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CN201001216Y - 大功率led驱动电路 - Google Patents

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CN201001216Y CNU2007201182337U CN200720118233U CN201001216Y CN 201001216 Y CN201001216 Y CN 201001216Y CN U2007201182337 U CNU2007201182337 U CN U2007201182337U CN 200720118233 U CN200720118233 U CN 200720118233U CN 201001216 Y CN201001216 Y CN 201001216Y
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龙兴明
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XIAN LIQUN
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Abstract

本实用新型公开了一种大功率LED驱动电路，包括整流电路、开关管、高频变压/整流电路、PWM控制芯片和光耦反馈电路，PWM控制芯片接受光耦反馈电路的反馈并控制整个LED驱动电路的工作，还包括输出电流检测电路，所述的输出电流检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路恒压驱动状态与恒流驱动状态的自动转换。本实用新型针对传统驱动电路存在的问题，结合LED的驱动特性提出了一种结构简单、可靠性高、光强稳定的自适应大功率LED照明驱动电路。

Description

大功率LED驱动电路
技术领域
本实用新型涉及发光二极管照明驱动技术，尤其涉及一种大功率LED通用照明灯的驱动电路。
背景技术
LED是一种节能、环保、小尺寸、快速、多色彩、长寿命的新型光源。但是，与LED灯配套的驱动器却跟不上LED光源发展的需要，驱动电路性能不佳，故障率高成了约束LED推广应用的瓶颈。
现有LED驱动电路，如电容降压电路和开关稳压电路，没有深入利用LED的输出光流明数和波长同PN结的温度以及电流密切相关，将引起LED的提前老化，不能有效满足LED照明驱动的要求。
现有的常规恒流或恒压开关电源拓扑结构为，市电(50HZ，90V-264V)经过50HZ整流滤波后，送入由高频变压器初级绕组和开关管组成的主回路，经高频变压、整流滤波后由电压采样或电流采样电路反馈给主控IC，从而使得电流或电压保持恒定。这种常规恒流或恒压开关电源作为LED通用照明必然带来以下问题，由于随着LED阵列工作的时间加长，LED的工作温度上升，将引起有效寿命电流降低，如果采用常规恒流必然使得LED提前老化。而且，这种常规的LED驱动电路在LED灯出现开路或短路时可能导致LED灯的连锁性破坏。
而且，常规的驱动电路，忽略了外部环境光的驱动管理能力，不能根据环境光的变化自适应调节电流，进行环境光自动补偿，而这点对于伪白光LED的长期工作非常重要。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种恒压驱动状态与恒流驱动状态能自动转换，实现对LED灯开路或短路具有自适应功能的大功率LED驱动电路。
本实用新型进一步要解决的技术问题是提供一种能够实现恒压输出补偿的大功率LED驱动电路。
本实用新型更进一步要解决的技术问题是提供一种能够实现环境光电流补偿的大功率LED驱动电路。
本实用新型更进一步要解决的技术问题是提供一种能够适应宽电压输入并能对最大输出电流峰值进行限定的大功率LED驱动电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种大功率LED驱动电路，包括整流电路、开关管、高频变压/整流电路、PWM控制芯片和光耦反馈电路，PWM控制芯片接受光耦反馈电路的反馈并控制整个LED驱动电路的工作，还包括输出电流检测电路，所述的输出电流检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路恒压驱动状态与恒流驱动状态的自动转换。
以上所述的大功率LED驱动电路，最好还包括输出电压补偿电路，所述的输出电压及补偿电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路的恒压输出补偿。
以上所述的大功率LED驱动电路，最好还包括环境光检测电路，所述的环境光检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路环境光电流补偿。
以上所述的大功率LED驱动电路，最好还包括输入电压补偿电路，所述的输入电压检测电路连接在整流电路的输出端，其输出端接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路的宽电压输入功能。
以上所述的大功率LED驱动电路，最好还包括温度检测补偿电路，所述的温度检测补偿电路通过电压补偿电路接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路最大输出电流峰值的限定。
以上所述的大功率LED驱动电路，所述的PWM控制芯片最好是SA7527芯片。
以上所述的大功率LED驱动电路，光耦反馈电路的采样部分可以包括采样电阻R15、R16、R17，光耦、精密稳压源；R16一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接光耦发光二极管的阳极，光耦发光二极管的阴极接精密稳压源阴极，精密稳压源的阳极接低压地；R15和R17串接后，R15一端接LED驱动电路低压输出端的主边，R17的一端接低压地，R15和R17间的接点接精密稳压源的参考端。光耦反馈电路的输出部分包括反馈线圈，整流二极管D4，、光耦的光敏三极管Q4。反馈线圈的输出端经D4接Q4的集电极和SA7527芯片的8脚，Q4的发射极接SA7527芯片的1脚；所述的输出电流检测电路包括电流采样电阻R18和三极管Q3，R18串接在低压输出端的付边，一端接低压地，另一端接Q3的基极，Q3的集电极接光耦发光二极管的阴极，发射极接低压地。
以上所述的大功率LED驱动电路，在TL431精密稳压源的采样电阻R15和TL431精密稳压源的参考端之间最好串接有光敏传感器WT。
以上所述的大功率LED驱动电路，所述的环境光检测电路可以包括采样电阻R3、光电传感器和三极管Q2。光电传感器一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接R3，R3接Q2的基极，Q2的集电极接光耦发光二极管的阴极，发射极接低压地。
以上所述的大功率LED驱动电路，最好还包括输入电压补偿电路和温度检测补偿电路；所述的输入电压补偿电路包括输入电压检测电路和输出电压检测电路；输入电压检测电路包括串联在整流电路输出端和地之间的输入电压采样电阻R1和R2。R1和R2的接点接SA7527芯片的3脚；输出电压检测电路包括输出电压采样电阻R8、R9和R10，R10连接光耦光敏三极管Q4的输出端和地之间，R8、R9串联后连接Q4输出端和SA7527芯片的2脚；所述的温度检测补偿电路包括电阻R4和光敏电阻RT，R4和RT串接后，一端接高压地，另一端接R1和R2的接点。
本实用新型包括输出电流检测电路，所述的输出电流检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路恒压驱动状态与恒流驱动状态的自动转换，可以实现对LED灯开路或短路时的自适应保护，防止可能导致的LED灯的连锁性破坏。
本实用新型如进一步采用输出电压补偿电路，便能实现LED驱动电路的恒压输出补偿，当PN结温度升高时，输出电压补偿电路能适当提高恒压启动的转折点电压，从而实现可靠的恒流/恒压转换功能。
本实用新型如进一步采用环境光检测电路，当环境光发生变化时，环境光检测电路使得通过光耦的电流发生改变，从而达到环境光电流补偿的目的。
本实用新型如更进一步采用输入电压补偿电路和温度检测补偿电路，就能够适应宽电压输入并能对LED驱动电路的最大输出电流峰值进行限定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型大功率LED驱动电路实施例的原理框图。
图2是PWM控制芯片SA7527内部结构的原理框图。
图3是本实用新型大功率LED驱动电路实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型大功率LED驱动电路实施例包括工频整流电路、开关管、高频变压/整流电路、PWM控制芯片、电流/电压/光强检测电路、输入电压补偿电路、温度检测补偿电路和光耦反馈电路。工频整流电路对输入的82V-290V的工频交流电整流滤波，高频变压/整流电路的初级线圈接整流电路的输出端并受开关管控制。光耦反馈电路接高频变压/整流电路的输出端。PWM控制芯片接受光耦反馈电路的反馈并控制开关管的工作。电流/电压/光强检测电路接高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路恒压驱动状态与恒流驱动状态的自动转换、恒压输出补偿和环境光电流补偿。输入电压补偿电路接工频整流电路的输出端，其输出端接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路的宽电压输入功能。温度检测补偿电路通过电压补偿电路接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路最大输出电流峰值的限定
如图3所示，本实用新型大功率LED驱动电路实施例的工作原理如下：
本实施例PWM控制芯片U1采用8脚封装的SA7527。SA7527是一块功能强大的芯片，它除了通用的PWM控制芯片的功能外，还提供了内置R/C滤波器、启动定时器、过电压保护、零电流检测、乘法器、内部带隙基准以及特殊防击穿电路等功能，其内部主要结构如图2所示。
从AC端口输入的50HZ/60HZ交流电通过由4个IN4007组成的电桥整流和电容C1滤波后，输入高频变压器EI25。由MOS场效应管Q1组成的开关电路串接在高频变压器EI25初级线圈副边和地之间。MOS场效应管Q1的漏极接EI25初级线圈，源极通过电流采样电阻R14接地，栅极通过电阻R13接PWM控制芯片U1 SA7527的7脚(OUT)。场效应管Q1源极同电流采样电阻R14的接点接PWM控制芯片U1 SA7527的4脚(CS)，对源极电流进行检测限流。二极管D5、D6对MOS场效应管Q1进行保护。
高频变压器EI25的次级线圈的输出经D7、L1、C7、C8组成的整流滤波电路整流滤波后最后从2个OUT端子输出。
本实施例的光耦反馈主电路的采样部分包括采样电阻R15、R16、R17，光耦PC817的发光二极管、精密稳压源TL431、电容C9。采样电阻R16一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接光耦PC817的发光二极管的阳极，光耦PC817的发光二极管的阴极接精密稳压源TL431阴极，精密稳压源TL431的阴极接低压地；采样电阻R15和R17串接后，R15一端接LED驱动电路低压输出端的主边，R17的一端接地，采样电阻R15和R17间的接点接精密稳压源TL431的参考端。光耦反馈主电路的输出部分包括反馈线圈，整流二极管D4，滤波电容C6、光耦PC817的光敏三极管Q4和电阻R9。反馈线圈的输出端经整流二极管D4接光耦PC817的光敏三极管Q4的集电极和PWM控制芯片U1 SA7527的8脚(VDD)，光耦PC817的光敏三极管Q4的发射极经电阻R9接PWM控制芯片U1 SA7527的1脚(INV)。
本实施例的光耦反馈主电路的原理是，低压输出经过TL431反馈并将误差放大，TL431驱动光耦PC817的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，通过调整PWM控制芯片的开关时间，得到一个稳定的直流低压电压输出。
本实施例的输出电流检测电路包括R18、R11和Q3。电流采样电阻R18串接在LED驱动电路低压输出端的付边，一端接低压地，另一端作为采样端通过电阻R11接三极管Q3的基极。三极管Q3的集电极接光耦PC817发光二极管的阴极，发射极接低压地。当LED驱动电路输出电流在采样电阻的压降超过0.7V时，三极管Q3导通，流过光耦PC817发光二极管的电流主要受开关电源输出电流大小控制，此时开关电源工作在恒流输出状态；否则为恒压输出状态，并且输出电压大小取决于精密三端稳压TL431稳压大小。这样的自动调整恒流/恒压特性有利地保护了LED出现开路以及短路时，常规驱动电路可能导致的连锁性破坏。
为了克服LED PN结温度升高将引起PN结压降的升高，驱动电源可能过早的从恒流工作状态转入恒压工作状态，从而影响LED光通量的稳定性。为此，本实施例增加了输出电压补偿电路，输出电压补偿电路是在LED驱动电路低压输出端引入恒压输出电压补偿端子WT(光敏传感器或光敏电阻)，具体做法是将恒压输出电压补偿端子WT串接在TL431精密稳压源的采样电阻R15和TL431精密稳压源的参考端之间。当PN结温度升高时，输出电压补偿电路能适当提高恒压启动的转折点电压，从而实现可靠的恒流/恒压转换功能。
本实施例的环境光检测电路包括采样电阻R3、光电传感器APD9003和三极管Q2。光电传感器APD9003一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接采样电阻R3，采样电阻R3接三极管Q2的基极。三极管Q2的集电极接光耦PC817发光二极管的阴极，发射极接地。当环境光发生变化时，采样电阻R3的压降引起Q2基极电压的改变，使得通过光耦PC817发光二极管的电流发生改变，从而达到环境光电流补偿的目的。
输入电压补偿电路包括输入电压检测电路和输出电压检测电路。输入电压检测电路包括串联在IN4007整流电桥输出端和地之间的输入电压采样电阻R1和R2。R1和R2的接点接SA7527的3脚(MUL端子)。输出电压检测电路包括输出电压采样电阻R8、R9和R10。R10连接光耦PC817的光敏三极管输出端和地之间，R8、R9串联后连接光耦PC817光敏三极管输出端和SA7527的2脚(E-O端子)。输入电压补偿电路把输入整流高压采样信号与输出的检测电压分别输入SA7527乘积运算的两输入端3脚和2脚(MUL端子和E-O端子)，运算结果作为PWM的控制信号；当输入电压降低时，乘积运算的结果减小，使PWM脉宽输出增大，保证了在宽输入范围条件下LED驱动电路输出的稳定。
本实施例的温度检测补偿电路包括电阻R4和光敏电阻RT。电阻R4和光敏电阻RT串接后，一端接地，另一端接输入电压检测电路R1和R2的接点。温度检测补偿电路利用光敏电阻RT进行LED工作温度检测，当RT检测到LED工作温度升高时，使SA7527芯片的乘法器输入端子MUL对地的等效电阻降低，MUL端子输入信号变大，使得输出电流大小随温度的升高而略有下降，有效地补偿了温度升高后LED可靠工作寿命电流降低的矛盾。

Claims (10)

1、一种大功率LED驱动电路，包括整流电路、开关管、高频变压/整流电路、PWM控制芯片和光耦反馈电路，PWM控制芯片接受光耦反馈电路的反馈并控制整个LED驱动电路的工作，其特征在于，还包括输出电流检测电路，所述的输出电流检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路恒压驱动状态与恒流驱动状态的自动转换。
2、根据权利要求1所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，还包括输出电压补偿电路，所述的输出电压及补偿电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路的恒压输出补偿。
3、根据权利要求2所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，还包括环境光检测电路，所述的环境光检测电路连接在高频变压/整流电路的输出端，通过光耦反馈电路和PWM控制芯片，实现LED驱动电路环境光电流补偿。
4、根据权利要求3所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，还包括输入电压补偿电路，所述的输入电压检测电路连接在整流电路的输出端，其输出端接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路的宽电压输入功能。
5、根据权利要求4所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，还包括温度检测补偿电路，所述的温度检测补偿电路通过电压补偿电路接PWM控制芯片受控端，实现LED驱动电路最大输出电流峰值的限定。
6、根据权利要求3所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，所述的PWM控制芯片是SA7527芯片。
7、根据权利要求6所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，光耦反馈电路的采样部分包括采样电阻R15、R16、R17，光耦、精密稳压源；R16一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接光耦发光二极管的阳极，光耦发光二极管的阴极接精密稳压源阴极，精密稳压源的阳极接低压地；R15和R17串接后，R15一端接LED驱动电路低压输出端的主边，R17的一端接低压地，R15和R17间的接点接精密稳压源的参考端；光耦反馈电路的输出部分包括反馈线圈，整流二极管D4，光耦的光敏三极管Q4；反馈线圈的输出端经D4接Q4的集电极和SA7527芯片的8脚，Q4的发射极接SA752 7芯片的1脚；所述的输出电流检测电路包括电流采样电阻R18和三极管Q3，R18串接在低压输出端的付边，一端接低压地，另一端接Q3的基极，Q3的集电极接光耦发光二极管的阴极，发射极接低压地。
8、根据权利要求6所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，在TL431精密稳压源的采样电阻R15和TL431精密稳压源的参考端之间串接有光敏传感器WT。
9、根据权利要求6所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，所述的环境光检测电路包括采样电阻R3、光电传感器和三极管Q2；光电传感器一端接LED驱动电路低压输出端的主边，另一端接R3，  R3接Q2的基极，Q2的集电极接光耦发光二极管的阴极，发射极接低压地。
10、根据权利要求6所述的大功率LED驱动电路，其特征在于，还包括输入电压补偿电路和温度检测补偿电路；所述的输入电压补偿电路包括输入电压检测电路和输出电压检测电路；输入电压检测电路包括串联在整流电路输出端和地之间的输入电压采样电阻R1和R2；R1和R2的接点接SA7527芯片的3脚；输出电压检测电路包括输出电压采样电阻R8、R9和R10，R10连接光耦光敏三极管Q4的输出端和高压地之间，R8、R9串联后连接Q4输出端和SA7527芯片的2脚；所述的温度检测补偿电路包括电阻R4和光敏电阻RT，R4和RT串接后，一端接高压地，另一端接R1和R2的接点。
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