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。