專利名稱：直流高壓恒流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED驅(qū)動(dòng)電路，尤其是涉及一種直流高壓恒流源電路。
背景技術(shù)：
照明用LED光源，需要嚴(yán)格控制其驅(qū)動(dòng)電流。在直流供電的情況下驅(qū)動(dòng)LED的方 式目前有兩種，一是BUCK降壓方式，另一種是BOOST升壓方式，BOOST方式的效率較BUCK方 式低一些，通常只是在直流供電電壓較低的情況下才被采用。BUCK降壓方式，目前主要存在著兩種電路拓?fù)?、峰值限流型電路拓?fù)淙鐖D1所示。當(dāng)電源上電后，PWM驅(qū)動(dòng)IC通過(guò)GATE腳輸出固定頻率的 驅(qū)動(dòng)脈沖。在驅(qū)動(dòng)脈沖的高電平處，MOSFET (金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)Ql導(dǎo)通，由于電感Ll的鎮(zhèn) 流作用，流過(guò)LED串的電流緩慢上升，取樣電阻R2兩端的電壓也逐漸上升，當(dāng)達(dá)到閾值后， Ql關(guān)斷，電感Ll上的電流經(jīng)Dl續(xù)流繼續(xù)點(diǎn)亮LED。在下一個(gè)脈沖將周期重復(fù)上述動(dòng)作。由于限流電阻Rl的存在，VCC可以做的較高，PWM驅(qū)動(dòng)IC可以采用普通的低壓半 導(dǎo)體工藝制程。但PWM驅(qū)動(dòng)IC往往頻率較低，導(dǎo)致需要使用的鎮(zhèn)流電感的感值較大。另外由于電路拓?fù)渲皇窍拗屏鬟^(guò)LED串的最大電流，因此存在著恒流精度不高等 問(wèn)題，當(dāng)LED負(fù)載變化時(shí)，流過(guò)電感Ll上的電流波形會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致恒流效果更加惡化。 要想控制流過(guò)LED的平均電流，還需要電感Ll的感量和LED串的匹配，給生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用 帶來(lái)諸多不便。并且由于PWM驅(qū)動(dòng)IC本身也需要一定工作電流，當(dāng)VCC較高時(shí)，消耗的功 率也較可觀，導(dǎo)致整體驅(qū)動(dòng)效率下降。2、電流滯環(huán)型電路拓?fù)淙鐖D2所示。當(dāng)電源上電后，驅(qū)動(dòng)IC通過(guò)GATE腳驅(qū)動(dòng)M0SFET。在采樣電阻Rl兩端的電壓低于閥值Vh時(shí)，驅(qū)動(dòng)IC的GATE引腳輸出高電平， MOSFET Ql導(dǎo)通，由于電感Ll的鎮(zhèn)流作用，流過(guò)LED串的電流緩慢上升，Rl兩端的電壓也逐 漸升至閥值Vh，Ql關(guān)斷，電感Ll上的電流經(jīng)Dl續(xù)流繼續(xù)點(diǎn)亮LED，此時(shí)電流逐漸減小至閥 值Vl，Ql再次導(dǎo)通，重復(fù)上述動(dòng)作。一般此類驅(qū)動(dòng)IC，驅(qū)動(dòng)頻率可高達(dá)IMHz以上，因此可以使用較小的鎮(zhèn)流電感。同 時(shí)，由于采用滯環(huán)控制方式，驅(qū)動(dòng)頻率可以根據(jù)LED負(fù)載和鎮(zhèn)流電感L自動(dòng)調(diào)整，恒流特性 較好，效率也基本能做到96%以上。很多驅(qū)動(dòng)IC還將MOSFET內(nèi)置，成本較低，實(shí)際應(yīng)用很 方便。一般來(lái)說(shuō)，我們希望VCC越高越好，這樣串聯(lián)的LED數(shù)可以增加，在接線時(shí)比較方 便，同時(shí)也能降低每瓦的成本。但是由于半導(dǎo)體制造工藝方面的原因，此類IC耐壓普遍在 40V左右，支持串聯(lián)的LED數(shù)受到很大限制，在大功率LED照明例如路燈上，接線非常麻煩， 恒流驅(qū)動(dòng)的成本也較高。少數(shù)幾家國(guó)外廠商的IC可以做到75V的耐壓，但價(jià)格很高，實(shí)際 應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致成本大幅提升。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的需要高耐壓驅(qū)動(dòng)芯片的技術(shù)問(wèn)題，提供 一種不需要高耐壓驅(qū)動(dòng)芯片，能夠驅(qū)動(dòng)較多串聯(lián)的LED，成本低廉的直流高壓恒流源電路。本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的一種直流高壓 恒流源電路，包括穩(wěn)壓管、取樣電阻、鎮(zhèn)流電感、續(xù)流二極管、滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC和金屬氧化物場(chǎng) 效應(yīng)管，滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vin管腳連接穩(wěn)壓管的負(fù)端、LED串的負(fù)端和取樣電阻的一端，取樣 電阻的另一端連接滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vs端和鎮(zhèn)流電感的一端，鎮(zhèn)流電感的另一端連接續(xù)流二 極管的正端和場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，續(xù)流二極管的負(fù)端連接VCC和LED串的正端，場(chǎng)效應(yīng)管的柵 極連接滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的GATE端，場(chǎng)效應(yīng)管的源極接地，穩(wěn)壓管的正端接地。采用上述方案可 以任意選定驅(qū)動(dòng)電壓VCC，而不會(huì)受到滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的耐壓限制，只受限于所選用的金屬場(chǎng) 效應(yīng)管和續(xù)流二極管的耐壓，這樣可以串接的LED燈數(shù)不受滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的耐壓限制。市面 上高耐壓的滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC價(jià)格比大功率高耐壓的M0SFET價(jià)格高很多，采用上述方案可以將 整體物料成本降低1/2到2/3。采用外置M0SFET，可以具有良好的散熱效果。同時(shí)由于滯 環(huán)驅(qū)動(dòng)IC工作電壓較低，耗能較小，驅(qū)動(dòng)效率較高，整體效率可以達(dá)到97 %以上。作為優(yōu)選，鎮(zhèn)流電感為峰值電流大于1. 5倍lied的鎮(zhèn)流電感，lied為L(zhǎng)ED的恒流 驅(qū)動(dòng)值。作為優(yōu)選，金屬場(chǎng)效應(yīng)管為最大工作電流為5至15倍lied的N型金屬場(chǎng)效應(yīng)管。作為優(yōu)選，金屬場(chǎng)效應(yīng)管是耐壓大于1.5倍VCC的金屬場(chǎng)效應(yīng)管。作為優(yōu)選，續(xù)流二極管為超快速恢復(fù)二極管。作為優(yōu)選，續(xù)流二極管為電流導(dǎo)通能力大于1. 5倍Iled，耐壓大于1. 5倍VCC的續(xù)
流二極管。作為優(yōu)選，穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓值不大于滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC最大工作電壓的穩(wěn)壓管。以滯環(huán)驅(qū) 動(dòng)IC最大工作電壓的2/3或者3/4，較合適。作為優(yōu)選，多串的所述LED串通過(guò)一條導(dǎo)線連接以后再接到VCC。采用這種共陽(yáng)接 法以后可以比傳統(tǒng)模式減少N-1條接線，其中N為L(zhǎng)ED燈串的數(shù)量。本實(shí)用新型的帶來(lái)的有益效果是(1)可以任意選定驅(qū)動(dòng)電壓VCC。VCC將不受滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的耐壓限制，只受限于所 選用的M0SFET以及續(xù)流二極管的耐壓。這樣可以串接的LED燈數(shù)不受滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的耐壓 限制。(2)成本低。市面上高耐壓(大于40V)的滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC價(jià)格很高，大于75V的基本 沒(méi)有IC廠商可以供貨。使用本方案，可以選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的低壓滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC，而大功率高 耐壓的M0SFET和超快恢復(fù)二極管經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)很成熟，整體物料成本將比高壓IC解 決方案低1/2到2/3。同時(shí)VCC電壓可以提到100V以上，串接的LED數(shù)可以大大增加，這樣 每瓦的成本也將急劇下降。(3)驅(qū)動(dòng)電流大，散熱性能好，工作穩(wěn)定。由于采用外置M0S管，相比較比一些內(nèi)置 M0S管的滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC可實(shí)現(xiàn)更大的驅(qū)動(dòng)電流，由于M0S管外置散熱也較好。(4)效率高。由于滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC沒(méi)有工作在很高的電壓下，其工作電壓只是比最低 工作電壓高幾V，因此在相同的電流消耗下，滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC耗能較低，驅(qū)動(dòng)效率較高，整體效率可以做到97%以上。(5)共陽(yáng)極拓?fù)?，接線簡(jiǎn)單。在需要多路恒流的情況下，由于LED串的陽(yáng)極都是接 在VCC上的，因此所有的LED串的陽(yáng)極都可以連在一起，LED串的陰極單獨(dú)接線。這樣的接 線方式，將比傳統(tǒng)的模式省下N-1條接線，其中N為L(zhǎng)ED燈串的數(shù)量。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種峰值限流型驅(qū)動(dòng)電路示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的一種電流滯環(huán)型電路示意圖；圖3是本實(shí)用新型的一種電路示意圖；圖4是本實(shí)用新型的一種電路接線方法；圖5是傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路的一種接線方法。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的直流高壓恒流源電路，如圖3所示，包括穩(wěn)壓管D2、取樣電阻 R1、鎮(zhèn)流電感L1、續(xù)流二極管D1、滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1，滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vin 管腳連接穩(wěn)壓管D2的負(fù)端、LED串的負(fù)端和取樣電阻R1的一端，取樣電阻R1的另一端連 接滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vs端和鎮(zhèn)流電感L1的一端，鎮(zhèn)流電感L1的另一端連接續(xù)流二極管D1的 正端和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極，續(xù)流二極管D1的負(fù)端連接VCC和LED串的正端，金 屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極連接所述滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的GATE端，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1的 源極接地，穩(wěn)壓管D2的正端接地。電源上電后VCC經(jīng)過(guò)LED燈串、穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓后給滯環(huán) 驅(qū)動(dòng)IC供電，當(dāng)電源正常工作后穩(wěn)壓管D2不工作，IC的供電直接由LED燈串分壓后提供。 當(dāng)取樣電阻R1兩端電壓低于閾值Vh時(shí)，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，由于鎮(zhèn)流電感L1的 鎮(zhèn)流作用，取樣電阻R1兩端的電壓逐漸升至Vh，此時(shí)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1關(guān)斷，鎮(zhèn)流電 感L1中的電流經(jīng)續(xù)流二極管D1續(xù)流繼續(xù)點(diǎn)亮LED串，當(dāng)取樣電阻R1兩端電壓低至閥值VI 時(shí)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，依次重復(fù)。電路各部分說(shuō)明如下(1)輸入電壓VCC。需要比滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的最低工作電壓和LED燈串的壓降之和高 3V以上。(2) LED燈。是驅(qū)動(dòng)對(duì)象，其串聯(lián)數(shù)N由VCC，滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的最低電壓Vlow和LED 燈串的壓降Vf來(lái)確定。計(jì)算如下N= (VCC-Vlow-3)/Vf (N 需要取整)(3)取樣電阻R1。其值由電壓閥值Vh，VI (Vh為VCC-Vs之差，一般為100 200mV)， LED的恒流驅(qū)動(dòng)值Iled，以及滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的工作電流Ivin決定。計(jì)算如下Rl = [(Vh+Vl)/2]/(Iled-Ivin)(4)穩(wěn)壓管D2。為滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的VIN限壓。其穩(wěn)壓值Vz由VCC，LED燈的Vf值 來(lái)確定。同時(shí)需要保證Vz不大于滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的最大工作電壓。計(jì)算如下Vz = VCC-Vf*N+5(6)鎮(zhèn)流電感L1。其峰值電流應(yīng)為Iled的1. 5倍以上，電感量需要根據(jù)實(shí)際選用 的驅(qū)動(dòng)IC來(lái)決定，以使其振蕩頻率在合適范圍內(nèi)。[0044](7)M0SFET Q1。應(yīng)選用大功率N型M0SFET，其Rds應(yīng)越小越好，耐壓Vds應(yīng)為VCC 的1.5倍以上。(8)續(xù)流二極管D1。需選用超快恢復(fù)二極管，電流導(dǎo)通能力應(yīng)為lied的1.5倍以 上，耐壓應(yīng)為VCC的1. 5倍以上。(9)滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC。可采用市場(chǎng)上常見(jiàn)的滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC型號(hào)，如QX5241。本實(shí)施例的直流高壓恒流源電路的共陽(yáng)接線方法如圖4所示，各LED串用一根線 連接以后與VCC連接，相比圖5的傳統(tǒng)接線方法節(jié)省了 N-1根導(dǎo)線，N為L(zhǎng)ED串的數(shù)量。
權(quán)利要求1.一種直流高壓恒流源電路，包括穩(wěn)壓管、取樣電阻、鎮(zhèn)流電感、續(xù)流二極管、滯環(huán)驅(qū)動(dòng) 芯片和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述滯環(huán)驅(qū)動(dòng)芯片的Vin管腳連接所述穩(wěn)壓管 的負(fù)端、LED串的負(fù)端和所述取樣電阻的一端，所述取樣電阻的另一端連接所述滯環(huán)驅(qū)動(dòng)芯 片的Vs端和所述鎮(zhèn)流電感的一端，所述鎮(zhèn)流電感的另一端連接所述續(xù)流二極管的正端和 所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，所述續(xù)流二極管的負(fù)端連接VCC和LED串的正端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵 極連接所述滯環(huán)驅(qū)動(dòng)芯片的GATE端，所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極接地，所述穩(wěn)壓管的正端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述鎮(zhèn)流電感為峰值電 流大于1. 5倍Iled的鎮(zhèn)流電感，Iled為L(zhǎng)ED的恒流驅(qū)動(dòng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng) 管為最大工作電流為5至15倍Iled的N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述金屬氧化物場(chǎng)效 應(yīng)管是耐壓大于1. 5倍VCC的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述續(xù)流二極管為超快 速恢復(fù)二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述續(xù)流二極管為電 流導(dǎo)通能力大于1. 5倍Iled，耐壓大于1. 5倍VCC的續(xù)流二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓值不 大于所述滯環(huán)驅(qū)動(dòng)芯片最大工作電壓的穩(wěn)壓管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，多串的所述LED串通過(guò)一 條導(dǎo)線連接以后再接到VCC。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直流高壓恒流源電路，提供一種成本低廉、能驅(qū)動(dòng)較多LED的電路。包括穩(wěn)壓管、取樣電阻、鎮(zhèn)流電感、續(xù)流二極管、滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC和MOSFET，滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vin管腳連接穩(wěn)壓管、LED串和取樣電阻，取樣電阻的另一端連接滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的Vs端和鎮(zhèn)流電感，鎮(zhèn)流電感的另一端連接續(xù)流二極管和MOSFET漏極，續(xù)流二極管連接VCC和LED串正端，MOSFET柵極連接滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的GATE端，源極和穩(wěn)壓管接地。采用上述方案可以任意選定驅(qū)動(dòng)電壓，串接的LED數(shù)不受滯環(huán)驅(qū)動(dòng)IC的耐壓限制，且高耐壓MOSFET價(jià)格低廉。本實(shí)用新型適用于所有含LED的電路，尤其適用于含大量LED的電路。
文檔編號(hào)H05B37/02GK201781658SQ20102021319
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者周紅劍, 張寶全, 李剛 申請(qǐng)人:浙江紅劍集團(tuán)有限公司