CN102215617A - 一种隔离式通用照明led路灯驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属电子技术领域，涉及一种带故障检测的智能调整输出电流功能的LED路灯驱动电路。本发明包括输入浪涌保护及电磁干扰抑制电路，带功率因素校正功能的单管反激式开关电源电路，LED故障检测电路，根据检测结果智能调整输出电流的微电脑控制电路及过压保护电路。该电路具有隔离式LED驱动电路的安全性，同时具有功率因数校正功能和自动调整输出电流功能，并且具有过压保护功能。本发明可节省大量***电路，具有功率因数高，效率高，成本低的优点，适合批量生产。同时具有LED故障检测功能，可在LED出现故障时自动调整输出电流，保证未出路障的LED灯在安全条件下正常工作，有效地延长LED路灯的使用寿命。

Description

一种隔离式通用照明LED路灯驱动电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及通用照明LED路灯驱动电路。具体涉及一种隔离式通用照明LED路灯驱动电路，尤其是一种带故障检测的智能调整输出电流功能的LED路灯驱动电路。

背景技术

随着社会发展的进步，节能减排成为了时代的强声。节能是LED最大的特点，在我国具有非常重要的现实意义。中国照明用电约占总电量的12％，保守估计2010年我国总发电量将达到30000亿度，照明用电将达到约3600亿度，如能节约一半的照明用电就是1800亿度，相当于两个三峡电站的年发电量。目前市场上常用的光源一般均为每颗1W～3W的芯片。因此大功率的LED路灯电路均采用多个LED串联后再多路并联的驱动方案。LED路灯的电源***与传统光源不同，LED所特需的恒流驱动电源，是保证其正常工作的一大基石。LED对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性，因为LED正向工作时结电压相对变化区域很小，所以保证了LED驱动电流的恒定也就基本保证了LED输出功率的恒定。但在某一个LED发生故障烧断时，由于这一串LED中没有电流流过，使得其它LED中流过的电流将超过其额定电流，造成一个LED灯烧坏，其它各路LED灯逐个烧毁的连锁反应。因此对LED灯的工作状况进行实时监控，一旦出现LED烧断的情况立即调整输出电流，使剩余的其它几路LED灯能安全工作将能够有效地延长LED路灯的使用寿命，产生巨大的社会经济效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有LED驱动电路的不足，提供一种隔离式通用照明LED路灯驱动电路，尤其涉及一种带故障检测的隔离式单管反激高性能通用照明LED路灯驱动电路，该电路具有隔离式LED驱动电路的安全性，同时具有功率因数校正功能和自动调整输出电流功能，并且具有过压保护功能。

具体而言，本发明提供的一种隔离式通用照明LED路灯驱动电路，包括输入浪涌保护及电磁干扰抑制电路、整流电路、带功率因素校正(PFC)功能的单管反激开关电源电路、LED故障检测电路、微电脑输出电流控制电路及过压保护电路，其特征在于：浪涌保护电路由压敏电阻R2构成；电磁干扰抑制电路由电容C1、C2、C3、C4和电感L1组成；带功率因素校正的单管反激式开关电源电路由电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、二极管D2、D3、电容C5、C6、C7、C8、C9、MOS场效应管Q1、变压器T1的初级、次级T1-B以及意法半导体公司的功率因素校正芯片L6562组成；光耦隔离反馈电路由电阻R20、电容C13及光耦U2组成；过压保护电路由电阻R21、R22、R23、R24、电容C14、C15、二极管D5、运算放大器U3-1组成；单向整流输出电路由变压器次级绕组T1-D、二极管D4、电容C10、C11、C12及作为负载的发光二极管D11……D38组成；微电脑工作电源电路由变压器次级绕组T1-C、二极管D8、电容C20、C27、C28、C29、C30组成；微电脑控制电流输出电路由电阻R26、R27、R28、R44、电容以C17、C18、C23、C24、晶振X2及微电脑芯片STC12C5410AD组成；LED故障检测电路由电阻R25、R29、R30、R31、R32、R33、R34、二极管D39、D40、D41、D42、D43、D44、电容16、运算放大器U3-2组成。

本发明中，氧化锌压敏电阻R2并联在220V电源火线与中线上，当电路中出现雷电过电压及大功率器件开关带来的瞬间高压VS时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受VS，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线形导电特性，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于VS，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压VS，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。

本发明中，通过在火线上与中线上串联的电感L1可以将电网传过来的瞬变电流抑制住，同时也防止了电路中的瞬变电流反馈给电网。通过火线与地线及中线与地线间接入的耐高压的电容C1、C2、C3、C4可以将辐射来的共模高压吸收掉。

本发明中，整流桥堆D1将交流市电整流输出，此电压经过电阻R7、R8、R9、电容C8供给芯片U1L6562的3脚MULT做为输入电压值的采样信号供给内部乘法器。整流输出电压还经过电阻R5、R6、C6、C7供给芯片L6562的8脚VCC做为它的启动电压。正常工作时VCC电压由变压器的次级绕组T1-B经电阻R4、二极管D3整流，电容C6、C7滤波后供电。变压器的次级绕组T1-B还通过电阻R10后接入芯片L6562的5脚ZCD作为电流过零点的检测信号。L6562的7脚GD经过电阻R14驱动MOS场效应管Q1的栅极；电阻R16、R17接在场效应管Q1的源极与地之间作为输入电流的采样信号经过电阻R15接到L6562的4脚CS。串联在电路中的具有负温度系数的电阻R1、R11可以防止启动电流过大。并联在变压器初级绕组上的电阻R3、电容C5、二极管D2可以吸收场效应管Q1关断时初级绕组上漏磁感应出的高压。光耦U2的接收端将反馈回来的电流信号转化为电压信号经过电阻R18、R19后送入L6562的误差信号放大器的反向输入端1脚INV。此信号再经过电阻R13、R12、电容C9接入误差信号放大器的输出端L6562的2脚COMP作为补偿信号。变压器的次级绕组T1-C的输出经过二极管D8整流、电容C29、C30滤波后输入到芯片U5LM1117稳压到+5V作为微电脑芯片的供电电源。变压器的次级绕组T1-D的输出经过二极管D4整流、电容C10、C11、C12滤波后供给负载发光二极管，同时也作为运算放大器U3及光耦U2发送端的电源。

本发明中，+5V电源经过电阻R12、R13分压后输入到U3-1的+输入端作为参考电压，负载LED灯的输入电压经过电阻R23、R24分压后输入到U3-1的-输入端，作为输出电压的采样信号。负载LED灯的负极接到运算放大器U3-2的-输入端并通过采样电阻R25接地。采样电阻R25可以将流过它的电流转化为电压信号。因为它经过了运算放大器放大后驱动光耦，所以它的电压值可以取得很低，有效地降低了它上面消耗的能量。

本发明中，运算放大器的两个输出端分别通过一个二极管D5、D6，经过电阻R20接到光耦发送端的负极。这两个输出信号相当于组成了一个或门，哪一路信号先到达阈值，哪一路就起作用。设计时正常使用的情况下通过与LED串联的一个0.2欧姆的采样电阻R25感应出电路中的电流为1.2A时输出电压大约在22V左右，所以24V稳压保护电路不起作用，电路为恒流输出。当负载断开，稳压电路就开始工作，将输出电压稳定在24V，防止输出不断加大而烧毁器件。

本发明中，LED灯的故障检测点设在每一串LED灯的最后一个灯的阳极上，从这一点接一个限流电阻到微电脑的AD输入口，同时AD输入口上接一个嵌位二极管到+5V电源。正常工作时最后一个LED灯的阳极电压大约为3V左右，AD输入口的输入电压也大约为+3V。当最后一个LED灯烧断时，这一路负载将通过限流电阻、嵌位二极管接到+5V电源上。此时AD口的输入电压大约为+5.7V左右。当这一路其它的LED灯烧断时，AD输入口的输入电压大约为0V。AD输入口将这个输入电压经过AD转化后，从AD转化值上就可以很容易判断出有没有灯烧断了。微电脑根据故障就可立即减少输出电流，从而保护了其它几路未烧断的LED灯。

本发明中，微电脑的工作频率为20MHz，它的响应时间为几十微秒，完全可以满足所需的要求。此微电脑芯片将根据要求输出一个占空比可调的频率大约为20KHz的PWM信号，经过电阻R44、R28、电容C18、C17两级RC低通滤波后转化为直流电压再经过电阻R27、R26分压后输入到运算放大器U3-2的+输入端。因为这个阈值电压是可调的，所以输出电流也是可调的。

本发明具有以下特点：

1、采用意法半导体公司的功率因数校正芯片L6562为控制核心，检测开关变压器T1的初级电流，实现功率因素校正。目前被广为采用的有源功率因数校正(PFC)技术是两级方案，即有源PFC升压变换器+DC-DC变换器，两级PFC变换器使用两个开关(通常为MOSFET)和两个控制器，即一个功率因数控制器和一个PWM控制器。该方案存在电路复杂，效率较低和成本较高等缺点。本发明采用单级功率因数校正器，将PFC级和DC/DC变换级集成在一起，两级共用开关管。它与传统的两级电路相比省掉了一个MOSFET，简化了电路，提高了效率。

2、微电脑采用宏晶科技公司的STC12C5410AD芯片。此芯片以通用的8051芯片为内核，同时增加了新的功能。它带有8个AD输入口，可以同时检测8路LED的故障。二个PWM输出口，可以方便将数字信号转化为模拟信号输出，有效地简化了***电路设计。

3、该电路的拓扑结构为隔离式反激(FlyBack)电路，工作模式为过渡模式，安全可靠，电路简单。

4、电路正常工作在恒流状态下，并且输出电流可以根据故障自动调整，保证了LED灯工作在额定功率范围之内，有效地延长了LED路灯的使用寿命。

5、在负载断开时，能够自动切换到恒压工作状态，避免了输出负载不断加大而烧毁器件。

本发明可以节省大量***电路，具有功率因数高，效率高，成本低的优点，适合批量生产。同时又具有LED故障检测功能，可以在LED出现故障时自动调整输出电流，从而保证未出路障的LED灯可以在安全条件下正常工作，有效地延长了LED路灯的使用寿命。

附图说明

图1是本发明电路原理图。

图2是本发明电路工作框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明：

实施例1

如图1所示，电路主要由浪涌保护和电磁干扰抑制电路、L6562、隔离式开关变压器T1、MOS场效应管Q1、微电脑芯片STC12C5410AD、稳压管LM1117、光耦隔离器PC817、运算放大器LM358及电阻、电容、二极管构成。由L6562及其***电路构成功率因数校正，开关变压器T1完成电压转化，光耦PC817实现输出电路与输入市电电路隔离，运算放大器LM358完成了输出电压的采样及恒流恒压控制，以及它们之间的自动切换，微电脑芯片STC12C5410AD完成了LED故障检测及输出电流控制的功能。

Claims (8)

1.一种隔离式通用照明LED路灯驱动电路，包括输入浪涌保护及电磁干扰抑制电路、整流电路、带功率因素校正功能的单管反激开关电源电路、光耦隔离反馈电路、LED故障检测电路、微电脑工作电源电路和微电脑输出电流控制电路及过压保护电路，其特征在于，所述的浪涌保护电路由压敏电阻R2构成；电磁干扰抑制电路由电容C1、C2、C3、C4和电感L1组成；带功率因素校正的单管反激式开关电源电路由电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、二极管D2、D3、电容C5、C6、C7、C8、C9、MOS场效应管Q1、变压器T1的初级、次级T1-B以及意法半导体公司的功率因素校正芯片L6562组成；光耦隔离反馈电路由电阻R20、电容C13及光耦U2组成；过压保护电路由电阻R21、R22、R23、R24、电容C14、C15、二极管D5、运算放大器U3-1组成；单向整流输出电路由变压器次级绕组T1-D、二极管D4、电容C10、C11、C12及作为负载的发光二极管D11……D38组成；微电脑工作电源电路由变压器次级绕组T1-C、二极管D8、电容C20、C27、C28、C29、C30组成；微电脑输出电流控制电路由电阻R26、R27、R28、R44、电容以C17、C18、C23、C24、晶振X2及微电脑芯片STC12C5410AD组成；LED故障检测电路由电阻R25、R29、R30、R31、R32、R33、R34、二极管D39、D40、D41、D42、D43、D44、电容16、运算放大器U3-2组成。

2.根据权利要求1所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，采用单级有源功率因数校正器，将带功率因素校正级和DC/DC变换级集成在一起，两级共用场效应开关管。(PFC)功能的单管反激开关电源电路、

3.根据权利要求2所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，所述的带功率因素校正的控制芯片是L6562芯片。

4.根据权利要求1所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，所述的LED故障检测电路中，故障检测点设在每一串LED最后一个灯的阳极上，检测方法为检测这个点的电压。

5.根据权利要求1所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，还包括输出电流自动调整电路。

6.根据权利要求5所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，所述的输出电流自动调整电路中，将高频PWM信号转化为直流信号后控制阈值电流。

7.根据权利要求4或5的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，所述的LED故障检测电路或输出电流自动调整电路中采用STC12C5410AD控制芯片。

8.根据权利要求1所述的隔离式通用照明LED路灯驱动电路，其特征在于，过压保护电路中的过压保护芯片为运算放大器LM358。

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