CN101707826B - 一种led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED恒流驱动电路，其包括LED负载及电源，还包括与LED负载相电连接的用于对LED负载进行恒流调节的至少一个恒流芯片、与所述电源相连的用于根据恒流芯片的输入信号进行脉宽调制及输出控制信号的主控电路、及电连接在所述主控电路的控制信号输出端与LED负载之间的开关电路。本发明具有可提供可调恒流值、恒流精度高、效率高、电路可靠性高、电路简单、且成本低的优点。

Description

一种LED恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，更具体地说，涉及一种LED恒流驱动电路。

背景技术

如今，LED作为新一代光源，应用范围越来越广泛。但LED通常需要恒定的驱动电流，其两端的电流稍微不稳定就会引起LED发出的光的闪烁。目前，低电压免隔离式大功率LED恒流驱动电路一般采用以下两种方式：

一、采用降压电路(buck)或升压电路(boost)或降压与升压结合的脉宽调制控制(PWM，Pulse Width Modulator)LED恒流驱动电路。这种方式将LED负载输出的电信号反馈给主控单元(MCU，Micro Controller Unit)，然后利用MCU内部程序算法进行PWM调制，以达到调节电流和恒流的效果。参见图1，其为现有技术中采用降压电路的一种恒流电路，其采用L，C，D三器件构成buck电路，由PWM控制开关Q输出的脉冲宽度，其电流控制原理为：将电阻Rsense采集的LED负载输出的电信号反馈给MCU，进而进行PWM控制buck电路，进而进行调节输出恒流。但是其具有如下严重缺点：恒流效果不理想，当采样频率和PWM频率出现倍率关系(或近于倍率关系)时输出电流会出现严重的抖动现象，这时候还需要在信号采样电路中增加一个RC滤波器。而R，C的参数选择需要根据输出电流大小，以及PWM频率，Rsense大小等参数设定，当电路***出现一些调整或变化时，这些参数都需重新设定，这给调试工作增加了很大的难度，并且即使克服了灯光抖动现象，整个电路也不能精确的控制恒流，该电路在刚开始运行时和工作一小时候后的恒流值会出现10％左右的误差。

二：采用专用的LDO恒流模拟芯片进行模拟调控。但是每种型号的专用芯片都有固定的输入电压范围和输出电流范围，而且，其在出现短路和输入电压偏高情况下，芯片易发热，甚至出现被烧毁现象，且电流大小是固定的，无法调节输出的恒流电流值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述恒流电路的恒流效果不理想的缺陷，提供一种恒流精度高、恒流值可调、可靠性高、且电路简单、成本低的LED恒流驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种LED恒流驱动电路，包括LED负载及电源，还包括与LED负载相电连接的用于对LED负载进行恒流调节的至少一个恒流芯片、与所述电源相连的用于根据恒流芯片的输入信号进行脉宽调制及输出控制信号的主控电路、及电连接在所述主控电路的控制信号输出端与LED负载之间的开关电路。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述主控电路包括主控单元MCU及与所述MCU相连的用于给MCU提供基准电压的电压基准源，且所述每个恒流芯片的输入端与MCU的信号采样端相连。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述恒流芯片与所述LED负载串联。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述恒流芯片的输入端与所述LED负载的阴极相连，以将LED流出的电信号反馈给MCU，所述恒流芯片的电源端同时与所述开关电路的输出端及LED负载的阳极相连。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述开关电路包括开关管，所述开关管为场效应管或晶闸管或继电器。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述开关管为场效应管。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述MCU为HT46R47。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述MCU的第7脚接LED负载的阴极，其第5脚通过电阻R5接电压基准源的第3脚，其第8脚接电压基准源的第1脚，其第10脚接场效应管的栅极。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述电压基准源为TL431芯片。

在本发明所述的LED恒流驱动电路中，所述恒流芯片为QX7135。

实施本发明的一种LED恒流驱动电路，具有以下有益效果：其通过恒流芯片将LED负载的电信号采集给MCU，由MCU的程序根据电信号进行脉宽调制及控制开关电路的通断，且恒流芯片及主控电路可以调节LED负载上的恒流值，使得本发明可以提供精度高的恒定电流、且恒流值简单可调，另外，恒流芯片将LED负载的电信号送入主控电路可以进行短路、断路、及过流保护，提高了电路的可靠性，而且，整个电路简单，成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中采用降压方式进行恒流控制的电路原理图；

图2是本发明的电路原理框图；

图3是本发明采用一个恒流芯片的一优选实施例的电路原理图；

图4是本发明采用一个恒流芯片的一优选实施例的电路图；

图5是本发明采用多个恒流芯片的一实施例的电路原理图。

具体实施方式

本发明利用恒流芯片将负载的输出电信号采样到MCU，再通过MCU控制恒流芯片，进行恒流精确控制和电路保护。

参见图2，其表出了本发明的原理框图。本发明提供的LED恒流驱动电路包括：电源1、主控电路2、开关电路3、LED负载4、及恒流芯片5。恒流芯片5与LED负载4串联，恒流芯片5的输入端与LED负载4的阴极相连。主控电路2与电源1相连，主控电路2包括MCU及与所述MCU相连的用于给MCU提供基准电压的电压基准源，MCU的信号采样端与LED负载的阴极相连，从而采样到从LED负载流出的电信号。MCU再将该电信号与基准电压源提供的基准电压进行比较以输出控制信号对整个电路进行处理，例如改变MCU输出电信号的高低电平的宽度比，输出信号控制开关的通断。开关电路3连接在主控电路2的控制信号输出端与LED负载4之间，开关电路3根据MCU的输出信号改变开关的断开与闭合的状态。开关电路3可以为场效应管或晶闸管或继电器，或其它可以实现导通与断开的转换的元器件。由于此处优选为开关的响应速度较快以保护电路，所以优选地，开关电路3中开关为场效应管。

图4是本发明采用一个恒流芯片5的一优选实施例的电路图。在图6中，主控电路2包括MCU、与MCU相连的以提供固定的2.5V电压的电压基准源、及电阻R1、R2、R5、电容C1、C2、C3、开关S1。MCU可采用8位带两个以上A/D口的单片机，例如HT46R47、AVR的atiny18单片机等。单片机需要一个电压基准源以比较从LED负载采集到的电信号，优选地，电压基准源采用TL431。电压基准源的脚3通过限流电阻R5与MCU的脚5相连，其脚1接MCU的脚8。MCU的脚9接地，其脚11通过滤波电容C2接地，其脚12通过滤波电容C1接地、脚12与电容C2之间同时接电阻R1，其脚13通过限流电阻R2接地，其脚10通过电阻R4与开关电路中场效应管的栅极相连以输出控制信号，其信号采样端，即脚7接LED负载的阴极，滤波电容C3与开关S1并联后连接在MCU的脚2与地之间。本实施例中，开关电路里开关优选P沟道场效应管，例如Irml6401。恒流芯片可采用例如QX7135系列，本电路采用sb42351a，其恒流常值为335mA。恒流芯片的信号输入脚1将LED负载流出的电信号反馈给控制电路里MCU的信号采样端，所述电信号优选为电压信号，在主控电路中，电压信号比电流信号更容易实现控制，且控制的效果更好。控制电路根将采集到的电压信号与电压基准源的电压进行比较，进而可以判断出整个电路是否有问题，进而进行保护，具体电路保护原理将在下面进行描述。在主控电路中，由于MCU的控制信号输出端与开关电路相连，关闭MCU的PD0口的PWM功能，使其设为普通I/O口，通过MCU内置程序即可改变电平以实现脉宽调制的作用，MCU的输出进而控制开关电路里开关的导通与断开，因而可以控制输出不同的恒流值。在本实施例中，可以通过开关S1选择对应不同的程序以控制输出不同的恒流值。

本发明的工作原理结合图3及图4进行详细说明：

假设恒流芯片的恒流常值是I，利用MCU输出高低电平的宽度比，可直接控制开关管Q的开通时间Ton和关断时间Toff，则输出电流为可调恒流输出Iout＝I×[Ton/(Ton+Toff)]；因此LED能够获得可调恒流值以适应人们对不同亮度的照明或装饰需求，且恒流精度高。

在图3中，由于恒流芯片IC1为功耗式模拟芯片，一旦其工作压降过高，则可能造成发热，甚至发生损坏的情况。本发明MCU从IC1的输入端input对压降信号进行采样，在MCU内部进行程序算法，取多次采样的平均值，在MCU内部设定一压降极限值Vlg，一旦MCU检测到压降信号采样平均值高于Vlg，则输出控制信号以断开开关Q1以切断电路，或者缩短Ton的时间以平衡有效压降。

本发明恒流电路可靠性高，可以进行短路、断路、及过流保护，在假定开关为P沟道场效应管时的原理如下：

当LED断路时，MCU在恒流芯片5的输入端采样到的电压信号为0，此时可设定MCU输出高电平控制开关电路3中场效应管断开，从而切断电路以保护电路，如果产品中有故障指示灯，还可以从MCU引出故障指示灯进行故障提示。

当LED短路时，MCU在恒流芯片5的输入端采样到的电压信号为电源电压Vin，若此时不关闭电路，将造成恒流芯片5的烧毁，甚至损坏MCU，所以LED的短路保护十分重要，其与断路故障判断原理相同，首先由MCU采样到恒流芯片5的输入端传送来的输入电压信号异常偏高，MCU输出控制信号以控制开关电路3切断电路，进而提高电路的可靠性。

当LED过流时，由MCU采集到恒流芯片5的输入端传送来的输入电压信号Vout输出异常，MCU可以调整Ton的时间，以降低有效压降Vreal＝Vout×[Ton/(Ton+Toff)]。

由于LED通常是由低压驱动，且电压的微小变化都会引起LED两端电流非常大的变化，所以本发明电源1采用低压电，优选地，本发明采用低压直流，例如小电池，因此，本发明的电路可以免隔离，这样也可简化电路。

参见图5，其为本发明采用多个恒流芯片的一实施例的电路原理图。当电路需要的电流值超过单个恒流芯片5的最大恒流值时，可进行如图5的方式，将多个恒流芯片5并联后再与LED负载串联以扩大电流，控制原理与上述单个恒流芯片相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1. 一种LED恒流驱动电路，包括LED负载及电源，其特征在于，还包括与所述LED负载电连接的用于对所述LED负载进行恒流调节的至少一个恒流芯片、与所述电源相连的用于根据所述恒流芯片的输入信号进行脉宽调制及输出控制信号的主控电路、及电连接在所述主控电路的控制信号输出端与所述LED负载之间的开关电路；

所述主控电路包括主控单元MCU及与所述MCU相连的用于给所述MCU提供基准电压的电压基准源，且每个所述恒流芯片的输入端与所述MCU的信号采样端相连；所述MCU将从所述LED负载采集到的电压信号与所述电压基准源提供的基准电压进行比较以输出控制开关导通与断开的所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述恒流芯片与所述LED负载串联。

3.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述恒流芯片的输入端与所述LED负载的阴极相连，以将所述LED负载流出的电信号反馈给所述MCU，所述恒流芯片的电源端同时与所述开关电路的输出端及LED负载的阳极相连。

4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括开关管，所述开关管为场效应管或晶闸管或继电器。

5.根据权利要求4所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述MCU为HT46R47；所述MCU的第（7）脚接所述LED负载的阴极，其第（5）脚通过电阻R5接所述电压基准源的第（3）脚，其第（8）脚接所述电压基准源的第（1）脚，其第（10）脚接所述场效应管的栅极。

6.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述电压基准源为TL431芯片。

7.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述恒流芯片为QX7135。

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