变恒流IC为恒功率IC的补偿电路及LED恒功率电源

摘要

本发明涉及变恒流IC为恒功率IC的补偿电路及LED恒功率电源。本发明的变恒流IC为恒功率IC的补偿电路包括线性压控变阻器、稳压器；它可以加到任意的恒流LED驱动电源中，轻松实现LED电源从恒流到恒功率的升级，并且本恒功率补偿电路不用单片机，也不用运算电路，电路简单、成本低、功耗低、易控制、使用寿命长、可靠性高。本发明的LED恒功率驱动电源采用现有成熟的恒流电源驱动芯片，不需重新开发电源驱动芯片，只是增加简单外围补偿电路，就能将简单的恒流驱动特性升级为优质的恒功率驱动特性，成本低。它能根据LED的不同工作电压，自动调整LED的工作电流，功率稳定不变，达到了输出适应范围宽，电源通用性强的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及变恒流IC为恒功率IC的补偿电路及LED恒功率电源。

背景技术

近年来，LED作为新一代绿色照明产品，获得了迅猛的发展。在LED大放异彩的同时，LED驱动电源则成为LED产业稳定与发展的核心，LED电源的品质直接制约了LED产品的可靠性。由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其工作状态进行稳定和保护，从而就有现在普遍采用的不同于普通电压源的恒流源。

LED驱动电源是把普通市电电源（AC:110/120/220/230/240/277V，50/60Hz），或者直流电源（DC：5、12、24、48V等）的电压型电源，通过一定的电子电路，以保证LED恒定发光的LED电能供应电路。目前市面上多数采用恒流源电源。LED用恒流源供电，它能避免LED因正向电压改变而造成的电流变动，而且不需限流电阻，成本较低，效率高。然而由于目前市面上的LED发光芯片存在多种规格，如：同样是50W的LED的COB光源（芯片），常用的就有30V，36V，39V，45V，52V，55V，72V等等，用点光源组合的，每3伏一档，通常从3-210V都有人用，且同一厂家生产的同一规格的COB或点光源，其电压上下偏差也会超过10%，此外，同一颗芯片，其环境温度不同，电压也有5%以上的上下偏差，因此，作为LED恒流驱动供应商，存在种类繁多，库存困难，生产周期过长等严重问题，作为LED灯具厂，也存在用高精度的恒流源生产的整灯产品，其功率精度的一致性却不高的问题。要保证产品的一致性，要么，对光源进行严格筛选，这会导致光源成本提高；要么在生产时对驱动参数进行微调，这会导致生产成本提高。尤其是户外防水灌胶电源，调整的成本和难度都很大。

因此，目前大家开始开发通用性更强，产品功率精度更高的LED驱动电源，即恒功率源。恒功率源能根据LED两端电压的大小，自动调整输出电流的大小，使LED两端的电压与电流的乘积保持不变，即LED获得的功率在额定范围内，在AC（输入交流）、DC（输出直流）、Ta（环境温度）变化时能始终保持不变。

目前从事这个项目开发的人有不少，概括起来有三大类型：一是将功率相对稳定的准恒流源描述为恒功率驱动，那不是真正意义上的恒功率源，如专利号：CN200910109423.6、CN200920134845.4；二是用单片机对输出电压电流直接进行检测和运算，然后对开关管进行控制的真正恒功率电源，如专利号：CN201120008330.7、CN201310179274.2、CN201420725588.2、CN201210005035.5；三是提出了一些实现恒功率源的感知或控制方法，如专利号：CN201520227273.X、CN201610010112.4、CN201410056655.0，这些感知或控制的方法，实质也是一种单片机运算方法，只是外围或整体结构略有不同而已。

到目前为此，申请恒功率的专利不少，但真正应用到现实电路中的却不多，用在户外的更是极少。原因是：使用单片机的方法，虽然从原理上讲，最精确、最科学。但实现应用中却是困难重重：一、普通单片机是针对室内、直流、弱信号的电路而设计的，若将它直接用于交流大功率电源会有三点不足：一是抗干扰能力不足，易死机、失控；二是温度适应范围不足，在＜－25℃和＞85℃的环境中，不能正常工作，户外电源最好在-50℃－+105℃（电源盒内）能正常才较好；三是受强信号的电磁干扰易失效。二、专业级或定制的单片机成本会太高，专业或定制单片机，因为量少，投入软件开发和制成的成本都很高，客户很难接受。三、若将普通单片机用于小功率LED室内电源，因小功率恒流源的成本极低，客户对小功率电源的成本又极为敏感，因此同样难以推广。四、开发专用的恒功率驱动芯片，是个不错的选择，但从开发到成熟应用，需要花几年时间的试用才能成熟，且成熟后，IC的价格也需要几年时间才能降低到比较便于推广的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提高LED驱动电源的通用性、可靠性并扩大适用范围，降低成本，本发明提供了变恒流IC为恒功率IC的补偿电路及LED恒功率电源。

本发明采用的技术方案是：变恒流IC为恒功率IC的补偿电路，其特征在于包括线性压控变阻器、稳压器；稳压器的电源输入端接节点A, 电源输出端接节点C，参考端(公共端)接节点B；线性压控变阻器的一端接节点C，另一端接地，第三端接节点CS，即C与地为电压变化输入端， CS与地为电阻变化输出端；电解电容C₁的正极一端接节点A，另一端接地,为补偿电路提供电能；电解电容C₂的负极一端接节点B，另一端接地，用于获得恒功率输出电压的比例样本，对输出电压进行取样；二极管D₁的负极一端接节点A，另一端接线圈f₁的动态端；线圈f₁的另一端接地；线圈f₂的一端接地，另一端接二极管D₂的负极一端；二极管D₂的另一端接节点B。

进一步地，所述线性压控变阻器包括三极管BG₁和三极管BG₂，三极管BG₁的集电极C₁和基极b₁同时接节点D，发射极e₁接电阻R₁的一端；三极管BG₂的集电极C₂接节点CS，发射极e₂接电阻R₂的一端，基极b₂接节点D；电阻R₀的一端接节点C,另一端接节点D；电阻R₂的另一端接地；电阻R₁的另一端接地。

进一步地，所述三极管BG₁和三极管BG₂为相同特性的NPN型三极管，是高放大倍数的低压开关管。

进一步地，所述LED恒功率电源包括AC电源输入、保险丝F、EMC单元、桥式整流器、恒功率补偿电路、恒流IC单元、变压器和DC输出整流滤波电路；所述AC电源输入与EMC单元连接，在AC电源输入与EMC单元之间还设有保险丝F；所述EMC单元与桥式整流器相接；桥式整流器的正输出端接节点N₃；线圈f₃的一端接场效应管Q₁的漏极,另一端接节点N₃；场效应管Q₁的栅极接恒流IC单元的驱动控制端，源极接取样电阻R_S的一端,>S的另一端接地；电阻R_C的一端接取样电阻R_S的一端，另一端接节点CS；电容C₃的一端接节点N₃，另一端接地；恒流IC单元第二端为电流取样输入端，接节点CS,第三端接节点N₅，第四端接地；线圈f₄的一端接二极管D₃正极的一端，另一端接节点N₂,电解电容C₄的正极一端接节点N₁,>4的另一端接节点N₂,>3的另一端接节点N₁。节点N₁和节点N₂用于连接LED照明器件,即恒功率输出端。恒功率补偿电路第一端接节点N₅，第二端接线圈f₂的一端，即动态端，第三端接节点CS，第四端接地；线圈f₂的另一端接地；线圈f₁的一端接节点N₅，另一端接地。

本发明的优点：（1）本发明采用的恒功率补偿电可以加到任意的恒流LED驱动电源中，轻松实现LED电源从恒流到恒功率的升级，并且本恒功率补偿电路不用单片机，也不用运算电路，电路简单、成本低、功耗小、易控制、使用寿命长、可靠性高。（2）本发明的LED恒功率驱动电源能够根据LED的不同工作电压，自动调整LED的工作电流，使LED的I、U乘积(功率)稳定不变，即整灯功率不随AC电压、DC电压、环境温度的变化而变化。这样，不仅提高了一款电源自动适应同功率但不同规格的LED光源的通用性，而且克服了同一规格LED光源因正常电压偏差或环境温度变化而导致的整灯功率一致性（精度）不高的问题。（3）采用现有成熟的恒流电源驱动芯片，而不需要重新开发电源的驱动芯片，只是增加简单的外围补偿电路，就能将简单的恒流驱动特性升级为优质的恒功率驱动特性，成本低。（4）输出适应范围宽，通用性强。

附图说明

图1为本发明的变恒流IC为恒功率IC的补偿电路原理方框图。

图2为本发明的变恒流IC为恒功率IC的补偿电路的线性压控变阻器的电路原理图。

图3为本发明的恒功率LED驱动电源实施例的电路原理图。

图4为变恒流IC为恒功率IC的补偿电路的等效电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：变恒流IC为恒功率IC的补偿电路，其特征在于包括线性压控变阻器6、稳压器5；稳压器5的电源输入端接节点A, 电源输出端接节点C，参考端(公共端)接节点B；线性压控变阻器6的一端接节点C，另一端接地，第三端接节点CS，即C与地为电压变化输入端，CS与地为电阻变化输出端；电解电容C₁的正极一端接节点A，另一端接地,为补偿电路提供电能；电解电容C₂的负极一端接节点B，另一端接地，用于获得恒功率输出电压的比例样本，对输出电压进行取样；二极管D₁的负极一端接节点A，另一端接线圈f₁的动态端；线圈f₁的另一端接地；线圈f₂的一端接地，另一端接二极管D₂的负极一端；二极管D₂的另一端接节点B。

电路中f₁是普通恒流IC的工作反馈线圈，为恒流IC提供工作电能、变压器工作状态和输出电压等信息。在恒功率补偿电路中，利用该线圈，通过D₁整流和C₁蓄能，为该补偿电路提供工作电能。f₂是恒功率IC补偿电路新增的反馈线圈，目的是获得输出电压的取样电压。通过D₂整流和C₂蓄能,U_C2即为输出电压U_DC的取样电压。

稳压器种类很多，这里用最简单的3端固定稳压器来为例说明。如图1所示，稳压器的3端分别A、B、C； A为稳压器电源输入端，C为稳压器电源输出端，B为稳压器参考端。其中，A与C₁正极连接，B与C₂的负极连接，而不是直接与常规的信号地连接，目的是使稳压器输出的U_CB与U_C2形成一个减法器，得到U_C电压，U_C=U_CB-︱U_C2︱。可见，>CB是固定电压，U_C2是输出电压的取样电压，随输出电压U_DC的升高而升高。U_C正好与U_C2相反，即U_DC输出电压越高，U_C输出电压越低。

如图2所示所述线性压控变阻器包括三极管BG₁和三极管BG₂，三极管BG₁的集电极C₁和基极b₁同时接节点D，发射极e₁接电阻R₁的一端；三极管BG₂的集电极C₂接节点CS，发射极e₂接电阻R₂的一端，基极b₂接节点D；电阻R₀的一端接节点C,另一端接节点D；电阻R₂的另一端接地；电阻R₁的另一端接地。所述三极管BG₁和三极管BG₂为相同特性的NPN型三极管，是高放大倍数的低压开关管。

如图3所示所述LED恒功率电源包括AC电源输入、保险丝F、EMC单元1、桥式整流器2、恒功率补偿电路3、恒流IC单元4、变压器T和DC输出整流滤波电路7；所述AC电源输入与EMC单元1连接，在AC电源输入与EMC单元1之间还设有保险丝F；所述EMC单元1与桥式整流器2相接；桥式整流器2的正输出端接节点N₃；线圈f₃的一端接场效应管Q₁的漏极,另一端接节点N₃；场效应管Q₁的栅极接恒流IC单元4的驱动控制端，源极接取样电阻R_S的一端,>S的另一端接地；电阻R_C的一端接取样电阻R_S的一端，另一端接节点CS；电容C₃的一端接节点N₃，另一端接地；恒流IC单元4第二端为电流取样输入端，接节点CS,第三端接节点N₅，第四端接地；线圈f₄的一端接二极管D₃正极的一端，另一端接节点N₂,电解电容C₄的正极一端接节点N₁,>4的另一端接节点N₂,>3的另一端接节点N₁。节点N₁和节点N₂用于连接LED照明器件,即恒功率输出端。恒功率补偿电路第一端接节点N₅，第二端接线圈f₂的一端，即动态端，第三端接节点CS，第四端接地；线圈f₂的另一端接地；线圈f₁的一端接节点N₅，另一端接地。

下面简要介绍将恒流IC变为恒功率IC的实施例原理：如图4所示：普通恒流IC的正常输出特性是无论AC电压变化还是DC电压变化，DC端输出的电流值是始终恒定的，即输出60V是1A，输出50V左右，甚至30V左右时电流也是1A。现在想将IC的恒流输出特性变为恒功率输出特性，最简单的原理是:R_S两端的取样电压能自动随输出DC电压的缩小而线性增大，为实现这个原理，可以在CS与信号地之间接入一个可变电阻R_U，在CS与S之间串入一个固定R_C,这样只要适当改变R_U的值，就能改变DC的输出电流值。如果R_U值的变化正好实现Uout与Iout的乘积保持不变，那么，此恒流IC就变成了恒功率IC。因此本发明的关键还必须解决R_U的自动变化问题。

恒功率的输出特性是：Uout与Iout的乘积保持不变。例如，60W的恒功率电源，Uout=60V,Iout=1A; Uout=50V,Iout=1.2A; Uout=40V,Iout=1.5A; Uout=30V,Iout=2A……P=UI， P为恒定值。I应随U成反比例变化。这里R_U的值越大，U_S的值越接近U_CS的值，就越接近原恒流值；R_U的值越小，U_S比U_CS的值就高出越多，Iout的电流就越大。想达到恒功率输出的特点，R_U的值应随着输出电压Uout的增大而增大，随Uout的减小而减小。所以设计一个线性压控变阻器代替R_U，就能使原恒流输出的IC变成恒功率输出的IC。

下面介绍一下使用本发明的补偿电路实现将恒流IC变为恒功率IC的原理：

图2中R₀与R₁为分压电阻，与BG₂、R₂组成射极跟随器，BG₁是BG₂的温度补偿器，同时也是BG₂的镜像元件，将BG₁的有源变阻特性镜像转化为无源变阻器，防止I_R0对CS的非线性干扰。由于I_b2的电流是I_C2的电流的几百分之一，因此I_R0对CS的影响可以忽略不计。因此本实施例可以理解为压控器件。由于R₁=R₂，BG₁的U_b1e1=BG₂的U_b2e2，而R₁与R₀是纯电阻，BG₂的通流能力即I_C2值完全取决于R₁与R₀的比值及其所施加的电压U_C，当BG₁、BG₂、R₀、R₁、R₂值决定后，BG₂+R₂的恒流特性完全随U_C的变化而变化，U_CS是相对固定的，所以BG₂和R₂的等效电阻就完全取决于U_C的值，这里只要改变U_C的大小就能改变BG₂+R₂的等效电阻，且线性很好。因此，本实施例是一个线性很好的压控变阻器，且输出端CS到GND是无源的，CS取样电压几乎不受I_R0的影响。本线性压控变阻器是负电压特性，即U_C越高，其等效电阻越小，因此，通过反馈线圈获得的输出取样电压，不能直接用于此压控变阻器，需对输出电压的特性进行改变。图1是改变U_C与U_C2（U_C2是输出电压的取样电压）变化特性的实施例：这里引入一个固定电压U_CB(它由三端稳压器来实现的)，U_C=U_CB-U_C2。因此，U_C的变化是随U_C2的增大而减小，而且也是线性的，因此U_C便可直接用于线性压控变阻器的工作电压兼控制电压。这里只要适当调整U_CB的值和R₀的值，便可以将恒流IC在高达2.6倍的变化过程中，始终保持很好（稳定）的恒功率输出特性。这里的固定电压U_CB是由三端稳压器组成的，A接C₁的正极，为电源输入端，B为参考端(公共端)，这里是接输出取样电压C₂的负极，而不是直接地，但输出的U_C的负极是地(GND)的，这样，U_C=U_CB-U_C2，实际形成一个减法器。于是，U_C与GND之间，就得到一个可以被线性压控变阻器直接使用的供电兼控制的电压。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。