一种电压可调的LED控制电路的制作方法

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一种电压可调的LED控制电路的制作方法

本实用新型一种电压可调的LED控制电路属于LED控制领域,特别是一种能够电压自动调节的LED控制电路。



背景技术:

LED灯作为一种价格便宜,发光效率高,稳定性强的光源,受到人们的普遍使用,但随之而来的控制问题成为人们长期研究的主题,尤其是如何控制调节电路电压的问题。

目前已有的一种负载控制电路及装置(中国申请CN104049559)公开了一种负载控制电路及装置,通过整流滤波模块将市电去杂后转换为负载所需的直流电,然后通过升压模块将整流滤波模块输出的直流电进行升压,减少电能在电路中的损耗,通过DC-DC变换电路将升压后的电压转换为负载所需的电压,最后通过反馈调节模块根据负载的输入电压控制DC-DC变换电路对输出的电压进行调节使负载的输入电压维持稳定。但其存在的不足是:1)输出电压固定,而这将导致LED的亮度会变化;2)该实用新型未公开如何控制LED电流。



技术实现要素:

本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种电压可调的LED控制电路,能有效提高电源转换效率,节约用电,并自动调节LED灯珠的总压差,延长了LED灯的使用寿命。

本实用新型是采取以下技术方案实现的:

一种电压可调的LED控制电路,包括桥式整流电路、恒流电流控制电路、可调升压电路和过电压保护电路;桥式整流电路设置在电压可调的LED控制电路与电源相连的最前端,用于将交流电压整流得到直流电;

恒流电流控制电路包括第一比较器CMP1、第一MOS管M1和可变电阻R1,第一比较器CMP1的输出端与第一MOS管M1的栅极相连;第一比较器CMP1的反相输入端与第一MOS管M1的源极相连后再与可变电阻R1相串联;第一比较器CMP1用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF1电位和第一MOS管M1的源极端的B点电位VB,并将VB电压值固定,且与REF1电压相同,通常设定在0.1V~0.3V;

调节电阻R1的阻值,从而控制灯珠的电流,此电流不受电源电压、温度和LED灯珠个数的影响;

可调升压电路包括第二比较器CMP2、脉冲宽度调制电路PWM、第二MOS管M2、电感L1和高压二极管D1,第二比较器CMP2的输出端与脉冲宽度调节电路PWM相连;

第二比较器CMP2的输出端与第二MOS管M2的栅极相连;

第二MOS管M2的漏极与高压二极管D1相连;第二比较器CMP2用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF2电位和第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA,利用比较后的结果控制脉冲宽度调制电路PWM,脉冲宽度调制电路PWM控制第二MOS管M2;

过电压保护电路由第三比较器CMP3、第一MOS管M1、脉冲宽度调制电路PWM和第二MOS管M2组成,第三比较器CMP3的输出端接到第一MOS管M1的栅极,同时比较器CMP3的输出端接到第一MOS管M1的栅极,且与脉冲宽度调制电路PWM连接;

第三比较器CMP3用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF3电位和第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA,利用比较后的结果控制第一MOS管M1和第二MOS管M2的关闭;

当电源电压异常偏高,或者LED灯珠短路的个数过多时,导致A点电压VA超过基准电压REF3时,第三比较器CMP3输出低电位信号,此信号将关闭第一MOS管M1和第二MOS管M2,从而关断LED灯珠的电流,保护LED灯泡,避免出现安全事故。

家用220V交流电源经过桥式整流得到300V左右的直流电源。LED灯珠在常温下的点亮电压约为2V~3V。

本实用新型电路将整流后的直流电压升到一定电压给串联的LED灯珠供电。由于家用220V交流电源通常有±20% 的变化幅度,LED灯珠在不同温度下,其点亮电压也不同,升压倍数1.2~2倍即可满足一般家庭应用。

基准电压REF1的电压约为0.1V~0.2V,通常基准电压REF1,基准电压REF2和基准电压REF3的电位较高,且基准电压REF3的电压为基准电压REF2电位的2~3倍。

一种电压可调的LED控制电路的控制方法,包括如下步骤:

1)家用220V电源通电后,通过桥式整流电路将交流电整为直流电压VF;

2)通过电感L1和高压二极管D1将LED灯珠的输入电压VC电位提高到LED灯珠工作电压;

3)第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA电压小于参考电压REF2,启动脉冲宽度调制电路PWM,通过第二MOS管M2、电感L1和高压二极管D1提升LED灯珠的VC的电位;

4)当LED灯珠的输入电压VC的电位超过LED灯珠工作的最小电压后(如前文所述单颗LED导通电压为2V~3V,此电压为2V*LED总数目),LED灯珠开始有电流流过,此电流在电阻R1上形成压降,该压降小于0.1V,LED灯珠电流随着LED灯珠的输入电压VC的电位的升高而升高;当LED灯珠的输入电压VC电位继续升高,直到可变电阻R1上的电压等于参考电压REF1,LED灯珠的电流将恒定,不再随着LED灯珠的VC的升高而升高;此时第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA尚未超过参考电压REF2的电位,LED灯珠的输入电压VC电压还将继续升高,直到第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA电压超过参考电压REF2后,脉冲宽度调制电路PWM将关闭第二MOS管M2,LED灯珠的输入电压VC电压将不再升高;

5)LED灯珠电流由与其并联的电容C1提供,因此LED灯珠的输入电压VC将逐渐变低,直到第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA电压小于参考电压REF2后,脉冲宽度调制电路PWM将重新开启,控制第二MOS管M2,将通过电感L1、第二MOS管M2和高压二极管D1来提升LED灯珠的VC的电压,直到第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA超过参考电压REF2的电位,关闭第二MOS管M2,LED灯珠的输入电压VC将停止上升;如此循环下去,直到220V电源关闭,或者LED灯珠出现异常,或者220V电源出现异常高。

在步骤5)中,如果交流电源出现异常,通过桥式整流电路后,电源电压VF电位和LED灯珠的输入电压VC电压均远超过LED灯珠工作电压,第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA高于参考电压REF3的电压,比较器CMP1输出低电压信号,将关闭第一MOS管M1和第二MOS管M2,从而切断了LED灯珠上的电流,有效避免出现安全事故。

本实用新型的优点:

1、与现在的LED灯泡相比更节能;

现在的LED灯泡主要通过降压的方式供电,其降压幅度较大;而采用升压的方式,其电压升高的幅度比正常市电高一点即可,可以提高电源转换效率,节约用电;

2、可以节约成本;

升压型LED灯泡只需要串联即可达到较大的功率,不需要并联,因此对LED灯珠的一致性要求不高,可以节约成本;

3、本方法采用恒定电流供电方式,可以消除闪烁现象,有利于保护眼睛;

4、本方法设有过电压保护电路;

当电源电压异常偏高或者LED灯珠短路的个数过多时,将关闭LED灯珠电流,保护LED灯泡,避免出现安全事故,消除安全隐患;

5、能自动调节LED灯珠的总压差;

LED灯珠对温度比较敏感,随着温度的升高,LED两端的电压会降低,控制电路会降低LED灯珠的总压降;

6、在本方法中,如果有灯珠短路,可以不影响整个灯泡的正常使用。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明:

图1是本实用新型的LED控制电路原理图;

图2是本实用新型电路的LED电位和频率调节波形图。

具体实施方式

参照附图1~2,本实用新型电压可调的LED控制电路,包括桥式整流电路、恒流电流控制电路、可调升压电路和过电压保护电路;桥式整流电路设置在电压可调的LED控制电路与电源相连的最前端,用于将交流电压整流得到直流电;

恒流电流控制电路包括第一比较器CMP1、第一MOS管M1和可变电阻R1,第一比较器CMP1的输出端与第一MOS管M1的栅极相连;第一比较器CMP1的反相输入端与第一MOS管M1的源极相连后再与可变电阻R1相串联;第一比较器CMP1用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF1电位和第一MOS管M1的源极端的B点电位VB,并将VB电压值固定,且与REF1电压相同,通常设定在0.1V~0.3V;调节电阻R1的阻值,从而控制灯珠的电流,此电流不受电源电压、温度和LED灯珠个数的影响;

可调升压电路包括第二比较器CMP2、脉冲宽度调制电路PWM、第二MOS管M2、电感L1和高压二极管D1,第二比较器CMP2的输出端与脉冲宽度调节电路PWM相连;第二比较器CMP2的输出端与第二MOS管M2的栅极相连;第二MOS管M2的漏极与高压二极管D1相连;第二比较器CMP2用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF2电位和第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA,利用比较后的结果控制脉冲宽度调制电路PWM,脉冲宽度调制电路PWM控制第二MOS管M2;

过电压保护电路由第三比较器CMP3、第一MOS管M1、脉冲宽度调制电路PWM和第二MOS管M2组成,第三比较器CMP3的输出端接到第一MOS管M1的栅极,同时比较器CMP3的输出端接到第一MOS管M1的栅极,且与脉冲宽度调制电路PWM连接;第三比较器CMP3用来比较与其同相输入端相连的基准电压REF3电位和第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA,利用比较后的结果控制第一MOS管M1和第二MOS管M2的关闭;当电源电压异常偏高,或者LED灯珠短路的个数过多时,导致A点电压VA超过基准电压REF3时,第三比较器CMP3输出低电位信号,此信号将关闭第一MOS管M1和第二MOS管M2,从而关断LED灯珠的电流,保护LED灯泡,避免出现安全事故。

家用220V交流电源经过桥式整流得到300V左右的直流电源。LED灯珠在常温下的点亮电压约为2V~3V。

可调升压电路的原理如附图2所示,当第一MOS管M1的漏极端的A点电位低于基准电压REF2时,脉冲宽度调制电路PWM输出一高电位控制信号VD,此控制信号开启第二MOS管M2,从而拉低E点电位,对电感L1充电,此充电时间为T1,T1时间结束,脉冲宽度调制电路PWM输出信号VD从高电位转换为低电位,第二MOS管M2关闭,电感L1的电流将通过高压二极管流到LED的输入端,同时也流到与LED并联的电容C1上,从而提升了LED的输入电压VC,第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA也会上升;当第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA高于基准电压REF2时,PWM输出电位保持为低电位,直到第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA低于基准电压REF2。

脉冲宽度调制电路PWM输出高电位信号的时间为固定时间T1, 低电位信号的时间为T2,T2的时间可调且与电源电压VF、LED灯珠的电压相关,当电源电压VF与PUMP电压VC比值较小时,T2时间较短;电源电压VF与PUMP电压VC比值较大时,T2时间较长。

PUMP电压VC=n*VLED+VA,n为LED灯珠的个数,VLED为LED灯珠的电压。通常温度固定后,VLED电压也固定;当电源F点的电位VF异常偏高时,将会导致第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA偏高;当LED灯珠短路的个数偏多时,第一MOS管M1的漏极端的A点电位VA也将偏高。

电路工作过程:假设单颗LED灯珠的正常导通电压是3V,这一串LED灯珠颗数为150颗,参考电压REF1为0.1V,参考电压REF2为5V,参考电压REF3为10V。家用220V电源通电后,通过桥式整流电路将交流电整为直流电压VF,此电压约为300V,同时通过电感L1,高压二极管D1将LED灯珠的VC电位提高到300V左右。由于LED灯珠正常发光电压约为450V,因此VA电压远小于参考电压REF2,将启动脉冲宽度调制电路PWM,通过MOS管M2,电感L1和高压二极管D1提升VC的电位。当VC电位超过一定电压后,LED灯珠开始有电流流过,此电流会在电阻R1上形成压降,该压降小于0.1V,LED灯珠电流会随着VC的升高而升高。当VC电压超过450V后,R1上的电压固定到0.1V,LED灯珠的电流将恒定,不再随着VC的升高而升高。由于VA电位尚未超过5V,VC电压将继续升高,当超过455V后,VA电压超过参考电压REF2后,脉冲宽度调制电路PWM将关闭MOS管M2,VC电压将不再升高。LED灯珠电流由与其并联的电容C1提供,因此VC将逐渐变低,当VC低于455V,VA电压小于参考电压REF2后,PWM将从新开启,控制MOS管M2,将通过L1,M2和D1来提升VC的电压,直到VC电位超过455V,VA超过5V,关闭M2,VC将停止上升,如此循环下去,直到220V电源关闭,或者LED灯珠出现异常,或者220V电源出现异常高。

假设交流电源出现异常,高达330V,通过桥式整流电路后,VF电位超过460V,VC电压也超过460V,VA电压超过10V,VA高于参考电压REF3的10V电压,比较器CMP1输出低电压信号,将关闭MOS M1和MOS M2,从而切断了LED灯珠上的电流,有效避免出现安全事故。

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