专利名称：直流高压恒流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED驱动电路，尤其是涉及一种直流高压恒流源电路。
背景技术：
照明用LED光源，需要严格控制其驱动电流。在直流供电的情况下驱动LED的方 式目前有两种，一是BUCK降压方式，另一种是BOOST升压方式，BOOST方式的效率较BUCK方 式低一些，通常只是在直流供电电压较低的情况下才被采用。BUCK降压方式，目前主要存在着两种电路拓扑1、峰值限流型电路拓扑如图1所示。当电源上电后，PWM驱动IC通过GATE脚输出固定频率的 驱动脉冲。在驱动脉冲的高电平处，M0SFET (金属氧化物场效应管)Q1导通，由于电感L1的镇 流作用，流过LED串的电流缓慢上升，取样电阻R2两端的电压也逐渐上升，当达到阈值后， Q1关断，电感L1上的电流经D1续流继续点亮LED。在下一个脉冲将周期重复上述动作。由于限流电阻R1的存在，VCC可以做的较高，PWM驱动IC可以采用普通的低压半 导体工艺制程。但PWM驱动IC往往频率较低，导致需要使用的镇流电感的感值较大。另外由于电路拓扑只是限制流过LED串的最大电流，因此存在着恒流精度不高等 问题，当LED负载变化时，流过电感L1上的电流波形会发生变化，导致恒流效果更加恶化。 要想控制流过LED的平均电流，还需要电感L1的感量和LED串的匹配，给生产和实际应用 带来诸多不便。并且由于PWM驱动IC本身也需要一定工作电流，当VCC较高时，消耗的功 率也较可观，导致整体驱动效率下降。2、电流滞环型电路拓扑如图2所示。当电源上电后，驱动IC通过GATE脚驱动M0SFET。在采样电阻R1两端的电压低于阀值Vh时，驱动IC的GATE引脚输出高电平， MOSFET Q1导通，由于电感L1的镇流作用，流过LED串的电流缓慢上升，R1两端的电压也逐 渐升至阀值Vh，Ql关断，电感L1上的电流经D1续流继续点亮LED，此时电流逐渐减小至阀 值V1，Q1再次导通，重复上述动作。一般此类驱动IC，驱动频率可高达1MHz以上，因此可以使用较小的镇流电感。同 时，由于采用滞环控制方式，驱动频率可以根据LED负载和镇流电感L自动调整，恒流特性 较好，效率也基本能做到96%以上。很多驱动IC还将MOSFET内置，成本较低，实际应用很 方便。一般来说，我们希望VCC越高越好，这样串联的LED数可以增加，在接线时比较方 便，同时也能降低每瓦的成本。但是由于半导体制造工艺方面的原因，此类IC耐压普遍在 40V左右，支持串联的LED数受到很大限制，在大功率LED照明例如路灯上，接线非常麻烦， 恒流驱动的成本也较高。少数几家国外厂商的IC可以做到75V的耐压，但价格很高，实际 应用中会导致成本大幅提升。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的需要高耐压驱动芯片的技术问题，提供一种 不需要高耐压驱动芯片，能够驱动较多串联的LED，成本低廉的直流高压恒流源电路。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种直流高压恒流 源电路，包括稳压管、取样电阻、镇流电感、续流二极管、滞环驱动IC和金属氧化物场效应 管，滞环驱动IC的Vin管脚连接稳压管的负端、LED串的负端和取样电阻的一端，取样电阻 的另一端连接滞环驱动IC的Vs端和镇流电感的一端，镇流电感的另一端连接续流二极管 的正端和场效应管的漏极，续流二极管的负端连接VCC和LED串的正端，场效应管的栅极连 接滞环驱动IC的GATE端，场效应管的源极接地，稳压管的正端接地。采用上述方案可以任 意选定驱动电压VCC，而不会受到滞环驱动IC的耐压限制，只受限于所选用的金属场效应 管和续流二极管的耐压，这样可以串接的LED灯数不受滞环驱动IC的耐压限制。市面上高 耐压的滞环驱动IC价格比大功率高耐压的M0SFET价格高很多，采用上述方案可以将整体 物料成本降低1/2到2/3。采用外置M0SFET，可以具有良好的散热效果。同时由于滞环驱 动IC工作电压较低，耗能较小，驱动效率较高，整体效率可以达到97 %以上。作为优选，镇流电感为峰值电流大于1. 5倍lied的镇流电感，lied为LED的恒流 驱动值。作为优选，金属场效应管为最大工作电流为5至15倍lied的N型金属场效应管。作为优选，金属场效应管是耐压大于1.5倍VCC的金属场效应管。作为优选，续流二极管为超快速恢复二极管。作为优选，续流二极管为电流导通能力大于1. 5倍Iled，耐压大于1. 5倍VCC的续
流二极管。作为优选，稳压管是稳压值不大于滞环驱动IC最大工作电压的稳压管。作为优选，稳压管的稳压值Vz由以下公式得到Vz = VCC-VfXN+5，式中，Vf为 LED串的压降，N为LED串的串联数。作为优选，取样电阻的值R由以下公式得到R= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-IVin)，式 中，Vh为所述金属场效应管关断时所述取样电阻两端的电压，VI为所述金属场效应管导通 时所述取样电阻两端的电压，Iled为LED的恒流驱动值，Ivin为滞环驱动IC的工作电流。作为优选，多串的所述LED串通过一条导线连接以后再接到VCC。采用这种共阳接 法以后可以比传统模式减少N-1条接线，其中N为LED灯串的数量。本发明的带来的有益效果是(1)可以任意选定驱动电压VCC。VCC将不受滞环驱动IC的耐压限制，只受限于所 选用的M0SFET以及续流二极管的耐压。这样可以串接的LED灯数不受滞环驱动IC的耐压 限制。(2)成本低。市面上高耐压(大于40V)的滞环驱动IC价格很高，大于75V的基本 没有IC厂商可以供货。使用本发明，可以选用市场上常见的低压滞环驱动IC，而大功率高 耐压的M0SFET和超快恢复二极管经过多年发展已经很成熟，整体物料成本将比高压IC解 决方案低1/2到2/3。同时VCC电压可以提到100V以上，串接的LED数可以大大增加，这样 每瓦的成本也将急剧下降。
(3)驱动电流大，散热性能好，工作稳定。由于采用外置MOS管，相比较比一些内置 MOS管的滞环驱动IC可实现更大的驱动电流，由于MOS管外置散热也较好。(4)效率高。由于滞环驱动IC没有工作在很高的电压下，其工作电压只是比最低 工作电压高几V，因此在相同的电流消耗下，滞环驱动IC耗能较低，驱动效率较高，整体效 率可以做到97%以上。(5)共阳极拓扑，接线简单。在需要多路恒流的情况下，由于LED串的阳极都是接 在VCC上的，因此所有的LED串的阳极都可以连在一起，LED串的阴极单独接线。这样的接 线方式，将比传统的模式省下N-I条接线，其中N为LED灯串的数量。
图1是现有技术中的一种峰值限流型驱动电路示意图；图2是现有技术中的一种电流滞环型电路示意图；图3是本实用新型的一种电路示意图；图4是本实用新型的一种电路接线方法；图5是传统驱动电路的一种接线方法。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例本实施例的直流高压恒流源电路，如图3所示，包括稳压管D2、取样电阻 R1、镇流电感Li、续流二极管D1、滞环驱动IC和金属氧化物场效应管Q1，滞环驱动IC的Vin 管脚连接稳压管的负端、LED串的负端和取样电阻的一端，取样电阻的另一端连接滞环驱动 IC的Vs端和镇流电感的一端，镇流电感的另一端连接续流二极管的正端和场效应管的漏 极，续流二极管的负端连接VCC和LED串的正端，场效应管的栅极连接所述滞环驱动IC的 GATE端，场效应管的源极接地，稳压管的正端接地。电源上电后VCC经过LED灯串、稳压管 D2稳压后给滞环驱动IC供电，当电源正常工作后稳压管D2不工作，IC的供电直接由LED 灯串分压后提供。当取样电阻Rl两端电压低于阈值Vh时，MOSFET Ql导通，由于电感Ll的 镇流作用，Rl两端的电压逐渐升至Vh，此时Ql关断，电感Ll中的电流经Dl续流继续点亮 LED串，当取样电阻Rl两端电压低至阀值Vl时Ql导通，依次重复。电路各部分说明如下(1)输入电压VCC。需要比滞环驱动IC的最低工作电压和LED灯串的压降之和高 3V以上。(2) LED灯。是驱动对象，其串联数N由VCC，滞环驱动IC的最低电压Vlow和LED 灯串的压降Vf来确定。计算如下N= (VCC-Vlow-3)/Vf (N 需要取整)(3)取样电阻R1。其值由电压阀值Vh，Vl (Vh为VCC-Vs之差，一般为10(T200mV)， LED的恒流驱动值I led，以及滞环驱动IC的工作电流Ivin决定。计算如下Rl= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-Ivin)(4)稳压管D2。为滞环驱动IC的VIN限压。其稳压值Vz由VCC，LED灯的Vf值 来确定。同时需要保证Vz不大于滞环驱动IC的最大工作电压。计算如下Vz = VCC-Vf*N+5
(6)镇流电感Li。其峰值电流应为Iled的1. 5倍以上，电感量需要根据实际选用 的驱动IC来决定，以使其振荡频率在合适范围内。(7)MOSFET Ql0应选用大功率N型M0SFET，其Rds应越小越好，耐压Vds应为VCC 的1.5倍以上。(8)续流二极管D1。需选用超快恢复二极管，电流导通能力应为Iled的1.5倍以 上，耐压应为VCC的1. 5倍以上。(9)滞环驱动IC。可采用市场上常见的滞环驱动IC型号。本实施例的直流 高压恒流源电路的共阳接线方法如图4所示，各LED串用一根线 连接以后与VCC连接，相比图5的传统接线方法节省了 N-I根导线，N为LED串的数量。
权利要求
一种直流高压恒流源电路，包括稳压管、取样电阻、镇流电感、续流二极管、滞环驱动芯片和金属氧化物场效应管，其特征在于，所述滞环驱动芯片的Vin管脚连接所述稳压管的负端、LED串的负端和所述取样电阻的一端，所述取样电阻的另一端连接所述滞环驱动芯片的Vs端和所述镇流电感的一端，所述镇流电感的另一端连接所述续流二极管的正端和所述场效应管的漏极，所述续流二极管的负端连接VCC和LED串的正端，所述场效应管的栅极连接所述滞环驱动芯片的GATE端，所述场效应管的源极接地，所述稳压管的正端接地。
2.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述镇流电感为峰值电 流大于1. 5倍lied的镇流电感，lied为LED的恒流驱动值。
3.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述金属氧化物场效应 管为最大工作电流为5至15倍lied的N型金属氧化物场效应管。
4.根据权利要求1或3所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述金属氧化物场效 应管是耐压大于1. 5倍VCC的金属氧化物场效应管。
5.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述续流二极管为超快 速恢复二极管。
6.根据权利要求1或5所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述续流二极管为电 流导通能力大于1. 5倍Iled，耐压大于1. 5倍VCC的续流二极管。
7.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述稳压管是稳压值不 大于所述滞环驱动芯片最大工作电压的稳压管。
8.根据权利要求1或7所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述稳压管的稳压值 Vz由以下公式得到Vz = VCC-VfXN+5，式中，Vf为LED串的压降，N为LED串的串联数。
9.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，所述取样电阻的值R由以 下公式得到R= [(Vh+Vl)/2]/(Iled-IVin)，式中，Vh为所述金属场效应管关断时所述取 样电阻两端的电压，VI为所述金属场效应管导通时所述取样电阻两端的电压，Iled为LED 的恒流驱动值，Ivin为滞环驱动芯片的工作电流。
10.根据权利要求1所述的直流高压恒流源电路，其特征在于，多串的所述LED串通过 一条导线连接以后再接到VCC。
全文摘要
本发明公开了一种直流高压恒流源电路，提供一种成本低廉、能驱动较多LED的电路。包括稳压管、取样电阻、镇流电感、续流二极管、滞环驱动IC和MOSFET，滞环驱动IC的Vin管脚连接稳压管、LED串和取样电阻，取样电阻的另一端连接滞环驱动IC的Vs端和镇流电感，镇流电感的另一端连接续流二极管和MOSFET漏极，续流二极管连接VCC和LED串正端，MOSFET栅极连接滞环驱动IC的GATE端，源极和稳压管接地。采用上述方案可以任意选定驱动电压，串接的LED数不受滞环驱动IC的耐压限制，且高耐压MOSFET价格低廉。本发明适用于所有含LED的电路，尤其适用于含大量LED的电路。
文档编号H05B37/02GK101868089SQ20101019055
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者周红剑, 张宝全, 李刚 申请人:浙江红剑集团有限公司