CN103428949A - 恒流驱动电路及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种恒流驱动电路及灯具，包括变压器、电流取样电路、电压取样电路、光耦合器、开关电路、PWM控制芯片、辅助供电电路和Y电容，所述Y电容跨接在输入侧的电源正极与输出侧的输入连接端之间，所述辅助供电电路包括辅助线圈，所述电流取样电路包括电流取样电阻和电流取样比较器，所述电压取样电路包括电压取样比较器。采用本发明，电路结构简单，高效节能，且成本较低。

Description

恒流驱动电路及灯具

技术领域

本发明涉及LED灯具驱动领域，尤其涉及一种恒流驱动电路及灯具。

背景技术

随着科学技术的不断发展，新产品新技术不断革新，LED作为新兴光源，有着节能、环保、高效的特点，LED技术已经成熟并应用于各个领域，为了延长LED的使用寿命、提高LED的稳定性，在LED灯具中通常使用恒流驱动电路来驱动LED发光。

现有的恒流驱动电路往往存在一些缺陷，例如电路结构较复杂、可靠性和稳定性较低等。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种恒流驱动电路及灯具。可简化电路结构，提高可靠性和稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种恒流驱动电路，包括变压器、电流取样电路、电压取样电路、光耦合器、开关电路、PWM控制芯片、辅助供电电路和Y电容，所述Y电容跨接在输入侧的电源正极与输出侧的输入连接端之间，所述辅助供电电路包括辅助线圈，所述电流取样电路包括电流取样电阻和电流取样比较器，所述电压取样电路包括电压取样比较器；

在输入侧，所述变压器的初级线圈和所述开关电路依次串联在电源正极与地之间，所述辅助线圈与所述初级线圈耦合，所述PWM控制芯片的开关驱动脚与所述开关电路的控制端连通，当所述开关驱动脚输出高电平时，所述开关电路导通，所述辅助线圈连接在所述PWM控制芯片的供电脚与地之间，所述PWM控制芯片的输出反馈控制脚经由所述光耦合器的受光器接地；

在输出侧，所述变压器的次级线圈和所述电流取样电阻依次串联后连接在输出端正极与输出端负极之间，所述次级线圈和所述电流取样电阻的公共节点与所述输入连接端连通，所述电流取样比较器的负输入端与所述输出端负极连通，所述电流取样比较器的正输入端与第一基准电压连通，所述电流取样比较器的输出端经由所述光耦合器的发光器与所述输入连接端连通，所述电压取样比较器的负输入端与所述输出端正极连通，所述电压取样比较器的正输入端与第二基准电压连通，所述电压取样比较器的输出端经由所述发光器与所述输入连接端连通。

其中，所述恒流驱动电路还包括启动供电电路，所述启动供电电路包括启动限流电阻和启动稳压二极管，所述PWM控制芯片的供电端经由所述启动限流电阻与所述电源正极连通，所述供电端还经由反向的启动稳压二极管与地连通。

其中，所述辅助供电电路还包括辅助整流二极管、辅助滤波电容和辅助限流电阻，所述供电端依次经由辅助限流电阻、反向的辅助整流二极管以及辅助线圈与地连通，所述供电端还经由所述辅助滤波电容与地连通。 

其中，所述PWM控制芯片还包括输入反馈控制脚，所述开关电路经由输入取样电阻与地连通，所述输入反馈控制脚经由输入反馈电阻与所述开关电路和所述输入取样电阻的公共节点连通。

其中，所述开关电路是NMOS管，所述开关电路的控制端是所述NMOS管的栅极，所述NMOS管的栅极经由第一栅极放电电阻与所述PWM控制芯片的开关驱动脚连通，所述栅极还经由正向的栅极放电二极管与所述开关驱动脚连通，所述栅极经由第二栅极放电电阻与地连通。

其中，所述恒流驱动电路还包括基准电压源和基准电压限流电阻，所述基准电压限流电阻和基准电压源依次串联后连接在所述输出端正极与所述输入连接端之间，所述基准电压限流电阻和所述基准电压源的公共节点与所述电压取样电路连接，所述基准电压限流电阻和所述基准电压源的公共节点还经由第一电流取样分压电阻与所述电流取样电路连接，经由所述第一电流取样分压电阻、第二电流取样分压电阻与所述输入连接端连通。

其中，所述恒流驱动电路还包括反激输出电路，所述反激输出电路包括反激输出二极管和反激输出电容，反向的反激输出二极管、次级线圈以及电流取样电阻依次串联后连接在所述输出端正极与输出端负极之间，所述反激电容和所述电流取样电阻依次串联后连接在所述输出端正极与所述输出端负极之间。

其中，所述恒流驱动电路还包括连接在所述输出端正极与所述输出端负极之间的输出滤波电路，以及与所述反激输出二极管并联的输出无源吸收电路。

其中，所述恒流驱动电路还包括与所述初级线圈并联的输入无源吸收电路，以及连接在所述电源正极与所述地之间的整流滤波电路。

相应地，本发明实施例还提供了一种灯具，包括以上任一项所述的恒流驱动电路。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：通过电流取样电路采集输出侧电流，再通过光耦合器将取样结果反馈给输入侧的PWM控制芯片，从而保持电流恒定；通过电压取样电路采集输出侧电压，再通过光耦合器将取样结果反馈给输入侧的PWM控制芯片，从而保持电压稳定；通过辅助供电电路在启动后给PWM控制芯片供电，提高了整机效率；而且，电路结构简单，体积较小，成本较低。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的恒流驱动电路的结构示意图；

图2是本发明提供的恒流驱动电路的变压器及其周边电路的电路图；

图3是本发明提供的恒流驱动电路的PWM控制芯片和辅助供电电路的电流图；

图4是本发明提供的恒流驱动电路的输出侧的电路图；

图5是本发明提供的恒流驱动电路输入侧的整流滤波电路的电流图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，是本发明提供的恒流驱动电路的结构示意图。恒流驱动电路包括变压器110、电流取样电路120、电压取样电路130、光耦合器140、开关电路150、PWM控制芯片160、辅助供电电路170和Y电容180，辅助供电电路180包括辅助线圈，电流取样电路120包括电流取样电阻和电流取样比较器，电压取样电路130包括电压取样比较器。

Y电容180跨接在输入侧的电源正极与输出侧的输入连接端之间，在图2-5所示的电路图中，输入连接端用三角形符号表示。Y电容是安规电容的一种，当Y电容失效后，不会导致电击，也不危及人身安全。Y电容180用于抑制共模干扰，降低整个电路的EMC。

在输入侧，变压器110的初级线圈和开关电路150依次串联在电源正极与地之间，辅助线圈与初级线圈耦合，PWM控制芯片160的开关驱动脚6与开关电路150的控制端连通，当开关驱动脚6输出高电平时，开关电路150导通，辅助线圈连接在PWM控制芯片160的供电脚与地之间，PWM控制芯片160的输出反馈控制脚2经由光耦合器140的受光器接地。

在输出侧，变压器110的次级线圈和电流取样电阻依次串联后连接在输出端正极与输出端负极之间，次级线圈和电流取样电阻的公共节点与输入连接端连通，电流取样比较器的负输入端与输出端负极连通，电流取样比较器的正输入端与第一基准电压连通，电流取样比较器的输出端经由光耦合器140的发光器与输入连接端连通，电压取样比较器的负输入端与输出端正极连通，电压取样比较器的正输入端与第二基准电压连通，电压取样比较器的输出端经由发光器与输入连接端连通。

在工作过程中，启动PWM控制芯片160后，开关驱动脚6输出脉冲电压，当开关电路150的控制端接收到开关驱动脚6输出的高电平时，开关电路150导通，从而使变压器110的初级线圈通电，变压器110的次级线圈感应初级线圈的电压，在输出侧输出电压给光源（例如LED）供电。同时，辅助线圈也感应初级线圈的电压，为PWM控制芯片160提供工作电压，使PWM控制芯片160的开关驱动脚6持续输出脉冲电压。另外，输出电流在电流取样电阻上产生一个正比例的电压，输入到电流取样比较器的负输入端，电流取样比较器通过比较正输入端和负输入端的电压，根据比较结果分别输出高电平或低电平给光耦合器140的发光器，控制发光器的导通或关断，光耦合器140的受光器接收到所述导通或关断信号后输入给PWM控制芯片160的输出反馈控制脚2，从而控制开关驱动脚6的输出脉冲的占空比，通过占空比来增大或减小开关电路150的导通时间，达到稳定输出电流的目的。同样地，输出电压输入到电压取样比较器的负输入端，电压取样比较器通过比较正输入端和负输入端的电压，根据比较结果分别输出高电平或低电平给光耦合器140的发光器，控制发光器的导通或关断，光耦合器140的受光器接收到所述导通或关断信号后输入给PWM控制芯片160的输出反馈控制脚2，从而控制开关驱动脚6的输出脉冲的占空比，通过占空比来增大或减小开关电路150的导通时间，达到稳定输出电压的目的。

本发明实施例提供的恒流驱动电路，通过电流取样电路采集输出侧电流，再通过光耦合器将取样结果反馈给输入侧的PWM控制芯片，从而保持电流恒定；通过电压取样电路采集输出侧电压，再通过光耦合器将取样结果反馈给输入侧的PWM控制芯片，从而保持电压稳定；通过辅助供电电路在启动后给PWM控制芯片供电，提高了整机效率；而且，电路结构简单，体积较小，成本较低。

如图2所示，开关电路150是NMOS管Q1，开关电路150的控制端是Q1的栅极。本领域技术人员应当理解，开关电路150还可以其它任意合适的开关器件，例如PMOS管、NPN管、PNP管等。

如图2所示，恒流驱动电路还包括与变压器T1的初级线圈T1-A并联的输入无源吸收电路。输入无源吸收电路包括输入无源吸收二极管D2、输入无源吸收电阻R1和输入无源吸收电容C3，其中R1和C3并联后再与D2串联，D2的正极与T1-A和Q1的公共节点连接。输入无源吸收电路主要用于吸收Q1和T1-A上的电压尖峰，保护Q1不被过高的尖峰电压击穿。

如图2所示，Y电容包括串联连接在电源正极与输入连接端之间的R16和C5。

如图2和3所示，PWM控制芯片U1（例如2263）还包括输入反馈控制脚4，开关电路（图2所示的Q1的源极）经由输入取样电阻R7、R8、R11与地连通，输入反馈控制脚4经由输入反馈电阻R12与开关电路和输入取样电阻的公共节点（即图2中Q1的源极）连通，输入反馈控制脚4还经由C9与地连通。其中，R7、R8、R11相互并联，以获得一个小电阻，采集Q1上的尖峰电流信号。当采集的电流信号大于U1内部设定值时，U1关断PWM输出，从而起过流保护的作用。

如图2和3所示，PWM控制芯片U1的开关驱动脚6经由第一栅极放电电阻R9与Q1的栅极连通，还经由反向的栅极放电二极管D4与Q1的栅极连通，依次经由反向DD4、R10与Q1的源极连通。因为Q1带内置电容，在栅极电压为低电平时，由D4、R9、R10构成的放电回路能迅速将Q1栅极上的电荷泄放掉，使Q1迅速截止，从而降低Q1开关期间器件的损耗。

如图3所示，恒流驱动电路还包括启动供电电路，启动供电电路包括启动限流电阻R17、R18、R19、R20和启动稳压二极管Z1，PWM控制芯片U1的供电端5经由启动限流电阻R17-R20与电源正极连通，供电端5还经由反向的启动稳压二极管Z1与地连通。在启动时，电源正极经由依次串联的R17、R18、R19和R20给U1供电，其中这四个启动限流电阻的阻值都为330千欧，可以为U1提供24V启动电压。本领域技术人员应当理解，还可以使用外部电源或其他电路结构为U1提供启动电压。

如图3所示，辅助供电电路170还包括辅助整流二极管D1、辅助滤波电容C4、C11和辅助限流电阻R14、R15，其中C4和C11并联，R14和R15并联，供电端5依次经由辅助限流电阻（并联连接的R14和R15）、反向的辅助整流二极管D1以及辅助线圈T1-C与地连通，供电端5还经由辅助滤波电容（并联连接的C4和C11）与地连通。开机启动后，辅助线圈T1-C感应初级线圈T1-A上的电压，经过D1、C4、C11整流后为U1提供工作电压，R14和R15可以防止辅助供电电路提供的工作电压过高，烧坏Z1。采用辅助供电电路170给U1供电，可以进一步提高整机效率。

如图3所示，PWM控制芯片U1还包括开关频率设置脚3，开关频率设置脚3经由频率设置电阻R13与地连通，通过选择合适的R13的阻值，可以调节PWM信号的频率。

如图3所示，PWM控制芯片U1的输出反馈控制脚2经由光耦合器OT1的受光器OT1-A与地连通，还经由电容C10与地连通。当输出反馈控制脚2通过光耦合器OT1检测到输出电流或输出电压较大时，U1控制开关驱动脚6输出占空比较小的脉冲；当输出反馈控制脚2通过光耦合器OT1检测到输出电流或输出电压较小时，U1控制开关驱动脚6输出占空比较大的脉冲，从而达到稳定输出电流和输出电压的效果。

如图3所示，PWM控制芯片U1还包括接地脚1，接地脚1直接接地。

如图4所示，恒流驱动电路还包括基准电压源U2和基准电压限流电阻R26，基准电压限流电阻R26、基准电压源U2依次串联在输出端正极与输入连接端之间。其中，基准电压源U2是德州仪器公司生产的TL431芯片，TL431是一个拥有良好热稳定性的三端可调分流基准源，其输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从基准电压（2.5V）到36V范围内的任何值。如图4所示，U2的1脚和3脚均连接R26，U2的3脚连接输入连接端。输出端正极的高电压经过R26后，给TL431提供一个10mA左右的小电流，这样TL431上会产生稳定的2.5V基准电压（恒定值），TL431可以通过其他外接电路向电流取样比较器U3-A和电压取样比较器U3-B提供基准电压。

如图4所示，在电压取样电路中，电压取样比较器U3-B的正输入端与U2的1脚和3脚连通；U3-B的负输入端分别经由第一电压取样分压电阻R30、第二电压取样分压电阻R32与输入连接端连通，经由第三电压取样分压电阻R31与输出端正极连通，还依次经由R29、C16、D6连接至发光器OT1-B的负极。U3-B的第二基准电压由R30、R31、R32的值共同决定。

如图4所示，在电流取样电路中，电流取样比较器U3-A的正输入端经由第一电流取样分压电阻R25与U2的1脚和3脚连接，经由第二电流取样分压电阻R22与输入连接端连通；U3-A的负输入端经由C13与输入连接端连通，经由R24与U2的1脚和3脚连通，经由R33与输出端负极连通，依次经由C17、D5与OT1-B的负极连通，还依次经由R28、C14和D5与OT1-B的负极连通；U3-A的两个连接端分别与输出端正极、输入连接端连通。U3-A的第一基准电压由R25、R22以及电流取样电阻R2的阻值共同决定。

如图4所示，光耦合器的发光器OT1-B的正极依次经由R21、C15与输入连接端连通，还经由R21与输出端正极连通。

如图4所示，恒流驱动电路还包括反激输出电路，反激输出电路包括反激输出二极管D3和反激输出电容C8，反向的反激输出二极管D3、次级线圈T1-B以及电流取样电阻R2依次串联后连接在输出端正极OUT+与输出端负极OUT-之间，反激电容C8和电流取样电阻R2依次串联后连接在输出端正极OUT+与输出端负极OUT-之间。另外，反激输出电路还可以包括与C8并联的反激输出电阻R34。反激输出电路主要用于对输出电流进行整流。

如图4所示，恒流驱动电路还包括连接在输出端正极OUT+与输出端负极OUT-之间的输出滤波电路。输出滤波电路包括输出滤波电感L2和输出滤波电容C7，C7连接在OUT+与OUT-之间，L2连接在D3与OUT+之间。输出滤波电路能够有效地改善输出电压的纹波。

如图4所示，恒流驱动电路还包括与反激输出二极管D3并联的输出无源吸收电路。输出无源吸收电路包括输出无源吸收电容C6和输出无源吸收电阻R23、R27，其中R23和R27并联后与C6串联。输出无源吸收电路可以吸收变压器的尖峰电压，保护D3不会被尖峰电压击穿。

如图5所示，当恒流驱动电路由市电供电时，其电源正极与地之间还需要连接整流滤波电路，整流滤波电路包括输入整流电路和输入滤波电路。输入整流电路包括桥式整流器BRG1和C1，C1连接在BRG1的两个输出端之间，且BRG1的两个输出端分别连接电源正极和地，BRG1的两个输入端之间连接有MOV1，输入整流电路可以将输入交流电压整流滤波为直流电压。输入滤波电路包括C2、L1-A、L1-B，C2并联在两个市电输入端之间，L1-A和L1-B分别连接在一市电输入端与一BRG1输入端之间，另外还可以将4个依次串联的电阻R3、R4、R5、R6与C2并联，输入滤波电路可以改善电路的EMC。

如图5所示，恒流驱动电路还可以包括热敏电阻RT1，RT1与L1-B串联，用于吸收浪涌电压。

如图5所示，市电的一个输入端上还可以设置保险丝F1，在电路异常导致电流过大时，F1烧断，以保护电路器件不被烧坏。

本发明实施例还提供了一种灯具，包括以上任一项所述的恒流驱动电路。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种恒流驱动电路，其特征在于，包括变压器、电流取样电路、电压取样电路、光耦合器、开关电路、PWM控制芯片、辅助供电电路和Y电容，所述Y电容跨接在输入侧的电源正极与输出侧的输入连接端之间，所述辅助供电电路包括辅助线圈，所述电流取样电路包括电流取样电阻和电流取样比较器，所述电压取样电路包括电压取样比较器；

在输入侧，所述变压器的初级线圈和所述开关电路依次串联在电源正极与地之间，所述辅助线圈与所述初级线圈耦合，所述PWM控制芯片的开关驱动脚与所述开关电路的控制端连通，当所述开关驱动脚输出高电平时，所述开关电路导通，所述辅助线圈连接在所述PWM控制芯片的供电脚与地之间，所述PWM控制芯片的输出反馈控制脚经由所述光耦合器的受光器接地；

在输出侧，所述变压器的次级线圈和所述电流取样电阻依次串联后连接在输出端正极与输出端负极之间，所述次级线圈和所述电流取样电阻的公共节点与所述输入连接端连通，所述电流取样比较器的负输入端与所述输出端负极连通，所述电流取样比较器的正输入端与第一基准电压连通，所述电流取样比较器的输出端经由所述光耦合器的发光器与所述输入连接端连通，所述电压取样比较器的负输入端与所述输出端正极连通，所述电压取样比较器的正输入端与第二基准电压连通，所述电压取样比较器的输出端经由所述发光器与所述输入连接端连通。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括启动供电电路，所述启动供电电路包括启动限流电阻和启动稳压二极管，所述PWM控制芯片的供电端经由所述启动限流电阻与所述电源正极连通，所述供电端还经由反向的启动稳压二极管与地连通。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述辅助供电电路还包括辅助整流二极管、辅助滤波电容和辅助限流电阻，所述供电端依次经由辅助限流电阻、反向的辅助整流二极管以及辅助线圈与地连通，所述供电端还经由所述辅助滤波电容与地连通。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述PWM控制芯片还包括输入反馈控制脚，所述开关电路经由输入取样电阻与地连通，所述输入反馈控制脚经由输入反馈电阻与所述开关电路和所述输入取样电阻的公共节点连通。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电路是NMOS管，所述开关电路的控制端是所述NMOS管的栅极，所述NMOS管的栅极经由第一栅极放电电阻与所述PWM控制芯片的开关驱动脚连通，所述栅极还经由正向的栅极放电二极管与所述开关驱动脚连通，所述栅极经由第二栅极放电电阻与地连通。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括基准电压源和基准电压限流电阻，所述基准电压限流电阻和基准电压源依次串联后连接在所述输出端正极与所述输入连接端之间，所述基准电压限流电阻和所述基准电压源的公共节点与所述电压取样电路连接，所述基准电压限流电阻和所述基准电压源的公共节点还经由第一电流取样分压电阻与所述电流取样电路连接，经由所述第一电流取样分压电阻、第二电流取样分压电阻与所述输入连接端连通。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括反激输出电路，所述反激输出电路包括反激输出二极管和反激输出电容，反向的反激输出二极管、次级线圈以及电流取样电阻依次串联后连接在所述输出端正极与输出端负极之间，所述反激电容和所述电流取样电阻依次串联后连接在所述输出端正极与所述输出端负极之间。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括连接在所述输出端正极与所述输出端负极之间的输出滤波电路，以及与所述反激输出二极管并联的输出无源吸收电路。

9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括与所述初级线圈并联的输入无源吸收电路，以及连接在所述电源正极与所述地之间的整流滤波电路。

10.一种灯具，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的恒流驱动电路。

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