CN102956110B - 一种led交通信号灯及其驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于LED驱动领域，提供了一种LED交通信号灯及其驱动电路。在本发明中，通过在LED交通信号灯驱动电路中采用包括启动电压生成单元、开关单元、电压比较单元以及高频滤波单元的启动电路，实现了为LED负载快速提供工作电压，并在工作电压建立后迅速关断启动电压生成单元，有效地减少了启动与关断的滞后现象，解决现有的LED交通信号灯的驱动电路存在启动和关断严重滞后且开机延时时间长的问题。

Description

一种LED交通信号灯及其驱动电路

技术领域

本发明属于LED驱动领域，尤其涉及一种LED交通信号灯及其驱动电路。

背景技术

在道路交通中，交通信号灯作为一种交通管理辅助工具，规范了城市道路交通秩序，有利于减少交通事故的发生，提高了道路的使用效率。近年来，由于LED应用范围的不断扩展，LED也逐渐代替白炽灯作为主要光源被应用于交通信号灯中。

目前，现有的LED交通信号灯所采用的驱动电路是通过MOS管作为开关元件控制其内部的启动电路的关断。然而，由于控制MOS管栅源极电压的三极管是由一储能电容供给集电极电压的，当输入交流电压关断后立即开通时，该储能电容未能及时释放电能，导致启动电路需要再次启动时出现启动滞后，开机延时时间加长，也使启动电路在后续的关断中出现严重滞后，影响了LED交通信号灯的闪烁和交替，从而使LED交通信号灯出现亮灯错误，甚至无法正常工作。

因此，现有的LED交通信号灯的驱动电路存在启动和关断严重滞后且开机延时时间长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED交通信号灯驱动电路，旨在解决现有的LED交通信号灯的驱动电路存在启动和关断严重滞后且开机延时时间长的问题。

本发明是这样实现的，一种LED交通信号灯驱动电路，与交流电源、LED负载及基准电源相连接，包括EMI滤波电路、输入整流滤波电路、PWM控制电路、DC-DC变压电路、输出整流滤波电路、采样反馈电路以及启动电路，所述启动电路包括：

启动电压生成单元，输入端接所述输入整流滤波电路的输出端，启动电压输出端同时与所述PWM控制电路的电压输入端及所述DC-DC变压电路的隔离端连接，用于为所述PWM控制电路提供启动电压；

开关单元，第一输入端接所述输出整流滤波电路的输出端，第二输入端和输出端分别与所述启动电压生成单元的电能释放端和控制端相连接，用于根据所述输出整流滤波电路的输出电压对所述启动电压生成单元进行工作状态控制；

电压比较单元，驱动电压端接所述输出整流滤波电路的输出端，输出端接所述开关单元的控制端，基准电压端接所述基准电源的输出端，用于根据所述LED负载输出端电流的变化情况控制所述开关单元的工作状态；

高频滤波单元，输入端接所述LED负载的输出端，输出端接所述电压比较单元的输入端，用于对所述LED负载的工作回路中夹杂的高频干扰信号进行滤除。

本发明的另一目的还在于提供一种包括所述LED交通信号灯驱动电路的LED交通信号灯。

在本发明中，通过在所述LED交通信号灯驱动电路中采用包括所述启动电压生成单元、所述开关单元、所述电压比较单元以及所述高频滤波单元的所述启动电路，实现了为所述LED负载快速提供工作电压，并在工作电压建立后迅速关断启动电压生成单元，有效地减少了启动与关断的滞后现象，解决现有的LED交通信号灯的驱动电路存在启动和关断严重滞后且开机延时时间长的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LED交通信号灯驱动电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的LED交通信号灯驱动电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的LED交通信号灯驱动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

LED交通信号灯驱动电路与交流电源200、LED负载900及基准电源1000相连接，包括EMI滤波电路300、输入整流滤波电路400、PWM控制电路500、DC-DC变压电路600、输出整流滤波电路700、采样反馈电路800以及启动电路100，启动电路100包括：

启动电压生成单元101，输入端接输入整流滤波电路400的输出端，启动电压输出端同时与PWM控制电路500的电压输入端及DC-DC变压电路600的隔离端连接，用于为PWM控制电路500提供启动电压；

开关单元102，第一输入端接输出整流滤波电路700的输出端，第二输入端和输出端分别与启动电压生成单元101的电能释放端和控制端相连接，用于根据输出整流滤波电路700的输出电压对启动电压生成单元101进行工作状态控制；

电压比较单元103，驱动电压端接输出整流滤波电路700的输出端，输出端接开关单元102的控制端，基准电压端接基准电源1000的输出端，用于根据LED负载900输出端电流的变化情况控制开关单元102的工作状态；

高频滤波单元104，输入端接LED负载900的输出端，输出端接电压比较单元103的输入端，用于对LED负载900的工作回路中夹杂的高频干扰信号进行滤除；

启动电路100还包括一采样电阻R6，采样电阻R6连接于LED负载900的输出端和DC-DC变压电路600的回路端之间，用于根据LED负载900输出端电流的变化情况生成相应的采样电压。

在本发明实施例中，EMI滤波电路300的输入端接交流电源200的输出端，输入整流滤波电路400的输入端接EMI滤波电路300的输出端，DC-DC变压电路600的输入端接输入整流滤波电路400的输出端，输出整流滤波电路700的输入端接DC-DC变压电路600的输出端，LED负载900的输入端和输出端分别与输出整流滤波电路700的输出端和采样电阻R6的第一端，采样电阻R6的第二端接DC-DC变压电路600的回路端。

图2示出了本发明实施例提供的LED交通信号灯驱动电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，启动电压生成单元101包括：

电阻R1、电阻R2、N型MOS管Q1、电阻R3、储能电容C1、稳压二极管ZD1、二极管D1及稳压二极管ZD2；

电阻R1的第一端为启动电压生成单元101的输入端，电阻R2的第一端接电阻R1的第一端，N型MOS管Q1的漏极接电阻R1的第二端，N型MOS管Q1的栅极为启动电压生成单元101的控制端，电阻R3的第一端同时与N型MOS管Q1的栅极、电阻R2的第二端及二极管D1的阳极相连接，电阻R3的第二端同时与N型MOS管Q1的源极、稳压二极管ZD1的阴极和稳压二极管ZD2的阳极相连接，稳压二极管ZD1的阳极接等电势地，稳压二极管ZD2的阴极接二极管D1的阴极，稳压二极管ZD2的阳极为启动电压生成单元101的启动电压输出端，储能电容C1的正极为启动电压生成单元101的电能释放端，储能电容C1的正极接等电势地。

作为本发明一实施例，开关单元102包括：

NPN型三极管Q2、光电耦合器U1、电阻R4、电阻R5、电阻R7、NPN型三级管Q3、电阻R8及电阻R9；

NPN型三极管Q2的集电极为开关单元102的输出端，NPN型三极管Q2的发射极接等电势地，电阻R4连接于NPN型三极管Q2的栅极和光电耦合器U1中光敏三极管的发射极之间，电阻R5连接于NPN型三极管Q2的栅极和等电势地之间，光电耦合器U1中光敏三极管的集电极为开关单元102的第二输入端，电阻R7的第一端为开关单元102的第一输入端，电阻R7的第二端接光电耦合器U1中发光二极管的阳极，NPN型三极管Q3的集电极接光电耦合器U1中发光二极管的阴极，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN型三极管Q3的基极同时与电阻R8的第一端及电阻R9的第一端连接，电阻R8的第二端为开关单元102的控制端，电阻R9的第二端接地。

作为本发明一实施例，电压比较单元103包括：

二极管D4、电阻R10及比较器U2；

比较器U2的正电源端、同相输入端、反相输入端及输出端分别为电压比较单元103的驱动电压端、输入端、基准电压端及输出端，比较器U2的负电源端接地，二极管D4的阳极和阴极分别与比较器U2的输出端和电阻R10的第一端连接，电阻R10的第二端接比较器U2的同相输入端。

作为本发明一实施例，高频滤波单元104包括电阻R11和电容C2，电阻R11的第一端和第二端分别为高频滤波单元104的输入端和输出端，电容C2连接于电阻R11的第二端和地之间。

LED交通信号灯驱动电路的工作原理为：

在交流电源向EMI滤波电路输出交流电后，由EMI滤波电路对交流电进行静电噪声和浪涌电压滤除后输出至输入整流滤波电路，交流电由输入整流滤波电路进行整流滤波后变为直流电，该直流电分两路进入后续电路，一路由电阻R1的第一端和电阻R2的第一端进入启动电压生成单元，另一路进入DC-DC变压单元。

直流电进入启动电压生成单元后，N型MOS管Q1的栅极为高电平，于是，N型MOS管Q1导通，直流电通过N型MOS管Q1的源极为储能电容C1充电，PWM控制单元在储能电容C1的电压达到其启动电压时开始工作，控制DC-DC变压单元对直流电的变压处理，变压后的直流电由输出整流滤波单元进行整流滤波后输出至LED负载900，从而驱动发光二极管LED1、发光二极管LED2及发光二极管LED3进入工作状态。在启动电压生成单元中，稳压二极管ZD1对储能电容C1的电压进行钳位，保证PWM控制单元的输入电压不超过其额定工作电压，稳压二极管ZD2对N型MOS管Q1的栅极-源极电压进行钳位，保证N型MOS管Q1不会因栅极-源极电压过大而被击穿。

在输出整流滤波电路输出的直流电电压达到LED负载900的启动电压后，LED负载900的输出端开始有电流输出，于是，R6电阻两端形成电压差，电阻R11从采样电阻R6的第一端获取LED负载900输出端的电压，并由电容C2对其进行滤波后输出至比较器U2的同相输入端，如果LED负载900输出端的电压高于比较器U2的反相输入端的基准电压，则比较器U2的输出端为高电平输出，该高电平经过电阻R8和电阻R9进行分压后为NPN型三极管Q3提供偏置电压，NPN型三极管Q3导通，其集电极电压下降，又因为电阻R7从输出整流滤波电路的输出端获取直流电电压，于是，光电耦合器U1中发光二极管导通，光电耦合器U1中光敏三极管在获得光照后导通，并从储能电容C1的正极拉电流，电阻R4和电阻R5对光电耦合器U1中光敏三极管的发射极输出的电压进行分压后，为NPN型三极管Q2提供偏置电压，NPN型三极管Q2导通，并通过其集电极将N型MOS管Q1的栅极电压拉低，N型MOS管Q1截止，从而达到在LED负载900的工作电压建立后，迅速关断启动电压生成单元的目的，为后续LED负载900的闪烁和交替工作提供条件；此外，N型MOS管Q1在导通后迅速截止能够节省能耗，提高工作效率，并避免在LED负载900获得工作电压后持续导通所引起的器件发热甚至损坏的现象发生。

如果LED负载900的输出端的电压小于基准电压，证明整个LED交通信号灯驱动电路尚未完成对LED负载900工作电压的建立，于是，比较器U2输出低电平，NPN型三极管Q3截止，光电耦合器U1无电流通过，则NPN型三极管Q2也截止，N型MOS管Q1依然导通，并继续对储能电容C1进行充电。

本发明实施例还提供了一种包括上述LED交通信号灯驱动电路的LED交通信号灯。

在本发明实施例中，通过在LED交通信号灯驱动电路中采用包括启动电压生成单元101、开关单元102、电压比较单元103以及高频滤波单元104的启动电路100，实现了为LED负载900快速提供工作电压，并在工作电压建立后迅速关断启动电压生成单元101，有效地减少了启动与关断的滞后现象，解决现有的LED交通信号灯的驱动电路存在启动和关断严重滞后且开机延时时间长的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED交通信号灯驱动电路，与交流电源、LED负载及基准电源相连接，包括EMI滤波电路、输入整流滤波电路、PWM控制电路、DC-DC变压电路、输出整流滤波电路、采样反馈电路以及启动电路，其特征在于，所述启动电路包括：

启动电压生成单元，其输入端接所述输入整流滤波电路的输出端，其启动电压输出端同时与所述PWM控制电路的电压输入端及所述DC-DC变压电路的隔离端连接，用于为所述PWM控制电路提供启动电压；

开关单元，其第一输入端接所述输出整流滤波电路的输出端，其第二输入端和输出端分别与所述启动电压生成单元的电能释放端和控制端相连接，用于根据所述输出整流滤波电路的输出电压对所述启动电压生成单元进行工作状态控制；

电压比较单元，其驱动电压端接所述输出整流滤波电路的输出端，其输出端接所述开关单元的控制端，其基准电压端接所述基准电源的输出端，用于根据所述LED负载输出端电流的变化情况控制所述开关单元的工作状态；

高频滤波单元，其输入端接所述LED负载的输出端，其输出端接所述电压比较单元的输入端，用于对所述LED负载的工作回路中夹杂的高频干扰信号进行滤除。

2.如权利要求1所述的LED交通信号灯驱动电路，其特征在于，所述启动电路还包括一采样电阻R6，所述采样电阻R6连接于所述LED负载的输出端和所述DC-DC变压电路的回路端之间，用于根据所述LED负载输出端电流的变化情况生成相应的采样电压。

3.如权利要求1所述的LED交通信号灯驱动电路，其特征在于，所述启动电压生成单元包括：

电阻R1、电阻R2、N型MOS管Q1、电阻R3、储能电容C1、稳压二极管ZD1、二极管D1及稳压二极管ZD2；

所述电阻R1的第一端为所述启动电压生成单元的输入端，所述电阻R2的第一端接所述电阻R1的第一端，所述N型MOS管Q1的漏极接所述电阻R1的第二端，所述N型MOS管Q1的栅极为所述启动电压生成单元101的控制端，所述电阻R3的第一端同时与所述N型MOS管Q1的栅极、所述电阻R2的第二端及所述二极管D1的阳极相连接，所述电阻R3的第二端同时与所述N型MOS管Q1的源极、所述稳压二极管ZD1的阴极和所述稳压二极管ZD2的阳极相连接，所述稳压二极管ZD1的阳极接等电势地，所述稳压二极管ZD2的阴极接所述二极管D1的阴极，所述稳压二极管ZD2的阳极为所述启动电压生成单元的启动电压输出端，所述储能电容C1的正极为所述启动电压生成单元的电能释放端，所述储能电容C1的正极接等电势地。

4.如权利要求1所述的LED交通信号灯驱动电路，其特征在于，所述开关单元包括：

NPN型三极管Q2、光电耦合器U1、电阻R4、电阻R5、电阻R7、NPN型三级管Q3、电阻R8及电阻R9；

所述NPN型三极管Q2的集电极为所述开关单元的输出端，所述NPN型三极管Q2的发射极接等电势地，所述电阻R4连接于所述NPN型三极管Q2的栅极和所述光电耦合器U1中光敏三极管的发射极之间，所述电阻R5连接于所述NPN型三极管Q2的栅极和等电势地之间，所述光电耦合器U1中光敏三极管的集电极为所述开关单元的第二输入端，所述电阻R7的第一端为所述开关单元的第一输入端，所述电阻R7的第二端接所述光电耦合器U1中发光二极管的阳极，所述NPN型三极管Q3的集电极接所述光电耦合器U1中发光二极管的阴极，所述NPN型三极管Q3的发射极接地，所述NPN型三极管Q3的基极同时与所述电阻R8的第一端及所述电阻R9的第一端连接，所述电阻R8的第二端为所述开关单元的控制端，所述电阻R9的第二端接地。

5.如权利要求1所述的LED交通信号灯驱动电路，其特征在于，所述电压比较单元包括：

二极管D4、电阻R10及比较器U2；

所述比较器U2的正电源端、同相输入端、反相输入端及输出端分别为所述电压比较单元的驱动电压端、输入端、基准电压端及输出端，所述比较器U2的负电源端接地，所述二极管D4的阳极和阴极分别与所述比较器U2的输出端和所述电阻R10的第一端连接，所述电阻R10的第二端接所述比较器U2的同相输入端。

6.如权利要求1所述的LED交通信号灯驱动电路，其特征在于，所述高频滤波单元包括电阻R11和电容C2，所述电阻R11的第一端和第二端分别为所述高频滤波单元的输入端和输出端，所述电容C2连接于所述电阻R11的第二端和地之间。

7.一种LED交通信号灯，其特征在于，所述LED交通信号灯包括如权利要求1至6任意一项所述的LED交通信号灯驱动电路。