CN101841959A

CN101841959A - 一种大功率可控led负载电流的驱动电路

Info

Publication number: CN101841959A
Application number: CN 201010164387
Authority: CN
Inventors: 俞才龙; 王水平
Original assignee: NINGBO YINZHOU LONGYUAN ILLUMINATED APPLIANCE CO Ltd
Current assignee: Ningbo Longyuan Illuminate Appliance Co ltd
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: CN101841959B

Abstract

本发明属于照明光源的电源，特别是一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：恒流、恒压输出电路和单端反激式DC/DC功率变换器之间串联电连接有信号采样电路、光电耦合隔离电路和保护电路，信号采样电路将过流、过压、过热和欠压信号经放大处理后经光电耦合隔离电路隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路，通过过流、过压、过热和欠压保护电路调整单端反激式DC/DC功率变换器输出，使恒流、恒压输出电路输出稳定的电压和电流。它提供了一种功率大、可靠性高，随输入电压和温度等因素变化小的大功率可控LED负载电流的驱动电路。

Description

一种大功率可控LED负载电流的驱动电路

技术领域

本发明属于照明光源的电源，特别是一种大功率可控LED负载电流的驱动电路。

背景技术

LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色的发光二极管。作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对LED的研究方兴未艾，使其光效得以大大提高，Lumiled公司目前已研发并生产出光效达到90Lm/W的白色LED，已达到白炽灯的水平。

和白炽灯的相比较，LED在性能上具有很多优点：

见下表：

表1白炽灯与白色LED的性能比较

新的光源呼唤新的大功率LED驱动电路，与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。

在实际运用中，负载常采用串并联LED构成阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或LED个数变化，限流电阻也应相应变化，所以采用这种简单结构的LED驱动电路一般只适合于驱动阵列形式固定的，并且灯个数较少的LED陈列。

LED伏安特性的数字模型可用下式表示

VF=Vturn-on+RsIF+（ΔVF/ΔT）（T-25℃）

其中，Vturn-on是LED的启动电压。

Rs表示伏安曲线的斜率。T环境温度，ΔVF/ΔT是LED正向电压的温度系数，对于多数LED而言典型值为-2V/℃。

从LED的伏安曲线及数字模型看，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化，并且，环境温度，LED老化时间等因素也将改变影响LED的电气性能。而LED的光输出直接与LED电流相关，所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下，LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化，并且，若LED电流失控，LED长期工作在大电流下将影响LED的可靠性和寿命，并有可能失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率大、可靠性高，随输入电压和温度等因素变化小的大功率可控LED负载电流的驱动电路。

本发明的目的这样实现的，一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，至少包括：EMC和浪涌电流控制电路、一次整流和滤波电路、单端反激式DC/DC功率变换器、二次整流和滤波电路及恒流、恒压输出电路，恒流、恒压输出电路与LED阵例的两电极电连接，其特征是：恒流、恒压输出电路和单端反激式DC/DC功率变换器之间串联电连接有信号采样电路、光电耦合隔离电路和保护电路，信号采样电路将过流、过压、过热和欠压信号经放大处理后经光电耦合隔离电路隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路，通过过流、过压、过热和欠压保护电路调整单端反激式DC/DC功率变换器输出，使恒流、恒压输出电路输出稳定的电压和电流。

所述的单端反激式DC/DC功率变换器是宽动态范围隔离型，它包括稳压管P6KE200A和二极管IN4007构成的稳压电路，变压器T2和TOP245及***电路，由变压器T2和TOP245及***电路将变压器T2初级的高压低频转换成低压高频，变压器T2的次级包括两组，一组经二次整流和滤波电路整流和滤波提供给负载LED阵列，另一组为电压采样输出端，电压采样输出端与IN4148/ES1D、ZMM5243B-7及电容C9构成过流、过压、过热和欠压信号采样电路。

所述的电压采样输出端一端经IN4148/ES1D和电容C9到负电源，另一端直接到负电源。

所述的IN4148/ES1D的稳压输出端与电解电容C9的正极端连接，其连接端经ZMM5243B-7和电阻后输入到TOP245的控制端C，通过电压采样线圈的输出端反馈到TOP245的控制端C，由TOP245调节变压器T2的振荡频率。

所述的TOP245的控制端C与负电源之间有小于10Ω的电阻和串接的电解电容。

所述的一次整流和滤波电路输出端与变压器T2的第一组线圈的同相端连接有电容C4，C4选用2.2nF/1kV。

本发明的优点是：由于本发明引入了电压或电流反馈控制环节。用户可以根据需要改变负载LED阵列形式和LED个数，得到不同的输出功率。同时该驱动电路也克服了因输入电压、环境温度等因素而使LED灯光的颜色易变动等弊端，功率因数达到0.9以上，THD可做到20%以下，寿命可达到50000小时以上，同时还可完成从100%到1%的调光功能，并且此系列产品还具备过压和过流保护功能。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例电路原理框图；

图2是本发明实施例电路图；

图3是EMC和浪涌电流控制电路图。

图中：1、AC220V输入；2、EMC和浪涌电流控制电路；3、一次整流和滤波电路；4、单端反激式DC/DC功率变换器；5、二次整流和滤波电路；6、恒流、恒压输出电路；7、LED阵列；8、采样电路；9、光电耦合隔离电路；10、保护电路。

具体实施方式

如图1所示，一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，至少包括：EMC和浪涌电流控制电路2、一次整流和滤波电路3、单端反激式DC/DC功率变换器4、二次整流和滤波电路5及恒流、恒压输出电路6，恒流、恒压输出电路6与LED阵列7的两电极电连接，其特征是：恒流、恒压输出电路6和单端反激式DC/DC功率变换器4之间连接有过流、过压、过热和欠压信号采样电路8、光电耦合隔离电路9和过流、过压、过热和欠压保护电路10，过流、过压、过热和欠压信号采样电路8将过流、过压、过热和欠压信号经放大处理后经光电耦合隔离电路9隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路10，通过过流、过压、过热和欠压保护电路10调整单端反激式DC/DC功率变换器4输出，使恒流、恒压输出电路6输出稳定的电压和电流。

如图2所示，单端反激式DC/DC功率变换器4是宽动态范围隔离型，它包括稳压管P6KE200A和二极管FR103、BYV29-400、限流电阻R5构成的稳压电路，以及高频耦合电路，稳压电路的输出加载在变压器T1的输入端。高频耦合电路由变压器T1和TOP245及***电路构成，变压器T1和TOP245及***电路将变压器T1前级的高压低频转换成低压高频，变压器T1的次级包括两组，一组经二次整流和滤波电路5整流和滤波提供给恒流、恒压输出电路6，恒流、恒压输出电路6再供给负载LED阵列7。另一组同名端经IN4148/ES1D和电容C10到负电源，异名端到负电源。IN4148/ES1D的稳压输出端与电解电容C10的正极端连接，其连接端与光电耦合隔离电路9输出端连接，经光电耦合隔离电路9和IN4148到TOP245的控制端C。TOP245的控制端C电压变化直接影响TOP243的D端振荡频率。因此，由负载引起的电流、电压变化或环境引起的电流、电压变化通过电压采样线圈的输出端反馈到TOP245的控制端C，控制端C的输入电压稳定，则D端振荡频率稳定。因此，光电耦合隔离电路9的输入端电压同时也影响着D端振荡频率输出。

过流、过压、过热和欠压信号采样电路8包括：一个（PNP）三极管2N3906V2、二极管RF107和电阻电容，变压器T1提供给负载LED的一组次级输出的同名端经二极管RF107分两路，一路与三极管2N3906V2的发射极电连接，另一路经电阻R12、R13到三极管2N3906V2的基极，电阻R12、R13电连接点经47μF的电解电容到负电源，三极管2N3906V2的集电极通过限流电阻R14到光电耦合隔离电路9的输入正端，同时经一电阻R24到光电耦合隔离电路9的输入负端。

本发明中，变压器T1的输出经二次整流和滤波电路5整流和滤波提供给恒流、恒压输出电路6，恒流、恒压输出电路6直接供给负载LED阵列。而LED阵列的负载变化同样会影响恒流、恒压输出电路6，因此，恒流、恒压输出电路6通过过流、过压、过热和欠压信号采样电路8后，将其随负载变化的信号输入到光电耦合隔离电路9的输入端，然后经光电耦合隔离电路9反馈到TOP245的控制端C实现对变压器T1频率控制。最终达到提供给负载LED的稳定电压和电流。

恒流、恒压输出电路6包括二个（NPN）三极管2N3904、一个（PNP）三极管2N3906V3和电阻电容，由一个三极管2N3904和电阻R15、R16构成集电极输出电路，电阻R15、R16串联连接作为集电极输出电路的集电极负载电阻，集电极输出电路正端与负端分别接二次整流和滤波电路5正端和负端输出，电阻R15、R16串联连接点与三极管2N3906（PNP）V5的基极电连接，2N3906（PNP）V5的发射极通过电阻R20接二次整流和滤波电路5正端，2N3906（PNP）的集电极分三路，其中一路通过电阻和一个稳压管接二次整流和滤波电路5正端，另一路与光电耦合隔离电路9的输入端正端电连接。2N3906（PNP）的集电极第三路通过电阻R22分两路，一路通过电阻R23与集电极输出电路的基极电连接，另一路与另一个三极管2N3904（NPN）V4的基极电连接，V4的集电极与V3的基极电连接，V4的发射击极通过三个并联连接的电阻接负电源。

并联连接的电阻R17、R18、R19是0.13/3W的电阻。

本发明中光电耦合隔离电路9中的光电耦合电路采用LTV817A，LTV817A输出极三极管的发射极和集电极分别与三极管2N390基极和集电极电连接，三极管2N390的发射极通过二极管到TOP245的控制端C。一次整流和滤波电路3将AC220V输入1的220V交流变为直流，为了防止AC220V输入1产生的EMC和浪涌电流，在一次整流和滤波电路3前加入EMC和浪涌电流控制电路2。

由于TOP245为集成电路，有着可靠的性能。因此，能有效保证供给负载LED阵列的电流和电压稳定在需要的设定值上。

图2中给出的电路其输出电流电压是：24V/3A。电源指示灯通过LM358后驱动指示灯。

图3给出了AC220V输入1、EMC和浪涌电流控制电路2的具体电路，EMC和浪涌电流控制电路2的输出经一次整流和滤波电路3与单端反激式DC/DC功率变换器4的输入电连接。由于EMC和浪涌电流控制电路2和一次整流和滤波电路3属于大多数电路采用的技术，因此，过多的说明不作细化说明。

Claims

1.一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，至少包括：EMC和浪涌电流控制电路（2）、一次整流和滤波电路（3）、单端反激式DC/DC功率变换器（4）、二次整流和滤波电路（5）及恒流、恒压输出电路（6），恒流、恒压输出电路（6）与LED阵例（7）的两电极电连接，其特征是：恒流、恒压输出电路（6）和单端反激式DC/DC功率变换器（4）之间串联电连接有过流、过压、过热和欠压信号采样电路（8）、光电耦合隔离电路（9）和保护电路（10），信号采样电路（8）将过流、过压、过热和欠压信号经放大处理后经光电耦合隔离电路（9）隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路（10），通过过流、过压、过热和欠压保护电路（10）调整单端反激式DC/DC功率变换器（4）输出，使恒流、恒压输出电路（6）输出稳定的电压和电流。

2.根据权利要求1所述的一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：所述的单端反激式DC/DC功率变换器（4）是宽动态范围隔离型，它包括稳压管P6KE200A和二极管FR103、BYV29-400、限流电阻R5构成的稳压电路，以及高频耦合电路，稳压电路的输出加载在变压器T1的输入端，高频耦合电路由变压器T1和TOP245及***电路构成，变压器T1和TOP245及***电路将变压器T1前级的高压低频转换成低压高频，变压器T1的次级包括两组，一组经二次整流和滤波电路（5）整流和滤波提供给恒流、恒压输出电路（6），恒流、恒压输出电路（6）再供给负载LED阵列（7），另一组同名端经IN4148/ES1D和电容C10到负电源，异名端到负电源，IN4148/ES1D的稳压输出端与电解电容C10的正极端连接，其连接端与光电耦合隔离电路（9）输出端连接，经光电耦合隔离电路（9）和IN4148到TOP245的控制端C。

3.根据权利要求1所述的一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：所述的过流、过压、过热和欠压信号采样电路（8）包括：一个PNP三极管2N3906V2、二极管RF107和电阻电容，变压器T1提供给负载LED的一组次级输出的同名端经二极管RF107分两路，一路与三极管2N3906V2的发射极电连接，另一路经电阻R12、R13到三极管2N3906V2的基极，电阻R12、R13电连接点经47μF的电解电容到负电源，三极管2N3906V2的集电极通过限流电阻R14到光电耦合隔离电路（9）的输入正端，同时经一电阻R24到光电耦合隔离电路（9）的输入负端。

4.根据权利要求1所述的一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：所述的恒流、恒压输出电路（6）包括二个NPN三极管2N3904、一个PNP三极管2N3906V3和电阻电容，由一个NPN三极管2N3904和电阻R15、R16构成集电极输出电路，电阻R15、R16串联连接作为集电极输出电路的集电极负载电阻，集电极输出电路正端与负端分别接二次整流和滤波电路（5）正端和负端输出，电阻R15、R16串联连接点与PNP三极管2N3906V5的基极电连接，2N3906V5的发射极通过电阻R20接二次整流和滤波电路5正端，PNP三极管2N3906的集电极分三路，其中一路通过电阻和一个稳压管接二次整流和滤波电路（5）正端，另一路与光电耦合隔离电路（9）的输入端正端电连接；PNP三极管2N3906的集电极第三路通过电阻R22分两路，一路通过电阻R23与集电极输出电路的基极电连接，另一路与另一个NPN三极管2N3904V4的基极电连接，V4的集电极与V3的基极电连接，V4的发射击极通过三个并联连接的电阻接负电源。

5.根据权利要求4所述的一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：所述的并联连接的电阻R17、R18、R19是0.13/3W的电阻。

6.根据权利要求1所述的一种大功率可控LED负载电流的驱动电路，其特征是：所述的光电耦合隔离电路（9）中的光电耦合电路采用LTV817A，LTV817A输出极三极管的发射极和集电极分别与三极管2N390基极和集电极电连接，三极管2N390的发射极通过二极管到TOP245的控制端C。