一種led交通信號燈及其驅動電路的製作方法

2023-05-23 16:11:21

專利名稱：一種led交通信號燈及其驅動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於LED驅動領域，尤其涉及一種LED交通信號燈及其驅動電路。
背景技術：
在道路交通中，交通信號燈作為一種交通管理輔助工具，規範了城市道路交通秩序，有利於減少交通事故的發生，提高了道路的使用效率。近年來，由於LED應用範圍的不斷擴展，LED也逐漸代替白熾燈作為主要光源被應用於交通信號燈中。目前，現有的LED交通信號燈所採用的驅動電路是通過MOS管作為開關元件控制其內部的啟動電路的關斷。然而，由於控制MOS管柵源極電壓的三極體是由一儲能電容供給集電極電壓的，當輸入交流電壓關斷後立即開通時，該儲能電容未能及時釋放電能，導致啟動電路需要再次啟動時出現啟動滯後，開機延時時間加長，也使啟動電路在後續的關斷中出現嚴重滯後，影響了 LED交通信號燈的閃爍和交替，從而使LED交通信號燈出現亮燈錯誤，甚至無法正常工作。因此，現有的LED交通信號燈的驅動電路存在啟動和關斷嚴重滯後且開機延時時間長的問題。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種LED交通信號燈驅動電路，旨在解決現有的LED 交通信號燈的驅動電路存在啟動和關斷嚴重滯後且開機延時時間長的問題。本實用新型是這樣實現的，一種LED交通信號燈驅動電路，與交流電源、LED負載及基準電源相連接，包括EMI濾波電路、輸入整流濾波電路、PWM控制電路、DC-DC變壓電路、 輸出整流濾波電路、採樣反饋電路以及啟動電路，所述啟動電路包括輸入端接所述輸入整流濾波電路的輸出端，啟動電壓輸出端同時與所述PWM控制電路的電壓輸入端及所述DC-DC變壓電路的隔離端連接，為所述PWM控制電路提供啟動電壓的啟動電壓生成單元；第一輸入端接所述輸出整流濾波電路的輸出端，第二輸入端和輸出端分別與所述啟動電壓生成單元的電能釋放端和控制端相連接，根據所述輸出整流濾波電路的輸出電壓對所述啟動電壓生成單元進行工作狀態控制的開關單元；驅動電壓端接所述輸出整流濾波電路的輸出端，輸出端接所述開關單元的控制端，基準電壓端接所述基準電源的輸出端，根據所述LED負載輸出端電流的變化情況控制所述開關單元的工作狀態的電壓比較單元；輸入端接所述LED負載的輸出端，輸出端接所述電壓比較單元的輸入端，對所述 LED負載的工作迴路中夾雜的高頻幹擾信號進行濾除的高頻濾波單元。本實用新型的另一目的還在於提供一種包括所述LED交通信號燈驅動電路的LED 交通信號燈。在本實用新型中，通過在所述LED交通信號燈驅動電路中採用包括所述啟動電壓生成單元、所述開關單元、所述電壓比較單元以及所述高頻濾波單元的所述啟動電路，實現了為所述LED負載快速提供工作電壓，並在工作電壓建立後迅速關斷啟動電壓生成單元， 有效地減少了啟動與關斷的滯後現象，解決現有的LED交通信號燈的驅動電路存在啟動和關斷嚴重滯後且開機延時時間長的問題。

圖1是本實用新型實施例提供的LED交通信號燈驅動電路的模塊結構圖；圖2是本實用新型實施例提供的LED交通信號燈驅動電路的示例電路結構圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。圖1示出了本實用新型實施例提供的LED交通信號燈驅動電路的模塊結構，為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下LED交通信號燈驅動電路與交流電源200、LED負載900及基準電源1000相連接， 包括EMI濾波電路300、輸入整流濾波電路400、PWM控制電路500、DC-DC變壓電路600、輸出整流濾波電路700、採樣反饋電路800以及啟動電路100，啟動電路100包括輸入端接輸入整流濾波電路400的輸出端，啟動電壓輸出端同時與PWM控制電路 500的電壓輸入端及DC-DC變壓電路600的隔離端連接，為PWM控制電路500提供啟動電壓的啟動電壓生成單元101;第一輸入端接輸出整流濾波電路700的輸出端，第二輸入端和輸出端分別與啟動電壓生成單元101的電能釋放端和控制端相連接，根據輸出整流濾波電路700的輸出電壓對啟動電壓生成單元101進行工作狀態控制的開關單元102 ；驅動電壓端接輸出整流濾波電路700的輸出端，輸出端接開關單元102的控制端， 基準電壓端接基準電源1000的輸出端，根據LED負載900輸出端電流的變化情況控制開關單元102的工作狀態的電壓比較單元103 ；輸入端接LED負載900的輸出端，輸出端接電壓比較單元103的輸入端，對LED負載900的工作迴路中夾雜的高頻幹擾信號進行濾除的高頻濾波單元104 ；啟動電路100還包括一採樣電阻R6，採樣電阻R6連接於LED負載900的輸出端和 DC-DC變壓電路600的迴路端之間，採樣電阻R6根據LED負載900輸出端電流的變化情況生成相應的採樣電壓。在本實用新型實施例中，EMI濾波電路300的輸入端接交流電源200的輸出端，輸入整流濾波電路400的輸入端接EMI濾波電路300的輸出端，DC-DC變壓電路600的輸入端接輸入整流濾波電路400的輸出端，輸出整流濾波電路700的輸入端接DC-DC變壓電路 600的輸出端，LED負載900的輸入端和輸出端分別與輸出整流濾波電路700的輸出端和採樣電阻R6的第一端，採樣電阻R6的第二端接DC-DC變壓電路600的迴路端。圖2示出了本實用新型實施例提供的LED交通信號燈驅動電路的示例電路結構， 為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下[0025]作為本實用新型一實施例，啟動電壓生成單元101包括電阻R1、電阻R2、N型MOS管Q1、電阻R3、儲能電容Cl、穩壓二極體ZDl、二極體Dl 及穩壓二極體ZD2 ；電阻Rl的第一端為啟動電壓生成單元101的輸入端，電阻R2的第一端接電阻Rl 的第一端，N型MOS管Ql的漏極接電阻Rl的第二端，N型MOS管Ql的柵極為啟動電壓生成單元101的控制端，電阻R3的第一端同時與N型MOS管Ql的柵極、電阻R2的第二端及二極體Dl的陽極相連接，電阻R3的第二端同時與N型MOS管Ql的源極、穩壓二極體ZDl的陰極和穩壓二極體ZD2的陽極相連接，穩壓二極體ZDl的陽極接等電勢地，穩壓二極體ZD2 的陰極接二極體Dl的陰極，穩壓二極體ZD2的陽極為啟動電壓生成單元101的啟動電壓輸出端，儲能電容Cl的正極為啟動電壓生成單元101的電能釋放端，儲能電容Cl的正極接等電勢地。作為本實用新型一實施例，開關單元102包括NPN型三極體Q2、光電耦合器U1、電阻R4、電阻R5、電阻R7、NPN型三級管Q3、電阻 R8及電阻R9 ；NPN型三極體Q2的集電極為開關單元102的輸出端，NPN型三極體Q2的發射極接等電勢地，電阻R4連接於NPN型三極體Q2的柵極和光電耦合器Ul中光敏三極體的發射極之間，電阻R5連接於NPN型三極體Q2的柵極和等電勢地之間，光電耦合器Ul中光敏三極體的集電極為開關單元102的第二輸入端，電阻R7的第一端為開關單元102的第一輸入端，電阻R7的第二端接光電耦合器Ul中發光二極體的陽極，NPN型三極體Q3的集電極接光電耦合器Ul中發光二極體的陰極，NPN型三極體Q3的發射極接地，NPN型三極體Q3的基極同時與電阻R8的第一端及電阻R9的第一端連接，電阻R8的第二端為開關單元102的控制端，電阻R9的第二端接地。作為本實用新型一實施例，電壓比較單元103包括二極體D4、電阻RlO及比較器U2 ；比較器U2的正電源端、同相輸入端、反相輸入端及輸出端分別為電壓比較單元 103的驅動電壓端、輸入端、基準電壓端及輸出端，比較器U2的負電源端接地，二極體D4的陽極和陰極分別與比較器U2的輸出端和電阻RlO的第一端連接，電阻RlO的第二端接比較器U2的同相輸入端。作為本實用新型一實施例，高頻濾波單元104包括電阻Rll和電容C2，電阻Rll的第一端和第二端分別為高頻濾波單元104的輸入端和輸出端，電容C2連接於電阻Rll的第二端和地之間。LED交通信號燈驅動電路的工作原理為在交流電源向EMI濾波電路輸出交流電後，由EMI濾波電路對交流電進行靜電噪聲和浪湧電壓濾除後輸出至輸入整流濾波電路，交流電由輸入整流濾波電路進行整流濾波後變為直流電，該直流電分兩路進入後續電路，一路由電阻Rl的第一端和電阻R2的第一端進入啟動電壓生成單元，另一路進入DC-DC變壓單元。直流電進入啟動電壓生成單元後，N型MOS管Ql的柵極為高電平，於是，N型MOS 管Ql導通，直流電通過N型MOS管Ql的源極為儲能電容Cl充電，PWM控制單元在儲能電容Cl的電壓達到其啟動電壓時開始工作，控制DC-DC變壓單元對直流電的變壓處理，變壓後的直流電由輸出整流濾波單元進行整流濾波後輸出至LED負載900，從而驅動發光二極體LEDl、發光二極體LED2及發光二極體LED3進入工作狀態。在啟動電壓生成單元中，穩壓二極體ZDl對儲能電容Cl的電壓進行鉗位，保證PWM控制單元的輸入電壓不超過其額定工作電壓，穩壓二極體ZD2對N型MOS管Ql的柵極-源極電壓進行鉗位，保證N型MOS管Ql 不會因柵極-源極電壓過大而被擊穿。在輸出整流濾波電路輸出的直流電電壓達到LED負載900的啟動電壓後，LED負載 900的輸出端開始有電流輸出，於是，R6電阻兩端形成電壓差，電阻Rll從採樣電阻R6的第一端獲取LED負載900輸出端的電壓，並由電容C2對其進行濾波後輸出至比較器U2的同相輸入端，如果LED負載900輸出端的電壓高於比較器U2的反相輸入端的基準電壓，則比較器U2的輸出端為高電平輸出，該高電平經過電阻R8和電阻R9進行分壓後為NPN型三極體Q3提供偏置電壓，NPN型三極體Q3導通，其集電極電壓下降，又因為電阻R7從輸出整流濾波電路的輸出端獲取直流電電壓，於是，光電耦合器Ul中發光二極體導通，光電耦合器 Ul中光敏三極體在獲得光照後導通，並從儲能電容Cl的正極拉電流，電阻R4和電阻R5對光電耦合器Ul中光敏三極體的發射極輸出的電壓進行分壓後，為NPN型三極體Q2提供偏置電壓，NPN型三極體Q2導通，並通過其集電極將N型MOS管Ql的柵極電壓拉低，N型MOS 管Ql截止，從而達到在LED負載900的工作電壓建立後，迅速關斷啟動電壓生成單元的目的，為後續LED負載900的閃爍和交替工作提供條件；此外，N型MOS管Ql在導通後迅速截止能夠節省能耗，提高工作效率，並避免在LED負載900獲得工作電壓後持續導通所引起的器件發熱甚至損壞的現象發生。如果LED負載900的輸出端的電壓小於基準電壓，證明整個LED交通信號燈驅動電路尚未完成對LED負載900工作電壓的建立，於是，比較器U2輸出低電平，NPN型三極體 Q3截止，光電耦合器Ul無電流通過，則NPN型三極體Q2也截止，N型MOS管Ql依然導通， 並繼續對儲能電容Cl進行充電。本實用新型實施例還提供了一種包括上述LED交通信號燈驅動電路的LED交通信號燈。在本實用新型實施例中，通過在LED交通信號燈驅動電路中採用包括啟動電壓生成單元101、開關單元102、電壓比較單元103以及高頻濾波單元104的啟動電路100，實現了為LED負載900快速提供工作電壓，並在工作電壓建立後迅速關斷啟動電壓生成單元 101，有效地減少了啟動與關斷的滯後現象，解決現有的LED交通信號燈的驅動電路存在啟動和關斷嚴重滯後且開機延時時間長的問題。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種LED交通信號燈驅動電路，與交流電源、LED負載及基準電源相連接，包括EMI 濾波電路、輸入整流濾波電路、PWM控制電路、DC-DC變壓電路、輸出整流濾波電路、採樣反饋電路以及啟動電路，其特徵在於，所述啟動電路包括輸入端接所述輸入整流濾波電路的輸出端，啟動電壓輸出端同時與所述PWM控制電路的電壓輸入端及所述DC-DC變壓電路的隔離端連接，為所述PWM控制電路提供啟動電壓的啟動電壓生成單元；第一輸入端接所述輸出整流濾波電路的輸出端，第二輸入端和輸出端分別與所述啟動電壓生成單元的電能釋放端和控制端相連接，根據所述輸出整流濾波電路的輸出電壓對所述啟動電壓生成單元進行工作狀態控制的開關單元；驅動電壓端接所述輸出整流濾波電路的輸出端，輸出端接所述開關單元的控制端，基準電壓端接所述基準電源的輸出端，根據所述LED負載輸出端電流的變化情況控制所述開關單元的工作狀態的電壓比較單元；輸入端接所述LED負載的輸出端，輸出端接所述電壓比較單元的輸入端，對所述LED負載的工作迴路中夾雜的高頻幹擾信號進行濾除的高頻濾波單元。
2.如權利要求1所述的LED交通信號燈驅動電路，其特徵在於，所述啟動電路還包括一採樣電阻R6，所述採樣電阻R6連接於所述LED負載的輸出端和所述DC-DC變壓電路的迴路端之間。
3.如權利要求1所述的LED交通信號燈驅動電路，其特徵在於，所述啟動電壓生成單元包括電阻R1、電阻R2、N型MOS管Q1、電阻R3、儲能電容Cl、穩壓二極體ZD1、二極體Dl及穩壓二極體ZD2 ；所述電阻Rl的第一端為所述啟動電壓生成單元的輸入端，所述電阻R2的第一端接所述電阻Rl的第一端，所述N型MOS管Ql的漏極接所述電阻Rl的第二端，所述N型MOS管 Ql的柵極為所述啟動電壓生成單元101的控制端，所述電阻R3的第一端同時與所述N型 MOS管Ql的柵極、所述電阻R2的第二端及所述二極體Dl的陽極相連接，所述電阻R3的第二端同時與所述N型MOS管Ql的源極、所述穩壓二極體ZDl的陰極和所述穩壓二極體ZD2 的陽極相連接，所述穩壓二極體ZDl的陽極接等電勢地，所述穩壓二極體ZD2的陰極接所述二極體Dl的陰極，所述穩壓二極體ZD2的陽極為所述啟動電壓生成單元的啟動電壓輸出端，所述儲能電容Cl的正極為所述啟動電壓生成單元的電能釋放端，所述儲能電容Cl的正極接等電勢地。
4.如權利要求1所述的LED交通信號燈驅動電路，其特徵在於，所述開關單元包括NPN型三極體Q2、光電耦合器U1、電阻R4、電阻R5、電阻R7、NPN型三級管Q3、電阻R8及電阻R9 ；所述NPN型三極體Q2的集電極為所述開關單元的輸出端，所述NPN型三極體Q2的發射極接等電勢地，所述電阻R4連接於所述NPN型三極體Q2的柵極和所述光電耦合器Ul中光敏三極體的發射極之間，所述電阻R5連接於所述NPN型三極體Q2的柵極和等電勢地之間，所述光電耦合器Ul中光敏三極體的集電極為所述開關單元的第二輸入端，所述電阻R7 的第一端為所述開關單元的第一輸入端，所述電阻R7的第二端接所述光電耦合器Ul中發光二極體的陽極，所述NPN型三極體Q3的集電極接所述光電耦合器Ul中發光二極體的陰極，所述NPN型三極體Q3的發射極接地，所述NPN型三極體Q3的基極同時與所述電阻R8 的第一端及所述電阻R9的第一端連接，所述電阻R8的第二端為所述開關單元的控制端，所述電阻R9的第二端接地。
5.如權利要求1所述的LED交通信號燈驅動電路，其特徵在於，所述電壓比較單元包括二極體D4、電阻RlO及比較器U2 ；所述比較器U2的正電源端、同相輸入端、反相輸入端及輸出端分別為所述電壓比較單元的驅動電壓端、輸入端、基準電壓端及輸出端，所述比較器U2的負電源端接地，所述二極體D4的陽極和陰極分別與所述比較器U2的輸出端和所述電阻RlO的第一端連接，所述電阻RlO的第二端接所述比較器U2的同相輸入端。
6.如權利要求1所述的LED交通信號燈驅動電路，其特徵在於，所述高頻濾波單元包括電阻Rll和電容C2，所述電阻Rll的第一端和第二端分別為所述高頻濾波單元的輸入端和輸出端，所述電容C2連接於所述電阻Rll的第二端和地之間。
7.—種LED交通信號燈，其特徵在於，所述LED交通信號燈包括如權利要求1至6任意一項所述的LED交通信號燈驅動電路。
專利摘要本實用新型屬於LED驅動領域，提供了一種LED交通信號燈及其驅動電路。在本實用新型中，通過在LED交通信號燈驅動電路中採用包括啟動電壓生成單元、開關單元、電壓比較單元以及高頻濾波單元的啟動電路，實現了為LED負載快速提供工作電壓，並在工作電壓建立後迅速關斷啟動電壓生成單元，有效地減少了啟動與關斷的滯後現象，解決現有的LED交通信號燈的驅動電路存在啟動和關斷嚴重滯後且開機延時時間長的問題。
文檔編號G08G1/07GK202177974SQ20112030340
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者于吉永, 徐立軍, 羅強, 黃昌賓 申請人:中國長城計算機深圳股份有限公司