專利名稱：利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮led燈的恒流驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及LED燈照明領(lǐng)域，具體涉及一種利用開關(guān)電源芯 片控制開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(即LED)發(fā)明于20世紀(jì)60年代，LED具有體積小、 壽命長、耗電量低、反應(yīng)速率快、耐震性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在信 號指示、數(shù)碼顯示等領(lǐng)域。隨著LED發(fā)光材料技術(shù)的不斷提高，高亮 LED的研制得到了成功，尤其是白光高亮LED的研制成功，使得它廣 泛地用到室內(nèi)外裝飾、甚至城市路燈照明和民用照明等領(lǐng)域。但是高 亮LED的驅(qū)動是一個(gè)需要解決的問題，高亮LED的廠家推薦采用恒流 驅(qū)動方式。以往在小功率高亮LED單只或幾只串聯(lián)的驅(qū)動方式多為通 過串聯(lián)固定限流電阻的方式來實(shí)現(xiàn)控制高亮LED的電流，此種方式存 在的缺點(diǎn)是當(dāng)輸入電壓變化的時(shí)候，流過高亮LED燈的電流變化很 大，影響高亮LED燈的照度，并且串聯(lián)的限流電阻存在很大的功耗， 效率很低。后來為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的恒流控制，出現(xiàn)一種線性恒流電路實(shí) 現(xiàn)高亮LED燈的驅(qū)動，此種電路能夠?qū)崿F(xiàn)了高亮LED燈的恒流驅(qū)動， 但是由于它是通過線性調(diào)整管來調(diào)節(jié)壓降進(jìn)行恒流控制的，線性調(diào)整 管有壓降和電流，產(chǎn)生很大的功耗。這在大型的高亮LED路燈或高亮 LED廣場燈的應(yīng)用中會產(chǎn)生非常大損耗，達(dá)不到節(jié)能的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有高亮LED路驅(qū)動技術(shù)存在的耗 能問題，提出一種利用開關(guān)電源芯片控制開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的 恒流驅(qū)動電路，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高亮LED燈精確的恒流驅(qū)動，而且能夠 通過開關(guān)器件和儲能器件完成能量的傳遞，驅(qū)動電路的效率可以達(dá)到 92%以上，達(dá)到降低損耗節(jié)能的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供一種利用開關(guān)電源芯片控制 開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動電路，其包括輸入、輔助供電電 路、開關(guān)器件、P觀控制芯片和驅(qū)動、濾波輸出、電壓反饋、電流放 大、恒流環(huán)路和高亮LED燈。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述輔助供電電路的包括三極管Q2、 并聯(lián)于三極管Q2基極與集電極上的電阻R16、連接于三極管Q2基極 上對模擬地的穩(wěn)壓管Zl、并聯(lián)于三極管Q2的發(fā)射極與模擬地之間的 濾波電容E3。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述的開關(guān)器件和濾波輸出電路包括輸 入濾波電容El、開關(guān)管TR1、連接于TR1的1腳和3腳之間的電阻 R14、連接于TR1的1腳和DRV+驅(qū)動信號之間的驅(qū)動電阻R15、連接 于TR1的3腳和模擬地之間的二極管Dl、連接于TR1的3腳和輸出 U0UT+之間的電感Ll、連接于輸出UOUT+與模擬地之間的濾波電容E2、 連接于輸出UOUT-與模擬地之間采樣電阻RS1。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述的PWM控制芯片和驅(qū)動電路包括 PWM控制芯片Ul和驅(qū)動芯片U2、連接于Ul的8腳(VREF)和4腳之間的振蕩電阻R1、連接于U1的4腳和模擬地之間的振蕩電容C1、連 接于Ul的8腳和4腳之間的三極管Ql、連接于三極管Ql的1腳和 Ul的3腳之間的電阻R2、連接于U1的3腳與模擬地之間的電阻R3、 連接于Ul的7腳(VCC)和5腳(模擬地)之間的濾波電容C3、連 接于Ul的8腳(VCC)和5腳(模擬地)之間的濾波電容C4、連接 于Ul的7腳和U2的2腳之間的驅(qū)動電阻R7、連接于U2的1腳和U2 的4腳(模擬地)之間的濾波電容C5、由接在U2的8腳的元件D3 和C6組成的高端供電回路，從U2的7腳輸出DRV+驅(qū)動信號，從U2 的7腳輸出DRV-驅(qū)動信號。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述的電流放大和恒流環(huán)路包括集成運(yùn) 放U3、連接于U3的3腳和UOUT-之間的電阻Rll、連接于U3的1腳 和U3的2腳之間的電阻R13以及連接于U3的2腳和模擬地之間的電 阻R12組成電流信號的比例放大電路、連接于U3的5腳和VREF信號 之間的電阻R8、連接于U3的1腳和U3的6腳之間的電阻R10、連接 于U3的7腳和U3的6腳之間的電容C7和C8及電阻R9組成恒流環(huán) 路、連接于U3的7腳和Ul-l信號之間的二極管D2。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述的電壓反饋電路包括連接于1]0『+ 與U3的2腳電阻R5、連接于U3的2腳與模擬地之間的電阻R4、連 接于Ul的1腳和2腳的電路R6和電容C2。
依據(jù)上述主要技術(shù)特征，所述的高亮LED燈包括連接于輸出 UOUT+和UOUT-之間連接由LED1到LEDN串聯(lián)或者并聯(lián)組成的高亮LED 燈照明模組。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用一種現(xiàn)有在電源界成熟應(yīng)用多年、穩(wěn) 定可靠的開關(guān)電源P麗控制芯片，通過擴(kuò)展一些驅(qū)動電路控制開關(guān)器 件、電壓反饋電路、電流放大電路、恒流環(huán)路實(shí)現(xiàn)恒壓恒流輸出功能。
根據(jù)現(xiàn)有高亮LED燈的功率，例如1W、 3W、 5W高亮LED燈組合成的 模組，根據(jù)模組的配置，通過調(diào)整采樣電阻RS1的阻值和電流放大器 的放大比例設(shè)計(jì)出相應(yīng)的恒流控制電流值，實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的開關(guān)方 式恒流驅(qū)動工作，功率器件的損耗很低，驅(qū)動電路的效率高，達(dá)到配 合高亮LED燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

圖1為本實(shí)用新型利用開關(guān)電源芯片控制開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高亮LED
燈的恒流驅(qū)動方框圖2為圖1中的輔助供電電路的原理圖； 圖3為圖1中的開關(guān)器件和濾波輸出的原理圖； 圖4為圖1中的PWM控制芯片和驅(qū)動及電壓反饋的原理圖； 圖5為圖1中的電流放大和恒流環(huán)路的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖以實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明
請參閱附圖1至圖5所示，UIN為本恒流驅(qū)動電路的輸入電壓， 它可以來自經(jīng)電網(wǎng)整流后或APFC校正后的電壓，也可以是來自AC/DC 變換器的輸出電壓或蓄電池的電壓。VCC為經(jīng)Q2、 R16、 Z1和E3組 成的線性穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的18V輸出的穩(wěn)壓電源，負(fù)責(zé)給U1、 U2、 U3 芯片的正常供電。VREF信號為由芯片Ul內(nèi)部產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓5V的信號，由U1的8腳經(jīng)C4電容濾波后輸出，作為U1的4腳振蕩電阻 Rl和U3-B的5腳電阻R8的基準(zhǔn)電壓。DRV+和DRV-信號是由U2 (IR2181)產(chǎn)生的高端驅(qū)動信號，DRV+和DRV-信號負(fù)責(zé)關(guān)管TR1的 驅(qū)動。U1-1信號是由電流環(huán)路U3-B的7腳經(jīng)二極管D2隔離輸出的 控制信號，負(fù)責(zé)控制U1的1腳的電壓。U0UT+和U0UT-為輸出信號， 為高亮LED燈提供穩(wěn)定的恒流驅(qū)動。
下面結(jié)合一種由25只1W的高亮LED燈串聯(lián)組成的照明模組的恒 流驅(qū)動實(shí)例說明電路的工作原理。1W的高亮LED燈的規(guī)格書給出的 額定恒流驅(qū)動電流為350mA，每只高亮LED燈的壓降的范圍為3 . 0V 3 . 4V，那么25只高亮LED燈的壓降為75. 0V 85. 0V，所以我們選擇 UIN的供電電壓為直流100V，設(shè)計(jì)輸出空載的時(shí)候的電壓為88V。假 設(shè)取采樣電阻RS1的電阻值為1歐姆，那么在采樣電阻RS1上流過 350mA的電流產(chǎn)生的壓降為350mV，經(jīng)電流放大器比例放大后得到U3 的1腳為5. 0V的信號。
如圖2所示，所述輔助供電電路的包括三極管Q2、并聯(lián)于三極 管Q2基極與集電極上的電阻R16、連接于三極管Q2基極上對模擬地 的穩(wěn)壓管Zl 、并聯(lián)于三極管Q2的發(fā)射極與模擬地之間的濾波電容E3; 所述的三極管Q2、電阻R16、穩(wěn)壓管Zl以及電容E3組成給PWM控制 芯片和運(yùn)放輔助供電的18伏的穩(wěn)壓電源VCC。
如圖3所示，所述的開關(guān)器件和濾波輸出電路包括輸入濾波電容 El、開關(guān)管TR1、連接于TR1的1腳和3腳之間的電阻R14、連接于 TR1的1腳和DRV+驅(qū)動信號之間的驅(qū)動電阻R15、連接于TR1的3腳和模擬地之間的二極管Dl、連接于TR1的3腳和輸出U0UT+之間的電 感Ll、連接于輸出UOUT+與模擬地之間的濾波電容E2、連接于輸出 UOUT-與模擬地之間采樣電阻RS1。
在本實(shí)例選擇了UIN高輸入電壓IOOV，所以選擇了降壓型的BUCK 拓?fù)潆娐方M成的主功率變換器，如果選擇了UIN為低輸入電壓，例如 12V或24V,此時(shí)可以選擇升壓型的BOOST拓?fù)潆娐方M成主功率變換 器。
當(dāng)25只1W的高亮LED燈串聯(lián)組成的照明模組沒有連接到UOUT+ 和UOUT-時(shí)，由于采樣電阻中沒有電流流過，所以U0UT-對模擬地的 信號為0V,經(jīng)電流放大器放大后U3-A的1腳電壓也為0V， U3-A的1 腳電壓OV信號通過電阻RIO加到U3-B的6腳與U3-B的5腳電壓5. OV 進(jìn)行比較的結(jié)果是U3-B的7腳輸出飽和為高電平，經(jīng)二極管D2隔離 后對芯片U1不起控制作用，即輸出空載的時(shí)候電流放大和恒流環(huán)路 不起控制作用。此時(shí)電路工作在由電壓反饋電路和U1內(nèi)部放大器組 成的穩(wěn)壓工作狀態(tài)，當(dāng)輸出電壓高于88V時(shí)經(jīng)電阻R5、 R4分得的電 壓信號加到U1的2腳，U1的2腳的信號在U1內(nèi)部與內(nèi)部的2.5V參 考電壓比較，使U1的6腳輸出的P麗信號占空比減小，通過高端驅(qū) 動芯片U2驅(qū)動開關(guān)管TR1，控制傳遞到電感Ll和電容E2的能量， 使輸出電壓降低。反之當(dāng)輸出電壓低于88V時(shí)，通過電壓反饋電路使 Ul的6腳輸出的PWM信號占空比增大，使輸出電壓升高。最終達(dá)到 一個(gè)穩(wěn)態(tài)的平衡，即實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的功能。這在高亮LED燈串聯(lián) 組成的照明模組快速接入和斷開的過程中，輸出電壓很接近高亮LED燈照明模組的總電壓，減小對高亮LED燈的沖擊，延長它的使用壽命。 當(dāng)25只1W的高亮LED燈串聯(lián)組成的照明模組連接到U0UT+和 UOUT-輸出端時(shí)，由于照明模組的總電壓低于設(shè)計(jì)的恒壓輸出電壓88V， 所以經(jīng)R5和R4在Ul的2腳分得的電壓低于內(nèi)部的2. 5V基準(zhǔn)電壓， 所以Ul的內(nèi)部放大器的輸出，即Ul的1腳輸出飽和為高電平。此時(shí) 如果沒有其它信號控制U1， Ul的6腳將輸出最大的占空比，通過高 端驅(qū)動芯片U2驅(qū)動開關(guān)管TR1，使能量不斷的從UIN傳遞到電感Ll 和電容E2，施加到高亮LED燈串聯(lián)組成的照明模組，將導(dǎo)致流過高 亮LED燈的電流不受控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電流，將損壞高亮LED燈。但 是電路設(shè)計(jì)增加的電流放大和恒流環(huán)路將起到控制電流的作用，當(dāng)輸 出電流大于350mA時(shí)，在UOUT-和模擬地之間產(chǎn)生一個(gè)大于350mV的 信號，經(jīng)U3-A組成的比例放大電路后，在U3的1腳產(chǎn)生一個(gè)大于 5. 0V的電壓信號，此信號與U3的5腳的5. OV的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較， 使U3的7腳輸出電壓降低，通過二極管D2將Ul的1腳電壓拉低， 使Ul的6腳輸出的PWM信號的占空比減小，通過高端驅(qū)動芯片U2驅(qū) 動開關(guān)管TRl,控制傳遞到電感L1和電容E2的能量減少，使輸出電 流降低。反之，當(dāng)輸出電流小于350mA時(shí)，電流放大和恒流環(huán)路控制 Ul，使U1的6腳輸出的PWM信號的占空比增大，通過高端驅(qū)動芯片 U2驅(qū)動開關(guān)管TR1，控制傳遞到電感Ll和電容E2的能量增加，使輸 出電流增大，最后達(dá)到穩(wěn)態(tài)的平衡，輸出端的平均電流穩(wěn)定。驅(qū)動高 亮LED燈的電流恒定不變，實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動工作。
權(quán)利要求1、利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動電路，其特征在于它由輸入、輔助供電電路、開關(guān)器件、PWM控制芯片和驅(qū)動、濾波輸出、電壓反饋、電流放大、恒流環(huán)路和高亮LED燈組成，輸入先經(jīng)過開關(guān)器件，后通過濾波輸出到高亮LED燈；高亮LED燈通過電壓反饋連接到PWM控制芯片和驅(qū)動；高亮LED燈經(jīng)過電流放大后通過恒流環(huán)路連接到PWM控制芯片和驅(qū)動；輸入通過輔助供電電路連接到PWM控制芯片和驅(qū)動后到開關(guān)器件；輸入通過輔助供電電路連接到電流放大和恒流環(huán)路。
2、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的輔助供電電路包括三極管(Q2)、并 聯(lián)于三極管(Q2)基極與集電極上的電阻(R16)、連接于三極管(Q2) 基極上對模擬地的穩(wěn)壓管(Zl)、并聯(lián)于三極管(Q2)的發(fā)射極與模 擬地之間的濾波電容(E3)。
3、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的開關(guān)器件和濾波輸出電路包括輸入濾 波電容(El)、開關(guān)管(TR1)、連接于開關(guān)管(TR1)的1腳和3腳之 間的電阻(R14)、連接于開關(guān)管(TR1)的1腳和DRV+驅(qū)動信號之間 的驅(qū)動電阻(R15)、連接于開關(guān)管(TR1)的3腳和模擬地之間的二 極管(D1)、連接于開關(guān)管(TR1)的3腳和U0UT+輸出之間的電感(L1)、 連接于UOUT+輸出與模擬地之間的濾波電容(E2)、連接于輸出UOUT-與模擬地之間的采樣電阻(RS1)。
4、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的PWM控制芯片和驅(qū)動電路包括PWM控 制芯片(Ul)和驅(qū)動芯片(U2)、連接于PWM控制芯片(Ul)的8腳 和4腳之間的振蕩電阻(Rl)、連接于PWM控制芯片(Ul)的4腳和 5腳之間的振蕩電容(Cl)、連接于PWM控制芯片(Ul)的8腳和4 腳之間的三極管(Ql)、連接于三極管(Ql)的1腳和PWM控制芯片(Ul)的3腳之間的電阻(R2)、連接于PWM控制芯片(Ul)的3腳 與5腳之間的電阻(R3)、連接于PWM控制芯片(Ul)的7腳和5腳 之間的濾波電容(C3)、連接于PWM控制芯片(Ul)的8腳和5腳之 間的濾波電容(C4)、連接于P麗控制芯片(Ul)的7腳和驅(qū)動芯片(U2)的2腳之間的驅(qū)動電阻(R7)、連接于驅(qū)動芯片(U2)的1腳 和4腳之間的濾波電容(C5)、由接在驅(qū)動芯片(U2) 8腳上的二極 管(D3)和電容(C6)組成的高端供電回路，從驅(qū)動芯片(U2)的7 腳輸出DRV+驅(qū)動信號，從驅(qū)動芯片(U2)的6腳輸出DRV-驅(qū)動信號； PWM控制芯片(Ul)的5腳接模擬地，8腳接VREF信號，7腳接VCC 信號；驅(qū)動芯片(U2)的4腳接模擬地。
5、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的電流放大和恒流環(huán)路包括集成運(yùn)放(U3)、連接于U3的3腳和U0UT-之間的電阻(Rll)、連接于U3的1 腳和U3的2腳之間的電阻(R13)以及連接于U3的2腳和模擬地之 間的電阻(R12)組成電流信號的比例放大電路、連接于U3的5腳和VREF信號之間的電阻(R8)、連接于U3的1腳和6腳之間的電阻(R10)、 連接于U3的7腳和6腳之間的電容(C7、 C8)及電阻(R9)組成恒 流環(huán)路、連接于U3的7腳和U1-l信號之間的二極管(D2)。
6、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的電壓反饋電路包括連接于UOUT+與U3 的2腳之間的電阻(R5)、連接于U3的2腳與模擬地之間的電阻(R4)、 連接于U1的l腳和2腳的電阻(R6)和電容(C2)。
7、 如權(quán)利要求1所述的利用開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒 流驅(qū)動電路，其特征在于所述的高亮LED燈包括連接于輸出UOUT+和 U0UT-之間的由LED1到LEDN串聯(lián)或者并聯(lián)組成的高亮LED燈照明模 組。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用開關(guān)電源芯片控制開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動電路。包括輸入、輔助供電電路、開關(guān)器件、PWM控制芯片和驅(qū)動、濾波輸出、電壓反饋、電流放大、恒流環(huán)路和高亮LED燈。用本電路方式控制實(shí)現(xiàn)高亮LED燈單只或多只串并聯(lián)的恒流驅(qū)動，效率高、恒流電流控制精度準(zhǔn)確、溫度穩(wěn)定性好，能夠穩(wěn)定的控制高亮LED燈的照度，減小高亮LED燈的光衰，延長高亮LED燈的壽命，電壓反饋電路能夠保證穩(wěn)定的輸出電壓，可靠的保護(hù)高亮LED燈。本實(shí)用新型具有恒壓和恒流輸出特性，可實(shí)現(xiàn)高亮LED燈的恒流驅(qū)動，對高亮LED燈照明的普及有很好的推動作用和利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)新的照明節(jié)能目標(biāo)。
文檔編號H05B37/02GK201252662SQ20082009445
公開日2009年6月3日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者馬福新 申請人:深圳市東辰科技有限公司