一种超线性恒流驱动电路的制作方法

文档序号:13940728
一种超线性恒流驱动电路的制作方法

本实用新型涉及光源驱动机构技术领域,尤其涉及一种用于LED光源的线性恒流驱动电路。



背景技术:

恒流驱动目前被广泛应用在照明设备或者是背光源领域中,由于恒流的方式能够避免驱动电流超出最大额定值,从而能够有效提升其可靠性,同时,恒流驱动的方式还能够确保LED达到预期亮度要求,并确保每个LED亮度、色度保持一致,并有效延长其使用寿命,这是恒压驱动方式所无法达到的,也就是说恒流驱动的最大优点是控制精确度高。然而,目前一般的恒流驱动电路只能做到百分之一的精确度,对于那些精度要求高的恒流应用场合是不能满足用户要求的。



技术实现要素:

本实用新型要解决的技术问题是现有技术的缺陷,提供一种控制精度高、可以做到千分之一精度的电流调整的超线性恒流驱动电路。

为解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案:一种超线性恒流驱动电路,其特征在于:包括有DAC电路、电源管理电路、恒流控制电路和输出检测电路,DAC电路的输入端连接主电路的高频PWM信号端,DAC电路的输出端连接恒流控制电路,电源管理电路分别输出直流电源给DAC电路、恒流控制电路及输出检测电路,输出检测电路连接恒流控制电路;

所述恒流控制电路包括有恒流控制运放IC5A和信号放大运放IC5B,运放IC5A的同相端依次经过电阻R18和电阻R16连接DAC电路的输出端,运放IC5A的反相端经过电阻R22连接运放IC5B,运放IC5A的输出端通过电阻R24连接开关管Q4的栅极,开关管Q4为N沟道MOS管;运放IC5B的同相端通过电阻R26连接开关管Q4的源极,运放IC5B的反相端与输出端之间跨接电阻R20;开关管Q4的漏极接输出接口,运放IC5A接电源管理电路的输出直流电源。

进一步地,所述DAC电路包括有运放IC3A,运放IC3A的同相端依次通过电阻R5和电阻R2连接高频PWM信号端,电阻R2与电阻R5之间通过电容C5接地,电阻R5与运放IC3A的同相端之间通过电容C6接地,电阻R2和电容C5,及电阻R5和电容C6与运放IC3A组成两级RC积分电路;运放IC3A的输出端输出一个直流电平值给恒流控制电路,运放IC3A连接有+12V直流电源,且其反相端与输出端连接。DAC电路负责将高频的PWM信号通过电阻R2、电容C5,电阻R5、电容C6与运放IC3A组成的两级RC积分电路,在运放IC3A的输出端得到一个直流电平值,电平大小与PWM信号的占空比有关,占空比越大,输出电平越大,反之也就越小。该电平输送给恒流控制电路作为恒流电路的一个参考电压。

进一步地,电源管理电路包括有线性稳压芯片IC2和IC4,两者的型号均GM1117,线性稳压芯片IC2的+Vin端接+24V电源,而其Vout端输出+12V电源给恒流控制电路,同时连接线性稳压芯片IC4的+Vin端,线性稳压芯片IC4的Vout端输出+5V电源给输出检测电路。电源管理电路负责将电源的24V直流通过线性稳压芯片IC2和IC4得到一组12V直流电和一组5V直流电,12V电源给恒流控制电路供电,5V电源给输出检测电路供电。

进一步地,恒流控制电路还包括有开关管Q3,开关管Q3为三极管,运放IC5A的同相端连接开关管Q3的集电极,开关管Q3的发射极与基极之间跨接有电阻R19,且基极通过电阻R21形成OFF端;开关管Q4的漏极连接有以电阻R27和电容C27组成的空载负载,电阻R27和电容C27以并联的结构连接开关管Q4的漏极,且电阻R27和电容C27两端形成OUT+端和OUT-端与输出接口CN1连接。

恒流控制电路负责控制和稳定负载工作时候的电流。恒流控制主要是通过运放IC5A对同相端(3脚)与反相端(2脚)之间的电压信号来实现的恒流的。

运放IC5A的输出电压值为:

Uo=A(Uin+-Uin-)。

其中,A为运放的增益值,Uin+为运放同相端的电压值,Uin-为运放反相端的电压值。

当负载上的电流突然变大时,运放反相端(2脚)上面的电压值Uin-会变大,而由电阻R16、电阻R17、电位器W1构成的设置运放IC5A同相端的参考值Uin+是设定之后不会变化的,这样通过计算可知Uo的值会变小,导致控制器开关管Q4的栅极电压变小,从而使开关管Q4的可变电阻值变大,电路中的电流会下降,当电流值降到Uin+=Uin-时,电路维持一种平衡状态。

运放IC5A反相端接收来自由运放IC5B构成的信号放大电路的信号。运放IC5B和电阻R20、电阻R23、电阻R26、电容C26组成信号放大电路,放大来自电流采样电阻R28上面流经电流转换成的电压信号。二极管D1为信号放大输入端的保护二极管,防止输入信号过大而烧坏运放。

开关管Q4为控制负载电流的开关管,工作在可变电阻区。电阻R27和电容C27组成的是空载负载,防止电路没有接负载时,开关管Q4的漏极开路而使恒流电路工作不稳定。

开关管Q3、电阻R19、电阻R21组成的是信号控制电路,当负载端出现短路时该控制电路将关闭运放IC5A同相端的电压值,使运放IC5A输出端电压为0,导致开关管Q4的栅极电压为0,关闭开关管Q4,保护了控制电路。

电路实现超线性恒流的是通过运放IC5B和电阻R20、电阻R23、电阻R26、电容C26组成信号放大电路实现的,此信号放大电路先将负载采样电流值放大11倍,精确到千分位再给运放IC5A的反相端Uin-,对输出负载电流进行精确恒流。

进一步地,输出检测电路包括有运放IC3B,运放IC3B的同相端连接有以二极管IC1、电阻R1、电阻R3、电阻R6、电容C1、电容C3和电容C7组成的基准电压设定电路,电阻R3、电阻R6及电容C7分别连接运放IC3B的同相端,二极管IC1、电容C1、电阻R1及电容C3分别连接电阻R3;运放IC3B的反相端连接有以电阻R4、电阻R7、电阻R8、电容C8和电阻R10组成的是输出端负载短路采样电路,电阻R8和电容C10分别连接运放IC3B的反相端,电阻R4、电阻R7和电容C8分别连接电阻R8,电阻R4的另一端连接恒流控制电路的OUT-端;运放IC3B的输出端连接以电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C16、开关管Q1和开关管Q2组成的电平锁存电路,开关管Q1和开关管Q2均为三极管,电阻R11连接于运放IC3B的输出端与开关管Q1的基极之间,电阻R10和电容C16形成并联结构跨接于开关管Q1的基极与发射极之间地,且开关管Q1的发射极连接电源管理电路输出的+5V电源,而开关管Q1的集电极连接恒流控制电路的OFF端;电阻R12连接于OFF端输入点与开关管Q2的基极之间,电阻R13跨接于开关管Q2的基极与发射极之间,开关管Q2的集电极Q2分别通过电阻R14连接开关管Q1和通过电阻R15连接电源管理电路输出的+5V电源。

输出检测电路主要是检测输出端是否短路,当输出端存在短路时,该检测电路输出一个低电平送给信号输入端,关闭已关闭输出,保护恒流控制电路。当短路故障解除后,重新上电后即可让电路进入正常工作模式。

电路主要是由运放IC3B组成的一个基准比较器对后面的锁存电路进行控制,使锁存电路输出一个高电平去控制器信号开关管Q3的导通,置输入Uin+的电压为零来实现保护功能。

基准电压设定电路的目的是设定运放IC3B比较器同相端的参考电压,当运放IC3B的输出端输出高电平时,三极管Q1不导通,三极管Q2的基极没有电流流过也不导通;当运放IC3B的输出端输出低电平时,三极管Q1导通,三极管Q2的基极有电流流过也将导通。同时,开关管Q1通过电阻R14被三极管Q2的集电极拉低,实现了电平锁存功能。

正常工作时,比较器IC3B的反相端电压值低于同相端的参考值,比较器输出高电平。电平锁存电路输出低电平,开关管Q3不导通;恒流控制运放IC5A的同相端信号可以正常流过;当输出端负载短路时,比较器IC3B的反相端收到一个高于同相端的电压值,该比较器将输出低电平,从而使锁存电路输出高电平,开关管Q3导通,恒流控制运放IC5A的同相端信号被阻止,关闭恒流输出。

本实用新型通过设计独特结构的DAC电路、电源管理电路、恒流控制电路和输出检测电路,通过各电路的相互配合工作,可以做到千分之一的电流调整,具有极高的精度,可以很好地满足那些对恒流要求高的场合。

附图说明

图1为DAC(数模转换)电路图;

图2为电源管理电路图;

图3为恒流控制电路图;

图4为输出检测电路图。

具体实施方式

本实施例中,参照图1、图2、图3和图4,所述超线性恒流驱动电路,包括有DAC电路、电源管理电路、恒流控制电路和输出检测电路,DAC电路的输入端连接主电路的高频PWM信号端,DAC电路的输出端连接恒流控制电路,电源管理电路分别输出直流电源给DAC电路、恒流控制电路及输出检测电路,输出检测电路连接恒流控制电路;

所述恒流控制电路包括有恒流控制运放IC5A和信号放大运放IC5B,运放IC5A的同相端依次经过电阻R18和电阻R16连接DAC电路的输出端,运放IC5A的反相端经过电阻R22连接运放IC5B,运放IC5A的输出端通过电阻R24连接开关管Q4的栅极,开关管Q4为N沟道MOS管;运放IC5B的同相端通过电阻R26连接开关管Q4的源极,运放IC5B的反相端与输出端之间跨接电阻R20;开关管Q4的漏极接输出接口,运放IC5A接电源管理电路的输出直流电源。

所述DAC电路包括有运放IC3A,运放IC3A的同相端依次通过电阻R5和电阻R2连接高频PWM信号端,电阻R2与电阻R5之间通过电容C5接地,电阻R5与运放IC3A的同相端之间通过电容C6接地,电阻R2和电容C5,及电阻R5和电容C6与运放IC3A组成两级RC积分电路;运放IC3A的输出端输出一个直流电平值给恒流控制电路,运放IC3A连接有+12V直流电源,且其反相端与输出端连接。DAC电路负责将高频的PWM信号通过电阻R2、电容C5,电阻R5、电容C6与运放IC3A组成的两级RC积分电路,在运放IC3A的输出端得到一个直流电平值,电平大小与PWM信号的占空比有关,占空比越大,输出电平越大,反之也就越小。该电平输送给恒流控制电路作为恒流电路的一个参考电压。

电源管理电路包括有线性稳压芯片IC2和IC4,两者的型号均GM1117,线性稳压芯片IC2的+Vin端接+24V电源,而其Vout端输出+12V电源给恒流控制电路,同时连接线性稳压芯片IC4的+Vin端,线性稳压芯片IC4的Vout端输出+5V电源给输出检测电路。电源管理电路负责将电源的24V直流通过线性稳压芯片IC2和IC4得到一组12V直流电和一组5V直流电,12V电源给恒流控制电路供电,5V电源给输出检测电路供电。

恒流控制电路还包括有开关管Q3,开关管Q3为三极管,运放IC5A的同相端连接开关管Q3的集电极,开关管Q3的发射极与基极之间跨接有电阻R19,且基极通过电阻R21形成OFF端;开关管Q4的漏极连接有以电阻R27和电容C27组成的空载负载,电阻R27和电容C27以并联的结构连接开关管Q4的漏极,且电阻R27和电容C27两端形成OUT+端和OUT-端与输出接口CN1连接。

恒流控制电路负责控制和稳定负载工作时候的电流。恒流控制主要是通过运放IC5A对同相端(3脚)与反相端(2脚)之间的电压信号来实现的恒流的。

运放IC5A的输出电压值为:

Uo=A(Uin+-Uin-)。

其中,A为运放的增益值,Uin+为运放同相端的电压值,Uin-为运放反相端的电压值。

当负载上的电流突然变大时,运放反相端(2脚)上面的电压值Uin-会变大,而由电阻R16、电阻R17、电位器W1构成的设置运放IC5A同相端的参考值Uin+是设定之后不会变化的,这样通过计算可知Uo的值会变小,导致控制器开关管Q4的栅极电压变小,从而使开关管Q4的可变电阻值变大,电路中的电流会下降,当电流值降到Uin+=Uin-时,电路维持一种平衡状态。

电容C24和C25是运放IC5A电源的高频耦合电容,起滤波作用。运放IC5A反相端接收来自由运放IC5B构成的信号放大电路的信号。运放IC5B和电阻R20、电阻R23、电阻R26、电容C26组成信号放大电路,放大来自电流采样电阻R28上面流经电流转换成的电压信号。二极管D1为信号放大输入端的保护二极管,防止输入信号过大而烧坏运放。

开关管Q4为控制负载电流的开关管,工作在可变电阻区。电阻R27和电容C27组成的是空载负载,防止电路没有接负载时,开关管Q4的漏极开路而使恒流电路工作不稳定。

开关管Q3、电阻R19、电阻R21组成的是信号控制电路,当负载端出现短路时该控制电路将关闭运放IC5A同相端的电压值,使运放IC5A输出端电压为0,导致开关管Q4的栅极电压为0,关闭开关管Q4,保护了控制电路。

电路实现超线性恒流的是通过运放IC5B和电阻R20、电阻R23、电阻R26、电容C26组成信号放大电路实现的,此信号放大电路先将负载采样电流值放大11倍,精确到千分位再给运放IC5A的反相端Uin-,对输出负载电流进行精确恒流。

输出检测电路包括有运放IC3B,运放IC3B的同相端连接有以二极管IC1、电阻R1、电阻R3、电阻R6、电容C1、电容C3和电容C7组成的基准电压设定电路,电阻R3、电阻R6及电容C7分别连接运放IC3B的同相端,二极管IC1、电容C1、电阻R1及电容C3分别连接电阻R3;运放IC3B的反相端连接有以电阻R4、电阻R7、电阻R8、电容C8和电阻R10组成的是输出端负载短路采样电路,电阻R8和电容C10分别连接运放IC3B的反相端,电阻R4、电阻R7和电容C8分别连接电阻R8,电阻R4的另一端连接恒流控制电路的OUT-端;运放IC3B的输出端连接以电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C16、开关管Q1和开关管Q2组成的电平锁存电路,开关管Q1和开关管Q2均为三极管,电阻R11连接于运放IC3B的输出端与开关管Q1的基极之间,电阻R10和电容C16形成并联结构跨接于开关管Q1的基极与发射极之间地,且开关管Q1的发射极连接电源管理电路输出的+5V电源,而开关管Q1的集电极连接恒流控制电路的OFF端;电阻R12连接于OFF端输入点与开关管Q2的基极之间,电阻R13跨接于开关管Q2的基极与发射极之间,开关管Q2的集电极Q2分别通过电阻R14连接开关管Q1和通过电阻R15连接电源管理电路输出的+5V电源。

输出检测电路主要是检测输出端是否短路,当输出端存在短路时,该检测电路输出一个低电平送给信号输入端,关闭已关闭输出,保护恒流控制电路。当短路故障解除后,重新上电后即可让电路进入正常工作模式。

电路主要是由运放IC3B组成的一个基准比较器对后面的锁存电路进行控制,使锁存电路输出一个高电平去控制器信号开关管Q3的导通,置输入Uin+的电压为零来实现保护功能。

基准电压设定电路的目的是设定运放IC3B比较器同相端的参考电压,当运放IC3B的输出端输出高电平时,三极管Q1不导通,三极管Q2的基极没有电流流过也不导通;当运放IC3B的输出端输出低电平时,三极管Q1导通,三极管Q2的基极有电流流过也将导通。同时,开关管Q1通过电阻R14被三极管Q2的集电极拉低,实现了电平锁存功能。

正常工作时,比较器IC3B的反相端电压值低于同相端的参考值,比较器输出高电平。电平锁存电路输出低电平,开关管Q3不导通;恒流控制运放IC5A的同相端信号可以正常流过;当输出端负载短路时,比较器IC3B的反相端收到一个高于同相端的电压值,该比较器将输出低电平,从而使锁存电路输出高电平,开关管Q3导通,恒流控制运放IC5A的同相端信号被阻止,关闭恒流输出。

以上已将本实用新型做一详细说明,以上所述,仅为本实用新型之较佳实施例而已,当不能限定本实用新型实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

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