一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路的制作方法

本实用新型涉及LED灯驱动控制技术领域，尤其涉及一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路。

背景技术：

LED灯照明作为一种节能、环保的照明方式，在人们日常生活中的应用越来越广泛。

中国专利申请号2016101845860公开了一种LED恒流控制电源，包括交流输入端、二极管整流桥、PFC电路和LED负载，其中，交流输入端与二极管整流桥的输入端相接，二极管整流桥的输出端与PFC电路的输入端相接，PFC电路的输出端与分别与LED负载和恒流源相接，还包括采样反馈电路，所述采样反馈电路接入PFC电路、LED负载和恒流源之间。所述采样反馈电路为第一采样反馈电路，该第一采样反馈电路包括第四十电阻、第三二极管和第十九电容；其中，第三二极管的正极接入LED负载的负极与恒流源的正极之间，第十九电容的正极接入第四十电阻的一端与第三二极管的负极之间，第十九电容的负极与恒流源的负极相接。该发明的恒流源3的输出电压会影响LED负载2的工作效率。

中国专利申请号2011100423977公开了一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，驱动控制电路的输出作用于PFC主电路，控制其给LED灯提供恒定电流；电流环调节电路包括：运放、可调反馈阻抗、可调补偿网络；运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接可调反馈阻抗；可调补偿网络连接在运放的反相输入端和输出端之间，且在控制信号电路控制下变换反馈阻抗或补偿网络阻抗。该发明提供的LED灯恒流驱动电路中，电流环调节电路受控制信号电路的控制，通过进行反馈阻抗变换或补偿网络的阻抗值变换，来变换电流环调节电路的环路参数，解决了电路轻载时，因低频纹波较大造成的LED灯闪烁问题。

图1是采用芯片L6562A控制的PFC主电路的电路图，50赫兹的输入交流电经过保险丝F1和整流桥P1，在C1上得到100赫兹的半波电压，经过BOOST电路，在电容C6上得到输出电压Vo，输出电压Vo上有100赫兹的电压波动，电压波动的幅度与输入电压的大小和输出电流的大小都有关。

图2是LG公司的LEMWS36X80系列的LED灯珠在25摄氏度的电压电流特性，图2的LED灯珠的电路模型可以等效为6.43欧姆的电阻和5.2伏稳压管串联。

假设图1的PFC的输出电压Vo的平均值为400V，上面有峰峰值为20V的100赫兹的电压波动；用65只上述LEMWS36X80灯珠串联在一起得到的灯珠串，直接并联到输出电容两端，PFC的输出电压直接驱动灯珠串；通过灯珠串的电流波形中有100赫兹的波动，波动的波峰和波谷分别为0.172A和0.125A，平均电流是0.148A；由于电流波动的频率比较高，不会影响到视觉，不会让眼睛产生灯光闪烁的感觉。

图3是LG公司的LEMWS36X80系列的LED灯珠的正向导通压降变化与温度的关系，温度升高，灯珠的正向导通压降会下降；简单的说，随着温度的升高，LED灯珠的电路模型中的稳压管的导通压降会降低。

假设PFC的输出电压Vo的平均值为400V，上面有峰峰值为20V的100赫兹的电压波动；用65只上述LEMWS36X80灯珠串联在一起得到的灯珠串，直接并联到输出电容两端，PFC的输出电压直接驱动灯珠串；如果LED灯珠的电路模型中的稳压管的导通压降因为温度的升高而下降5％，通过灯珠串的电流波形中有100赫兹的波动，波动的波峰和波谷分别为0.213A和0.165A，平均电流0.189A。

就是说，稳压管的导通压降下降5％，灯珠串的平均电流从0.148A上升到0.189A，变化幅度达到27％；实际上，图3中，当温度从-40摄氏度变化到100摄氏度，灯珠的正向导通压降会下降0.9伏，稳压管的导通压降下降超过15％了。

通常情况下，灯珠温度在200秒左右的时间内会达到稳定，具体时间与灯珠的散热条件有关。

可见，如果采用恒定的输出电压给灯珠串供电，由于温度的变化，灯珠串的平均电流会有很大的变化，这将会影响灯的亮度的稳定。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路，以解决现有技术中效率偏低的问题，同时，保持输出电流的稳定，解决LED灯闪烁的问题，技术方案如下：

一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路，包括PFC主电路、电流采样电路、输出过流控制电路、输出开关、电流环调节电路、电流环阻抗变换电路，所述电流采样电路得到的电流采样信号进入电流环调节电路，电流环调节电路的输出用于控制电流环阻抗变换电路，电流环阻抗变换电路的输出连接到PFC主电路的输出电压反馈控制端；其特征在于，电流环调节电路的开环传递函数的穿越频率小于0.15赫兹。

电流环调节电路采用PI调节器，所述PI调节器由运放、电阻、电容组成，其中的电阻的优选的阻值为10兆欧姆，电容的优选的容值为1微法。

电流环阻抗变换电路由稳压二极管、三极管、基极串联电阻、集电极串联电阻组成，基极串联电阻与集电极串联电阻的阻值之比的优选值为三极管的共发射极直流电流放大系数。

电流采样信号进入输出过流控制电路，与给定的电流阀值比较，输出过流控制电路给出所述输出开关的控制信号。

本实用新型中的电流环调节电路的输出用于控制电流环阻抗变换电路，电流环阻抗变换电路的输出连接到PFC主电路的输出电压反馈控制端，从而控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流，同时，当交流输入端有意外的高压窜入，或者输出端有意外的短路发生，电流采样信号会迅速增大，输出过流控制电路能快速关断输出开关，从而保护整个电路。

综上所述，本实用新型具有结构合理、性能稳定的特点。

附图说明

图1为采用芯片L6562A控制的PFC主电路的电路原理图。

图2为LG公司的LEMWS36X80系列的LED灯珠在25摄氏度的电压电流特性图。

图3为LG公司的LEMWS36X80系列的LED灯珠的正向导通压降变化与温度的关系图。

图4为图1的电路原理图的简化示意图。

图5为本实用新型实施例提供的一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路的原理示意图。

图6为本实用新型实施例中电流环调节电路的调节器参数为优选值条件下的LED灯的电流波形图。

图7为本实用新型实施例中电流环调节电路的调节器参数为非优选值条件下的LED灯的电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

图1是采用芯片L6562A控制的PFC主电路的电路图，输出电压Vo经过分压电阻R11、R12，在并联电阻R13、R13B上得到输出电压Vo的反馈电压，送入到控制芯片L6562A的第一脚，即内部误差放大器反向输入端INV，经过L6562A内部PI调节器的调节作用，保持输出电压Vo的稳定。L6562A内部误差放大器同相输入端的电压为2.5V，当输出电压Vo达到稳态的时候，内部误差放大器反向输入端INV的电压也应为2.5V。

图4为图1的电路原理图的简化示意图。

图4中的Rf1相当于图1中的R11与R12串联，图4中的Rf2相当于图1中的R13与R13B并联，图4中C6相当于图1中Cout；图1中去除了R11、R12、R13、R13B、C6之后的其余部分相当于图4中的方框所示的部分PFC电路，INV端为PFC主电路的输出电压反馈控制端。

图5为本实用新型实施例提供的一种用于驱动LED灯的具有快速电流保护和慢速电流调节功能的电路的原理示意图。

图5在图4的PFC主电路的电路原理图的简化示意图的基础上加入了电流采样电路即电阻R51、输出过流控制电路、输出开关即开关管Q51、电流环调节电路、电流环阻抗变换电路；电流环调节电路包括电阻R52、R53，电容C51，集成电路UF1；电流环阻抗变换电路包括稳压二极管D51，NPN三极管Q52，基极串联电阻R54、集电极串联R55；

LED灯LED1作为负载，连接在输出电压Vo端与开关管Q51之间。

UF1为可编程电压参考电路TL431，TL431相当于一个集成了内部电压参考的运放，运放的同相输入端的电压为2.5V，运放的反相输入端为R脚，运放的输出端为K脚，A脚为接地脚。

R51与LED1串联工作，R51的电压VR51作为LED1的电流采样信号。电流采样信号进入输出过流控制电路，与给定的电流阀值比较，当交流输入端有意外的高压窜入，或者输出端有意外的短路发生，电流采样信号会迅速增大，输出过流控制电路能快速关断输出开关，从而保护整个电路。

电流采样信号还进入电流环调节电路。电压VR51进入到R52、C51、UF1组成的PI调节器，VC为电流环调节电路的工作电源，VC通过R53连接到UF1的K脚上，同时PI调节器的输出也在K脚上，电压为VR53；VR53进入电流环阻抗变换电路，经过D51与R54，驱动三极管Q52的基极，Q52的集电极经过R55连接到PFC主电路的输出电压反馈控制端即INV端。

如果电压VR51低于2.5V，电压VR53会上升，导致Q52的基极电流增大，Q52的集电极的对地阻抗减小，Q52的集电极的对地阻抗与R55串联后的总的对地电阻减小，PFC主电路的输出电压反馈控制端INV的电压降低，PFC控制芯片会通过控制脉宽使得输出电压Vo上升，从而LED1的电流增大，电压VR51上升，直至达到2.5V，完成反馈调节过程；如果电压VR51高于2.5V，一样可以完成反馈调节过程，不再赘述。这样，通过反馈调节，电压VR51会稳定在2.5V。

选取R51的阻值为25欧姆，则流过R51的电流为0.1安，这也是LED1的电流。

R53的优选的阻值为10千欧姆。

稳压二极管D51可以选择5.1V的稳压管，D51的作用是提高电流环阻抗变换电路的直流工作点。

Rf2的阻值一般为10千欧姆左右，R55的优选的阻值为100千欧姆，这样PFC主电路的输出电压可以产生10％左右的电压变化以保证LED灯的恒流输出；选择三极管的共发射极直流电流放大系数为100左右的三极管Q52，R54的优选的阻值为10兆欧姆，基极串联电阻R54与集电极串联电阻R55的阻值之比为100，与三极管的电流放大倍数在数值上接近，三极管工作于线性度较好的放大区。

图5中，输入交流电压为50赫兹，输出电压Vo中有100赫兹的电压波动，LED灯的电流中有100赫兹的波动，PFC控制芯片的内部PI调节器的主极点为20赫兹左右，灯珠的温度的变化的频率为0.005赫兹左右。

PFC控制芯片的内部PI调节器的主极点为20赫兹左右，这样既可以保证功率因数接近1，又可以保证输出电压比较稳定；即兼顾到功率因数和输出电压稳定度。

本实用新型所述的电流环调节电路的开环传递函数的穿越频率小于0.15赫兹，图5中电流环调节电路采用由R52、C51、UF1组成的PI调节器。

本实用新型中，R52的优选的阻值为10兆欧姆，C51的优选的容值为1微法，电流环调节电路的开环传递函数的穿越频率为0.0159赫兹，避开了图5的电路中存在的非线性特性、包括LED灯的非线性特性的影响，同时，又能跟得上灯珠的温度的变化对于LED灯的电流的影响，LED灯的电流如图6所示；LED灯的电流稳定，电路参数的选择合理。

如果选择R52的阻值为1兆欧姆，C51的容值为1微法，电流环调节电路的开环传递函数的穿越频率为0.159赫兹，这时候，LED灯的电流如图7所示；由于图5的电路中存在的非线性特性、包括LED灯的非线性特性，LED灯的电流中出现了10赫兹左右的波动，这种LED灯的电流中的10赫兹的波动的峰峰值虽然远小于LED灯的电流中100赫兹的波动的峰峰值，但是由于人眼对10赫兹的波动非常敏感，灯光产生明显的闪烁的感觉。

电流采样信号进入输出过流控制电路，与给定的电流阀值比较，输出过流控制电路给出所述输出开关的控制信号；如果正常情况下，LED1的平均电流稳定在0.1A，可以设定给定的电流阀值为0.2A，当瞬时电流超过0.2A的时候，输出过流控制电路可以立即切断输出开关，从而保护整个电路以及LED灯；这样，当交流输入端有意外的高压窜入，或者输出端有意外的短路发生，本实用新型的电路都可以免遭埙坏。

综上所述，本实用新型具有结构合理、性能稳定的特点。

本说明书所述的仅是本实用新型的较佳的具体实施方式，用于说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型的限制，凡本领域的技术人员依据本实用新型的构思做出了一些调整和改变而得到的技术方案，仍为本实用新型的要义所在，皆应在本实用新型的范围之内。