一種多路led供電裝置的製作方法

2023-06-07 14:57:06

專利名稱：一種多路led供電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬供電領域，特別涉及多路LED的供電裝置。
背景技術：
現有技術中，多路LED通常採用如圖1所示的供電方式，輸入電壓經過AC/DC變換 後提供一個固定電壓的穩壓電源，每路LED均由一個線性恆流源驅動，從而保證了亮度一 致性。LED的VF(正向壓降)值隨溫度的上升而不斷降低，由於穩壓電源的提供的電壓不 變，因此線性恆流源上的壓降將隨溫度上升而增大，從而使LED供電效率較低，在性能好時 線性恆流源效率只能達到80%。按照現有技術，也可以採用如圖2所示的供電方式，輸入電 壓經過AC/DC變換後提供一個固定電壓的穩壓電源，每路LED均由一個開關式恆流源驅動， 此方式雖然效率較高(開關恆流源效率可達90 ，但是成本大幅度上升，可靠性較差，並 且由於採用了開關模式，所以不可避免的產生了 EMC問題。
發明內容本實用新型的目的是針對現有技術存在的缺陷，提出了一種多路LED供電裝置。本實用新型是通過以下技術方案實現的。本實用新型所述的多路LED供電裝置由跟隨穩壓電源、線性恆流源和運算放大器 組成，跟隨穩壓電源分別與各線性恆流源連接，線性恆流源各自連接到一路LED。跟隨穩壓 源提供電壓給各線性恆流驅動源，每個線性恆流源均驅動一路LED，選擇所有線性恆流源中 壓降最大值、平均值或最小值作為壓降信號傳送給運算放大器，運算放大器將線性恆流源 壓降設定值與此壓降信號比較後輸出控制電壓信號給跟隨穩壓源，控制電壓信號調節跟隨 穩壓源的輸出電壓。本實用新型所述的線性恆流源壓降設定值，是指在線性恆流源輸出電流不變的情 況下，為保證線性恆流源的供電效率，給線性恆流源設定的壓降值。本實用新型所述的跟隨穩壓源是可以根據控制電壓信號，調節輸出電壓大小的穩 壓電源。可以是在現有的普通穩壓電源的輸出電壓取樣端增加一個控制電壓信號輸入構 成，在本實用新型中運算放大器ICl的輸出端連接到該控制電壓信號輸入端，為跟隨穩壓 源提供控制電壓信號。本實用新型所述的運算放大器一輸入端為線性恆流源壓降設定端，另一輸入端接 收所有線性恆流源中壓降的最大值、平均值或最小值，將線性恆流源壓降設定端的電壓值 與該壓降值進行比較，按比較結果輸出控制電壓給跟隨穩壓源。改變運算放大器的線性恆 流源壓降設定端電壓值，就可以調整整個系統穩定狀態下的線性恆流源壓降。因為每路LED的正向壓降VF存在離散性，所以在每路LED燈組電流一致的情況 下，各個線性恆流源的壓降存在相應的差異。根據LED的VF差異，設置本實用新型所述的 運算放大器的線性恆流源壓降設定端的電壓值，可以將所有的線性恆流源壓降控制在合 理範圍內，從而抵消各路LED的VF離散性帶來的影響。[0010]由圖3所示，跟隨穩壓源提供一個跟隨線性恆流源壓降變化的電壓給多路LED燈 組；每路LED由一個線性恆流源驅動，選擇所有線性恆流源中壓降最大的值產生一個壓降 信號給運算放大器；運算放大器將線性恆流源壓降設定端的電壓值與所述壓降電壓比較後 輸出控制電壓信號給跟隨穩壓源；控制電壓信號調節跟隨穩壓源的輸出電壓，使得跟隨穩 壓源的輸出電壓跟隨線性恆流源的壓降變化，最終使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流 源壓降設定值的範圍內，從而保證了供電效率。本實用新型的更具體的技術方案是(參見附圖4)所述的裝置由跟隨穩壓電源、運算放大器和若干線性恆流源組成，跟隨穩壓源同 時驅動多個線性恆流源，每個線性恆流源驅動一路LED燈組，各個線性恆流源通過電阻 RDi (i彡2)連接到二極體Ddj (j = i)的正極，二極體D dj的負極連接到運算放大器ICl 的同相輸入端，運算放大器ICl的同相輸入端還通過電阻Rm3連接到地，運算放大器ICl 的反相輸入端電壓為線性恆流源壓降設定值電壓[Vref2]，運算放大器ICl將所有線性恆 流源壓降最大值與線性恆流源壓降設定值電壓[Vref2]比較，輸出控制電壓信號通過電阻 [RN1]和二極體[Dnl]連接到跟隨穩壓源，所述二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二 極管[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源，跟隨穩壓源按照控制電壓信號調節輸出電壓，使線 性恆流源的壓降被控制在線性恆流源壓降設定值的範圍內。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓[Vref2]可以調節恆流源壓降的最終穩 定電壓值。本實用新型的另一個更具體的技術方案是(參見附圖5)所述的裝置由跟隨穩壓電源、運算放大器和若干線性恆流源組成，跟隨穩壓源同 時驅動多個線性恆流源，每個線性恆流源驅動一路LED燈組，各個線性恆流源連接到二極 管Ddi (i彡2)的負極，二極體Ddi的正極連接到運算放大器ICl的同相輸入端，電壓Vd通 過電阻Rml輸入到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的反相輸入端電壓為線 性恆流源壓降設定值電壓[Vref2]；運算放大器ICl將所有線性恆流源中壓降最小值與線 性恆流源壓降設定值電壓[Vref2]比較，輸出控制電壓信號通過電阻[RN1]和二極體[Dnl] 連接到跟隨穩壓源，所述二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接 到跟隨穩壓源，跟隨穩壓源按照控制電壓信號調節輸出電壓，使線性恆流源的壓降被控制 在線性恆流源壓降設定值的範圍內。本實用新型所述的電壓Vd高於壓降設定值。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓[Vref2]可以調節恆流源壓降的最終穩 定電壓值。本實用新型的再一個更具體的技術方案是(參見附圖6)所述的裝置由跟隨穩壓電源、運算放大器和若干線性恆流源組成，跟隨穩壓源 同時驅動多個線性恆流源，每個線性恆流源驅動一路LED燈組，各個線性恆流源通過電 阻RDi(i ^ 2)連接到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的同相輸入端還 通過電阻Rm2連接到地，運算放大器ICl的反相輸入端電壓為線性恆流源壓降設定值電 壓[Vref2]；運算放大器將所有線性恆流源中壓降平均值與線性恆流源壓降設定值電壓 [Vref2]比較，輸出控制電壓信號通過電阻[RN1]和二極體[Dnl]連接到跟隨穩壓源，所述 二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源，跟隨穩壓源按照控制電壓信號調節輸出電壓，最終使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流源壓降設 定值的範圍內。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓[Vref2]可以調節恆流源壓降的最終穩 定電壓值。本實用新型在外界溫度變化時的工作原理是當外界溫度升高時，LED的VF將降低，線性恆流源為保證輸出電流不變，其自身壓 降增大，使得供電效率將降低。而在本實用新型中，線性恆流源壓降升高後，產生的壓降電 壓也升高；運算放大器接收到升高的壓降電壓信號後，輸出控制電壓調節跟隨穩壓源的輸 出電壓，使跟隨穩壓源的輸出電壓降低，從而使得線性恆流源的壓降重新降低到設定範圍 內，從而保證了較高的供電效率，也減少了線性恆流源的發熱量。當外界溫度降低時，LED的VF將升高，線性恆流源為保證輸出電流不變，其自身壓 降減小。如果LED的VF升高超出一定範圍，線性恆流源的輸出電流減小，使得LED亮度降 低。而在本實用新型中，線性恆流源壓降降低後，產生的壓降電壓也降低；運算放大器接收 到降低的壓降電壓信號後，輸出控制電壓調節跟隨穩壓源的輸出電壓，使跟隨穩壓源的輸 出電壓升高，從而使得線性恆流源的壓降重新升高到設定範圍內，從而既保證了較高的供 電效率，也保證了每路LED電流一致性。本實用新型成本低廉，效率較高(恆流源效率達98%時，仍然能保持良好的恆流 特性)，既能保證各路LED的亮度一致，又能保證其供電效率不受溫度變化等因素的影響。 同時解決了圖1所示供電裝置效率較低和圖2所示供電裝置成本高昂的問題，兼備了線性 恆流源成本低廉和開關式恆流源效率較高的優點。

圖1為常規多路LED供電裝置示意圖。圖2為另一種常規多路LED供電裝置示意圖。圖3為本實用新型提出的多路LED供電裝置示意圖，其中01為跟隨穩壓源，02為 線性恆流源組，03為運算放大器，04為LED燈組。圖4本實用新型提出的多路LED供電裝置實施例1示意圖，其中05為由開關電源 構成的跟隨穩壓源，06為線性恆流源，RDl、RD2、RD3、RNl、Rm3為電阻，Ddl、Dd2、Dd3、Dnl為 二極體，ICl為運算放大器LM358，08為LED燈組。圖5本實用新型提出的多路LED供電裝置實施例2示意圖，其中05為由開關電源 構成的跟隨穩壓源，06為線性恆流源，Rml、RNl為電阻，Ddl、Dd2、Dd3、Dnl為二極體，ICl為 運算放大器LM358，08為LED燈組。圖6本實用新型提出的多路LED供電裝置實施例3示意圖，其中05為由開關電 源構成的跟隨穩壓源，06為線性恆流源，RDl、RD2、RD3、RNl、Rm2為電阻，Dnl為二極體，ICl 為運算放大器LM358，08為LED燈組。圖7本實用新型實施例中線性恆流源的一個實施電路。其中包括運算放大器 LM358，基準源 TL431,電阻 RIO、R12、R13、R101、R102、R103，電容 C101, MOS 管 QlOl0
具體實施方式
本實用新型將通過以下實施例作進一步說明。實施例1(如圖4所示)。本實施例為三路LED供電裝置，跟隨穩壓源05同時驅動三個線性恆流源，每個線 性恆流源驅動一路LED燈組08，三個線性恆流源分別通過RDl、RD2、RD3連接到Ddl、Dd2、 Dd3的正極，Ddl、Dd2、Dd3的負極連接到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的 同相輸入端還通過電阻Rm3連接到地，運算放大器ICl的反相輸入端電壓設定為Vref2，本 實施例中Vref2電壓值為0. 5V ；運算放大器ICl將三個線性恆流源壓降的最大值與Vref2 比較，輸出控制電壓信號通過RNl和Dnl連接到跟隨穩壓源，所述二極體[Dnl]的正極連接 到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源，跟隨穩壓源按照控制電壓信號調節 輸出電壓，使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流源壓降設定值的範圍內。當恆流源壓降 的最大值大於Vref2時，運算放大器ICl輸出的控制電壓增大，跟隨穩壓源接收到增大的控 制信號後減少開關信號的脈寬調製寬度，使所述的跟隨穩壓源的輸出電壓降低，從而使得 線性電流源的壓降降低到設定範圍內。當恆流源壓降的最大值小於Vref2時，運算放大器 ICl輸出的控制電壓減小，跟隨穩壓源接收到增大的控制信號後增大開關信號的脈寬調製 寬度，使所述的跟隨穩壓源的輸出電壓升高，從而使得線性電流源的壓降升高到設定範圍 內。其中，RDl、RD2、RD3、Rm3電阻值為10千歐姆，RNl電阻值為51千歐姆。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓Vref2可以調節恆流源壓降的最終穩定 電壓值。實施例2。(如附圖5所示)本實施例為三路LED供電裝置，跟隨穩壓源05同時驅動三個線性恆流源，每個線 性恆流源驅動一路LED燈組08，三個線性恆流源分別連接到Ddl、Dd2、Dd3的負極，Ddl、Dd2、 Dd3的正極連接到運算放大器ICl的同相輸入端，電壓Vd通過Rml輸入到運算放大器ICl 的同相輸入端，運算放大器ICl的反相輸入端電壓設定為Vref2 ；運算放大器ICl將三個線 性恆流源壓降的最小值與Vref2比較，輸出控制電壓信號通過RNl和Dnl連接到跟隨穩壓 源，所述二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源，跟 隨穩壓源按照控制電壓信號調節輸出電壓，使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流源壓降 設定值的範圍內。當恆流源壓降的最小值大於Vref2時，運算放大器ICl輸出的控制電壓 增大，跟隨穩壓源接收到增大的控制信號後減少開關信號的脈寬調製寬度，使所述的跟隨 穩壓源的輸出電壓降低，從而使得線性電流源的壓降降低到設定範圍內。當恆流源壓降的 最小值小於Vref2時，運算放大器ICl輸出的控制電壓減小，跟隨穩壓源接收到增大的控制 信號後增大開關信號的脈寬調製寬度，使所述的跟隨穩壓源的輸出電壓升高，從而使得線 性電流源的壓降升高到設定範圍內。其中，Rml電阻值為10千歐姆，RNl電阻值為51千歐 姆。本實施例中Vref2電壓值為0. 5V，Vd為IOV。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓Vref2可以調節恆流源壓降的最終穩定 電壓值。實施例3。(如附圖6所示)本實施例為三路LED供電裝置，跟隨穩壓源05同時驅動三個線性恆流源，每個線 性恆流源驅動一路LED燈組08，三個線性恆流源分別通過RD1、RD2、RD3連接到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的同相輸入端還通過Rm2連接到地，運算放大器ICl的 反相輸入端電壓設定為Vref2，本實施例中Vref2電壓值為0. 5V ；運算放大器07將三個線 性恆流源壓降的平均值與Vref2比較，輸出控制電壓信號通過RNl和Dnl連接到跟隨穩壓 源，所述二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源， 跟隨穩壓源按照控制電壓信號調節輸出電壓，最終使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流 源壓降設定值的範圍內。當恆流源壓降的平均值大於Vref2時，運算放大器ICl輸出的控 制電壓增大，跟隨穩壓源接收到增大的控制信號後減少開關信號的脈寬調製寬度，使所述 的跟隨穩壓源的輸出電壓降低，從而使得線性電流源的壓降降低到設定範圍內。當恆流源 壓降的平均值小於Vref2時，運算放大器ICl輸出的控制電壓減小，跟隨穩壓源接收到增大 的控制信號後增大開關信號的脈寬調製寬度，使所述的跟隨穩壓源的輸出電壓升高，從而 使得線性電流源的壓降升高到設定範圍內。其中，RDl、RD2、RD3、Rm2電阻值為10千歐姆， RNl電阻值為51千歐姆。改變運算放大器的反相輸入端設定電壓Vref2可以調節恆流源壓降的最終穩定 電壓值。實施例4。線性恆流源(如圖7所示)。本實施例為本實用新型所述的線性恆流源的一個實施例，可用於以上三個供電裝 置的實施例之中。本實施例所述的線性恆流源電路包括運算放大器LM358，基準源TL431，電阻 RIO、R12、R13、R101、R102、R103,電容 C101，MOS 管 Q101。其中運算放大器 LM358 連接 15V 的工作電壓，基準源TL431通過R13連接到15V的工作電壓上，並且通過電阻RIO、RlOl連 接到運算放大器LM358的同相輸入端，R10、R101之間通過R12接地，LM358的同相輸入端通 過ClOl接地，LM358的反相輸入端連接到了 MOS管QlOl的源級和電阻R103，並通過R103 接地，LM358輸出端通過R102連接到MOS管的QlOl的柵極。實施例5。跟隨穩壓源本實施例為本實用新型所述的跟隨穩壓源的一個實施例，可以用於以上三個供電 裝置的實施例之中。本實施例所述的跟隨穩壓源是通過改進採用TL494的普通開關電源來實現的。其 中對採用TL494的普通開關電源的改進如下本實用新型所述的運算放大器輸出的控制電 壓信號Vcont連接到TL494的管腳1，就構成了跟隨開關電源。當運算放大器輸出的控制電 壓Vcont減小時，所述開關電源(跟隨穩壓源)的輸出電壓增大；當運算放大器輸出的控制 電壓Vcont增大時，所述開關電源(跟隨穩壓源)的輸出電壓減小；從而達到跟隨的目的。
權利要求一種多路LED供電裝置，其特徵是由跟隨穩壓電源、線性恆流源和運算放大器組成，跟隨穩壓電源分別與各線性恆流源連接，線性恆流源各自連接到一路LED；跟隨穩壓源提供電壓給各線性恆流驅動源，每個線性恆流源均驅動一路LED，選擇所有線性恆流源中壓降最大值、平均值或最小值作為壓降信號傳送給運算放大器，運算放大器將線性恆流源壓降設定值與此壓降信號比較後輸出控制電壓信號給跟隨穩壓源，控制電壓信號調節跟隨穩壓源的輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的多路LED供電裝置，其特徵是各個線性恆流源是通過電阻 [RDi (i彡2)]連接到二極體[Ddj (j = i)]的正極，二極體[Ddj]的負極連接到運算放大器 ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的反相輸入端電壓為線性恆流源壓降設定值電壓，運算 放大器ICl輸出控制電壓信號通過電阻[RN1]和二極體[Dnl]連接到跟隨穩壓源；所述二 極管[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源。
3.根據權利要求1所述的多路LED供電裝置，其特徵各個線性恆流源是通過一個二極 管[Ddi (i彡2)]反向連接到運算放大器ICl的同相輸入端，電壓Vd通過電阻[Rml]輸入 到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的反相輸入端電壓為線性恆流源壓降設 定值電壓，運算放大器ICl輸出控制電壓信號通過電阻[RN1]和二極體[Dnl]連接到跟隨 穩壓源；所述二極體[Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓 源；所述的電壓Vd的取值要求大於線性恆流源壓降設定值。
4.根據權利要求1所述的多路LED供電裝置，其特徵是各個線性恆流源是通過電阻 [RDi (i ^ 2)]連接到運算放大器ICl的同相輸入端，運算放大器ICl的同相輸入端通過電 阻[Rm2]連接到地，運算放大器ICl的反相輸入端電壓為線性恆流源壓降設定值電壓，運算 放大器輸出控制電壓信號通過電阻[RN1]和二極體[Dnl]連接到跟隨穩壓源；所述二極體 [Dnl]的正極連接到電阻[RN1]，二極體[Dnl]的負極連接到跟隨穩壓源。
專利摘要一種多路LED供電裝置，由跟隨穩壓電源、線性恆流源和運算放大器組成，跟隨穩壓電源分別與各線性恆流源連接，線性恆流源各自連接到一路LED。跟隨穩壓源提供電壓給各線性恆流驅動源，每個線性恆流源均驅動一路LED，選擇所有線性恆流源中壓降最大值、平均值或最小值作為壓降信號傳送給運算放大器，運算放大器將線性恆流源壓降設定值與此壓降信號比較後輸出控制電壓信號給跟隨穩壓源，控制電壓信號調節跟隨穩壓源的輸出電壓，使得跟隨穩壓源的輸出電壓跟隨線性恆流源的壓降變化，最終使線性恆流源的壓降被控制在線性恆流源壓降設定值的範圍內；本實用新型成本低廉，效率高，在恆流源效率達98％時，仍然能保持良好的恆流特性，保證了各路LED的亮度一致，供電效率不受溫度變化等因素的影響。
文檔編號H05B37/02GK201682655SQ20102000276
公開日2010年12月22日 申請日期2010年1月16日 優先權日2010年1月16日
發明者劉陽, 楊義根 申請人:楊義根