一方面可以在开关管关闭时为LED提供能量，大功率白光LED组与储能电感组成一个放电回路，在UC3842/3/4/5系列控芯片的控制下，直流供电电源通过N沟道的MOSFET，向储能电感充电，当充电电流达到设定值时，N沟道的MOSFET关闭，由储能电感向大功率白光LED组放电。

如此设计，当N沟道的MOSFET导通时，电源电压通过储能电感充电，由于N沟道的MOSFET的导通损耗较小，大部分能量储存到了储能电感当中。当充电电流达到了我们的预设值时，N沟道的MOSFET截止，此时储能电感所积蓄的能量通过LED经行放电，直到下一个周期N沟道的MOSFET管再次导通为止。此种情况下LED是脉冲发光，由于LED本身物理结构的影响，在脉冲下可以承受比连续时更大的电流，而且脉冲工作时的平均电流和连续时的平均电流相等时，脉冲状态可以发出更大的亮度。由于UC3842/3/4/5系列控芯片的开关频率是52KHZ，远远超出了人眼的识别范围，因此人眼不会感到闪烁感，如同在持续电流下一样。但是消耗同等的能量，显然脉冲工作时，人眼获得的光强更大，因此更加的节能。

作为优化，所述UC3842/3/4/5系列控芯片的1脚和2脚之间脚并联一个电阻和电容；5脚接地，5脚和3脚之间除了上述采样电阻外还设有RC滤波装置；8脚和4脚之间串接一个电阻，并且在4脚接有一个对地电容；7脚接其供电电源；6脚接N沟道的MOSFET的栅极，用于输出电压控制信号。如此设计，结构简单、效果好！

作为优化，所述直流供电电源上还接有一个上拉电阻和一个对地的滤波电容。如此设计，可以减小直流供电电源波动，造成的不利影响。

本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路采用德州仪器的IC芯片UC3842/3/4/5系列的电流型PWM控制器作为控制电路，具有响应速度快、灵敏度高、自动调节的特点。轻松实现一般电路中所采用的单片机控制的PI调节的功能，为大功率白光LED组提供合适的工作电流。采用电感作为储能元件，用N沟道的MOSFET作为开关对工作电流加以控制。几乎做到零损耗，因此是一种非常节能的电路设计方案，配合高亮度的白光LED，在白光照明领域更是有着无可比拟的优势，同时也符合了21世纪在照明领域对绿色环保节能的要求。

附图说明

图1是本实用新型实施方式一的电路示意图；

图2是本实用新型实施方式二的电路示意图。

图中：+US为直流供电电源；D10、D11……Dn为大功率白光LED组；L1为储能电感；Q3为N沟道的MOSFET；R45为采样电阻；+EA为芯片的供电电源；UC3842为控制芯片；D为快速恢复二极管；R43为上拉电阻；R为电阻；C为电容。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路作进一步说明：

实施方式一：如图1所示，本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：直流供电电源、控制芯片UC3842、采样电阻R45和N沟道的MOSFET组成充电电路，为储能电感充电；大功率白光LED组与储能电感组成一个放电回路，在控制芯片UC3842的控制下，直流供电电源通过N沟道的MOSFET，向储能电感充电，当充电电流达到设定值时，N沟道的MOSFET关闭，由储能电感向大功率白光LED组放电。

所述UC3842/3/4/5系列控芯片的1脚和2脚之间脚并联一个电阻和电容；5脚接地，5脚和3脚之间除了上述采样电阻外还设有RC滤波装置；8脚和4脚之间串接一个电阻，并且在4脚接有一个对地电容；7脚接其供电电源；6脚接N沟道的MOSFET的栅极，用于输出电压控制信号。

实施方式二：如图2所示：本实用新型节能型大功率白光LED驱动电路包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：直流供电电源、控制芯片UC3842、采样电阻和N沟道的MOSFET组成充电电路，为储能电感充电；大功率白光LED组与快速恢复二极管、储能电感组成一个放电回路，在控制芯片UC3842的控制下，直流供电电源通过N沟道的MOSFET为大功率白光LED组和储能电感供电，当电流达到设定值时，N沟道的MOSFET关闭，由储能电感向大功率白光LED组放电。其余部分结构如实施方式一所述。(芯片的驱动电源接VCC处，当电压大于16V时芯片处于工作状态，当电压低于10V时芯片处于非工作状态。在此我们增加了一个上拉电阻和一个对地的滤波电容。Ground接地。在晶振部分，VREF和RT/CT之间串接一个电阻，并且在RT/CT部分接一个对地电容。在误差放大部分，COM和VFB之间并联一个电阻和电容。电流采样部分，在GROUND和ISENCE之间除了一个必要的采样电阻外还增加了一个RC滤波环节，连接方式见图3.电压输出部分，采取的是电阻分压后来控制N沟道的MOSFET管。)

控制芯片UC3842的OUT和IS接口，OUT端口用来输出电压脉冲，其周期是固定的52KHZ而脉宽是根据采样获得的数据自动进行调节的，响应速度快、灵敏度高。N沟道的MOSFET管子是电压型器件，开通不需要较大的电流，因此很容易被UC3842控制。为了给MOSFET提供合适的开通电压，在其源极和漏极之间跨接一个电阻经行分压。电流采样端，目的是对流过主电路的峰值电流经行严格的控制，避免过流造成的损坏主电路。满足以下公式：

$\mathrm{ISMAX}\≈\frac{1.0V}{\mathrm{Rs}}$

根据主电路对峰值电流的不同要求，来计算后选取合适的电阻。

在接入电流采样端之前，又增加了一个RC滤波环节。当主电路的峰值电流达到了设定值后，采样端可以迅速捕捉这个信号，并且做出及时的响应关闭OUT口对外的发波。为了充分发挥LED的效率，要控制好电感的大小，使得主电路的峰值电流在单位周期内可以达到此值。

实施方式一的特点是：当N沟道的MOSFET导通时，电源电压通过储能电感充电，由于N沟道的MOSFET的导通损耗较小，大部分能量储存到了电感当中。当充电电流达到了我们的预设值时，N沟道的MOSFET截止，此时储能电感所积蓄的能量通过LED经行放电，直到下一个周期开关管再次导通为止。当N沟道的MOSFET导通时，电源电流流过LED，经过储能电感电流缓慢增加，其充电电流满足以下公式：

充电电流： $i_l\left(t\right)=\frac{E}{R}(1-e^{-\frac{R}{L}t})$

E为电源电压，根据所驱动的LED的个数不同而不同。R为充电回路的等效内阻，L为储能电感值。

当充电电流达到了我们设定的预设值时，开关管自动截止。此时，主电路储能电感通过快速恢复二极管经行放电，把原来储存的能量通过LED的发光再释放出来。放电电流满足以下公式：

放电电流： $i_L\left(t\right)=I_0{e}^{-\frac{R}{L}t}$

其中I₀就是我们的预设值，通常不能超过LED要求的最大电流值。R为放电回路的等效内阻，L为储能电感值。此种情况下LED是脉冲发光，由于LED本身物理结构的影响，在脉冲下可以承受比连续时更大的电流，而且脉冲工作时的平均电流和连续时的平均电流相等时，脉冲状态可以发出更大的亮度。

由于控制芯片UC3842的开关频率是52KHZ，远远超出了人眼的识别范围，因此人眼不会感到闪烁感，如同在持续电流下一样。但是耗相同的能量显然脉冲工作时，人眼获得的光强更大，因此更加的节能。

实施方式二的特点是：大功率白光LED组、快速恢复二极管、储能电感组成放电回路。充放电电流同样满足以上两个公式。

因为LED本身导通和关断的速度就是非常的快。我们必须选用一种器件可以在LED截止时，更快的时间内来导通放电回路，所以选用快速恢复二极管是必要的。

不同之处在于实施方式一中的LED是脉冲发光，实施方式二中的LED是连续发光。

上述实施方式中：UC3842通过采样电阻对电流的检测大功率白光LED组的最大电流，然后通过OUT口，控制N沟道MOSFET的通断，来限制大功率白光LED组的最大电流。从而保证大功率白光LED组的安全工作。当供电电压有少许的电压波动时通过采样电阻的反馈，UC3842芯片可以及时地改变单位周期内的输出的导通时间，从来保证了在电源电压波动的情况下，同样可以保证大功率白光LED组的安全工作。

Claims (6)

1、一种节能型大功率白光LED驱动电路，包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：由直流供电电源、UC3842/3/4/5系列控芯片、采样电阻与N沟道的MOSFET组成主充电电路，其中，所述UC3842/3/4/5系列控芯片的7脚接直流供电电源的输出端+EA；6脚接N沟道的MOSFET的栅极；3脚通过采样电阻与N沟道的MOSFET的源极相接；大功率白光LED组与快速恢复二极管、储能电感组成一个放电回路，快速恢复二极管的正、负极分别接通N沟道的MOSFET的漏极和直流供电电源的输出端+US。

2、根据权利要求1所述的节能型大功率白光LED驱动电路，其特征在于：所述UC3842/3/4/5系列控芯片的1脚和2脚之间脚并联一个电阻和电容；5脚接地，5脚和3脚之间除了上述采样电阻外还设有RC滤波装置；8脚和4脚之间串接一个电阻，并且在4脚接有一个对地电容。

3、根据权利要求1或2所述的节能型大功率白光LED驱动电路，其特征在于：所述直流供电电源上还接有一个上拉电阻和一个对地的滤波电容。

4、一种节能型大功率白光LED驱动电路，包括直流供电电源、大功率白光LED组，其特征在于：由直流供电电源、UC3842/3/4/5系列控芯片、采样电阻和N沟道的MOSFET组成充电电路，其中，所述UC3842/3/4/5系列控芯片的7脚接直流供电电源的输出端+EA；6脚接N沟道的MOSFET的栅极；3脚通过采样电阻与N沟道的MOSFET的源极相接；大功率白光LED组与储能电感组成一个放电回路，大功率白光LED组的正、负极分别接通N沟道的MOSFET的漏极和直流供电电源的输出端+US。

5、根据权利要求4所述的节能型大功率白光LED驱动电路，其特征在于：所述UC3842/3/4/5系列控芯片的1脚和2脚之间脚并联一个电阻和电容；5脚接地，5脚和3脚之间除了上述采样电阻外还设有RC滤波装置；8脚和4脚之间串接一个电阻，并且在4脚接有一个对地电容。

6、根据权利要求4或5所述的节能型大功率白光LED驱动电路，其特征在于：所述直流供电电源上还接有一个上拉电阻和一个对地的滤波电容。

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