專利名稱：用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的led恒流驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交流輸入的LED恒流驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
LED照明具有發(fā)光效率高、壽命長、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點，越來越廣泛地應(yīng)用于路燈、隧道燈和室內(nèi)照明等場合。交流電供電LED照明可降低成本，但是電網(wǎng)電壓波動會造成LED過流驅(qū)動而影響其使用壽命，所以在交流供電的場合對LED進(jìn)行恒流驅(qū)動是重要的。目前LED驅(qū)動電路主要采用電容降壓方案和脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)電源方案。電容降壓方案成本低，LED工作電流隨交流電壓和LED數(shù)目變化大，恒流特性差。PWM開關(guān)電源方案恒流電路主要有兩種方法 一種直接應(yīng)用PWM集成電路進(jìn)行峰值限流，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但是恒流精度差；另外一種方法對LED工作電流進(jìn)行采樣，得到采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大后驅(qū)動光耦對PWM集成電路進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，這種方法恒流精度高，但是由于需要電壓基準(zhǔn)電路和比較放大器，電路復(fù)雜，成本較高。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種既能實現(xiàn)高精度恒流，又能明顯降低光耦閉環(huán)反饋控制電路成本的交流輸入的LED恒流驅(qū)動裝置。它不但具有交流輸入電壓范圍寬、LED數(shù)目適應(yīng)范圍大、恒流精度高，同時還具有電路結(jié)構(gòu)簡單和成本低等優(yōu)點。
本實用新型所采用的技術(shù)方案如下
用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的LED恒流驅(qū)動電路包括整流濾波電路、PWM電壓變換電路、LED負(fù)載、負(fù)載電流采樣電阻、RC濾波器、光耦，其中，
交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路進(jìn)行整流濾波，產(chǎn)生直流電壓輸出與PWM電壓變換電路的輸入端相連，PWM電壓變換電路的輸出端與LED負(fù)載相連，負(fù)載電流采樣電阻與LED負(fù)載串聯(lián)，RC濾波器的輸入端與負(fù)載電流采樣電阻相連，RC濾波器的輸出端與光耦的輸入端相連，光耦輸出端與PWM電壓變換電路的反饋端相連。
光耦的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓為LED恒流驅(qū)動裝置的基準(zhǔn)電壓。
光耦為驅(qū)動PWM電壓變換電路反饋輸入端的電壓比較放大器。本實用新型的積極效果是(l)利用光耦直接實現(xiàn)了 LED恒流驅(qū)動裝置中的電壓基準(zhǔn)
和電壓比較放大器的功能，不需要額外的基準(zhǔn)電壓電路和放大器，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性
高，成本低。(2)恒流精度高。在電源輸入范圍交流80V 290V的條件下，對于串聯(lián)5支到30支LED的負(fù)載，其恒流精度優(yōu)于±5%。 (3)光耦的紅外發(fā)光二極管正向輸入的V-I曲線開啟電壓的負(fù)溫度系數(shù)特性，使得LED恒流輸出具有負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度較高的條件下自動降低輸出電流，延長LED工作壽命。

圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2為本實用新型的一種具體實施電路原理圖。
圖3為本實用新型的另一種具體實施電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
本實用新型的關(guān)鍵技術(shù)在于應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓作為LED恒流驅(qū)動裝置的基準(zhǔn)電壓，同時應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓附近V-I曲線的高斜率變化特性，將光耦直接作為高靈敏度高增益電壓比較放大器，驅(qū)動PWM電壓變換電路反饋端，實現(xiàn)LED負(fù)載恒流驅(qū)動。本實用新型省略了現(xiàn)有技術(shù)中反饋控制電路的電壓基準(zhǔn)電路和比較放大器，減少了元件，簡化了電路，降低了成本。
如圖1所示，LED恒流驅(qū)動裝置包括整流濾波電路1、 PWM電壓變換電路2、 LED負(fù)載3、負(fù)載電流采樣電阻4、 RC濾波器5、光耦6，其中，
交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路1進(jìn)行整流濾波，產(chǎn)生直流電壓輸出與PWM電壓變換電路2的輸入端相連，PWM電壓變換電路2的輸出端與LED負(fù)載3相連，負(fù)載電流采樣電阻4與LED負(fù)載3串聯(lián)，RC濾波器5的輸入端與負(fù)載電流采樣電阻4相連，RC濾波器5的輸出端與光耦6的輸入端相連，光耦6輸出端與PWM電壓變換電路2的反饋端相連。
所述的LED恒流驅(qū)動裝置中，光耦6的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓為LED恒流驅(qū)動電路裝置的基準(zhǔn)電壓。
所述的LED恒流驅(qū)動裝置中，光耦6為驅(qū)動PWM電壓變換電路2反饋輸入端的電壓比較放大器。
4LED恒流驅(qū)動裝置的恒流控制原理如下應(yīng)用光耦6自身的紅外發(fā)光二極管的開啟電 壓作為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)負(fù)載電流采樣電阻4上的電壓等于此基準(zhǔn)電壓時，PWM電壓變換電 路2、負(fù)載采樣電阻4、 RC濾波器5和光耦6組成的閉合反饋環(huán)路處于平衡狀態(tài)，輸出電 流等于常數(shù)。例如，當(dāng)輸入交流電壓發(fā)生變化或者LED負(fù)載發(fā)生變化時，引起LED負(fù)載 電流上升，則由于光耦6紅外發(fā)光二極管正向輸入V-I特性曲線的高斜率變化特性，輸出 電流的微小變化將引起光耦6電流的大幅度上升，PWM電壓變換電路2反饋端電壓下降， PWM電壓變換電路2輸出峰值電流將會減小，使得最終LED驅(qū)動電流自動下降;如果LED 負(fù)載電流下降時，同理PWM電壓變換電路2輸出峰值電流將會增加，最終實現(xiàn)LED恒流 控制。
實施例1
如圖2示，本實施例中LED恒流驅(qū)動裝置主要由保險管F21、熱敏電阻RT21、整流 橋U21、高壓濾波電容C2K PWM控制集成電路U22 (相當(dāng)于圖1中的PWM電壓變換電 路2)、普通二極管D21、電解電容C23、功率MOS管Q21、峰值電流采樣電阻R23、快 速恢復(fù)二極管D22、電感L1、負(fù)載電流采樣電阻R25和光耦U23、 RC濾波電路R24、 C24等元件構(gòu)成，輸入交流電壓80 290V， LED負(fù)載為5到30支功率為1W的LED燈串 聯(lián)組成，圖中為LED201——LED230。
本實施例中整流橋U21型號為RS206，高壓濾波電容C21容值為47uF耐壓450V。PWM 控制集成電路U22采用的是安森美公司生產(chǎn)的NCP1200。 NCP1200需要外接功率MOS管 Q21和峰值電流采樣電阻R23。功率MOS管Q21型號為IRF840，普通二極管D21型號為 IN4007，電解電容C23容值為10uF耐壓25V，快速恢復(fù)二極管D22型號是BYM26C,電 感Ll為lmH，光耦U23型號為PC817,負(fù)載電流采樣電阻R25阻值為3 Q 。
交流電80V 290V輸入整流濾波得到直流高壓，直流高壓正端接PWM控制集成電路 U22的HV高壓電源輸入端、普通二極管D21的負(fù)極、快速恢復(fù)二極管D22的負(fù)極、LED 負(fù)載的正極，直流高壓負(fù)端為電源地。PWM控制集成電路U22的地輸入端接電源地，其 Drv驅(qū)動端接功率MOS管Q21的柵極，其VCC輸入端與電解電容C23的正極、普通二 極管D21的正極相連，電解電容C23的負(fù)極接電源地。功率MOS管Q21的漏極與快速 恢復(fù)二極管D22的正極、電感L1的一端相連，其源極與峰值電流采樣電阻R23 —端相連， 作為峰值電流采樣電壓輸出，連接PWM控制集成電路U22的CS輸入端，峰值電流采樣電阻R23另一端接電源地。LED負(fù)載的負(fù)極與負(fù)載電流采樣電阻R25的一端、RC濾波器 電阻R24相連，RC濾波后作為負(fù)載采樣電阻輸出電壓去驅(qū)動光耦U23，負(fù)載采樣輸出電 壓與光耦U23的輸入端相連，光耦U23的輸入端參考地與負(fù)載電流采樣電阻R25的另一 端、電感L1的另一端、RC濾波器電容C24相連。光耦U23的輸出端與電阻R21并聯(lián)后 接PWM控制集成電路U22的反饋輸入端，光耦U23的輸出參考地接電源地，構(gòu)成反饋閉 環(huán)回路。
工作原理應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管的開啟電壓約1.05V作為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)負(fù) 載電流采樣電阻上的電壓等于此基準(zhǔn)電壓時，LED負(fù)載電流為Io=1.05V/3Q=350mA。當(dāng) 輸入交流電壓發(fā)生變化或者LED負(fù)載發(fā)生變化時，引起負(fù)載電流發(fā)生變化時，例如當(dāng)負(fù)載 電流上升，則負(fù)載采樣電阻的采樣輸出電壓微小變大，但光耦電流卻大幅度上升，使得 PWM控制集成電路反饋端電壓下降，PWM控制集成電路將降低占空比，使得LED負(fù)載 電流減??；同理分析可知，如果負(fù)載電流下降，則PWM控制集成電路將增加占空比，使 得LED負(fù)載電流增大，從而實現(xiàn)了LED負(fù)載的恒流驅(qū)動。
實施例2
如圖3示，本實施例中LED恒流驅(qū)動裝置主要由整流橋U31 、高壓濾波電容C31 、PWM 控制集成電路U32 (相當(dāng)于圖1中的PWM電壓變換電路2)、電解電容C33、快速恢復(fù) 二極管D32、 TVS管D34、功率MOS管Q31、峰值電流采樣電阻R33、高頻變壓器T1、 整流二極管D31、負(fù)載電流采樣電阻R35和光耦U33、濾波電解電容C34 、去耦電容C35 、 RC濾波器R34、 C36等元件構(gòu)成。輸入交流電壓80 290V， LED負(fù)載為5到30支功率 為1W的LED燈串聯(lián)組成，圖中為LED301——330。
本實施例中整流橋U31型號為RS206,高壓濾波電容C31容值為47uF耐壓450V。PWM 控制集成電路U32采用的是安森美公司生產(chǎn)的NCP1200。 NCP1200需要外接功率MOS管 Q31和峰值電流采樣電阻R33。功率MOS管Q31型號為IRF840，電解電容C33容值為 10uF耐壓25V,快速恢復(fù)二極管D32型號是BYM26C, TVS管D34采用的型號是 P6KE200CA，高頻變壓器T1釆用的型號是EI30，整流二極管D31型號為MUR420，光耦 U33型號為PC817，負(fù)載電流采樣電阻R35阻值為3Q。
交流電80V 290V輸入整流濾波得到直流高壓，直流高壓正端接PWM控制集成電路 U32的HV輸入端、快速恢復(fù)二極管D32的正極、高頻變壓器Tl的原邊線圈一端，直流高壓負(fù)端為電源地。PWM控制集成電路U32的地輸入端接電源地，其Drv驅(qū)動端接功率 MOS管Q31的柵極，其VCC輸入端接電解電容C33的正極，電解電容C33的負(fù)極接電 源地?？焖倩謴?fù)二極管D32的負(fù)極與TVS管D34的負(fù)極相連，功率MOS管Q31的漏極 與TVS管D34的正極、髙頻變壓器T1的原邊線圈的另一端相連，其源極與峰值電流采樣 電阻R33—端相連，作為峰值電流采樣電壓輸出，連接PWM控制集成電路U32的CS輸 入端，峰值電流采樣電阻R33另一端接電源地。高頻變壓器T1的副邊線圈一端與整流二 極管D31的正極相連作為負(fù)載電源正端，副邊線圈的另一端作為負(fù)載電源地端，整流二極 管D31的負(fù)極與LED負(fù)載的正極相連。濾波電解電容C34的正極與負(fù)載電源正端相連， 濾波電解電容C34的負(fù)極與負(fù)載電源地端相連。LED負(fù)載的負(fù)極與負(fù)載電流采樣電阻R35 的一端、R34、 C36濾波器電路相連，經(jīng)R34、 C36濾波后直接驅(qū)動光耦U33，負(fù)載電流采 樣電阻R35的另一端接負(fù)載電源地端，光耦U33輸入地端接負(fù)載電源地端。去耦電容C35 的兩端分別連接電源地和負(fù)載電源地端。光耦U33的輸出端與電阻R31并聯(lián)后接PWM控 制集成電路U32的反饋輸入端，構(gòu)成反饋閉環(huán)回路。
應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管的開啟電壓約1.05V作為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)負(fù)載電流采樣 電阻上的電壓等于此基準(zhǔn)電壓時，LED負(fù)載電流為Io=1.05V/3Q=350mA。具體閉環(huán)反饋 恒流工作原理同實施例1。
需要說明的是，上述的描述都是基于應(yīng)用光耦直接實現(xiàn)恒流反饋電路中的電壓基準(zhǔn)和 電壓比較放大器的功能，不需要額外的放大器和基準(zhǔn)電壓電路。
權(quán)利要求1、用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的LED恒流驅(qū)動電路，包括整流濾波電路(1)、PWM電壓變換電路(2)、LED負(fù)載(3)、負(fù)載電流采樣電阻(4)、RC濾波器(5)、光耦(6)，其特征在于交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路(1)進(jìn)行整流濾波，產(chǎn)生直流電壓輸出與PWM電壓變換電路(2)的輸入端相連，PWM電壓變換電路(2)的輸出端與LED負(fù)載(3)相連，負(fù)載電流采樣電阻(4)與LED負(fù)載(3)串聯(lián)，RC濾波器(5)的輸入端與負(fù)載電流采樣電阻(4)相連，RC濾波器(5)的輸出端與光耦(6)的輸入端相連，光耦(6)輸出端與PWM電壓變換電路(2)的反饋端相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的LED恒流驅(qū)動電路，其特征在于光耦(6)的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓為LED恒流驅(qū)動裝置的基準(zhǔn)電壓。
3、 如權(quán)利要求1所述的用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的LED恒流驅(qū)動電路，其特征在于光耦(6)為驅(qū)動PWM電壓變換電路(2)反饋輸入端的電壓比較放大器。
專利摘要本實用新型公開了一種用光耦作為電壓基準(zhǔn)和比較放大器的LED恒流驅(qū)動電路，它包括整流濾波電路、PWM電壓變換電路、LED負(fù)載、負(fù)載電流采樣電阻、RC濾波器、光耦，其應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓作為LED恒流驅(qū)動裝置的基準(zhǔn)電壓，同時應(yīng)用光耦自身的紅外發(fā)光二極管正向開啟電壓附近V-I曲線的高斜率變化特性，將光耦直接作為高靈敏度高增益電壓比較放大器，驅(qū)動PWM電壓變換電路反饋端，實現(xiàn)LED負(fù)載恒流驅(qū)動。本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)成本高或恒流精度差的缺陷，簡化了電路，在保證高精度恒流驅(qū)動的前提下降低了成本。
文檔編號F21Y101/02GK201409244SQ20092014366
公開日2010年2月17日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者何德勇, 軍 徐, 王煥欽, 趙天鵬 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)