CN201682667U

CN201682667U - 一种自动跟踪led驱动电压的控制电路

Info

Publication number: CN201682667U
Application number: CN2010201724718U
Authority: CN
Inventors: 罗晓琴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路，包括串联稳流单元，设在所述串联稳流单元前级的开关稳压电源，以及电连接在所述开关稳压电源与串联稳流单元之间的控制单元。本实用新型所述自动跟踪LED驱动电压的控制电路，可以克服现有技术中结构复杂、成本高、损耗大与可靠性低等缺陷，以实现电路简洁、成本低、损耗小与可靠性高的优点。

Description

一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动及控制技术，具体地，涉及一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路。

背景技术

目前，LED发光二极管，由于具有节能及环保特性，在灯具上的应用越来越多。由于LED发光二极管的单管功率小，一般需要多只LED发光二极管进行串并联(串联后再并联)使用，才能满足灯具的照度要求。由于LED发光二极管发光时，80％以上的功率转化为热能，使得LED发光二极管PN结的工作温度很高。

由于二极管的PN结的温度漂移特性，不同温度下的结压降相差很大(刚点亮时节压降高，稳定工作后结压降低)，再加上不同厂家不同批次器件的结压降偏差也很大，而二极管PN结的电压与电流之间是指数函数的关系，当电压增加一点时，电流将急剧增长。LED发光二极管的亮度，与二极管的电流呈线性比例关系，因此，多只LED发光二极管的恒压驱动亮度变化很大，没有实用价值，一般都用恒流进行驱动。

如图1所示，AC/DC将交流电转变为直流稳压电源，DC/DC是将直流稳压电源再变换为多组恒流源，LED1-LED3可以组成一个LED灯串，通过一组恒流源可以驱动一串LED灯串。实际使用中，LED灯串的数量可以不止3串，可以根据实际需要设置。

如图2所示，VDC为AC/DC开关稳压电源的直流输出，LED中的电流等于VZ1/R3。如果LED中的电流增加，R3上的电压将会随着升高，IC1的输出功率降低，调整管Q1的阻抗增加，Q1上的电压升高，LED上的压降降低，LED中的电流下降，从而稳定了LED中流过的电流。这里，Q1可以是MOS管，也可以是晶体管等功率器件。图1与图2中仅以3只LED灯作为示范，实际使用中可以根据需求设置。LED灯串的电压就是VDC与LED-(Q1D极)之间的电压。

在图2中，LED驱动电路是通过改变调整管Q1的阻抗，来实现稳定电流；LED灯串不变，VDC越高，Q1中的压降就越大，Q1的损耗也就越大。另外，在开关稳流电路中，可以采用BUCK或BOOST开关稳流电路，损耗几乎不随VDC的升高而增加，效率大大提高，是现有技术中的主流方案。但是，在多组开关电源中，多个工作频率之间的干扰很大，EMC抑制很困难，电路结构复杂，成本高，且可靠性低，这已是开关稳压电路的最大缺陷。

综上所述，在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在结构复杂、成本高、损耗大与可靠性低的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路，以实现电路简洁、成本低、损耗小与可靠性高的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路，包括串联稳流单元，设在所述串联稳流单元前级的开关稳压电源，以及电连接在所述开关稳压电源与串联稳流单元之间的控制单元。

进一步地，所述控制单元包括二极管D1、运算放大器或比较器IC2、稳压基准元件Z2、稳压二极管Z3、第一至七电容C1-C7与第一至六电阻R4-R9，其中：所述二极管D1的阳极作为控制信号ADJ的输出端、与开关稳压电源的稳压控制回路连接，阴极经第六电阻R9与运算放大器或比较器IC2的输出端连接；运算放大器或比较器IC2的输出端，经第二电容C2及第五电阻R8、与运算放大器或比较器IC2的反相输入端连接，第三电容C3并联在运算放大器或比较器IC2的输出端与反相输入端之间；所述运算放大器或比较器IC2的电源正端接直流电源VC1，负端接地，同相输入端经第五电容C5及第二电阻R5接地，反相输入端经第一电容C1及稳压二极管Z3接地；第三电阻R6、第一电阻R4与第二电阻R5串接在直流电源VC1与地之间，第一电阻R4与第二电阻R5的公共端与运算放大器或比较器IC2的同相输入端连接；所述第七电容C7，并联在直流电源VC1与地之间；稳压基准Z2的阴极与参考端连接、与第三电阻R6及第一电阻R4的公共端连接、并经第六电容C6接地，阳极接地；稳压二极管Z3的阴极与运算放大器或比较器IC2的反相输入端、及第四电阻R7的第一连接端连接，阳极接地；第四电阻R7通过第四电容C4接地，第四电阻R7的第二连接端作为输入端VIN，与串联稳流电源连接。

本实用新型各实施例的自动跟踪LED驱动电压的控制电路，由于包括串联稳流单元，设在串联稳流单元前级的开关稳压电源，以及电连接在开关稳压电源与串联稳流单元之间的控制单元；控制单元可以产生一个控制信号ADJ，连接到前级AC/DC的开关稳压电源的稳压控制回路，降低开关稳压电源的输出电压VDC，从而降低调整管Q1上的电压降，使Q1上的电压降几乎保持不变，同时丝毫不影响串联稳流电路的工作；通过该控制单元，AC/DC稳压电源的输出电压VDC不是固定不变的，它是跟随LED灯串的工作电压的变化而变化；从而可以克服现有技术中结构复杂、成本高、损耗大与可靠性低的缺陷，以实现电路简洁、成本低、损耗小与可靠性高的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术中LED驱动电路的工作原理示意图；

图2为现有技术中LED驱动电路的电路原理示意图；

图3为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路中低电平控制模式控制电路的电路原理示意图；

图4为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例一的电路原理示意图；

图5为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例二的电路原理示意图；

图6为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例三的电路原理示意图；

图7为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例四的电路原理示意图；

图8为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例五的电路原理示意图；

图9为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例六的电路原理示意图；

图10为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路中高电平控制模式控制电路的电路原理示意图；

图11为根据本实用新型自动跟踪LED驱动电压的控制电路应用实施例七的电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，提供了一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路。如图3所示，本实施例包括串联稳流单元，设在串联稳流单元前级的开关稳压电源，以及电连接在开关稳压电源与串联稳流单元之间的控制单元。这里，控制单元从串联稳流单元采样一个电压信号VIN，与该自动跟踪LED驱动电压的控制电路中的基准电压相比较，产生一个控制信号ADJ，去控制串联稳流单元前级的开关稳压电源，以改变开关稳压电源的输出电压VDC。

进一步地，在上述实施例中，控制单元包括二极管D1、运算放大器或比较器IC2、稳压基准元件Z2、稳压二极管Z3、第一至七电容C1-C7与第一至六电阻R4-R9，其中：二极管D1的阳极作为控制信号ADJ的输出端、与开关稳压电源的稳压控制回路连接，阴极经第六电阻R9与运算放大器或比较器IC2的输出端连接；运算放大器或比较器IC2的输出端，经第二电容C2及第五电阻R8、与运算放大器或比较器IC2的反相输入端连接，第三电容C3并联在运算放大器或比较器IC2的输出端与反相输入端之间；运算放大器或比较器IC2的电源正端接直流电源VC1，负端接地，同相输入端经第五电容C5及第二电阻R5接地，反相输入端经第一电容C1及稳压二极管Z3接地；第三电阻R6、第一电阻R4与第二电阻R5串接在直流电源VC1与地之间，第一电阻R4与第二电阻R5的公共端与运算放大器或比较器IC2的同相输入端连接；第七电容C7，并联在直流电源VC1与地之间；稳压基准Z2的阴极与参考端连接、与第三电阻R6及第一电阻R4的公共端连接、并经第六电容C6接地，阳极接地；稳压二极管Z3的阴极与运算放大器或比较器IC2的反相输入端、及第四电阻R7的第一连接端连接，阳极接地；第四电阻R7通过第四电容C4接地，第四电阻R7的第二连接端作为输入端VIN，与串联稳流电源连接。

上述实施例的核心是一个误差放大电路，IC2为运算放大器或电压比较器，图3中VIN可以直接图2中Q1的D极(如下图4所示)，Z3是防止高压损坏IC2。如果有多串LED灯及多组串联稳流电路，先断开D1，选择D极电压最低的一只调整管的D极接到VIN端。如果VIN不直接接调整管，Z3可不接。ADJ端是该自动跟踪LED驱动电压的控制电路产生的一个控制信号，接到前级AC/DC的稳压控制回路。VC1为该自动跟踪LED驱动电压的控制电路的辅助供电。R6、Z2产生一个高精度的基准电压，该电压经R4、R5分压，得到一个更低的基准电压。C5、C7为抗干扰的去耦滤波电容。C2、C3、R8为负反馈网络，提高***的稳定性。C4、R7、C1为RC滤波电路，消除VIN引入的干扰。R9限流，D1实现单向控制，IC2输出高电平时，不影响前级开关稳压电源的输出。另外，C1、C4、C5、C6与C7，可以视PCB布版情况酌情增减。

本实施例在图2中的串联稳流电路与其前级的开关稳压电源之间增加一个控制单元，当Q1上电压(亦即LED-)升高时，控制单元产生一个控制信号ADJ，连接到前级AC/DC的开关稳压电源的稳压控制回路，降低开关稳压电源的输出电压VDC，从而降低Q1上的电压降，使Q1上的电压降几乎保持不变，同时电流功耗不变。该控制单元加上后，AC/DC稳压电源的输出电压VDC不再是固定不变的，它是跟随LED灯串的工作电压的变化而变化。该控制单元就称为自动跟踪LED驱动电压的控制电路，解决了AC/DC稳压电源输出VDC电压固定不变，LED灯的结压降降低后，后级的串联稳流调整管损耗大的缺陷。

上述实施例具有以下有益效果：

(1)超高效率：加上本控制电路的串联稳流电路的效率远远超过BUCK或BOOST稳流电路的效率。图2中的Q1上的电压降可以控制在0.1V以内，R3上的电压降也可以控制在0.1V以内。如果VDC＝48V，稳流效率为：47.8/48＝99.58％，国内外还未有如此高效的稳流电路；

(2)不产生EMC干扰；

(3)电路简洁可靠，成本增加很少。

在图4-图9、图11中，提供了上述自动跟踪LED驱动电压的控制电路的具体应用。

在图4中，将图2与图3结合，图3中的VIN端接图2中的LED-端。

在图5中，相比图4，增加电阻R10、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、调整管Q2与调整管Q3，电阻R10的第一连接端与电阻R6及直流电源VC1的公共端连接、第二连接端接二极管D5的阳极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极及二极管D4的阳极，二极管D2的阴极接VIN端，二极管D3的阴极接调整管Q1的源极，二极管D5的阴极接调整管Q2的源极，二极管D4的阴极接LED-端、即LED3与调整管Q1的公共端。该图是一种通过二极管隔离的从多组串联稳流电路中采样电压的示意图，并不局限于四路。

在图5中，D3、D4、D5接各组串联稳流电路的调整管的D极。没有D2(短路D2)R19电路也可工作。R19也可以与C1并联，它为D2提供正向偏置电流。

在图6中，相比图3，没有二极管D1，光耦OP1中发光二极管的阳极接直流电源VC1、阴极接电阻R9，R9接IC2的输出端。

图7是典型的AC/DC开关稳压电源的次级电压反馈环路，VDC是其次级稳压直流输出。当VDC升高，IC3输出降低，通过光耦二极管的电流增大，通过光耦OP1去控制初级PWM或PAM芯片，让VDC电压降低，从而稳定VDC的电压。

在图8中，是图6的ADJ输出接图7的开关稳压的次级的控制回路的示意图。

在图9中，是图3中的ADJ与图7的连接示意图。当VIN升高时，ADJ电压降低，IC3正输入端的基准电压降低，达到降低VDC的电压的目的。

图10与图3的差别就是它们的IC1的同相反相输入端的接法刚好相反，一端接基准电压，一端接采样电压信号VIN，二极管D1的正负极也刚好相反。当VIN升高时，图3的ADJ输出低电平，图10的ADJ输出高电平。

图11是图10与图7的连接示意图，ADJ信号接IC3的负输入端，当VIN升高时，ADJ升高，IC3负输入端电平升高，IC3输出降低，通过光耦OP1控制VDC降低。

综上所述，本实用新型各实施例的自动跟踪LED驱动电压的控制电路，有多种方式从串联稳流单元采样一个电压信号，与本控制电路中的基准电压相比较，产生一个控制信号ADJ，ADJ是高电平低电平都可以连接到前级AC/DC的开关稳压电源的稳压控制回路，降低开关稳压电源的输出电压VDC，从而降低调整管Q1上的电压降，使Q1上的电压降几乎保持不变，电流功耗也不变；通过该控制电路，AC/DC稳压电源的输出电压VDC不再是固定不变的，它是跟随LED灯串的工作电压的变化而变化，使调整管的功耗不增加；从而可以克服现有技术中结构复杂、成本高、损耗大与可靠性低的缺陷，以实现电路简洁、成本低、损耗小与可靠性高的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路，其特征在于，包括串联稳流单元，设在所述串联稳流单元前级的开关稳压电源，以及电连接在所述开关稳压电源与串联稳流单元之间的控制单元。

2.根据权利要求1所述的自动跟踪LED驱动电压的控制电路，其特征在于，所述控制单元包括二极管D1、运算放大器或比较器IC2、稳压基准元件Z2、稳压二极管Z3、第一至七电容C1-C7与第一至六电阻R4-R9，其中：

所述二极管D1的阳极作为控制信号ADJ的输出端、与开关稳压电源的稳压控制回路连接，阴极经第六电阻R9与运算放大器或比较器IC2的输出端连接；运算放大器或比较器IC2的输出端，经第二电容C2及第五电阻R8、与运算放大器或比较器IC2的反相输入端连接，第三电容C3并联在运算放大器或比较器IC2的输出端与反相输入端之间；

所述运算放大器或比较器IC2的电源正端接直流电源VC1，负端接地，同相输入端经第五电容C5及第二电阻R5接地，反相输入端经第一电容C1及稳压二极管Z3接地；第三电阻R6、第一电阻R4与第二电阻R5串接在直流电源VC1与地之间，第一电阻R4与第二电阻R5的公共端与运算放大器或比较器IC2的同相输入端连接；

所述第七电容C7，并联在直流电源VC1与地之间；稳压基准Z2的阴极与参考端连接、与第三电阻R6及第一电阻R4的公共端连接、并经第六电容C6接地，阳极接地；稳压二极管Z3的阴极与运算放大器或比较器IC2的反相输入端、及第四电阻R7的第一连接端连接，阳极接地；第四电阻R7通过第四电容C4接地，第四电阻R7的第二连接端作为输入端VIN，与串联稳流电源连接。