專利名稱：一種插入式多功能led驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種插入式多功能接口電路，特別是涉及一種插入式多功能LED 驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
LED屬全固體冷光源，具有亮度高、耗電量低、壽命長、體積小、無需暖燈時間、反應(yīng)速度快、耐震動、耐侯性好、適合量產(chǎn)、環(huán)保、可回收再利用等優(yōu)點，特別適合可靠性要求較高的照明場合。在照明應(yīng)用中，常見的是多個LED—起工作，可以采用串聯(lián)、并聯(lián)以及串并混聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。目前現(xiàn)有許多電源都不能用來直接“點亮”這些LED，還需要一些專門的驅(qū)動電路。采用插入式接口電路作為LED驅(qū)動電路可解決不同電源和不同LED之間的匹配問題，是一種低成本、高可靠性的可行方案。圖1所示的插入式接口電路由功率主回路和控制回路2部分組成。主回路結(jié)構(gòu)非常簡單，主要由輸入電容Ci，N-MOS管Si，電感Li，和輸出電容Co組成。電路的輸入直流電壓源Vi與Ci并聯(lián)，Sl的源極與Vi的正端相連，Sl的漏極與Ll的一端相連，Ll的另一端同時與Co的一端及輸出電壓Vo的正端相連，Co的另一端同時與Vi的負端及Vo的負端相連。當(dāng)控制回路采用包括電流控制在內(nèi)的多功能控制電路時，整個電路可實現(xiàn)對LED的驅(qū)動和保護功能。負載發(fā)光二極管LEDl至LEDn陰極-陽極兩兩相串聯(lián)并并聯(lián)于Vo兩端， LEDl的陽極與Vo的正端相連，LEDn的陰極與Vo的負端相連。多功能控制電路的6個外接端口 Vi，vs 1，vgl，vsen 1，Vo和Gnd分別與主回路的Vi正端，S1源極，S1門極，電感電流檢測端口 VsenLVo正端和Vi負端相連。若該電路采用多重多相的形式還能實現(xiàn)多路電源或多路LED的均流。但是由于電路中Sl的體二極管影響，其適用的輸入直流電源電壓范圍較窄，在面對輸入直流電源過壓故障時對LED的保護能力很有限。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決現(xiàn)有插入式接口電路適用的輸入直流電源電壓范圍較窄的問題，提供了一種拓寬了輸入直流電源電壓適用范圍的插入式多功能LED驅(qū)動電路。本實用新型的技術(shù)方案一種插入式多功能LED驅(qū)動電路，包括主回路和多功能控制電路，其特征在于所述主回路包括輸入電容、N-MOS管、限流電阻、穩(wěn)壓二極管、電感、輸出電容和負載發(fā)光二極管組，所述輸入電容與輸入直流電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與輸入直流電壓的正端、限流電阻的一端相連，所述限流電阻的另一端與穩(wěn)壓二極管的陰極連接，所述N-MOS管的源極同時與穩(wěn)壓二極管的陽極、電感的一端相連，電感的另一端同時與輸出電容的一端、 輸出電壓的正端相連，輸出電容的另一端同時與輸入直流電壓的負端、輸出電壓的負端相連；所述負載發(fā)光二極管組由LEDl至LEDn陰極-陽極兩兩相串聯(lián)組成，所述負載發(fā)光二極管組的陽極與輸出電壓的正端相連，其陰極與輸出電壓的負端相連；所述主回路與控制其工作狀態(tài)的多功能控制電路相連，所述主回路的輸入直流電壓正端、N-MOS管的源極、N-MOS管的門極、電感電流的檢測端口、輸出電壓的正端、輸入直流電壓負端分別與多功能控制電路上的相應(yīng)的外接端口相連。進一步，所述多功能控制電路包括輔助電源、電流檢測電路、電流控制電路、輸入電壓檢測電路、輸出電壓檢測電路、電壓控制電路、邏輯控制電路、MOS管驅(qū)動電路，所述輔助電源用于提供控制電路其余部分工作所需的各種直流電源電壓以及各種參考電壓，根據(jù)實際需要可對輸入直流電壓進行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路電感電流信息并作適當(dāng)處理，再把檢測結(jié)果輸送給電流控制電路；所述電流控制電路用于將從電流檢測電路接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路；所述輸入和輸出電壓檢測電路分別對輸入直流電壓和輸出電壓作檢測并作適當(dāng)處理，再把檢測結(jié)果輸送給電壓控制電路；所述電壓控制電路用于將從輸入和輸出電壓檢測電路接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路；所述邏輯控制電路用于接收并整合電流和電壓控制電路的輸出結(jié)果，最終給出 MOS管開或關(guān)的驅(qū)動指令以及主回路工作狀態(tài)的提示或告警；所述MOS管驅(qū)動電路用于執(zhí)行邏輯控制電路的MOS管驅(qū)動指令，控制N-MOS管的工作狀態(tài)。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為為消除N-MOS管體二極管的影響，采用穩(wěn)壓二極管和限流電阻串聯(lián)支路與N-MOS管的漏源極并聯(lián)的結(jié)構(gòu)代替原有的單個MOS管，且調(diào)整N-MOS 管漏源極與輸入直流電壓和電感的接法，即N-MOS管的漏極同時與輸入直流電壓的正端及限流電阻的一端相連，N-MOS管的源極同時與穩(wěn)壓二極管的陽極及電感的一端相連。本實用新型的主回路在工作正常狀態(tài)下可恒流驅(qū)動N個LED (即LEDl至LEDn)并可調(diào)節(jié)亮度，在工作故障狀態(tài)下(即輸入過壓及過流、輸入欠壓或LED斷路、LED短路等)可實現(xiàn)必要的提示告警和保護功能。主回路的工作狀態(tài)由多功能控制電路控制，多功能控制電路采用的控制策略如下整個插入式多功能LED驅(qū)動電路啟動后檢測輸入直流電壓、輸出電壓和電感電流，得到相應(yīng)的Vvi、Vvo和vcsenl。輔助電源提供電壓控制電路所需的參考電壓Vvrefl和 Vvref2,電流控制電路所需的參考電壓 Vcref l、Vcref2、Vcref3 和 Vcref4 (Vcref 1 > Vcref3 > Vcref4 > Vcref2)。電路執(zhí)行狀態(tài)判斷功能，若 Vvo < Vvrefl 且 vcsenl > Vcref2,則提示并告警LED短路故障；若Vvo ^ Vvref2且vcsenl > Vcrefl，則提示并告警輸入過壓及過流故障；若Vvo < Vvi且vcsenl < Vcref2,則提示并告警輸入欠壓或LED斷路故障； 其他的情況，則提示工作正常。同時電路執(zhí)行開關(guān)控制功能，若vcsenl >Vcref3，則關(guān)斷 N-MOS管；若vcsenl < Vcref4,則開通N-MOS管；其他情況，則保持N-MOS管原有狀態(tài)。本實用新型所述的插入式多功能LED驅(qū)動電路由主回路和多功能控制電路組成， 可實現(xiàn)LED恒流驅(qū)動，調(diào)光，輸入過壓及過流、輸入欠壓或LED斷路、LED短路等故障的提示告警和保護。該插入式多功能LED驅(qū)動電路中的MOS管除了可以是N-MOS管還可以是 P-MOS管，MOS管的位置除了可以位于高端還可以位于低端，限流電阻和穩(wěn)壓二極管的位置可互換，電流檢測端口除了可以是電感電流檢測端口還可以是LED電流檢測端口。[0020]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在插入式接口電路輸入直流電源電壓的適用范圍寬，對LED的過壓保護能力強，可為LED提供一種體積小、成本低、可靠性高的驅(qū)動和保護方案，非常適合環(huán)境惡劣的場合。

圖1是現(xiàn)有的負載為LED的插入式接口電路圖。圖2是本實用新型的電路圖。圖3是本實用新型的多功能控制電路的框圖。圖4是本實用新型的多功能控制電路的控制流程圖。圖5是本實用新型的一種具體實施例的電路圖。圖6是本實用新型的一種具體實施例電路工作正常時的波形圖。
具體實施方式
參照圖2-4，一種插入式多功能LED驅(qū)動電路，包括主回路1和多功能控制電路2， 所述主回路包括輸入電容Ci、N-MOS管Si、限流電阻Rl、穩(wěn)壓二極管Zl、電感Li、輸出電容 Co和負載發(fā)光二極管組，所述輸入電容Ci與輸入直流電壓Vi并聯(lián)，所述N-MOS管Sl的漏極同時與輸入直流電壓Vi的正端、限流電阻Rl的一端相連，所述限流電阻Rl的另一端與穩(wěn)壓二極管Zl的陰極連接，所述N-MOS管Sl的源極同時與穩(wěn)壓二極管Zl的陽極、電感Ll 的一端相連，電感Ll的另一端同時與輸出電容Co的一端、輸出電壓Vo的正端相連，輸出電容Co的另一端同時與輸入直流電壓Vi的負端、輸出電壓Vo的負端相連；所述負載發(fā)光二極管組由LEDl至LEDn陰極-陽極兩兩相串聯(lián)組成，所述負載發(fā)光二極管組的陽極與輸出電壓Vo的正端相連，其陰極與輸出電壓Vo的負端相連；所述主回路1與控制其工作狀態(tài)的多功能控制電路2相連，所述主回路1的輸入直流電壓Vi正端、N-MOS管Sl的源極、N-MOS管Sl的門極、電感Ll電流iLl的檢測端口、 輸出電壓Vo的正端、輸入直流電壓Vi負端分別與多功能控制電路2上的相應(yīng)的外接端口相連。所述多功能控制電路2包括輔助電源21、電流檢測電路24、電流控制電路26、輸入電壓檢測電路22、輸出電壓檢測電路27、電壓控制電路28、邏輯控制電路25、M0S管驅(qū)動電路23，所述輔助電源21用于提供控制電路其余部分工作所需的各種直流電源電壓以及各種參考電壓，根據(jù)實際需要可對輸入直流電壓進行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路24用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路1電感Ll電流iLl信息并作適當(dāng)處理，再把檢測結(jié)果輸送給電流控制電路26 ；所述電流控制電路26用于將從電流檢測電路24接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路25 ；所述輸入電壓檢測電路22和輸出電壓檢測電路27分別對輸入直流電壓Vi和輸出電壓Vo作檢測并作適當(dāng)處理，再把檢測結(jié)果輸送給電壓控制電路28 ；所述電壓控制電路28用于將從輸入電壓檢測電路22和輸出電壓檢測電路27接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路25 ；[0035]所述邏輯控制電路25用于接收并整合電流控制電路26和電壓控制電路28的輸出結(jié)果，最終給出MOS管開或關(guān)的驅(qū)動指令以及主回路1工作狀態(tài)的提示或告警；所述MOS管驅(qū)動電路23用于執(zhí)行邏輯控制電路25的MOS管驅(qū)動指令，控制N-MOS 管Sl的工作狀態(tài)。本實用新型的主回路1在工作正常狀態(tài)下可恒流驅(qū)動N個LED (即LEDl至LEDn) 并可調(diào)節(jié)亮度，在工作故障狀態(tài)下(即輸入過壓及過流、輸入欠壓或LED斷路、LED短路等) 可實現(xiàn)必要的提示告警和保護功能。主回路1的工作狀態(tài)由多功能控制電路2控制。所述主回路1的一種具體實例的電路圖如圖5，包括輸入電容Ci、N-MOS管Si、限流電阻R1、穩(wěn)壓二極管Z1、電感Li、輸出電容Co、負載發(fā)光二極管組和電流檢測電阻Rcsl， 所述輸入電容Ci與輸入直流電壓Vi并聯(lián)，所述N-MOS管Sl的漏極同時與輸入直流電壓Vi 的正端、限流電阻Rl的一端相連，所述限流電阻Rl的另一端與穩(wěn)壓二極管Zl的陰極連接， 所述N-MOS管Sl的源極同時與穩(wěn)壓二極管Zl的陽極、電感Ll的一端相連，電感Ll的另一端同時與輸出電容Co的一端、輸出電壓Vo的正端相連，所述輸出電容Co的另一端同時與輸出電壓Vo的負端、電流檢測電阻Rcsl的一端相連，所述電流檢測電阻的另一端與輸入直流電壓Vi的負端相連；所述負載發(fā)光二極管組由LEDl至LEDn陰極-陽極兩兩相串聯(lián)組成，所述負載發(fā)光二極管組的陽極與輸出電壓Vo的正端相連，其陰極與輸出電壓Vo的負端相連；所述多功能控制電路2的一種具體實例的電路圖如圖5，所述輔助電源21把輸入直流電壓Vi轉(zhuǎn)換成Vcc和Vdd以滿足控制電路其余部分的供電需要(Vcc給電流檢測、電壓控制、電流控制、邏輯控制4個電路供電，Vdd給MOS管驅(qū)動電路供電)，產(chǎn)生電壓控制電路所需的參考電壓Vvrefl和Vvref2，產(chǎn)生電流控制電路所需的參考電壓Vcrefl、Vcref2、 Vcref3 和 Vcref4 (Vcrefl > Vcref3 > Vcref4 > Vcref2)。輸入電壓檢測電路 22 由電阻 Rvl和Rv2，電容Cvl組成。主回路1的Vi接口與Rvl的一端相連，Rvl的另一端與RV2和 Cvl并聯(lián)支路的一端相連并輸出電壓Vvi，RV2和Cvl并聯(lián)支路的另一端與主回路1的Gnd 接口相連。輸出電壓檢測電路27由電阻Rv3和Rv4，電容Cv2組成。主回路1的Vo接口與 Rv3的一端相連，Rv3的另一端與RV4和Cv2并聯(lián)支路的一端相連并輸出電壓Vvo，RV4和 Cv2并聯(lián)支路的另一端與主回路1的Gnd接口相連。電流檢測電路24由運算放大器U1、電阻Rcl和Rc2、電容Ccl組成。主回路1的vsenl接口與Ul的正相輸入端相連，Rcl的一端與Ul的輸出端相連，Rcl的另一端同時與Ul的反相輸入端、Rc2和Ccl并聯(lián)支路的一端相連，Rc2和Ccl并聯(lián)支路的另一端與主回路1的Gnd接口相連，Ul輸出電壓vcsenl。電壓控制電路28由比較器U2、U3和U4組成。參考電壓Vvrefl接于U2的正相輸入端，參考電壓 Vvref2接于U3的正相輸入端，輸入電壓檢測電路22的輸出Vvi接于U4的正相輸入端，輸出電壓檢測電路27的輸出Vvo同時接于U2、U3和U4的反相輸入端。電流控制電路26采用滯環(huán)比較控制方法，由比較器TO、U6、U7和U8組成。電流檢測電路24的輸出vcsenl同時接于U5、TO和U7的正相輸入端和U8的反相輸入端，參考電壓Vcref2接于U5的反相輸入端，參考電壓Vcrefl接于U6的反相輸入端，參考電壓VcSref3接于U7的反相輸入端，參考電壓Vcref4接于U8的正相輸入端。邏輯控制電路25由與門U9、UlO和U11，或非門U12， RS觸發(fā)器U13和工作狀態(tài)提示告警電路組成。U2的輸出端接于U9的一個輸入端⑴5的輸出端接于U9的另一個輸入端。U3的輸出端接于UlO的一個輸入端，U6的輸出端接于UlO的另一個輸入端。U4的輸出端接于Ull的一個輸入端⑴5的輸出端還同時接于Ull的另一個輸入端(反相)。U9、UlO和Ull的輸出端分別接于U12的3個輸入端。U9、U10、Ull和 U12的輸出端與工作狀態(tài)提示告警電路相連，U9輸出高電平代表整個電路存在LED短路故障，UlO輸出高電平代表整個電路存在輸入過壓及過流故障，Ull輸出高電平代表整個電路存在輸入欠壓或LED斷路故障，U12輸出高電平代表整個電路工作正常。U7的輸出端接于 U13的清零輸入端R(高電平有效)，U8的輸出端接于U13的置位輸入端S(高電平有效)。 MOS管驅(qū)動電路23是一個滿足Sl驅(qū)動要求的電平轉(zhuǎn)換電路，U13的反相輸出端/Q接于電平轉(zhuǎn)換電路的反相輸入端，電平轉(zhuǎn)換電路的1對差分輸出端分別與主回路1的vgl和vsl 接點相連。圖5所示實施例電路的工作原理大致如下(1)電路工作正常時，U9、U10、Ull輸出低電平，U12輸出高電平，工作狀態(tài)提示告警電路顯示電路工作正常。當(dāng)vcsenl < Vcref4時，控制電路驅(qū)動Sl導(dǎo)通，主回路中Vi、 Ci、Si、Li、Co 以及 LEDl 至 LEDn 形成回路，vLl = Vi-Vo > 0，Ll 充電，iLl ±曾加，vcsenl 隨之增加。當(dāng)vcsenl > Vcref3時，控制電路驅(qū)動Sl截止，主回路中Vi、Ci、Rl、Zl、Li、Co 以及LEDl至LEDn形成回路，電感Ll兩端電壓vLl ^ Vi-Vz-Vo < O (Vz為穩(wěn)壓二極管Zl 的反向擊穿電壓)，Ll放電，iLl減小，vcsenl隨之減小直至vcsenl < Vcref4，Sl再次被導(dǎo)通，電路進入下一個循環(huán)周期。采用滯環(huán)控制方法，iLl的變化被限定在一個區(qū)間內(nèi)，通過Co的濾波作用實現(xiàn)恒流Io驅(qū)動LEDl至LEDn。電路主要工作波形如圖6所示。當(dāng)改變 Vcref3和Vcref4的值，可實現(xiàn)LED調(diào)光功能。(2)電路工作異常時，若只是Vvo < Vvrefl和vcsenl > Vcref2，U9輸出高電平， U10、U11和U12輸出低電平，工作狀態(tài)提示告警電路顯示LED短路故障。但是由于滯環(huán)控制的作用，電路仍可實現(xiàn)(Vcref2 <)Vcref4 ( vcsenl ( Vcref3。故除了短路的LED，其余正常的LED仍可被恒流Io驅(qū)動。若只是Vvo ^ Vvref2和vcsenl > Vcrefl，UlO輸出高電平， U9、U11和U12輸出低電平，工作狀態(tài)提示告警電路顯示輸入過壓及過流故障。由于vcsenl > Vcrefl ( > Vcref3)，Sl 被截止，主回路中僅 Vi、Ci、Rl、Zl、Li、Co 以及 LEDl 至 LEDn 形成回路，這時Rl可起到一定的限流保護作用。若只是Vvo彡Vvi和vcsenl < Vcref2,Ull 輸出高電平，U9、UlO和U12輸出低電平，工作狀態(tài)提示告警電路顯示輸入欠壓或LED斷路故障。由于vcsenl < Vcref2( < Vcref4)，Sl被導(dǎo)通。如果是輸入欠壓，主回路中僅Vi、 Ci,SULUCo以及LEDl至LEDn形成回路。如果是LED斷路，主回路中僅Vi、Ci、Sl、Ll、Co 形成回路。以上兩種情況，LED都不能被“點亮”。當(dāng)電路同時發(fā)生上述多種故障時，工作狀態(tài)提示告警電路將會顯示全部的故障信息，主回路中Sl的開關(guān)狀態(tài)仍受滯環(huán)控制。本實用新型的圖5所示的具體實施例電路工作正常時的波形圖，見圖6。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.一種插入式多功能LED驅(qū)動電路，包括主回路和多功能控制電路，其特征在于所述主回路包括輸入電容、N-MOS管、限流電阻、穩(wěn)壓二極管、電感、輸出電容和負載發(fā)光二極管組，所述輸入電容與輸入直流電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與輸入直流電壓的正端、 限流電阻的一端相連，所述限流電阻的另一端與穩(wěn)壓二極管的陰極連接，所述N-MOS管的源極同時與穩(wěn)壓二極管的陽極、電感的一端相連，電感的另一端同時與輸出電容的一端、輸出電壓的正端相連，輸出電容的另一端同時與輸入直流電壓的負端、輸出電壓的負端相連; 所述負載發(fā)光二極管組由LEDl至LEDn陰極-陽極兩兩相串聯(lián)組成，所述負載發(fā)光二極管組的陽極與輸出電壓的正端相連，其陰極與輸出電壓的負端相連；所述主回路與控制其工作狀態(tài)的多功能控制電路相連，所述主回路的輸入直流電壓正端、N-MOS管的源極、N-MOS管的門極、電感電流的檢測端口、輸出電壓的正端、輸入直流電壓負端分別與多功能控制電路上的相應(yīng)的外接端口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種插入式多功能LED驅(qū)動電路，其特征在于所述多功能控制電路包括輔助電源、電流檢測電路、電流控制電路、輸入電壓檢測電路、輸出電壓檢測電路、電壓控制電路、邏輯控制電路、MOS管驅(qū)動電路，所述輔助電源用于提供控制電路其余部分工作所需的各種直流電源電壓以及各種參考電壓，根據(jù)實際需要可對輸入直流電壓進行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路電感電流信息并作適當(dāng)處理， 再把檢測結(jié)果輸送給電流控制電路；所述電流控制電路用于將從電流檢測電路接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路；所述輸入和輸出電壓檢測電路分別對輸入直流電壓和輸出電壓作檢測并作適當(dāng)處理， 再把檢測結(jié)果輸送給電壓控制電路；所述電壓控制電路用于將從輸入和輸出電壓檢測電路接收到的檢測結(jié)果與相應(yīng)的參考電壓進行比較并輸出比較結(jié)果給邏輯控制電路；所述邏輯控制電路用于接收并整合電流和電壓控制電路的輸出結(jié)果，最終給出MOS管開或關(guān)的驅(qū)動指令以及主回路工作狀態(tài)的提示或告警；所述MOS管驅(qū)動電路用于執(zhí)行邏輯控制電路的MOS管驅(qū)動指令，控制N-MOS管的工作狀態(tài)。
專利摘要一種插入式多功能LED驅(qū)動電路，包括主回路和多功能控制電路，所述主回路包括輸入電容、N-MOS管、限流電阻、穩(wěn)壓二極管、電感、輸出電容和負載發(fā)光二極管組，所述輸入電容與輸入直流電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與輸入直流電壓的正端、限流電阻的一端相連，所述限流電阻的另一端與穩(wěn)壓二極管的陰極連接，所述N-MOS管的源極同時與穩(wěn)壓二極管的陽極、電感的一端相連，電感的另一端同時與輸出電容的一端、輸出電壓的正端相連，輸出電容的另一端同時與輸入直流電壓的負端、輸出電壓的負端相連；所述負載發(fā)光二極管組的陽極與輸出電壓的正端相連，其陰極與輸出電壓的負端相連；所述主回路與控制其工作狀態(tài)的多功能控制電路相連。
文檔編號H05B37/02GK202121838SQ201120207939
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者陳怡 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)