CN103874296B - 多路自适应负载的led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路自适应负载的LED恒流驱动电路，包括为LED灯串提供正极驱动电压的升压电路、控制电路、闭环恒流镜驱动电路和采样电路，闭环恒流镜驱动电路包括运算放大器、功率MOS管和限流电阻R1，升压电路的输出端与每一路LED灯串的阳极相连，每一路LED灯串的阴极分别与对应的一个功率MOS管的漏极相连，每个功率MOS管的栅极与运算放大器的输出端相连、源极经限流电阻R1接地，限流电阻R1与功率MOS管相连一端与运算放大器反向输入端相连；闭环恒流镜驱动电路输出端与采样电路相连，控制电路分别与采样电路、升压电路相连，控制电路根据采样电路采集的电压值控制升压电路的输出电压。本发明恒流精度高、能自动调节驱动电压且能同时驱动多路LED灯串。

Description

多路自适应负载的LED恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动技术领域，具体地指多路自适应负载的LED恒流驱动电路。

背景技术

LED灯等凭借其寿命长、稳定可靠、发光效率高、功耗小和点亮速度快等特性受到人们的广泛关注，LED灯被认为将会成为通用性的第四代照明光源，LED驱动作为LED产品不可缺少的一部分，直接影响着LED产品的寿命及可靠性。目前，LED驱动一般采用线性恒流电源或开关电源驱动方式，线性恒流电源电路结构简单、恒流精度高，但是其需要外电路提供一个既能满足LED正常发光的同时又要满足功率MOS管(晶体管)工作在饱和区的直流电压，一旦给定电压固定了，驱动LED的个数将不能随意改变；另外，开关电源可以自调整输出电压、体积小，但是其恒流精度较线性电源低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多路自适应负载的LED恒流驱动电路，综合利用开关电源输出电压可调和线性恒流电源输出电流恒定精度高的特点，能同时恒流驱动多路LED灯串，并可根据LED灯串LED灯的个数自动调整驱动电压。

为实现上述目的，本发明所设计的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，包括为LED灯串提供正极驱动电压的升压电路、控制电路，其特殊之处在于，还包括闭环恒流镜驱动电路和采样电路，所述闭环恒流镜驱动电路包括运算放大器、个数与LED灯串的路数相等的功率MOS管和限流电阻R1，所述升压电路的输出端与LED灯串组中每一路LED灯串的阳极相连，每一路LED灯串的阴极分别与对应的一个功率MOS管的漏极相连，所述每个功率MOS管的栅极与运算放大器的输出端相连、源极经限流电阻R1接地，所述限流电阻R1与功率MOS管的源极相连的一端与运算放大器的反向输入端相连；所述闭环恒流镜驱动电路的输出端与采样电路相连，所述采样电路采集功率MOS管的漏极对地电压，所述控制电路分别与采样电路、升压电路相连，所述控制电路根据采样电路采集的电压值实时控制升压电路的输出电压。

进一步地，所述控制电路为电流控制模式控制电路。电流型控制模式相对于电压控制模式具有良好的动态调整特性，可以保证升压电路会根据各LED灯串LED的个数或其他干扰实时的调整输出电压。

更进一步地，所述升压电路的输出端并联调制电阻R4，所述调制电阻R4的另一端接地。设置调制电阻R4一方面能抑制轻载工作时电路输出的漂移现象，另一方面克服了电路空载工作以及实现输出开路保护。

更进一步地，所述采样电路包括并联的采样电阻R2和R3，所述采样电阻R2和R3组成的分压网络的一端与所述功率MOS管的漏极相连，另一端接地，所述采样电阻R2和R3连接点的输出端与控制电路连接。采样电路对闭环恒流镜驱动电路中所有功率MOS管漏极的电压值采样反馈使控制电路实时调节升压电路的输出电压。

更进一步地，所述功率MOS管为N沟道增强型MOS管。

本发明较现有技术的有益之处在于：恒流精度高、能根据LED负载的个数自动调节驱动电压且能同时驱动多路LED灯串；恒流驱动保证各LED灯串发光亮度和色度的一致性；对闭环恒流镜驱动电路中功率MOS管和限流电阻进行分压实时采样并调节升压电路的输出电压，使得电路具有自适应负载的能力；电路结构简单、成本低廉，且恒流精度极高。

附图说明

图1为本发明多路自适应负载的LED恒流驱动电路的电路方框图；

图2为图1中LED灯串为八串的实施例电路图；

图中：1.升压电路，2.控制电路，3.闭环恒流镜驱动电路，3-1.运算放大器，4.LED灯串组，5.LED灯串组，Q1～Qn.功率MOS管，R1.限流电阻。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明所提供的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，包括升压电路1、控制电路2、闭环恒流镜驱动电路3和采样电路4。闭环恒流镜驱动电路3包括运算放大器3-1、个数与LED灯串组5的路数相等的功率MOS管Q1～Qn和限流电阻R1。采样电路4包括并联的采样电阻R2和R3。升压电路1的输出端与LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-n的阳极相连，每一路LED灯串5-1～5-n的阴极分别与对应的一个功率MOS管Q1～Qn的漏极相连，每个功率MOS管Q1～Qn的栅极与运算放大器3-1的输出端相连、源极经限流电阻R1接地，限流电阻R1的端电压反馈到运算放大器3-1的反向输入端；闭环恒流镜驱动电路3的输出端与采样电路4相连，控制电路2分别与采样电路4、升压电路1相连。升压电路1的输出端并联调制电阻R4，调制电阻R4的另一端接地。采样电阻R2和R3组成的分压网络的一端与功率MOS管Q1～Qn的漏极相连，另一端接地，采样电阻R2和R3连接点的输出端与控制电路2连接。控制电路2对闭环恒流镜驱动电路的输出电压信号进行采样，根据采样电路4的采集信号实时控制升压电路1的输出电压。

升压电路1主要承担LED灯串组5正常点灯时所需的正极驱动电压，升压电路1会根据LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-n的数量实时地自动调整输出电压(LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-n的规格和数量要求一致)；闭环恒流镜驱动电路3是基于线性恒流驱动电路和电流镜电路构建的恒流镜驱动电路，其主要用于提供LED灯串组5正常点灯所需的恒定驱动电流，由于闭环恒流镜驱动电路3采用恒流镜的设计方式，流过每一路LED灯串5-1～5-n的电流会始终一致；控制电路2采用电流型控制模式实现，根据PWM反馈模式可知，电流型控制模式具有良好的动态调整特性，可以保证升压电路1会根据LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-n的个数或其他干扰实时的调整输出电压。闭环恒流镜驱动电路3基于线性恒流驱动电路和电流镜电路实现，使得流过功率MOS管Q1～Qn的漏源电流都相等且等于Iset/R1的n分之一，功率MOS管Q1～Qn的漏极分别连接对应的一路LED灯串5-1～5-n的阴极，各路LED灯串5-1～5-n的阳极均与升压电路1的输出端相连接。电路运行后，升压电路1的输出电压会逐渐升高，控制电路2会对LED灯串组5进行实时监测，当监测到某一路LED灯串5-1～5-n采样点的采样电压达到预设值后，固定升压电路1的电压输出。

设置与升压电路1的输出端并联调制电阻R4(假负载)有两方面考虑，一是为了抑制轻载工作时电路输出的漂移现象，另一方面是为了克服电路空载工作以及提供输出开路保护。调制电阻R4的取值不能过小也不能过大，如果R4选值过小，将会有一部分输出电流直接经R4到地，这样会增大电路输出损耗而降低转换效率；如果R4选值过大，其将不能在电路轻载工作时起到稳定电路输出的作用。

控制电路2为电流型PWM调制芯片，其误差放大器的反相输入端与采样电路4相连、取样电流输入端与升压电路相连1，控制电路2将采样电路4采集的电压值与基准电压相比较产生误差信号，将误差信号与升压电路1的电流值相比较产生PWM驱动信号，以实时调节PWM驱动信号的脉宽，从而实时调节升压电路1的输出电压。控制电路基于传统的电流型PWM调制芯片UC3842实现，UC3842的最大振荡频率可达500KHz、占空比高精度可调、价格低廉、构成各种控制电路所需的外围元器件少且结构简单。

控制电路2的外围电路主要包括电流反馈网络、振荡电路、斜坡补偿网络和环路补偿网络。其中电压反馈网络负责对闭环恒流镜驱动电路的输出电压信号进行采样，电流反馈网络负责对升压电路1中电流的变化情况进行采样，振荡电路提供给UC3842固定的振荡频率及最大可调的占空比，斜坡补偿网络对电流反馈网络采集的电流信号的上升斜坡进行补偿，环路补偿网络的作用是为了改善系统的稳定性。

图2为本发明LED灯串为八串的电路实施例，LED灯串组5中有八串LED灯串，闭环恒流镜驱动电路3采用线性恒流驱动与电流镜相结合的方式对八路LED灯串组5进行恒流、均流驱动。电路主要包括1个运算放大器、1个限流电阻R1和8个同规格的功率Q1～Q8，Q1～Q8为N沟道增强型的NMOS管，每个功率MOS管Q1～Q8的漏极与相对应1路LED灯串5-1～5-8的阴极相连、栅极相互连接并与运算放大器3-1的输出端相连、源极相互连接并与限流电阻R1相连，R1的端电压反馈到运算放大器3-1的反向输入端，流过R1的电流由运算放大器3-1的同相端输入电压与限流电阻R1的比值决定，由于电路采用电流镜的连接方式，各功率MOS管Q1～Q8的栅极和源极都连在一起，所以流过每一路LED灯串5-1～5-8的电流都相等且等于流过限流电阻R1的电流的八分之一。如图2所示，采样电阻R2、R3对八个功率MOS管Q1～Q8和限流电阻R1端的电压进行分压采样，采样电阻R3端的电压信号实时的送入到UC3842的反馈电压输入端和基准电压比较生成电压误差信号，同时控制电路2对升压电路1进行电流采样送入UC3842的反馈电流输入端与电压误差信号进行比较产生PWM信号对升压电路1的输出电压进行实时调节。

分别取电路的输入电压为15V，各LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-8的数量为10个、20个、30个、40个和50个，对上述多路负载自适应恒流驱动电路进行联合仿真测试。

表1输入电压15V电路自适应负载测试数据

表1为以上仿真测试的统计数据，从表1所示数据可以看出，当改变各LED灯串组5中LED灯串5-1～5-8的数量时，电路会自动调节升压电路1的输出电压，且流过各LED灯串5-1～5-8的电流始终恒定在31.25mA。

分别取电路的输入电压为20V，各LED灯串组5中每一路LED灯串5-1～5-8的数量为10个、20个、30个、40个和50个，对上述多路负载自适应恒流驱动电路进行联合仿真测试。

表2输入电压20V电路自适应负载测试数据

电路输出特性的测试结果如表2所示，当改变各LED灯串组5中LED灯串5-1～5-8的数量时，电路会自动调节升压电路1的输出电压，且流过各LED灯串5-1～5-8的电流始终恒定在31.25mA。当电路稳定后，输出电压会在一个较小的范围内波动，而输出电流始终恒定不变。

测试结果表明，电路会根据各LED灯串组5中LED灯串5-1～5-8的数量自动调节驱动电压，且流过各LED灯串5-1～5-8的电流无视输出电压的波动始终保持在设计值，所设计电路具备“恒流精度高、能根据LED负载的个数自动调节驱动电压且能同时驱动多路LED灯串”的设计要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多路自适应负载的LED恒流驱动电路，包括为LED灯串(5)提供正极驱动电压的升压电路(1)、控制电路(2)，其特征在于：还包括闭环恒流镜驱动电路(3)和采样电路(4)，所述闭环恒流镜驱动电路(3)包括一个运算放大器(3-1)、个数与LED灯串的路数相等的功率MOS管(Q1～Qn)和一个限流电阻R1，所述升压电路(1)的输出端与LED灯串组(5)中每一路LED灯串(5-1～5-n)的阳极相连，每一路LED灯串的阴极分别与对应的一个功率MOS管(Q1～Qn)的漏极相连，每个功率MOS管(Q1～Qn)的栅极与运算放大器(3-1)的输出端相连、源极经限流电阻R1接地，所述运算放大器(3-1)的同向输入端输入电压，所述限流电阻R1与功率MOS管(Q1～Qn)的源极相连的一端与运算放大器(3-1)的反向输入端相连；所述闭环恒流镜驱动电路(3)的输出端与采样电路(4)相连，所述采样电路(4)采集功率MOS管(Q1～Qn)的漏极对地电压，所述控制电路(2)分别与采样电路(4)、升压电路(1)相连，所述控制电路(2)根据采样电路(4)采集的电压值实时控制升压电路(1)的输出电压。

2.根据权利要求1所述的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述控制电路(2)为电流控制模式控制电路。

3.根据权利要求1所述的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述升压电路(1)的输出端并联调制电阻R4，所述调制电阻R4的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述采样电路(4)包括并联的采样电阻R2和R3，所述采样电阻R2和R3组成的分压网络的一端与所述功率MOS管(Q1～Qn)的漏极相连，另一端接地，所述采样电阻R2和R3连接点的输出端与控制电路(2)连接。

5.根据权利要求1所述的多路自适应负载的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述功率MOS管(Q1～Qn)为N沟道增强型MOS管。