CN102137534B

CN102137534B - 一种虚地式高压恒流电路

Info

Publication number: CN102137534B
Application number: CN 201110028124
Authority: CN
Inventors: 顾永德; 苏周; 董洁; 徐兵
Original assignee: MOSO POWER SUPPLY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MOSO POWER SUPPLY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102137534A

Abstract

本发明公开一种虚地式高压恒流电路，电路包括浮地模块、开关恒流模块、电流取样模块和短路保护模块，电源输入浮地模块输出给开关恒流模块，并在浮地模块内产生浮地输出，开关恒流模块调整电源电压大小，并输出给负载供电，电流取样模块连接在开关恒流模块的输入端上取样开关恒流模块的输出电流，并将电流取样值反馈给开关恒流模块，短路保护模块连接在负载的输入端上，开关恒流模块的接地端连接在浮地输出上。本发明利用虚地的结构方式，结合常规的拓扑电路，来提高工作电压的范围，本发明以输入电源电压正极为基准，所以电流取样只能在电源的正极进行取样，本发明实用性强、效率高、可控性好。

Description

一种虚地式高压恒流电路

技术领域

本发明公开一种恒流电路，特别是一种虚地式高压恒流电路。

背景技术

随着LED照明技术的发展，LED照明在人们生活中的应用越来越多，目前的LED灯驱动时，都是采用恒流电路进行驱动。目前的恒流电路的工作电压范围较窄，不能满足宽电压输出的要求。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的恒流电路的工作电压范围较窄，不能满足宽电压输出的要求的缺点，本发明提供一种新的虚地式高压恒流电路，利用虚地的结构方式，结合常规的拓扑电路，来提高工作电压的范围。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种虚地式高压恒流电路，电路包括浮地模块、开关恒流模块、电流取样模块和短路保护模块，电源输入浮地模块输出给开关恒流模块，并在浮地模块内产生浮地输出，开关恒流模块调整电源电压大小，并输出给负载供电，电流取样模块连接在开关恒流模块的输入端上取样开关恒流模块的输出电流，并将电流取样值反馈给开关恒流模块，短路保护模块连接在负载的输入端上，开关恒流模块的接地端连接在浮地输出上。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的浮地模块包括稳压电容C3、稳压二极管ZD1、电阻R3和储能电容C4，稳压电容C3跨接在输入电源的正极和负极之间，稳压二极管ZD1和电阻R3串联连接在输入电源的正极和负极之间，稳压二极管ZD1连接在输入电源的正极上，电阻R3连接在输入电源的负极上，稳压二极管ZD1和电阻R3的公共端输出即为浮地输出，储能电容C4跨接在输入电源的正极和浮地输出之间。

所述的浮地模块还包括保险管F1，保险管F1串接在输入电源的正极上。

所述的开关恒流模块包括电源芯片U1、三极管Q2、开关管Q1和电容C2，电源芯片U1的驱动输出端与输入电源的正极之间串联连接有电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端连接在三极管Q2的基极上，三极管Q2的集电极连接在输入电源的正极上，三极管Q2的发射极与电容C2连接，电容C2另一端连接在电源芯片U1的开关信号输出端上，开关管Q1串联在输入电源的正极上，开关管Q1的栅极连接在三极管Q2的发射极上，电源芯片U1的接地端连接在浮地输出上。

所述的电流取样模块包括比较放大器U2A、电容C8、电阻R16、电阻8、电阻R18、电阻R19、恒流基准源U3、电阻R17、电容C10、电容C9和电阻R5，电容C9和电阻R5并联连接在比较放大器U2A的同相输入端与输出端之间，电容C8跨接在输入电源的正极与比较放大器U2A的反相输入端之间，电阻R16、电阻8、电阻R18和电阻R19依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，电阻R16和电阻8的公共端与比较放大器U2A的反相输入端连接，恒流基准源U3连接在电阻8和电阻R18的公共端与输入电源的正极之间，电阻R17和电容C10并联连接，并连接在输入电源的正极与比较放大器U2A的同相输入端之间，比较放大器U2A的正极连接在输入电源的正极上，比较放大器U2A的负极连接在浮地输出上，比较放大器U2A的输出端反馈给开关恒流模块。

所述的短路保护模块包括稳压二极管 ZD2、开关管Q4、三极管Q3、电容C11、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12，电阻R7、电阻R9、电阻R10和稳压二极管ZD2依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，开关管Q4跨接在负载的负极输入和输入电源的负极之间，开关管Q4的栅极连接在电阻R10和稳压二极管ZD 2的公共端上，三极管Q3的集电极通过电容C11连接在输入电源的正极上，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过串联连接的电阻R11和电阻R12连接在负载的负极输入上，三极管Q3的集电极与开关管Q4的栅极短接。

本发明的有益效果是：本发明利用虚地的结构方式，结合常规的拓扑电路，来提高工作电压的范围，而且虚地的处理方式非常巧妙，其利用电容的储能来实现浮地，电路的基准是以输入电源的正极确定，输入电源电压的高低来决定浮地的电位，也可以说是以负压的方式来进行工作；本发明中，由于是以输入电源电压正极为基准，所以电流取样只能在电源的正极进行取样，本发明中采用一个独立的比较器来做电流取样，可以做到取样精准，提高效率。加上本发明中的特殊的输出保护电路，使两部份电路完美结合，从而提高了电路的可靠性。本发明以普通的拓扑电路为基础，对高电压驱动实现多个串联LED所需的恒流驱动源，实用性强、效率高、可控性好，本发明具有输出短路保护灵敏的优点，当输出短路后，电路完全处于空载状态，不打隔，使电路始终处于最节能的状态，当输出负载两端等于0V时电路进入保护状态，需断开输入电源才能解除保护。采用本发明可实现驱动5颗到80颗LED灯时，达到恒流效果，当大幅度调整输出时，只要调整输入的电压即可，以便电路工作于的最佳状态。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明最简电路方框图。

图2为本发明电路方框图。

图3为本发明电路原理图。

图4为本发明浮地模块电路原理图。

图5为本发明开关恒流模块电路原理图。

图6为本发明电流取样模块电路原理图。

图7为本发明短路保护模块电路原理图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图1和附图2，本发明主要包括浮地模块、开关恒流模块、电流取样模块和短路保护模块，电源输入浮地模块输出给开关恒流模块，并在浮地模块内产生浮地输出，开关恒流模块调整电源电压大小，并输出给负载供电，电流取样模块连接在开关恒流模块的输入端上取样开关恒流模块的输出电流，并将电流取样值反馈给开关恒流模块，短路保护模块连接在负载的输入端上，开关恒流模块的接地端连接在浮地输出上。

请结合参看附图3和附图4，本实施例中，浮地模块主要包括稳压电容C3、稳压二极管ZD1、电阻R3和储能电容C4，稳压电容C3跨接在输入电源的正极和负极之间，可对直流输入电源进行稳压及尖峰脉冲滤除等。稳压二极管ZD1和电阻R3串联连接在输入电源的正极和负极之间，形成简单的稳压电路，其中，稳压二极管ZD1连接在输入电源的正极上，电阻R3连接在输入电源的负极上，稳压二极管ZD1和电阻R3的公共端输出即为浮地输出（或称虚地输出端），从而组成拓扑电路的供电***。储能电容C4跨接在输入电源的正极和浮地输出之间，储能电容C4主要用于消除因拓扑电路在开关状态时所产生的动态影响，使浮地输出处于稳定的工作状态。本实施例中，浮地模块中还包括保险管F1，保险管F1串接在输入电源的正极上，用于短路保护。

请结合参看附图3和附图5，本实施例中，开关恒流模块主要包括电源芯片U1、三极管Q2、开关管Q1和电容C2，电源芯片U1进行PWM产生开关信号及恒流控制。电源芯片U1的驱动输出端与输入电源的正极之间串联连接有电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端连接在三极管Q2的基极上，三极管Q2的集电极连接在输入电源的正极上，三极管Q2的发射极与电容C2连接，电容C2另一端连接在电源芯片U1的开关信号输出端上，开关管Q1串联在输入电源的正极上，开关管Q1的栅极连接在三极管Q2的发射极上，电源芯片U1的接地端连接在浮地输出上。电源芯片U1的第8脚（drive引脚），即驱动输出端为PWM驱动，其输出PWM信号，在开关状态下通过三极管Q2加速开关管Q1进行截止，从而降低PWM关断时的斜率，电容C2可用于修正PWM波形，从而提高整机效率。本模块中的其它元件为电源芯片U1的的基本应用配套电路器件，其采用常规的连接方式。

请结合参看附图3和附图6，本实施例中，电流取样模块主要包括比较放大器U2A、电容C8、电阻R16、电阻8、电阻R18、电阻R19、恒流基准源U3、电阻R17、电容C10、电容C9和电阻R5，电容C9和电阻R5并联连接在比较放大器U2A的同相输入端与输出端之间，可以降低比较放大器的翻转频率，电容C8跨接在输入电源的正极与比较放大器U2A的反相输入端之间，电阻R16、电阻8、电阻R18和电阻R19依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，电阻R16和电阻8的公共端与比较放大器U2A的反相输入端连接，恒流基准源U3连接在电阻8和电阻R18的公共端与输入电源的正极之间，电阻R17和电容C10并联连接，能加快高频电压通过，并连接在输入电源的正极与比较放大器U2A的同相输入端之间，比较放大器U2A的正极连接在输入电源的正极上，比较放大器U2A的负极连接在浮地输出上，比较放大器U2A的输出端反馈给开关恒流模块。本实例中，控制部份及电流取样电路是以正极为基准，所以取样电路必需是在正极，当电源输入电压高时，虚地会同时的升高，正极与虚地之间的电位始终是保持在IC的工作电压12V，确保比较放大器U2A及周边供电正常，因为虚地是一变量，它会随着输入电源的变化而变化。但虚地对正极的电位是一常量，同样，本发明中的恒流基准也是一个变量，基准点会随着LED数量的增加或减少的变化而变化，但，基准点与LED正极的电位始终是保持在2.5V，而且误差只有1%，只有这样才能确保电流控制的精度。由于基准点是可变的，使本发明对输出要求很灵活，LED的接入数量在宽范围中不受限制，只需考虑元器件的功率问题就行了。

请结合参看附图3和附图7，本实施例中，短路保护模块主要包括稳压二极管ZD2、开关管Q4、三极管Q3、电容C11、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12，电阻R7、电阻R9、电阻R10和稳压二极管ZD2依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，开关管Q4跨接在负载的负极输入和输入电源的负极之间，开关管Q4的栅极连接在电阻R10和稳压二极管ZD 2的公共端上，三极管Q3的集电极通过电容C11连接在输入电源的正极上，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过串联连接的电阻R11和电阻R12连接在负载的负极输入上，三极管Q3的集电极与开关管Q4的栅极短接。本实施例中，短路保护部分接于负载的负极，当输出正常时，开关管Q4导通；当输出发生短路时，开关管Q4因为没有栅极电压而截止，开关管Q4截止时，开关管Q4的D极电压等于LED+（即负载的正极电压），三极管Q3导通，开关管Q4继续维持截止状态；当输出正常后，三极管Q3则由于没有导通电压而进入截止状态，开关管Q4导通。

本发明利用虚地的结构方式，结合常规的拓扑电路，来提高工作电压的范围，而且虚地的处理方式非常巧妙，其利用电容的储能来实现浮地，电路的基准是以输入电源的正极确定，输入电源电压的高低来决定浮地的电位，也可以说是以负压的方式来进行工作；本发明中，由于是以输入电源电压正极为基准，所以电流取样只能在电源的正极进行取样，本发明中采用一个独立的比较器来做电流取样，可以做到取样精准，提高效率。加上本发明中的特殊的输出保护电路，使两部份电路完美结合，从而提高了电路的可靠性。本发明以普通的拓扑电路为基础，对高电压驱动实现多个串联LED所需的恒流驱动源，实用性强、效率高、可控性好，本发明具有输出短路保护灵敏的优点，当输出短路后，电路完全处于空载状态，不打隔，使电路始终处于最节能的状态，当输出负载两端等于0V时电路进入保护状态，需断开输入电源才能解除保护。采用本发明可实现驱动5颗到80颗LED灯时，达到恒流效果，当大幅度调整输出时，只要调整输入的电压即可，以便电路工作于的最佳状态。

Claims

1.一种虚地式高压恒流电路，其特征是：所述的电路包括浮地模块、开关恒流模块、电流取样模块和短路保护模块，电源输入浮地模块输出给开关恒流模块，并在浮地模块内产生浮地输出，开关恒流模块调整电源电压大小，并输出给负载供电，电流取样模块连接在开关恒流模块的输入端上取样开关恒流模块的输出电流，并将电流取样值反馈给开关恒流模块，短路保护模块连接在负载的输入端上，开关恒流模块的接地端连接在浮地输出上，所述的浮地模块包括稳压电容C3、稳压二极管ZD1、电阻R3和储能电容C4，稳压电容C3跨接在输入电源的正极和负极之间，稳压二极管ZD1和电阻R3串联连接在输入电源的正极和负极之间，稳压二极管ZD1连接在输入电源的正极上，电阻R3连接在输入电源的负极上，稳压二极管ZD1和电阻R3的公共端输出即为浮地输出，储能电容C4跨接在输入电源的正极和浮地输出之间。

2.根据权利要求1所述的虚地式高压恒流电路，其特征是：所述的浮地模块还包括保险管F1，保险管F1串接在输入电源的正极上。

3.根据权利要求1所述的虚地式高压恒流电路，其特征是：所述的开关恒流模块包括电源芯片U1、三极管Q2、开关管Q1和电容C2，电源芯片U1的驱动输出端与输入电源的正极之间串联连接有电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端连接在三极管Q2的基极上，三极管Q2的集电极连接在输入电源的正极上，三极管Q2的发射极与电容C2连接，电容C2另一端连接在电源芯片U1的开关信号输出端上，开关管Q1串联在输入电源的正极上，开关管Q1的栅极连接在三极管Q2的发射极上，电源芯片U1的接地端连接在浮地输出上。

4.根据权利要求1所述的虚地式高压恒流电路，其特征是：所述的电流取样模块包括比较放大器U2A、电容C8、电阻R16、电阻R8、电阻R18、电阻R19、恒流基准源U3、电阻R17、电容C10、电容C9和电阻R5，电容C9和电阻R5串联连接在比较放大器U2A的同相输入端与输出端之间，电容C8跨接在输入电源的正极与比较放大器U2A的反相输入端之间，电阻R16、电阻R8、电阻R18和电阻R19依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，电阻R16和电阻R8的公共端与比较放大器U2A的反相输入端连接，恒流基准源U3连接在电阻R8和电阻R18的公共端与输入电源的正极之间，电阻R17和电容C10并联连接，并连接在输入电源的正极与比较放大器U2A的同相输入端之间，比较放大器U2A的正极连接在输入电源的正极上，比较放大器U2A的负极连接在浮地输出上，比较放大器U2A的输出端反馈给开关恒流模块。

5.根据权利要求1所述的虚地式高压恒流电路，其特征是：所述的短路保护模块包括稳压二极管ZD2、开关管Q4、三极管Q3、电容C11、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12，电阻R7、电阻R9、电阻R10和稳压二极管ZD2依次串联连接在输入电源的正极和负极之间，开关管Q4跨接在负载的负极输入和输入电源的负极之间，开关管Q4的栅极连接在电阻R10和稳压二极管ZD2的公共端上，三极管Q3的集电极通过电容C11连接在输入电源的正极上，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过串联连接的电阻R11和电阻R12连接在负载的负极输入上，三极管Q3的集电极与开关管Q4的栅极短接。