CN101715265B - 一种led驱动电源控制电路及使用该电路的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED驱动电源控制电路，其包括：EMI滤波及整流模块，其对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压；DC-DC隔离恒流驱动模块，其将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流；输入欠压迟滞保护模块，其对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据使能信号控制DC-DC隔离恒流驱动模块启动或不启动；输出电流保护模块，其对所述恒定输出电流进行检测，并在恒定输出电流超过电流阈值时控制DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生恒定输出电流。本发明还涉及一种LED灯具。本发明实现了较宽范围的交流输入和恒流输出，具有输入欠压迟滞保护和输出过压保护功能。

Description

一种LED驱动电源控制电路及使用该电路的LED灯具

技术领域

本发明涉及照明技术领域，更具体地说，涉及一种LED驱动电源控制电路及使用该电路的LED灯具。

背景技术

LED光源具有高效节能、寿命长、低压可控等优点，因此被广泛应用于各个照明领域。在实际应用中，LED光源的驱动电流对发光效率和寿命都有直接影响。

考虑到使用环境的特殊性，船载供电网络与普通市电有所区别，船载供电系统可能同时给多个负载设备供电，导致输出电压波动较大，使船载供电系统的输出电压波动较大。同时，目前的船用LED灯具只适用于输入电压范围较窄的情况，于是造成LED光源抗振性差、光效低、寿命短、维修周期短，且保护功能不足，EMI干扰大，不适合在船上长期使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种LED驱动电源控制电路及使用该电路的LED灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种LED驱动电源控制电路，其包括：

EMI滤波及整流模块，其对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压；

DC-DC隔离恒流驱动模块，其将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流；

输入欠压迟滞保护模块，其对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据所述使能信号控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块启动或不启动；

输出电流保护模块，其对所述恒定输出电流进行检测，并在所述恒定输出电流超过电流阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

进一步地，上述本发明所述的LED驱动电源控制电路，还包括输出过压保护模块，其对所述所述DC-DC隔离恒流驱动模块的输出电压进行检测，并在所述输出电压高于电压阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块调节所述输出电压。

进一步地，上述本发明所述的LED驱动电源控制电路，还包括过温保护模块，其在温度超过温度阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：构造一种LED灯具，其包括LED驱动电源控制电路和LED光源，所述LED驱动电源控制电路包括：

EMI滤波及整流模块，其对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压；

DC-DC隔离恒流驱动模块，其将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流；

输入欠压迟滞保护模块，其对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据所述使能信号控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块启动或不启动；

输出电流保护模块，其对所述恒定输出电流进行检测，并在所述恒定输出电流超过电流阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

进一步地，上述本发明所述的LED灯具，所述LED驱动电源控制电路还包括：

输出过压保护模块，其对所述所述DC-DC隔离恒流驱动模块的输出电压进行检测，并在所述输出电压高于电压阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块调节所述输出电压；

过温保护模块，其在温度超过温度阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

实施本发明的LED驱动电源控制电路及使用该电路的LED灯具，具有以下有益效果：

1、提供了一个宽范围交流电压输入隔离式的恒流LED驱动电路，可以在输入交流85VAC到264VAC范围内稳定的工作，实现了较宽范围的交流输入和恒流输出，使LED光源发光稳定；

2、具有输入欠压迟滞保护功能，有效的保证了电路不受高压损坏，且具有输出过压保护功能，在电路输出有异常时可有效的保护LED光源，以避免烧坏；

3、具有输出过压保护和过温保护等功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明LED驱动电源控制电路的结构方框图；

图2是本发明中EMI滤波及整流模块的结构方框图；

图3是本发明中DC-DC隔离恒流驱动模块的结构方框图；

图4是本发明LED驱动电源控制电路一实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明LED驱动电源控制电路的结构方框图。该LED驱动电源控制电路包括EMI滤波及整流模块1、DC-DC隔离恒流驱动模块2、输入欠压迟滞保护模块3、输出电流保护模块4、输出过压保护模块5和过温保护模块6。

其中，EMI滤波及整流模块1对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压。DC-DC隔离恒流驱动模块2将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流。输入欠压迟滞保护模块3对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据所述使能信号控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块2启动或不启动。输出电流保护模块4对DC-DC隔离恒流驱动模块2输出的恒定输出电流进行检测，并在所述恒定输出电流超过电流阈值时控制DC-DC隔离恒流驱动模块2停止产生所述恒定输出电流。输出过压保护模块5对DC-DC隔离恒流驱动模块2的输出电压进行检测，并在所述输出电压高于电压阈值时控制DC-DC隔离恒流驱动模块2调节所述输出电压。过温保护模块6在温度超过温度阈值时控制DC-DC隔离恒流驱动模块2停止产生所述恒定输出电流。

如图2所示，是本发明中EMI滤波及整流模块的结构方框图。该EMI滤波及整流模块1包括依次相连的保险管10、EMI滤波电路11、整流桥12和π型滤波器13。在电源输入的火线端串联保险管10，可防止瞬间过压或雷击.EMI滤波电路可有效地抑制电网噪声，对串模、共模干扰都起到抑制作用，既滤除从输入交流的电源线上引入的外部电磁干扰，又能避免本身向外部发出噪声干扰，提高了LED驱动电源控制电路的抗干扰能力及可靠性。在整流桥的输出端设置有π型滤波器，可提高EMC的兼容性。

如图3所示，是本发明中DC-DC隔离恒流驱动模块的结构方框图。该DC-DC隔离恒流驱动模块2包括PWM开关控制电路21、变压器22和滤波电路23。其中，PWM开关控制电路21控制其内部的开关管导通或截止从而产生第一PWM信号，变压器22对第一PWM信号进行耦合产生第二PWM信号，滤波电路23对第二PWM信号进行平滑滤波以产生所述恒定输出电流。

如图4所示，是本发明LED驱动电源控制电路一实施例的电路原理图。本实施例中，该LED驱动电源控制电路包括EMI滤波及整流模块1、DC-DC隔离恒流驱动模块2、输入欠压迟滞保护模块3、输出电流保护模块4、输出过压保护模块5和过温保护模块6。本实施例中，交流输入电压可在85VAC至264VAC的任意选择。

EMI滤波及整流模块1包括依次相连的保险管F1、EMI滤波电路11、整流桥12和π型滤波器13。

EMI滤波电路包括压敏电阻VR1、电阻R33、电阻R32、电容CX1、电容CX2、电容CY1、电容CY2、电容CY3、电容CY4、第一共模扼流线圈L1、第二共模扼流线圈L2L2、电感L1和电感L2。保险管F1的第一端连接到电源输入的火线端L，保险管F1的第二端连接到第一共模扼流线圈L1的第一线圈的末端，第一共模扼流线圈L1的第一线圈的首端连接到第二共模扼流线圈L2的第一线圈的首端，第二共模扼流线圈L2的第一线圈的末端连接到电感L1的第一端，电感L1的第二端连接到整流桥的输入端正极；第一共模扼流线圈L1的第二线圈的末端连接到电源输入的零线端N，第一共模扼流线圈L1的第二线圈的首端连接到第二共模扼流线圈L2的第二线圈的首端，第二共模扼流线圈L2的第二线圈的末端连接到电感L2的第一端，电感L2的第二端连接到整流桥的输入端负极；压敏电阻VR1连接在第一共模扼流线圈L1的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈L1的第二线圈的末端之间；电阻R33和电阻R32串联后连接在第一共模扼流线圈L1的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈L1的第二线圈的末端之间；电容CX1连接在第一共模扼流线圈L1的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈L1的第二线圈的末端之间；电容CY1和电容CY2串联后连接在第一共模扼流线圈L1的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈L1的第二线圈的末端之间，电容CY1和电容CY2的连接点接地保护；电容CY3和电容CY4串联后连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的首端与第一共模扼流线圈的第二线圈的首端之间，电容CY3和电容CY4的连接点接地保护；电容CX2连接到第二共模扼流线圈L2的第一线圈的末端与第二共模扼流线圈L2的第二线圈的末端之间。

π型滤波器包括电容C1、电容C2和电感L7；电感L7的第一端连接到整流桥的输出端正极，整流桥的输出端负极接地；电容C1连接在电感L7的第一端与地之间；电容C2连接在电感L7的第二端与地之间；并且，在电感L7的第二端输出直流电压。

DC-DC隔离恒流驱动模块2包括PWM开关控制电路、变压器T1和滤波电路。PWM开关控制电路采用PWM控制器U1控制开关管Q1导通或截止从而产生第一PWM信号；变压器T1对第一PWM信号进行耦合产生第二PWM信号；滤波电路对第二PWM信号进行平滑滤波以产生恒定输出电流，使LED光源发光稳定、亮度恒定，降低了眼疲劳，提高了使用过程中的安全性。这里的PWM控制器U1可以采用MOSFET驱动器，比如型号为IRIS4015，IR2153等等。

输入欠压迟滞保护模块3包括稳压管ZD100、三极管Q100、三极管Q101、第一三端可调分流基准源、电容C100、电容C101、电容C102、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110和电阻R111。本实施例中，第一三端可调分流基准源采用TL431芯片。

电阻R100的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R100的第二端依次通过电阻R101、电阻R102、电阻R103连接到三极管Q100的集电极，电阻R109连接在三极管Q100的基极与三极管Q100的发射极之间，三极管Q100的发射极接地，电阻R104连接在三极管Q100的集电极与三极管Q100的发射极之间；电阻R105的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R105的第二端依次通过电阻R106连接到稳压管ZD100的负极，稳压管ZD100的正极接地，电容102连接在稳压管ZD100的两端；电阻R107的第一端连接到稳压管ZD100的负极，电阻R107的第二端连接到TL431芯片的阴极，TL431芯片的阳极接地，TL431芯片的参考端连接到电阻R102和电阻R103交接点，电容C100连接在TL431芯片的参考端与TL431芯片的阳极之间；电阻R108的第一端连接到TL431芯片的阴极，电阻R108的第二端连接到三极管Q100的基极；电阻R108的第一端通过电阻R110连接到三极管Q101的基极，三极管Q101的发射极接地，电阻R111连接在三极管Q101的基极与发射极之间；电容C101连接在TL431芯片的阴极与地之间。本实施例中，应用稳压管ZD100对EMI滤波及整流模块1输出的直流电压进行嵌位和分压，在交流输入电压为85VAC至264VAC时，稳压管可提供一个20V的嵌位电压，既为TL431芯片提供工作电压，又便于产生使能电平从而产生使能信号，以避免由EMI滤波及整流模块1输出的直流电压直接产生使能电平时对DC-DC隔离恒流驱动模块2启动带来的影响。

输入欠压迟滞保护模块3可有效地防止交流输入波动时引起的震荡，以防止电源受到破坏。当电源输入的交流电压从0V上升到82VAC时，TL431芯片的控制电平小于2.5V，CTRL1为高电平，CTRL的电压小于1V，DC-DC隔离恒流驱动模块2不启动，起到输入欠压迟滞保护作用。当电源输入的交流电压高于82VAC时，TL431芯片的控制电平大于2.5V，CTRL1为低电平，CTRL的电压大于1V，DC-DC隔离恒流驱动模块2启动工作。当电源输入的交流电压从正常电压减小到小于79VAC时，TL431芯片的控制电平小于2.5V，CTRL1为高电平，CTRL的电压小于1V，DC-DC隔离恒流驱动模块2不启动，起到输入欠压迟滞保护作用。

可见，本实施例提供了一个宽范围交流电压输入隔离式的恒流LED驱动电路，可以在输入交流85VAC到264VAC范围内稳定的工作，可避免因电源输入不稳定而损坏外接灯具，使LED光源寿命可以高达6万小时以上，具有抗频繁开关的特性。

输出电流保护模块4对DC-DC隔离恒流驱动模块2的恒定输出电流进行检测，并在恒定输出电流超过电流阈值时控制停止产生恒定输出电流。例如，当LED光源发生短路时，输出电流保护模块4检测到DC-DC隔离恒流驱动模块2的输出电流超过了电流阈值，输出电流保护模块4将控制DC-DC隔离恒流驱动模块2停止产生恒定输出电流，从而保护LED光源。

输出过压保护模块5包括采样电路、第二三端可调分流基准源U5、光耦U4及其外围电路。采样电路采集恒定输出电压得到一电压采样值，并将电压采样值与第二三端可调分流基准源U5提供的基准电压进行比较，在电压采样值高于基准电压时产生一过压保护控制信号并经光耦U4传送至DC-DC隔离恒流驱动模块2，DC-DC隔离恒流驱动模块2依据该过压保护控制信号调节最终的输出电压。可见，本发明的LED驱动电源控制电路在输出有异常时，可有效地保护外接LED光源。本实施例中，以第二三端可调分流基准源U5提供的基准电压为电压阈值，当然，第二三端可调分流基准源U5提供的基准电压不同，对应的电压阈值就对应不同。

过温保护模块6在温度超过温度阈值时控制DC-DC隔离恒流驱动模块2停止产生恒定输出电流。例如，当热敏电阻TH1检测到线路板的温度超过温度阈值时，控制DC-DC隔离恒流驱动模块2停止产生恒定输出电流，有效地防止高温时线路板被损坏。

本发明还涉及到一种LED灯具，该LED灯具包括LED驱动电源控制电路和LED光源，该LED驱动电源控制电路的最优实施方式如上述实施例所阐述。

以上仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种LED驱动电源控制电路，其特征在于，包括：

EMI滤波及整流模块，其对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压；

DC-DC隔离恒流驱动模块，其将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流；

输入欠压迟滞保护模块，其对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据所述使能信号控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块启动或不启动；

输出电流保护模块，其对所述恒定输出电流进行检测，并在所述恒定输出电流超过电流阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流；

所述DC-DC隔离恒流驱动模块包括PWM开关控制电路、变压器和滤波电路；

所述PWM开关控制电路控制其内部的开关管导通或截止从而产生第一PWM信号；

所述变压器对第一PWM信号进行耦合产生第二PWM信号；

所述滤波电路对第二PWM信号进行平滑滤波以产生所述恒定输出电流；

其中，所述输入欠压迟滞保护模块包括稳压管ZD100、三极管Q100、三极管Q101、第一三端可调分流基准源、电容C100、电容C101、电容C102、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110和电阻R111；

电阻R100的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R100的第二端依次通过电阻R101、电阻R102、电阻R103连接到三极管Q100的集电极，电阻R109连接在三极管Q100的基极与三极管Q100的发射极之间，三极管Q100的发射极接地，电阻R104连接在三极管Q100的集电极与三极管Q100的发射极之间；

电阻R105的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R105的第二端依次通过电阻R106连接到稳压管ZD100的负极，稳压管ZD100的正极接地，电容102连接在稳压管ZD100的两端；电阻R107的第一端连接到稳压管ZD100的负极，电阻R107的第二端连接到第一三端可调分流基准源的阴极，第一三端可调分流基准源的阳极接地，第一三端可调分流基准源的参考端连接到电阻R102和电阻R103交接点，电容C100连接在第一三端可调分流基准源的参考端与第一三端可调分流基准源的阳极之间；电阻R108的第一端连接到第一三端可调分流基准源的阴极，电阻R108的第二端连接到三极管Q100的基极；电阻R108的第一端通过电阻R110连接到三极管Q101的基极，三极管Q101的发射极接地，电阻R111连接在三极管Q101的基极与发射极之间；电容C101连接在第一三端可调分流基准源的阴极与地之间。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电源控制电路，其特征在于，还包括：

输出过压保护模块，其对所述DC-DC隔离恒流驱动模块的输出电压进行检测，并在所述输出电压高于电压阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块调节所述输出电压。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电源控制电路，其特征在于，还包括过温保护模块，其在温度超过温度阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电源控制电路，其特征在于，所述EMI滤波及整流模块包括依次相连的保险管、EMI滤波电路、整流桥和π型滤波器。

5.根据权利要求4所述的LED驱动电源控制电路，其特征在于，所述EMI滤波电路包括压敏电阻、电阻R33、电阻R32、电容CX1、电容CX2、电容CY1、电容CY2、电容CY3、电容CY4、第一共模扼流线圈、第二共模扼流线圈、电感L1和电感L2；

所述保险管的第一端连接到电源输入的火线端，所述保险管的第二端连接到第一共模扼流线圈的第一线圈的末端，第一共模扼流线圈的第一线圈的首端连接到第二共模扼流线圈的第一线圈的首端，第二共模扼流线圈的第一线圈的末端连接到电感L1的第一端，电感L1的第二端连接到所述整流桥的输入端正极；第一共模扼流线圈的第二线圈的末端连接到电源输入的零线端，第一共模扼流线圈的第二线圈的首端连接到第二共模扼流线圈的第二线圈的首端，第二共模扼流线圈的第二线圈的末端连接到电感L2的第一端，电感L2的第二端连接到所述整流桥的输入端负极；压敏电阻连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈的第二线圈的末端之间；电阻R33和电阻R32串联后连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈的第二线圈的末端之间；电容CX1连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈的第二线圈的末端之间；电容CY1和电容CY2串联后连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的末端与第一共模扼流线圈的第二线圈的末端之间，电容CY1和电容CY2的连接点接地保护；电容CY3和电容CY4串联后连接在第一共模扼流线圈的第一线圈的首端与第一共模扼流线圈的第二线圈的首端之间，电容CY3和电容CY4的连接点接地保护；电容CX2连接到第二共模扼流线圈的第一线圈的末端与第二共模扼流线圈的第二线圈的末端之间；

所述π型滤波器包括电容C1、电容C2和电感L7；电感L7的第一端连接到所述整流桥的输出端正极，所述整流桥的输出端负极接地；电容C1连接在电感L7的第一端与地之间；电容C2连接在电感L7的第二端与地之间；并且，在电感L7的第二端输出所述直流电压。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电源控制电路，其特征在于，所述输出过压保护模块包括采样电路、第二三端可调分流基准源、光耦及其外围电路，所述采样电路采集所述输出电压得到一电压采样值，并将所述电压采样值与所述第二三端可调分流基准源提供的基准电压进行比较，在所述电压采样值高于所述基准电压时产生一过压保护控制信号并经所述光耦传送至所述DC-DC隔离恒流驱动模块，所述DC-DC隔离恒流驱动模块依据所述过压保护控制信号调节所述输出电压。

7.一种LED灯具，包括LED驱动电源控制电路和LED光源，其特征在于，

所述LED驱动电源控制电路包括：

EMI滤波及整流模块，其对电源输入的交流电压进行EMI滤波及全波整流从而产生一直流电压；

DC-DC隔离恒流驱动模块，其将所述直流电压进行处理以产生一用于LED光源工作的恒定输出电流；

输入欠压迟滞保护模块，其对所述直流电压进行嵌位和分压从而产生一使能信号，并依据所述使能信号控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块启动或不启动；

输出电流保护模块，其对所述恒定输出电流进行检测，并在所述恒定输出电流超过电流阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流；

所述DC-DC隔离恒流驱动模块包括PWM开关控制电路、变压器和滤波电路；

所述PWM开关控制电路控制其内部的开关管导通或截止从而产生第一PWM信号；

所述变压器对第一PWM信号进行耦合产生第二PWM信号；

所述滤波电路对第二PWM信号进行平滑滤波以产生所述恒定输出电流；

其中，所述输入欠压迟滞保护模块包括稳压管ZD100、三极管Q100、三极管Q101、第一三端可调分流基准源、电容C100、电容C101、电容C102、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110和电阻R111；

电阻R100的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R100的第二端依次通过电阻R101、电阻R102、电阻R103连接到三极管Q100的集电极，电阻R109连接在三极管Q100的基极与三极管Q100的发射极之间，三极管Q100的发射极接地，电阻R104连接在三极管Q100的集电极与三极管Q100的发射极之间；

电阻R105的第一端连接到电感L7的第二端，电阻R105的第二端依次通过电阻R106连接到稳压管ZD100的负极，稳压管ZD100的正极接地，电容102连接在稳压管ZD100的两端；电阻R107的第一端连接到稳压管ZD100的负极，电阻R107的第二端连接到第一三端可调分流基准源的阴极，第一三端可调分流基准源的阳极接地，第一三端可调分流基准源的参考端连接到电阻R102和电阻R103交接点，电容C100连接在第一三端可调分流基准源的参考端与第一三端可调分流基准源的阳极之间；电阻R108的第一端连接到第一三端可调分流基准源的阴极，电阻R108的第二端连接到三极管Q100的基极；电阻R108的第一端通过电阻R110连接到三极管Q101的基极，三极管Q101的发射极接地，电阻R111连接在三极管Q101的基极与发射极之间；电容C101连接在第一三端可调分流基准源的阴极与地之间。

8.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于，所述LED驱动电源控制电路还包括：

输出过压保护模块，其对所述DC-DC隔离恒流驱动模块的输出电压进行检测，并在所述输出电压高于电压阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块调节所述输出电压；

过温保护模块，其在温度超过温度阈值时控制所述DC-DC隔离恒流驱动模块停止产生所述恒定输出电流。

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