一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路的制作方法

本发明涉及用于景观照明领域中的一种低压直流供电的LED灯具驱动电路。

背景技术：

目前LED景观照明灯具电路系统中，LED照明灯具驱动电路是必不可少的环节，市电经过电源转换，由交流转成直流并降低电压，可以极大地减少系统故障点，减少LED灯的故障率，提高系统的安全性；由于LED灯珠的电气特性，采用恒流驱动LED灯珠，才能保障灯珠的稳定工况，保证LED灯珠的长寿命；目前室内照明灯具常用高压220V电源驱动器，驱动器电路直接转换直流并恒流驱动LED灯珠；但对于景观照明来说，此方案在所有灯具中不完全可行，因为有一大部分景观照明的灯具功率小，数量多，而单回路配电在行业标准中有控制数量的限制，如按室内方案执行势必造成配电回路多，布线和配电困难；故此采用大功率的开关电源降压成低压直流，再集中给LED灯具供电；低压直流供电较为安全，但过低电压后相同功率的供电电流势必加大，线损原因也会造成线路中首端灯具与尾端灯具有一定的电压差，故LED灯具需要驱动电路来保障LED灯珠的恒流工作；现今市场上的LED灯具驱动电路在节能和灯具系统匹配上存有一些缺陷；现创新一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，可解决目前景观照明应用上的低压直流供电的LED灯具驱动电路的一些缺陷，使LED灯具更具有节能和系统匹配、寿命长、经济性高的优点。

本发明主要创新点：

研发一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，取消景观照明灯具电路中常规方式所用的电压平衡电阻、电流平衡电阻，减少其电阻上的功率损耗，提高恒流精度，提高灯具整体效率，延长灯珠寿命，减少灯具发热，从而提高灯具可靠性。

技术实现要素：

本发明的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路原理是：在灯具电源引入处插入一个DC/DC降压驱动，每串LED灯珠中插入线性恒流集成块；DC/DC降压驱动控制其输出电压为衡定电压，电压值为所选LED灯珠串的正常工作最大电压降与线性恒流集成块最小启始恒流工作时电压降之和，这样将线性恒流集成块的功耗降至最低，也无需为平衡电路而串入电阻增加无功损耗，同时由于线路损耗引起的电源输入端的电压变化对灯具也不产生影响。

本发明的有益效果是，本发明的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，减少灯具的无功损耗而节能，提高恒流精度，电路简单可靠，延长LED灯珠寿命。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：

1、一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，由DC/DC降压电源电路1、LED灯串2和线性恒流驱动电路3组成；DC/DC降压电源电路1将电源输入正极E1与电源共用地GND的电压转换成稳定的LED灯串2和线性恒流驱动电路3所需电压；线性恒流驱动电路3自动恒定所设定的LED灯串2的工作电流。

2、按上1所述的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，其DC/DC降压电源电路1的输出电压是LED灯串2的正常工作最大电压降与线性恒流驱动电路3的最小启始恒流工作时电压降之和，保障LED灯串2恒流工作时，线性恒流驱动电路3功耗低，电路效率高。

3、按上1所述的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，其每条LED灯串2均分别串接在线性恒流驱动电路3上，每条LED灯串2都处于恒流工作状态，保障了LED灯串2的寿命。

常见低压直流供电的LED灯具驱动电路的应用概述：

A、一种低压直流供电的LED灯具驱动电路如附图4所示，有W1-W4四个灯串分支电路，下面以灯串1支路W1进行分析；LED灯串2中有平衡1电阻Rp1进行限流，由于LED灯珠的电压与电流特性，电源输入E1的电压变化会引起LED灯串2的支路1电流I1的变化，当平衡1电阻Rp1上的设计电压降较小时更为明显，故要达到LED灯串2的电流I1变化小，要求平衡1电阻Rp1上的设计电压降较高，而电阻上的无效损耗也增大，电路没有恒流精度，灯具效率低。

B、一种低压直流供电的LED灯具驱动电路如附图5所示，有W1-W4四个灯串分支电路，下面以灯串1支路W1进行分析；LED灯串2中串入线性恒流集成电路3，并有Rp1进行功耗平衡，电源输入正极E1的电压变化由线性恒流集成电路3进行调整，LED灯串2的支路1电流I1的基本不变，平衡1电阻Rp1的设计电压降是平衡常规AC高压转DC低压的开关输出电压与LED灯串2加线性恒流集成电路3的差值，避免线性恒流驱动集成块U1发热超限，故电路恒流精度较高，但平衡1电阻Rp1上的设计损耗降低了整体电路的效率，而电源输入正极E1的电压变化至最大值时会引起线性恒流驱动集成块U1功耗大而发热，本方案的电路效率相对较低。

C、一种低压直流供电的LED灯具驱动电路如附图6所示，具有开关恒流电路4来驱动LED灯串2，只有一个灯串1支路W1；开关恒流电路4中有检测分压A电阻Rf1, LED灯串2上的支路1电流I1变化时，检测分压A电阻Rf1上电压跟随变化，开关控制恒流集成块IC2及时调整输出，保持电源输入正极E1的电压变化不会引起LED灯串2的支路1电流I1的变化，故LED灯串2的支路1电流I1变化小，灯具效率高；但对于多支路LED灯串2的灯具，每路LED灯串2均须配备一个开关恒流驱动电路4，对于多灯串的灯具，开关恒流驱动电路多，电路设计复杂，各开关恒流驱动电路间也容易引起干扰，因为常规低压直流供电电压是DC24V,目前常用白光LED的电压降是3.3V，故常用最多每串LED灯珠是6个，而选用常规大功率LED灯珠3W，每串最多也是18W,再大些功率的灯具必须由多串LED灯珠组成，对于景观照明灯具许多应用是要求灯珠数量较多以及控制段数多每串灯珠数量少来产生高品质的视觉效果，故采用本方案时开关恒流驱动电路4数量多，电路更为复杂。

D、一种低压直流供电的LED灯具驱动电路如附图7所示，具有开关恒流电路4来驱动LED灯串2；具有检测分压A电阻Rf1, 具有灯串1支路W1和灯串2支路W2， 两路LED灯串2并联，两个支路W1、W2上的电流I1+I2变化时，检测分压A电阻Rf1上电压跟随变化，开关DC恒流控制集成块IC2及时调整输出，保持电源输入正极E1的电压变化不会引起LED灯串2的两个支路电流I1+I2的变化，故LED灯串2的总电流变化小，灯具效率高；但两路LED灯串2并联后配备一个开关恒流驱动电路，由于每路LED灯串2的参数不能完全一致，电流分配不一定均衡，灯串间有明暗不同的情况；当一路LED灯串2开路故障时，恒定电流I1+I2全加在另一路上，致使另一路LED灯串2过载而很快损坏。

上述常见的四种低压直流供电的LED驱动电路应用的利弊：

1）A方案，没有恒流保护，电阻增加的无效功率大，灯具易发热，灯具寿命难以保证，灯具效率低。

2）B方案，电路恒流精度较高，而电源输入E1的变化最大值时会引起线性恒流集成电路U1功耗大而发热，平衡1电阻Rp1的功耗大，灯具效率较低。

3）C方案，开关恒流，灯具效率高；但用于景观照明时，对于多个LED灯串2的灯具，开关恒流驱动电路多，电路设计复杂，各开关恒流驱动电路间也容易引起干扰。

4）D方案，开关恒流，灯具效率高；但采用二串LED灯串2并联在一个恒流回路上，各路LED灯串2的支路电流分配不一定均衡，灯串之间有明暗不同的情况；当其中一路LED灯串2开路故障时，恒定电流全加在其它LED灯串2回路上，致使其它路LED灯串2过载而很快损坏。

在低压直流供电的LED灯具驱动电路应用中，本发明与现有情况相比：

1)灯具电源端增加DC/DC开关稳压电路，灯具的LED灯串2供电电压不受线路电压变化的影响，电路效率高。

2)每个LED灯串2都有线性恒流驱动电路3，LED灯串2恒流精度高；线性恒流驱动电路3相比开关恒流电路4的元件少，电路简单，任何一支路LED灯串2开路故障，不影响其它支路LED灯串2的正常工作。

3) 每个灯串没有平衡电阻，灯具发热量少，提高灯具LED灯串2的效率。

附图说明

图1：实施案例一的电路原理图

图2：实施案例二的电路原理图

图3：实施案例三的电路原理图

图4：目前常见的低压直流供电的LED灯具电路原理图1

图5：目前常见的低压直流供电的LED灯具电路原理图2

图6：目前常见的低压直流供电的LED灯具电路原理图3

图7：目前常见的低压直流供电的LED灯具电路原理图4

附图中标注说明：1．DC/DC降压电源电路；2．LED灯串；3．线性恒流驱动电路；4．开关恒流电路；E1．电源输入正极；GND.电源共用地；C1．电源输入滤波电容；IC1．开关DC/DC降压控制集成块；Rf1．检测分压A电阻；Rf2．检测分压B电阻；Cf．检测电容；D1．蓄能释放快速二极管；B1．蓄能电感；C2．输出滤波电容；E2．恒压驱动输出电源正极；W1．灯串1支路；W2．灯串2支路；W3．灯串3支路；W4．灯串4支路；I1．支路1电流；I2．支路2电流；I3．支路3电流；I4．支路4电流；U1．线性恒流驱动A集成块；U2．线性恒流驱动B集成块；U3．线性恒流驱动C集成块；U4．线性恒流驱动D集成块；R1．恒流值设定A电阻；R2．恒流值设定B电阻；R3．恒流值设定C电阻；R4．恒流值设定D电阻；Rp1．平衡1电阻；Rp2．平衡2电阻；Rp3．平衡3电阻；Rp4．平衡4电阻；IC2．开关恒流控制集成块；P1．开关恒流驱动正极；P2．开关恒流驱动负极。

具体实施方式

实施案例一

结合图1对本发明实施案例一进行详细描述：

1、一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，设计灯具照明功率为24W, 供电电源的电压是DC12V-36V,由DC/DC降压驱动1、LED灯串2和线性恒流驱动电路3组成；DC/DC降压驱动1将供电电压E1经高频开关及滤波转换成稳定的LED灯串2和线性恒流驱动电路3所需电压；线性恒流驱动电路3恒定LED灯串2工作所需的电流。

2、按上1所述的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路， DC/DC降压驱动1由电源输入滤波电容C1、开关DC/DC降压控制集成块IC1、检测分压A电阻Rf1、检测分压B电阻Rf2、检测电容Cf、蓄能释放快速二极管D1、蓄能电感B1和输出滤波电容C2组成；DC/DC降压电源电路1的输出电压是LED灯串2的的正常工作最大电压降与线性恒流驱动电路3的最小启始恒流工作时电压降之和，本方案设定10.9V；电源输入滤波电容C1为100uf/50V贴片电解电容、开关DC/DC降压控制集成块IC1选用XL1509-ADJ1的DC/DC降压降压驱动集成块、检测分压A电阻Rf1为1K阻值±1%精度的贴片电阻、检测分压B电阻Rf2为7.96K±1%贴片电阻、检测电容Cf为100Pf云母贴片电容、蓄能释放快速二极管D1为MURS340、蓄能电感B1为10x10xH10封闭磁芯100uH/3000mA贴片式电感和输出滤波电容C2为150uf/35V贴片电解电容。

3、按上1所述的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，有四条LED灯串支路W1-W4，每条灯串支路由LED灯串2及线性恒流驱动电路3组成；灯珠采用Cree的XLamp XB-D大功率贴片灯珠，每条LED灯串2由三颗灯珠串联组成，线性恒流驱动电路3由线性恒流驱动A-D集成块即U1-U4与恒流值设定A-D电阻即 R1-R4组成，线性恒流驱动A-D集成块选用4块型号为SM15106T, 恒流值设定A-D电阻选用4片4.02K阻值±1%精度的贴片电阻；LED各支路电流I1至I4设定为352mA。

实施案例二

结合图2对本发明进一步详细描述：

与方案一不同的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，相比方案一不同的是设计灯具照明功率为16W,供电电源的电压是DC15V-36V,DC/DC降压电源电路1的输出电压E2对GND设定为14.2V, 每条LED灯串2由四颗1W大功率LED贴片灯珠串联组成，检测分压B电阻Rf2为10.5K±1%贴片电阻，蓄能电感B1为10x10xH10封闭磁芯82uH/3000mA贴片式电感, LED各支路电流I1至I4设定为352mA。

实施案例三

结合图3对本发明进一步详细描述：

与方案一不同的一种低压直流供电的LED灯具降压和恒流驱动电路，相比方案一不同的是设计灯具照明功率为24W,供电电源的电压是DC22V-36V，DC/DC降压电源电路1的输出电压E2对GND设定为21V, 每条LED灯串2由六颗1W大功率LED贴片灯珠串联组成，检测分压B电阻Rf2为16.0K±1%贴片电阻，蓄能电感B1为10x10xH10罐式磁芯68uH/3000mA贴片电感；线性恒流驱动电路3由线性恒流驱动A集成块U1与恒流值设定A电阻 R1组成，线性恒流驱动A集成块选用一块型号为SM15125N, 恒流值设定A电阻选用一片953Ω阻值±1%精度的贴片电阻；线性恒流驱动A集成块SM15125N具有四路恒流输出，分别接至灯串1支路W1、灯串2支路W2、灯串3支路W3和灯串4支路W4, LED各支路电流I1至I4均为350mA。