專利名稱：直流高壓恒流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED驅(qū)動電路，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，需要嚴格控制其驅(qū)動電流。在直流供電的情況下驅(qū)動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撲1、峰值限流型電路拓撲如圖1所示。當電源上電后，PWM驅(qū)動IC通過GATE腳輸出固定頻率的 驅(qū)動脈沖。在驅(qū)動脈沖的高電平處，M0SFET (金屬氧化物場效應(yīng)管)Q1導(dǎo)通，由于電感L1的鎮(zhèn) 流作用，流過LED串的電流緩慢上升，取樣電阻R2兩端的電壓也逐漸上升，當達到閾值后， Q1關(guān)斷，電感L1上的電流經(jīng)D1續(xù)流繼續(xù)點亮LED。在下一個脈沖將周期重復(fù)上述動作。由于限流電阻R1的存在，VCC可以做的較高，PWM驅(qū)動IC可以采用普通的低壓半 導(dǎo)體工藝制程。但PWM驅(qū)動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。另外由于電路拓撲只是限制流過LED串的最大電流，因此存在著恒流精度不高等 問題，當LED負載變化時，流過電感L1上的電流波形會發(fā)生變化，導(dǎo)致恒流效果更加惡化。 要想控制流過LED的平均電流，還需要電感L1的感量和LED串的匹配，給生產(chǎn)和實際應(yīng)用 帶來諸多不便。并且由于PWM驅(qū)動IC本身也需要一定工作電流，當VCC較高時，消耗的功 率也較可觀，導(dǎo)致整體驅(qū)動效率下降。2、電流滯環(huán)型電路拓撲如圖2所示。當電源上電后，驅(qū)動IC通過GATE腳驅(qū)動M0SFET。在采樣電阻R1兩端的電壓低于閥值Vh時，驅(qū)動IC的GATE引腳輸出高電平， MOSFET Q1導(dǎo)通，由于電感L1的鎮(zhèn)流作用，流過LED串的電流緩慢上升，R1兩端的電壓也逐 漸升至閥值Vh，Ql關(guān)斷，電感L1上的電流經(jīng)D1續(xù)流繼續(xù)點亮LED，此時電流逐漸減小至閥 值V1，Q1再次導(dǎo)通，重復(fù)上述動作。一般此類驅(qū)動IC，驅(qū)動頻率可高達1MHz以上，因此可以使用較小的鎮(zhèn)流電感。同 時，由于采用滯環(huán)控制方式，驅(qū)動頻率可以根據(jù)LED負載和鎮(zhèn)流電感L自動調(diào)整，恒流特性 較好，效率也基本能做到96%以上。很多驅(qū)動IC還將MOSFET內(nèi)置，成本較低，實際應(yīng)用很 方便。一般來說，我們希望VCC越高越好，這樣串聯(lián)的LED數(shù)可以增加，在接線時比較方 便，同時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)動的成本也較高。少數(shù)幾家國外廠商的IC可以做到75V的耐壓，但價格很高，實際 應(yīng)用中會導(dǎo)致成本大幅提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的需要高耐壓驅(qū)動芯片的技術(shù)問題，提供一種 不需要高耐壓驅(qū)動芯片，能夠驅(qū)動較多串聯(lián)的LED，成本低廉的直流高壓恒流源電路。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(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IC和金屬氧化物場效應(yīng) 管，滯環(huán)驅(qū)動IC的Vin管腳連接穩(wěn)壓管的負端、LED串的負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 的正端和場效應(yīng)管的漏極，續(xù)流二極管的負端連接VCC和LED串的正端，場效應(yīng)管的柵極連 接滯環(huán)驅(qū)動IC的GATE端，場效應(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)動電壓VCC，而不會受到滯環(huán)驅(qū)動IC的耐壓限制，只受限于所選用的金屬場效應(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IC的耐壓限制。市面上高 耐壓的滯環(huán)驅(qū)動IC價格比大功率高耐壓的M0SFET價格高很多，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。同時由于滯環(huán)驅(qū) 動IC工作電壓較低，耗能較小，驅(qū)動效率較高，整體效率可以達到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LED的恒流 驅(qū)動值。作為優(yōu)選，金屬場效應(yīng)管為最大工作電流為5至15倍lied的N型金屬場效應(yīng)管。作為優(yōu)選，金屬場效應(yīng)管是耐壓大于1.5倍VCC的金屬場效應(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IC最大工作電壓的穩(wěn)壓管。作為優(yōu)選，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Vz由以下公式得到Vz = VCC-VfXN+5，式中，Vf為 LED串的壓降，N為LED串的串聯(lián)數(shù)。作為優(yōu)選，取樣電阻的值R由以下公式得到R= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-IVin)，式 中，Vh為所述金屬場效應(yīng)管關(guān)斷時所述取樣電阻兩端的電壓，VI為所述金屬場效應(yīng)管導(dǎo)通 時所述取樣電阻兩端的電壓，Iled為LED的恒流驅(qū)動值，Ivin為滯環(huán)驅(qū)動IC的工作電流。作為優(yōu)選，多串的所述LED串通過一條導(dǎo)線連接以后再接到VCC。采用這種共陽接 法以后可以比傳統(tǒng)模式減少N-1條接線，其中N為LED燈串的數(shù)量。本發(fā)明的帶來的有益效果是(1)可以任意選定驅(qū)動電壓VCC。VCC將不受滯環(huán)驅(qū)動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IC價格很高，大于75V的基本 沒有IC廠商可以供貨。使用本發(fā)明，可以選用市場上常見的低壓滯環(huán)驅(qū)動IC，而大功率高 耐壓的M0SFET和超快恢復(fù)二極管經(jīng)過多年發(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)動電流大，散熱性能好，工作穩(wěn)定。由于采用外置MOS管，相比較比一些內(nèi)置 MOS管的滯環(huán)驅(qū)動IC可實現(xiàn)更大的驅(qū)動電流，由于MOS管外置散熱也較好。(4)效率高。由于滯環(huán)驅(qū)動IC沒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IC耗能較低，驅(qū)動效率較高，整體效 率可以做到97%以上。(5)共陽極拓撲，接線簡單。在需要多路恒流的情況下，由于LED串的陽極都是接 在VCC上的，因此所有的LED串的陽極都可以連在一起，LED串的陰極單獨接線。這樣的接 線方式，將比傳統(tǒng)的模式省下N-I條接線，其中N為LED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是本實用新型的一種電路示意圖；圖4是本實用新型的一種電路接線方法；圖5是傳統(tǒng)驅(qū)動電路的一種接線方法。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例本實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Li、續(xù)流二極管D1、滯環(huán)驅(qū)動IC和金屬氧化物場效應(yīng)管Q1，滯環(huán)驅(qū)動IC的Vin 管腳連接穩(wěn)壓管的負端、LED串的負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 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效應(yīng)管的漏 極，續(xù)流二極管的負端連接VCC和LED串的正端，場效應(yīng)管的柵極連接所述滯環(huán)驅(qū)動IC的 GATE端，場效應(yīng)管的源極接地，穩(wěn)壓管的正端接地。電源上電后VCC經(jīng)過LED燈串、穩(wěn)壓管 D2穩(wěn)壓后給滯環(huán)驅(qū)動IC供電，當電源正常工作后穩(wěn)壓管D2不工作，IC的供電直接由LED 燈串分壓后提供。當取樣電阻Rl兩端電壓低于閾值Vh時，MOSFET Ql導(dǎo)通，由于電感Ll的 鎮(zhèn)流作用，Rl兩端的電壓逐漸升至Vh，此時Ql關(guān)斷，電感Ll中的電流經(jīng)Dl續(xù)流繼續(xù)點亮 LED串，當取樣電阻Rl兩端電壓低至閥值Vl時Ql導(dǎo)通，依次重復(fù)。電路各部分說明如下(1)輸入電壓VCC。需要比滯環(huán)驅(qū)動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)動對象，其串聯(lián)數(shù)N由VCC，滯環(huán)驅(qū)動IC的最低電壓Vlow和LED 燈串的壓降Vf來確定。計算如下N= (VCC-Vlow-3)/Vf (N 需要取整)(3)取樣電阻R1。其值由電壓閥值Vh，Vl (Vh為VCC-Vs之差，一般為10(T200mV)， LED的恒流驅(qū)動值I led，以及滯環(huán)驅(qū)動IC的工作電流Ivin決定。計算如下Rl= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-Ivin)(4)穩(wěn)壓管D2。為滯環(huán)驅(qū)動IC的VIN限壓。其穩(wěn)壓值Vz由VCC，LED燈的Vf值 來確定。同時需要保證Vz不大于滯環(huán)驅(qū)動IC的最大工作電壓。計算如下Vz = VCC-Vf*N+5
(6)鎮(zhèn)流電感Li。其峰值電流應(yīng)為Iled的1. 5倍以上，電感量需要根據(jù)實際選用 的驅(qū)動IC來決定，以使其振蕩頻率在合適范圍內(nèi)。(7)MOSFET Ql0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Iled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IC?？刹捎檬袌錾铣Ｒ姷臏h(huán)驅(qū)動IC型號。本實施例的直流 高壓恒流源電路的共陽接線方法如圖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-I根導(dǎo)線，N為LED串的數(shù)量。
權(quán)利要求
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)動芯片和金屬氧化物場效應(yīng)管，其特征在于，所述滯環(huán)驅(qū)動芯片的Vin管腳連接所述穩(wěn)壓管的負端、LED串的負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效應(yīng)管的漏極，所述續(xù)流二極管的負端連接VCC和LED串的正端，所述場效應(yīng)管的柵極連接所述滯環(huán)驅(qū)動芯片的GATE端，所述場效應(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lied的鎮(zhèn)流電感，lied為LED的恒流驅(qū)動值。
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，所述金屬氧化物場效應(yīng) 管為最大工作電流為5至15倍lied的N型金屬氧化物場效應(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，所述金屬氧化物場效 應(yīng)管是耐壓大于1. 5倍VCC的金屬氧化物場效應(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)動芯片最大工作電壓的穩(wěn)壓管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的直流高壓恒流源電路，其特征在于，所述穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值 Vz由以下公式得到Vz = VCC-VfXN+5，式中，Vf為LED串的壓降，N為LED串的串聯(lián)數(shù)。
9.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，所述取樣電阻的值R由以 下公式得到R= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-IVin)，式中，Vh為所述金屬場效應(yīng)管關(guān)斷時所述取 樣電阻兩端的電壓，VI為所述金屬場效應(yīng)管導(dǎo)通時所述取樣電阻兩端的電壓，Iled為LED 的恒流驅(qū)動值，Ivin為滯環(huán)驅(qū)動芯片的工作電流。
10.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 一條導(dǎo)線連接以后再接到VCC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流高壓恒流源電路，提供一種成本低廉、能驅(qū)動較多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IC和MOSFET，滯環(huán)驅(qū)動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)動電壓，串接的LED數(shù)不受滯環(huán)驅(qū)動IC的耐壓限制，且高耐壓MOSFET價格低廉。本發(fā)明適用于所有含LED的電路，尤其適用于含大量LED的電路。
文檔編號H05B37/02GK101868089SQ20101019055
公開日2010年10月20日 申請日期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 申請人:浙江紅劍集團有限公司