CN103889111A - 一种双电压运行的线性恒流驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电压运行的线性恒流驱动电路及其驱动方法，包括第一LED、第二LED、二极管、电流源和串并联切换电路；所述第一LED的阳极与供电电源的正极相连，第一LED的阴极与所述二极管的阳极相连，所述二极管的阴极连接到第二LED的阳极，第二LED的阴极与电流源的一端相连，电流源的另一端连接到供电电源的负极；所述串并联切换电路具有四个端子，分别用于连接供电电源和二极管的两端。当供电电压较高时，串并联切换电路控制第一LED和第二LED的电气连接关系为串联，当供电电压较低时，串并联切换电路控制第一LED和第二LED的电气连接关系为并联。

Description

一种双电压运行的线性恒流驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及供电电路领域，具体地说，特别涉及到一种双电压运行的线性恒流驱动电路及其驱动方法。

背景技术

目前，LED发光以其节能,环保和长寿命以及利于控制的优点正在快速迅猛的发展，LED装饰，LED照明已经广泛的进入到各个领域。LED发光装置的供电主要以交流市电和直流蓄电池为主，LED驱动电路的设计有两种模式：一种是设计出高频开关模式的恒流输出电源，在设计合理的情况下，高频开关模式的恒流驱动可以兼顾全球110/220Vac两类电网供电电压，或者兼顾不同数量蓄电池串联后的供电电压，缺点是电路复杂，成本高；另一种是将LED的串联电压配置成与市电整流后的直流电压或者蓄电池串联后的电压相近，利用线性恒流源对LED限流来实现线性恒流驱动，线性恒流驱动具有非常简单的电路结构，在成本和体积方面都非常具有竞争力，缺点是输入电压范围较窄，只能使用在单一的220Vac或者110Vac的电网电压条件，或者必须使用固定的蓄电池电压，比如12V或者24V。

在照明行业内，有很多的LED照明装置在制造过程中，并不能确定该装置最终使用在全球的哪个国家或则地区，不能确定供电电网是110Vac还是220Vac，因而能够同时满足110vac和220vac两种电网供电的线性恒流驱动方案就显得很有必要。

另一方面，太阳能发电领域，众多场合使用的是12V蓄电池电压或者24V蓄电池电压，传统的线性恒流驱动也无法满足不确定的蓄电池电压供电，能够同时满足12V或者24V两种供电电压的线性恒流驱动方案显得很有必要。

图1中，蓄电池101、LED发光管102和电流源103在一个闭合的电流回路中，蓄电池101的电压大于LED发光管102的压降，电流源103限制了流过LED发光管102的电流。该电路的缺点是：如果LED的电压是按照12V蓄电池设计的，比如10V，那么就不适合应用在24V蓄电池供电的场合，因为效率将非常低。反之，如果LED的电压时按照24V蓄电池供电设计，比如20V，那么就不能用12V的蓄电池供电，因为LED发光管的亮度得不到保证。

图2中，交流电201经由整流器202在正弦波的正负半周峰值给储能电容203充电，储能电容203两端保持一直流电压，该直流电压始终大于LED发光管205两端的电压，电流源204承担储能电容203上超出LED发光管205的电压以维持LED发光管205的电流恒定。该驱动电路的缺点是：如果LED的电压是按照110vac电网设计的，比如130V，那么就不适合应用在220vac电网供电的场合，因为效率将非常低。反之，如果LED的电压时按照220vac电网供电设计，比如260V，那么就不能用110vac的电网电压供电，因为LED发光管的亮度得不到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双电压运行的线性恒流驱动电路及其驱动方法，通过对现有的供电电路进行改进，以实现本发明的目的。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种双电压运行的线性恒流驱动电路，包括第一LED、第二LED、二极管、电流源和串并联切换电路；所述第一LED的阳极与供电电源的正极相连，第一LED的阴极与所述二极管的阳极相连，所述二极管的阴极连接到第二LED的阳极，第二LED的阴极与电流源的一端相连，电流源的另一端连接到供电电源的负极；所述串并联切换电路具有第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，第一端子与供电电源的正极连接，第二端子与供电电源的负极连接，第三端子与二极管的阳极连接，第四端子与二极管的阴极连接。

在本发明的一个实施例中，所述串并联切换电路包括控制电路、可控开关和开关电流源；所述可控开关和开关电流源均包括两个功率端和一控制端，可控开关的两个功率端分别连接到第一端子和第四端子，开关电流源的两个功率端分别连接到第三端子和第二端子，可控开关和开关电流源的控制端均连接到控制电路的输出。

该实施例所述电路的驱动方法如下：

当供电电源的电压小于设定电压时，控制电路控制可控开关和开关电流源同时导通，第一LED和第二LED处于并联状态，主电路的电流分为两个通道，一部分为：供电电源正极→第一LED→开关电流源→供电电源负极；另一部分为：供电电源正极→可控开关→第二LED→电流源→供电电源负极；

当供电电源的电压大于设定电压时，控制电路控制可控开关和开关电流源同时关断，第一LED或第二LED处于串联状态，主电路的电流通道为：供电电源正极→第一LED→二极管→第二LED→电流源→供电电源负极。

在本发明的另一个实施例中，所述串并联切换电路包括控制电路、PNP三极管、开关电流源、子二极管和电阻；所述PNP三极管的发射极连接到第一端子，集电极连接到第四端子，开关电流源的负极连接到第二端子，正极与子二极管的阴极相连，子二极管的阳极连接到第三端子，PNP三极管的基极经由电阻连接到子二极管的阴极。

该实施例所述电路的驱动方法如下：

当供电电源的电压小于设定电压时，控制电路控制PNP三极管和开关电流源同时导通，第一LED和第二LED处于并联状态，主电路的电流分为两个通道，一部分为：供电电源正极→第一LED→子二极管→开关电流源→供电电源负极；另一部分为：供电电源正极→PNP三极管→第二LED→电流源→供电电源负极；

当供电电源的电压大于设定电压时，控制电路控制PNP三极管和开关电流源同时关断，第一LED和第二LED处于串联状态，主电路的电流通道为：供电电源正极→第一LED→二极管→第二LED→电流源→供电电源负极。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

实现了能够适应两种不同供电电压的线性恒流驱动电路，，电路简单，成本低，易于广泛应用。

附图说明

图1是现有技术的蓄电池供电的线性恒流驱动电路。

图2是现有技术的交流电供电的线性恒流驱动电路。

图3是本发明的一种双电压运行的线性恒流驱动电路框图。

图4是本发明的串并联切换电路一种原理图。

图5是本发明的串并联切换电路又一种原理图。

图6是本发明的一种双电压运行的线性恒流驱动电路一种优选实施例。

图7是本发明的一种双电压运行的线性恒流驱动电路又一种优选实施例。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

图3是本发明电路框图，图3中包括第一LED302、第二LED303、二极管304、电流源305和串并联切换电路301；第一LED302的阳极与供电电源Vin正极相连，阴极与二极管304的阳极相连，二极管304的阴极连接到第二LED303的阳极，第二LED303的阴极与电流源305的一端相连，电流源305的另一端连接到供电电源Vin的负极，串并联切换电路301有四个端子，其中第一端子和第二端子与供电电源Vin的两端相连，第三端子和第四端子与二极管304的两端相连。

图4是本发明的串并联切换电路的原理图，图中包括控制电路403、可控开关401和开关电流源402。其中可控开关401的两个功率端分别连接到第一端子和第四端子，开关电流源402的两个功率端分别连接到第三端子和第二端子，可控开关401和开关电流源402各自的控制端均连接到控制电路403的输出。根据输入电压的不同，控制电路403控制可控开关401和开关电流源402同时导通或同时关闭，从而配置LED302和LED303的电气连接关系为串联或者并联，以分别适应两种不同的供电电压。下面结合图3和图4，来简述电路原理：

当供电电压Vin小于设定电压时，控制电路403控制可控开关401和开关电流源402同时导通，LED302和LED303处于并联的关系，主电路的电流分为两个通道，一部分为：Vin正极→LED302→开关电流源402→Vin负极；另一部分为：Vin正极→可控开关401→LED303→电流源305→Vin负极。

当供电电压Vin大于设定电压时，控制电路403控制可控开关401和开关电流源402同时关断，LED302和LED303处于串联的关系，主电路的电流通道为：Vin正极→LED302→二极管304→LED303→电流源305→Vin负极。

图5是本发明的串并联切换电路的又一原理图，图中包括控制电路501、PNP三极管502、开关电流源503、二极管504和电阻505。其中PNP三极管502的发射极连接到第一端子，集电极连接到第四端子，开关电流源503的负极连接到第二端子，正极与二极管504的阴极相连，二极管504的阳极连接到第三端子，PNP三极管502的基极经由电阻505连接到二极管504的阴极。根据输入电压的不同，控制电路501控制开关电流源503导通或关闭，当开关管503导通时，其正极经由电阻505控制PNP三极管502导通，当开关管503关闭时，其正极经由电阻505控制PNP三极管502关闭。PNP三极管502和开关电流源503同时导通或同时关断，配置了LED302和LED303的电气连接关系为串联或者并联，以分别适应两种不同的供电电压。下面结合图3和图5，来简述电路原理：

当供电电压Vin小于设定电压时，控制电路501控制PNP三极管502和开关电流源503同时导通，LED302和LED303处于并联的关系，主电路的电流分为两个通道，一部分为：Vin正极→LED302→二极管504→开关电流源503→Vin负极；另一部分为：Vin正极→PNP三极管502→LED303→电流源305→Vin负极。

当供电电压Vin大于设定电压时，控制电路501控制PNP三极管502和开关电流源503同时关断，LED302和LED303处于串联的关系，主电路的电流通道为：Vin正极→LED302→二极管304→LED303→电流源305→Vin负极。

图6是本发明的一个优选实施例，图中包括蓄电池601、LED602和603、二极管604、电流源605和串并联切换电路600。其中，蓄电池601的正极与LED602的阳极相连，LED602的阴极与二极管604的阳极相连，二极管604的阴极与LED603的阳极相连，LED603的阴极与电流源605的正极相连，电流源605的负极与蓄电池601的负极相连；串并联切换电路600有四个端子，其第一端子与蓄电池601的正极相连，第二端子与蓄电池601的负极相连，第三端子与二极管604的阳极相连，第四端子与二极管604的阴极相连；串并联切换电路600包含控制电路613、P型场效应管606、开关电流源607。

其中，P型场效应管606的源极与串并联切换电路600的第一端子相连，漏极与串并联切换电路600的第四端子相连；开关电流源607的正功率端连接到串并联切换电路600的第三端子，负功率端连接到串并联切换电路600的第二端子；控制电路613包含场N型效应管608、比较器609、电压基准610。其中，比较器609的反相输入端与串并联切换电路600的第一端子相连，同相输入端与电压基准610相连，输出端控制开关电流源607；电压基准610的负极和N型场效应管608的源极与串并联切换电路600的第二端子相连。N型场效应管608的漏极与P型场效应管606的源极相连，门极连接到比较器609的输出。

其工作原理简述如下：

当蓄电池601的电压小于电压基准610时，比较器609输出为高，开关电流源607导通，N型场效应管608和P型场效应管606也导通；反之，当蓄电池601的电压大于电压基准610时，比较器609输出为低，开关电流源607关断，N型场效应管608和P型场效应管606也关断；

当P型场效应管606和开关电流源607均导通的时候，蓄电池601、LED602和开关电流源607组成了第一电流回路，蓄电池601、P型场效应管606、LED603和电流源605构成了第二电流回路，LED602和LED603的关系为并联，二极管604反向截止。

当P型场效应管606和开关电流源607均截止的时候，蓄电池601、LED602、二极管604、LED603和电流源605组成了电流回路，LED602和LED603的关系为串联。

本实施例在供电电压大于设定值时，将两组LED串联，在供电电压小于设定值时，将两组LED并联，实现了一种LED和驱动电路参数可以在两种不同的供电电压下的运行。

图7是本发明的一个优选实施例，图中包括交流电713、整流桥712、储能电容701、LED702和703、二极管704、电流源705和串并联切换电路700。其中，交流电713与整流桥712的输入端相连，整流桥712的输出端和储能电容701的两端相连，整流桥712和储能电容701构成了交流转直流的整流滤波电路。

储能电容701的正极与LED702的阳极相连，LED702的阴极与二极管704的阳极相连，二极管704的阴极与LED703的阳极相连，LED703的阴极与电流源705的正极相连，电流源705的负极与储能电容701的负极相连；串并联切换电路700有四个端子，其第一端子与储能电容701的正极相连，第二端子与储能电容701的负极相连，第三端子与二极管704的阳极相连，第四端子与二极管704的阴极相连；串并联切换电路700包含控制电路713、PNP三级管706、开关电流源707、二极管711和电阻708。其中，PNP三级管706发射极与串并联切换电路700的第一端子相连，集电极与串并联切换电路700的第四端子相连，基极经由电阻708与二极管711的阴极相连；开关电流源707的正功率端连接到二极管711的阴极，二极管711的阳极连接到串并联切换电路700的第三端子，开关电流源707的负功率端连接到串并联切换电路700的第二端子；控制电路713包含比较器709、电压基准710。

其中，比较器709的反相输入端与串并联切换电路700的第一端子相连，同相输入端与电压基准710相连，输出端控制开关电流源707；电压基准710的负极与串并联切换电路600的第二端子相连。

其工作原理简述如下：

当交流电713施加在储能电容701两端的电压小于电压基准710时，比较器709输出为高，开关电流源707导通，PNP三极管706也导通；反之，当交流电713施加在储能电容701两端的电压大于电压基准710时，比较器709输出为低，开关电流源707关断，PNP三极管706也关断；

当PNP三极管706和开关电流源707均导通的时候，储能电容701、LED702、二极管711和开关电流源707组成了第一电流回路，储能电容701、PNP三极管706、LED703和电流源705构成了第二电流回路，LED702和LED703的关系为并联，二极管704反向截止。

当PNP三极管706和开关电流源707均截止的时候，储能电容701、LED702、二极管704、LED703和电流源705组成了电流回路，LED702和LED703的关系为串联。

本实施例在交流电压大于设定值时，将两组LED串联连接，在供电电压小于设定值时，将两组LED并联连接，实现了一种LED和驱动电路参数可以在两种不同的交流供电电压下的运行。

所述开关包括各种等效开关电子器件，不限于二极管或者三极管。

词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。

所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种双电压运行的线性恒流驱动电路，其特征在于：包括第一LED、第二LED、二极管、电流源和串并联切换电路；所述第一LED的阳极与供电电源的正极相连，第一LED的阴极与所述二极管的阳极相连，所述二极管的阴极连接到第二LED的阳极，第二LED的阴极与电流源的一端相连，电流源的另一端连接到供电电源的负极；所述串并联切换电路具有第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，第一端子与供电电源的正极连接，第二端子与供电电源的负极连接，第三端子与二极管的阳极连接，第四端子与二极管的阴极连接。

2.根据权利要求1所述的一种双电压运行的线性恒流驱动电路，其特征在于：所述串并联切换电路包括控制电路、可控开关和开关电流源；所述可控开关和开关电流源均包括两个功率端和一控制端，可控开关的两个功率端分别连接到第一端子和第四端子，开关电流源的两个功率端分别连接到第三端子和第二端子，可控开关和开关电流源的控制端均连接到控制电路的输出。

3.一种如权利要求2所述的双电压运行的线性恒流驱动电路的驱动方法，其特征在于：

当供电电源的电压小于设定电压时，控制电路控制可控开关和开关电流源同时导通，第一LED和第二LED处于并联状态，主电路的电流分为两个通道，一部分为：供电电源正极→第一LED→开关电流源→供电电源负极；另一部分为：供电电源正极→可控开关→第二LED→电流源→供电电源负极；

当供电电源的电压大于设定电压时，控制电路控制可控开关和开关电流源同时关断，第一LED和第二LED处于串联状态，主电路的电流通道为：供电电源正极→第一LED→二极管→第二LED→电流源→供电电源负极。

4.根据权利要求1所述的一种双电压运行的线性恒流驱动电路，其特征在于：所述串并联切换电路包括控制电路、PNP三极管、开关电流源、子二极管和电阻；所述PNP三极管的发射极连接到第一端子，集电极连接到第四端子，开关电流源的负极连接到第二端子，正极与子二极管的阴极相连，子二极管的阳极连接到第三端子，PNP三极管的基极经由电阻连接到子二极管的阴极。

5.一种如权利要求4所述的双电压运行的线性恒流驱动电路的驱动方法，其特征在于：

当供电电源的电压小于设定电压时，控制电路控制PNP三极管和开关电流源同时导通，第一LED和第二LED处于并联状态，主电路的电流分为两个通道，一部分为：供电电源正极→第一LED→子二极管→开关电流源→供电电源负极；另一部分为：供电电源正极→PNP三极管→第二LED→电流源→供电电源负极；当供电电源的电压大于设定电压时，控制电路控制PNP三极管和开关电流源同时关断，第一LED和第二LED处于串联状态，主电路的电流通道为：供电电源正极→第一LED→二极管→第二LED→电流源→供电电源负极。

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