具有保护恒流驱动的LED照明筒灯的制作方法

本发明涉及照明领域，特别涉及一种具有保护恒流驱动的LED照明筒灯。

背景技术：

现有的LED照明筒灯通常包括灯体和灯罩，灯体包括电路板和LED灯管，LED灯管固定安装在电路板上，电路板上一般都设置有防浪涌保护电路和恒流驱动电路。浪涌也叫电涌或突波，就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌主要指的是电源刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲，由于电路本身的非线性有可能有高于电源本身的脉冲；或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰。现有的抗浪涌电路能快速有效地抑制过压浪涌，但电路结构复杂，损耗较大，浪涌电压的能量大都转化为热能消耗掉，电路的损耗较大。有些TVS管虽然能够抑制浪涌电压并把浪涌电压能量转换热能消耗掉，但是也把供电端的输入电源拉到地短路，导致供电端前级的设备也无法工作。

现有技术中，有些恒流驱动电路在降低功耗和电流精确镜像方面存在一定的缺陷。有些恒流驱动电路实现了对电流的精确镜像放大，也可以将输出驱动管的源漏极压差设置到最佳值，但有源输出级电路的调整管存在着功耗，同时增加了集成电路中版图的面积。另外，现有的防浪涌保护电路和恒流驱动电路均没有很好的过流保护和防干扰功能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单，成本较低，能把直流浪涌电压钳位到负载承受的电压范围内，即便负载部分出现故障也不影响到前级供电设备的正常工作，能最大化降低恒流驱动电路的功耗，并实现电流精确镜像放大，提高芯片带载能力，具有过流保护和防干扰功能的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有保护恒流驱动的LED照明筒灯，包括灯体，所述灯体包括防浪涌保护电路、整流滤波电路、恒流驱动电路、控制电路和LED灯管，所述防浪涌保护电路、整流滤波电路、恒流驱动电路和LED灯管依次串接，所述控制电路与所述恒流驱动电路连接，所述防浪涌保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第四电解电容、第一三极管、第二三极管、MOS管和稳压管，所述第一电阻的一端连接输入端正极，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和第一电容的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极通过所述第三电阻连接输入端负极，所述第一电容的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极分别与所述稳压管的正极、第六电阻的一端、第七电阻的一端和MOS管的栅极连接，所述第二三极管的发射极、稳压管的负极、第七电阻的另一端和MOS管的源极均连接所述输入端正极，所述第一三极管的基极分别与所述第二电容的一端、第八电阻的一端和第九电阻的一端连接，所述第二电容的另一端、第六电阻的另一端和第九电阻的另一端均连接所述输入端负极，所述第八电阻的另一端与所述MOS管的漏极连接，所述第四电解电容的一端与所述第八电阻的另一端和输出端正极连接，所述第四电解电容的另一端与所述第九电阻的另一端和输出端负极连接；所述恒流驱动电路包括第一基准恒流源、第二恒流源、第三恒流源、运算放大器、电流镜像管、驱动管、升压电路、第十一电阻、第十二电阻和第五电容，所述运算放大器的同相输入端通过所述第十二电阻分别与所述第一基准恒流源的一端和第十一电阻的一端连接，所述运算放大器的反向输入端分别与所述电流镜像管的源极和第十四电阻的一端连接，所述运算放大器的输出端通过所述第五电容分别与所述电流镜像管的栅极和第十六电阻的一端连接，所述电流镜像管的漏极分别与所述第二恒流源的一端和第十五电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端分别与所述第三恒流源的一端和驱动管的栅极连接，所述第十一电阻的另一端、第十四电阻的另一端、第三恒流源的另一端和驱动管的源极均接地，所述第十五电阻的另一端分别与所述LED灯管的一端、升压电路的输入端和驱动管的漏极连接，所述升压电路的输出端与所述LED灯管的另一端连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述恒流驱动电路还包括第十三电阻和第六电容，所述运算放大器的反向输入端通过所述第十三电阻分别与所述第十四电阻的一端和电流镜像管的源极连接，所述驱动管的栅极通过所述第六电容与所述第十六电阻的另一端连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述恒流驱动电路还包括第十七电阻，所述驱动管的漏极通过所述第十七电阻与所述第十五电阻的另一端连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述防浪涌保护电路还包括第四电阻，所述第二三极管的集电极通过所述第四电阻与所述输入端正极连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述防浪涌保护电路还包括第五电阻，所述稳压二极管的负极通过所述第五电阻与所述输入端正极连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述防浪涌保护电路还包括第三电容，所述第二三极管的集电极与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述MOS管的栅极连接。

在本发明所述的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯中，所述防浪涌保护电路还包括第十电阻，所述第一三极管的基极与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端分别与所述第八电阻的一端和第九电阻的一端连接。

实施本发明的具有保护恒流驱动的LED照明筒灯，具有以下有益效果:由于灯体包括防浪涌保护电路、整流滤波电路、恒流驱动电路、控制电路和LED灯管，防浪涌保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第四电解电容、第一三极管、第二三极管、MOS管和稳压二极管，恒流驱动电路包括第一基准恒流源、第二恒流源、第三恒流源、运算放大器、电流镜像管、驱动管、升压电路、第十一电阻、第十二电阻和第一电容；当MOS管导通时，MOS管的源极和栅极之间的电阻很小，因此直流电源输出电压即等于负载输入电压，在直流电源不变的情况下，提高了带载能力，显著减少了保护电路的功耗；通过第一电容可以防止第二三极管和第三三极管之间的干扰，通过第三电阻可以进行过流保护；通过调节第八电阻和第九电阻的阻值即可将浪涌电压限制到负载能够承受的电压范围内；通过将恒流源电流进行精确比例放大至LED灯管，这样可以不用设置电流检测电路，降低了恒流驱动电路的功耗，提高驱动效率，同时提高带载能力，并可以简化该具有保护恒流驱动的LED照明筒灯的集成电路芯片制造工艺中的散热装置，通过将电流镜像管的栅极与源极之间的压差和驱动管的栅极与源极之间的压差设置成完全相等，将电流镜像管的漏极与源极之间的压差和驱动管的漏极与源极之间的压差设置成完全相等，实现了对基准恒流源电流的精确镜像放大，通过第十二电阻可以进行过流保护，通过第五电容可以避免运算放大器和电流镜像管之间的干扰，因此其电路结构较为简单，成本较低，能把直流浪涌电压钳位到负载承受的电压范围内，即便负载部分出现故障也不影响到前级供电设备的正常工作，能最大化降低恒流驱动电路的功耗，并实现电流精确镜像放大，提高芯片带载能力，具有过流保护和防干扰功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有保护恒流驱动的LED照明筒灯一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中防浪涌保护电路的电路结构示意图；

图3为所述实施例中恒流驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明具有保护恒流驱动的LED照明筒灯实施例中，该具有保护恒流驱动的LED照明筒灯的结构示意图如图1所示。图1中，该具有保护恒流驱动的LED照明筒灯包括灯体(图中未示出)，上述灯体包括防浪涌保护电路1、整流滤波电路2、恒流驱动电路3、控制电路4和LED灯管5，其中，防浪涌保护电路1、整流滤波电路2、恒流驱动电路3和LED灯管5依次串接，控制电路4与恒流驱动电路3连接。

图2为本实施例中防浪涌保护电路的电路结构示意图；图2中，该防浪涌保护电路1包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1、第二电容C2、第四电解电容C4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、MOS管Q3和稳压二极管ZD1，其中，第一电容C1为耦合电容，用于避免第二三极管Q2和第三三极管Q3之间的干扰。本实施例中，第二三极管Q2为PNP型三极管，第三三极管Q3为NPN型三极管，当然，在实际应用中，第二三极管Q2也可以为NPN型三极管，第三三极管Q3也可以为PNP型三极管，但这时防浪涌保护电路的结构也要相应发生变化。上述第三电阻R3为限流电阻，用于对第一三极管Q1的发射极所在的支路进行过流保护，所以其具有过流保护和防干扰功能。

上述第一电阻R1的一端连接输入端正极Vi+，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端连接，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的发射极通过第三电阻R3连接输入端负极Vi-，第一电容C1的另一端与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极分别与稳压二极管ZD1的正极、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和MOS管Q3的栅极连接，第二三极管Q2的发射极、稳压二极管ZD1的负极、第七电阻R7的另一端和MOS管Q3的源极均连接输入端正极Vi+，稳压二极管ZD1的设置可以防止MOS管Q3的源极和栅极电压差过大而导致MOS管Q3被击穿，与稳压二极管ZD1串联连接的第六电阻R6则能避免稳压二极管ZD1被烧毁。

本实施例中，第一三极管Q1的基极分别与第二电容C2的一端、第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端连接，第二电容C2的另一端、第六电阻R6的另一端和第九电阻R9的另一端均连接输入端负极Vi-，第八电阻R8的另一端与MOS管Q3的漏极连接，第四电解电容C4的一端与第八电阻R8的另一端和输出端正极Vo+连接，第四电解电容C4的另一端与第九电阻R9的另一端和输出端负极Vo-连接。本实施例中，第八电阻R8和第九电阻R9的具体阻值根据实际需要调节。第二电容C2为补偿电容。通过防浪涌保护电路1能有效抑制雷击或电压波动导致的电源输入的尖峰电压，提高系统安全性，延长使用寿命。

电路正常工作时，由于第七电阻R7的分压作用，MOS管Q3的源极电压大于栅极电压，且大于MOS管Q3的开启电压VGS(th)，MOS管Q3导通，MOS管Q3的漏源电阻R_DS很小，通常只有几十毫欧，所以输出端的电压近似等于输入端的电压，等于第四电解电容C4两端的电压。由于第九电阻R9的分压小于第一三极管Q1的导通电压V_be，第一三极管Q1处于截止状态。相同的，由于第一电阻R1的分压作用，导致第二三极管Q2的基极与发射极之间的电压U_be＜0，所以第二三极管Q2也处于截止状态。

当直流电源出现浪涌电压时，由于浪涌电压大于正常工作电压，因此，浪涌电压首先要对第四电解电容C4进行充电，随着第四电解电容C4两端电压增大，第九电阻R9的分压逐渐增大，当第九电阻R9的分压大于第一三极管Q1的导通电压V_be，第一三极管Q1导通，然后第一电阻R1和第二电阻R2的分压大于第二三极管Q2的导通电压U_be，第二三极管Q2也导通，MOS管Q3关断，第四电解电容C4开始给负载供电。输出电压V_be为第一三极管Q1的基极和发射极导通电压，通过改变第八电阻R8和第九电阻R9的比值来改变浪涌保护电压值。

当直流电源恢复正常时，第八电阻R8和第九电阻R9的分压小于第一三极管Q1的导通电压V_be时，第一三极管Q1工作在截止状态，MOS管Q3正常开通，恢复正常供电。

正常工作时MOS管Q3导通，MOS管Q3的源极与栅极之间的电阻很小，因此直流电源的输出电压即等于负载输入电压，在直流电源不变的情况下，提高了带载能力，显著减少了保护电路的功耗；通过调节第八电阻R8和第九电阻R9的阻值即可将浪涌电压限制到负载能够承受的电压范围内，其操作简单、方便快捷，减少了误操作率，同时，提高了保护电路的灵活性和适应性，便于推广使用。利用第一三极管Q1、第二三极管Q2和MOS管Q3的导通、截止特性，使本发明具备了自失效保护及防反接自动保护功能。本发明的电路结构简单、体积较小、成本较低、可靠性较高。

图3为本实施例中恒流驱动电路的电路结构示意图，图3中，该恒流驱动电路2包括第一基准恒流源I1、第二恒流源I2、第三恒流源I3、运算放大器A、电流镜像管Q4、驱动管Q5、升压电路、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第五电容C5，其中，第一基准恒流源I1为20uA的恒流源，第二恒流源I2为40uA的恒流源，第三恒流源I3为20uA的恒流源。当然，在实际应用中，第一基准恒流源I1、第二恒流源I2和第三恒流源I3也可以选择其他大小的恒流源。上述第十二电阻R12为限流电阻，用于对运算放大器A的同相输入端进行过流保护。第五电容C5为耦合电容，用于避免运算放大器A和电流镜像管Q4之间的干扰。

上述运算放大器A的同相输入端通过第十二电阻R12分别与第一基准恒流源I1的一端和第十一电阻R11的一端连接，运算放大器A的反向输入端分别与电流镜像管Q4的源极和第十四电阻R14的一端连接，运算放大器A的输出端通过第五电容C5分别与电流镜像管Q4的栅极和第十六电阻R16的一端连接，电流镜像管Q4的漏极分别与第二恒流源I2的一端和第十五电阻R15的一端连接，第十六电阻R16的另一端分别与第三恒流源I2的一端和驱动管Q5的栅极连接，第十一电阻R11的另一端、第十四电阻R14的另一端、第三恒流源I3的另一端和驱动管Q5的源极均接地，第十五电阻R15的另一端分别与LED灯管5的一端、升压电路的输入端和驱动管Q5的漏极连接，升压电路的输出端与LED灯管5的另一端连接。

控制电路2可改变恒流驱动电路3的输出电流，从而调节该LED照明筒灯的亮度。

如图3所示，本实施例中，恒流驱动电路3还包括第十三电阻R13和第六电容C6，运算放大器A的反向输入端通过第十三电阻R13分别与第十四电阻R14的一端和电流镜像管Q4的源极连接，驱动管Q5的栅极通过第六电容C6与第十六电阻R16的另一端连接。其中，第十三电阻R13为限流电阻，用于对运算放大器A的反向输入端和电流镜像管Q4之间的直流进行过流保护。第六电容C6为耦合电容，用于避免运算放大器A和驱动管Q5之间的干扰。

本实施例中，该恒流驱动电路3还包括第十七电阻R17，驱动管Q5的漏极通过第十七电阻R17与第十五电阻R15的另一端连接。第十七电阻R17为限流电阻，用于对驱动管Q5的漏极所在的支路进行过流保护。

值得一提的是，本实施例中，上述电流镜像管Q4和驱动管Q5均为N沟道MOS管，当然，在实际应用中，电流镜像管Q4和驱动管Q5还可以选择P沟道MOS管，但这时该恒流驱动电路的结构也要相应发生变化。

第一基准恒流源I1在第十一电阻R11上产生压降V1，作为运算放大器A的参考电压接入其同向输入端，运算放大器A的输出接至电流镜像管Q4的栅极，用以驱动电流镜像管Q4，运算放大器A、电流镜像管Q4及第十四电阻R14构成负反馈系统，这样在电流镜像管Q4上流过的电流等于第一基准恒流源I1，实现电流镜像管Q4对第一基准恒流源I1的电流的精确复制。

本实施例中，驱动管Q5与电流镜像管Q4的源极、漏极和栅极处于完全相同的电路状态中，即驱动管Q5的栅极与源极之间的压差和电流镜像管Q4的栅极与源极之间的压差完全相等，驱动管Q5的漏极与源极之间的压差和电流镜像管Q4的漏极与源极之间的压差完全相等。这样就能保证驱动管Q5对电流镜像管Q4上电流的精确镜像放大。

本实施例中，将驱动管Q5的漏极电压限定在升压电路的Vdsat(max)处。通过升压电路采集驱动管Q5的漏极与源极之间的电压差值，来调整LED灯管5的电压，使LED灯管5的电压达到最佳值，从而使驱动管Q5的漏极和源极之间的电压差接近饱和压降值，进一步降低功耗。

如图2所示，上述防浪涌保护电路1还包括第四电阻R4，第二三极管Q2的集电极通过第四电阻R4与输入端正极Vi+连接。第四电阻R4为限流电阻，用于对第二三极管Q2的发射极所在的支路进行过流保护。本实施例中，该防浪涌保护电路1还包括第五电阻R5，稳压二极管ZD1的负极通过第五电阻R5与输入端正极Vi+连接。第五电阻R5为限流电阻，用于对稳压二极管ZD1所在的支路进行过流保护。

本实施例中，该防浪涌保护电路1还包括第三电容C3，第二三极管Q2的集电极与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与MOS管Q3的栅极连接。第三电容C3为耦合电容，用于避免第二三极管Q2和第三三极管Q3之间的干扰。

本实施例中，该防浪涌保护电路1还包括第十电阻R10，第一三极管Q1的基极与第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端分别与第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端连接。第十电阻R10为限流电阻，用于对第一三极管Q1所在的支路进行过流保护。

总之，在本实施例中，系统上电后，220V交流电经过整流滤波电路2的整流和滤波后转换成直流电，给恒流驱动电路3供电。恒流驱动电路3正常工作，可通过逐级开启多个开关，依次点亮串接在其中的LED灯管5的所有筒灯，实现高效率高功率因数。本实施例中，上述灯体上可以设置控制按键(图中未示出)，通过按下控制按键来调节控制电路4，从而改变恒流驱动电路3的输出电流，这样就可以调节该LED照明筒灯的亮度。通过防浪涌保护电路1能有效抑制电路中由于雷击或电压波动而产生的尖峰电压，达到防雷效果，提高系统安全性，延长使用寿命。通过恒流驱动电路3能最大化降低电路功耗，并实现电流精确镜像放大，提高芯片带载能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。