具有保護恆流驅動的LED照明筒燈的製作方法

2023-09-24 11:42:45

本發明涉及照明領域，特別涉及一種具有保護恆流驅動的LED照明筒燈。

背景技術：

現有的LED照明筒燈通常包括燈體和燈罩，燈體包括電路板和LED燈管，LED燈管固定安裝在電路板上，電路板上一般都設置有防浪湧保護電路和恆流驅動電路。浪湧也叫電湧或突波，就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質上講，浪湧主要指的是電源剛開通的那一瞬息產生的強力脈衝，由於電路本身的非線性有可能有高於電源本身的脈衝；或者由於電源或電路中其它部分受到本身或外來尖脈衝幹擾。現有的抗浪湧電路能快速有效地抑制過壓浪湧，但電路結構複雜，損耗較大，浪湧電壓的能量大都轉化為熱能消耗掉，電路的損耗較大。有些TVS管雖然能夠抑制浪湧電壓並把浪湧電壓能量轉換熱能消耗掉，但是也把供電端的輸入電源拉到地短路，導致供電端前級的設備也無法工作。

現有技術中，有些恆流驅動電路在降低功耗和電流精確鏡像方面存在一定的缺陷。有些恆流驅動電路實現了對電流的精確鏡像放大，也可以將輸出驅動管的源漏極壓差設置到最佳值，但有源輸出級電路的調整管存在著功耗，同時增加了集成電路中版圖的面積。另外，現有的防浪湧保護電路和恆流驅動電路均沒有很好的過流保護和防幹擾功能。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種電路結構較為簡單，成本較低，能把直流浪湧電壓鉗位到負載承受的電壓範圍內，即便負載部分出現故障也不影響到前級供電設備的正常工作，能最大化降低恆流驅動電路的功耗，並實現電流精確鏡像放大，提高晶片帶載能力，具有過流保護和防幹擾功能的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種具有保護恆流驅動的LED照明筒燈，包括燈體，所述燈體包括防浪湧保護電路、整流濾波電路、恆流驅動電路、控制電路和LED燈管，所述防浪湧保護電路、整流濾波電路、恆流驅動電路和LED燈管依次串接，所述控制電路與所述恆流驅動電路連接，所述防浪湧保護電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第一電容、第二電容、第四電解電容、第一三極體、第二三極體、MOS管和穩壓管，所述第一電阻的一端連接輸入端正極，所述第一電阻的另一端分別與所述第二電阻的一端和第一電容的一端連接，所述第二電阻的另一端與所述第一三極體的集電極連接，所述第一三極體的發射極通過所述第三電阻連接輸入端負極，所述第一電容的另一端與所述第二三極體的基極連接，所述第二三極體的集電極分別與所述穩壓管的正極、第六電阻的一端、第七電阻的一端和MOS管的柵極連接，所述第二三極體的發射極、穩壓管的負極、第七電阻的另一端和MOS管的源極均連接所述輸入端正極，所述第一三極體的基極分別與所述第二電容的一端、第八電阻的一端和第九電阻的一端連接，所述第二電容的另一端、第六電阻的另一端和第九電阻的另一端均連接所述輸入端負極，所述第八電阻的另一端與所述MOS管的漏極連接，所述第四電解電容的一端與所述第八電阻的另一端和輸出端正極連接，所述第四電解電容的另一端與所述第九電阻的另一端和輸出端負極連接；所述恆流驅動電路包括第一基準恆流源、第二恆流源、第三恆流源、運算放大器、電流鏡像管、驅動管、升壓電路、第十一電阻、第十二電阻和第五電容，所述運算放大器的同相輸入端通過所述第十二電阻分別與所述第一基準恆流源的一端和第十一電阻的一端連接，所述運算放大器的反向輸入端分別與所述電流鏡像管的源極和第十四電阻的一端連接，所述運算放大器的輸出端通過所述第五電容分別與所述電流鏡像管的柵極和第十六電阻的一端連接，所述電流鏡像管的漏極分別與所述第二恆流源的一端和第十五電阻的一端連接，所述第十六電阻的另一端分別與所述第三恆流源的一端和驅動管的柵極連接，所述第十一電阻的另一端、第十四電阻的另一端、第三恆流源的另一端和驅動管的源極均接地，所述第十五電阻的另一端分別與所述LED燈管的一端、升壓電路的輸入端和驅動管的漏極連接，所述升壓電路的輸出端與所述LED燈管的另一端連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述恆流驅動電路還包括第十三電阻和第六電容，所述運算放大器的反向輸入端通過所述第十三電阻分別與所述第十四電阻的一端和電流鏡像管的源極連接，所述驅動管的柵極通過所述第六電容與所述第十六電阻的另一端連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述恆流驅動電路還包括第十七電阻，所述驅動管的漏極通過所述第十七電阻與所述第十五電阻的另一端連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述防浪湧保護電路還包括第四電阻，所述第二三極體的集電極通過所述第四電阻與所述輸入端正極連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述防浪湧保護電路還包括第五電阻，所述穩壓二極體的負極通過所述第五電阻與所述輸入端正極連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述防浪湧保護電路還包括第三電容，所述第二三極體的集電極與所述第三電容的一端連接，所述第三電容的另一端與所述MOS管的柵極連接。

在本發明所述的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈中，所述防浪湧保護電路還包括第十電阻，所述第一三極體的基極與所述第十電阻的一端連接，所述第十電阻的另一端分別與所述第八電阻的一端和第九電阻的一端連接。

實施本發明的具有保護恆流驅動的LED照明筒燈，具有以下有益效果:由於燈體包括防浪湧保護電路、整流濾波電路、恆流驅動電路、控制電路和LED燈管，防浪湧保護電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第一電容、第二電容、第四電解電容、第一三極體、第二三極體、MOS管和穩壓二極體，恆流驅動電路包括第一基準恆流源、第二恆流源、第三恆流源、運算放大器、電流鏡像管、驅動管、升壓電路、第十一電阻、第十二電阻和第一電容；當MOS管導通時，MOS管的源極和柵極之間的電阻很小，因此直流電源輸出電壓即等於負載輸入電壓，在直流電源不變的情況下，提高了帶載能力，顯著減少了保護電路的功耗；通過第一電容可以防止第二三極體和第三三極體之間的幹擾，通過第三電阻可以進行過流保護；通過調節第八電阻和第九電阻的阻值即可將浪湧電壓限制到負載能夠承受的電壓範圍內；通過將恆流源電流進行精確比例放大至LED燈管，這樣可以不用設置電流檢測電路，降低了恆流驅動電路的功耗，提高驅動效率，同時提高帶載能力，並可以簡化該具有保護恆流驅動的LED照明筒燈的集成電路晶片製造工藝中的散熱裝置，通過將電流鏡像管的柵極與源極之間的壓差和驅動管的柵極與源極之間的壓差設置成完全相等，將電流鏡像管的漏極與源極之間的壓差和驅動管的漏極與源極之間的壓差設置成完全相等，實現了對基準恆流源電流的精確鏡像放大，通過第十二電阻可以進行過流保護，通過第五電容可以避免運算放大器和電流鏡像管之間的幹擾，因此其電路結構較為簡單，成本較低，能把直流浪湧電壓鉗位到負載承受的電壓範圍內，即便負載部分出現故障也不影響到前級供電設備的正常工作，能最大化降低恆流驅動電路的功耗，並實現電流精確鏡像放大，提高晶片帶載能力，具有過流保護和防幹擾功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明具有保護恆流驅動的LED照明筒燈一個實施例中的結構示意圖；

圖2為所述實施例中防浪湧保護電路的電路結構示意圖；

圖3為所述實施例中恆流驅動電路的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明具有保護恆流驅動的LED照明筒燈實施例中，該具有保護恆流驅動的LED照明筒燈的結構示意圖如圖1所示。圖1中，該具有保護恆流驅動的LED照明筒燈包括燈體(圖中未示出)，上述燈體包括防浪湧保護電路1、整流濾波電路2、恆流驅動電路3、控制電路4和LED燈管5，其中，防浪湧保護電路1、整流濾波電路2、恆流驅動電路3和LED燈管5依次串接，控制電路4與恆流驅動電路3連接。

圖2為本實施例中防浪湧保護電路的電路結構示意圖；圖2中，該防浪湧保護電路1包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第一電容C1、第二電容C2、第四電解電容C4、第一三極體Q1、第二三極體Q2、MOS管Q3和穩壓二極體ZD1，其中，第一電容C1為耦合電容，用於避免第二三極體Q2和第三三極體Q3之間的幹擾。本實施例中，第二三極體Q2為PNP型三極體，第三三極體Q3為NPN型三極體，當然，在實際應用中，第二三極體Q2也可以為NPN型三極體，第三三極體Q3也可以為PNP型三極體，但這時防浪湧保護電路的結構也要相應發生變化。上述第三電阻R3為限流電阻，用於對第一三極體Q1的發射極所在的支路進行過流保護，所以其具有過流保護和防幹擾功能。

上述第一電阻R1的一端連接輸入端正極Vi+，第一電阻R1的另一端分別與第二電阻R2的一端和第一電容C1的一端連接，第二電阻R2的另一端與第一三極體Q1的集電極連接，第一三極體Q1的發射極通過第三電阻R3連接輸入端負極Vi-，第一電容C1的另一端與第二三極體Q2的基極連接，第二三極體Q2的集電極分別與穩壓二極體ZD1的正極、第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端和MOS管Q3的柵極連接，第二三極體Q2的發射極、穩壓二極體ZD1的負極、第七電阻R7的另一端和MOS管Q3的源極均連接輸入端正極Vi+，穩壓二極體ZD1的設置可以防止MOS管Q3的源極和柵極電壓差過大而導致MOS管Q3被擊穿，與穩壓二極體ZD1串聯連接的第六電阻R6則能避免穩壓二極體ZD1被燒毀。

本實施例中，第一三極體Q1的基極分別與第二電容C2的一端、第八電阻R8的一端和第九電阻R9的一端連接，第二電容C2的另一端、第六電阻R6的另一端和第九電阻R9的另一端均連接輸入端負極Vi-，第八電阻R8的另一端與MOS管Q3的漏極連接，第四電解電容C4的一端與第八電阻R8的另一端和輸出端正極Vo+連接，第四電解電容C4的另一端與第九電阻R9的另一端和輸出端負極Vo-連接。本實施例中，第八電阻R8和第九電阻R9的具體阻值根據實際需要調節。第二電容C2為補償電容。通過防浪湧保護電路1能有效抑制雷擊或電壓波動導致的電源輸入的尖峰電壓，提高系統安全性，延長使用壽命。

電路正常工作時，由於第七電阻R7的分壓作用，MOS管Q3的源極電壓大於柵極電壓，且大於MOS管Q3的開啟電壓VGS(th)，MOS管Q3導通，MOS管Q3的漏源電阻RDS很小，通常只有幾十毫歐，所以輸出端的電壓近似等於輸入端的電壓，等於第四電解電容C4兩端的電壓。由於第九電阻R9的分壓小於第一三極體Q1的導通電壓Vbe，第一三極體Q1處於截止狀態。相同的，由於第一電阻R1的分壓作用，導致第二三極體Q2的基極與發射極之間的電壓Ube＜0，所以第二三極體Q2也處於截止狀態。

當直流電源出現浪湧電壓時，由於浪湧電壓大於正常工作電壓，因此，浪湧電壓首先要對第四電解電容C4進行充電，隨著第四電解電容C4兩端電壓增大，第九電阻R9的分壓逐漸增大，當第九電阻R9的分壓大於第一三極體Q1的導通電壓Vbe，第一三極體Q1導通，然後第一電阻R1和第二電阻R2的分壓大於第二三極體Q2的導通電壓Ube，第二三極體Q2也導通，MOS管Q3關斷，第四電解電容C4開始給負載供電。輸出電壓Vbe為第一三極體Q1的基極和發射極導通電壓，通過改變第八電阻R8和第九電阻R9的比值來改變浪湧保護電壓值。

當直流電源恢復正常時，第八電阻R8和第九電阻R9的分壓小於第一三極體Q1的導通電壓Vbe時，第一三極體Q1工作在截止狀態，MOS管Q3正常開通，恢復正常供電。

正常工作時MOS管Q3導通，MOS管Q3的源極與柵極之間的電阻很小，因此直流電源的輸出電壓即等於負載輸入電壓，在直流電源不變的情況下，提高了帶載能力，顯著減少了保護電路的功耗；通過調節第八電阻R8和第九電阻R9的阻值即可將浪湧電壓限制到負載能夠承受的電壓範圍內，其操作簡單、方便快捷，減少了誤操作率，同時，提高了保護電路的靈活性和適應性，便於推廣使用。利用第一三極體Q1、第二三極體Q2和MOS管Q3的導通、截止特性，使本發明具備了自失效保護及防反接自動保護功能。本發明的電路結構簡單、體積較小、成本較低、可靠性較高。

圖3為本實施例中恆流驅動電路的電路結構示意圖，圖3中，該恆流驅動電路2包括第一基準恆流源I1、第二恆流源I2、第三恆流源I3、運算放大器A、電流鏡像管Q4、驅動管Q5、升壓電路、第十一電阻R11、第十二電阻R12和第五電容C5，其中，第一基準恆流源I1為20uA的恆流源，第二恆流源I2為40uA的恆流源，第三恆流源I3為20uA的恆流源。當然，在實際應用中，第一基準恆流源I1、第二恆流源I2和第三恆流源I3也可以選擇其他大小的恆流源。上述第十二電阻R12為限流電阻，用於對運算放大器A的同相輸入端進行過流保護。第五電容C5為耦合電容，用於避免運算放大器A和電流鏡像管Q4之間的幹擾。

上述運算放大器A的同相輸入端通過第十二電阻R12分別與第一基準恆流源I1的一端和第十一電阻R11的一端連接，運算放大器A的反向輸入端分別與電流鏡像管Q4的源極和第十四電阻R14的一端連接，運算放大器A的輸出端通過第五電容C5分別與電流鏡像管Q4的柵極和第十六電阻R16的一端連接，電流鏡像管Q4的漏極分別與第二恆流源I2的一端和第十五電阻R15的一端連接，第十六電阻R16的另一端分別與第三恆流源I2的一端和驅動管Q5的柵極連接，第十一電阻R11的另一端、第十四電阻R14的另一端、第三恆流源I3的另一端和驅動管Q5的源極均接地，第十五電阻R15的另一端分別與LED燈管5的一端、升壓電路的輸入端和驅動管Q5的漏極連接，升壓電路的輸出端與LED燈管5的另一端連接。

控制電路2可改變恆流驅動電路3的輸出電流，從而調節該LED照明筒燈的亮度。

如圖3所示，本實施例中，恆流驅動電路3還包括第十三電阻R13和第六電容C6，運算放大器A的反向輸入端通過第十三電阻R13分別與第十四電阻R14的一端和電流鏡像管Q4的源極連接，驅動管Q5的柵極通過第六電容C6與第十六電阻R16的另一端連接。其中，第十三電阻R13為限流電阻，用於對運算放大器A的反向輸入端和電流鏡像管Q4之間的直流進行過流保護。第六電容C6為耦合電容，用於避免運算放大器A和驅動管Q5之間的幹擾。

本實施例中，該恆流驅動電路3還包括第十七電阻R17，驅動管Q5的漏極通過第十七電阻R17與第十五電阻R15的另一端連接。第十七電阻R17為限流電阻，用於對驅動管Q5的漏極所在的支路進行過流保護。

值得一提的是，本實施例中，上述電流鏡像管Q4和驅動管Q5均為N溝道MOS管，當然，在實際應用中，電流鏡像管Q4和驅動管Q5還可以選擇P溝道MOS管，但這時該恆流驅動電路的結構也要相應發生變化。

第一基準恆流源I1在第十一電阻R11上產生壓降V1，作為運算放大器A的參考電壓接入其同向輸入端，運算放大器A的輸出接至電流鏡像管Q4的柵極，用以驅動電流鏡像管Q4，運算放大器A、電流鏡像管Q4及第十四電阻R14構成負反饋系統，這樣在電流鏡像管Q4上流過的電流等於第一基準恆流源I1，實現電流鏡像管Q4對第一基準恆流源I1的電流的精確複製。

本實施例中，驅動管Q5與電流鏡像管Q4的源極、漏極和柵極處於完全相同的電路狀態中，即驅動管Q5的柵極與源極之間的壓差和電流鏡像管Q4的柵極與源極之間的壓差完全相等，驅動管Q5的漏極與源極之間的壓差和電流鏡像管Q4的漏極與源極之間的壓差完全相等。這樣就能保證驅動管Q5對電流鏡像管Q4上電流的精確鏡像放大。

本實施例中，將驅動管Q5的漏極電壓限定在升壓電路的Vdsat(max)處。通過升壓電路採集驅動管Q5的漏極與源極之間的電壓差值，來調整LED燈管5的電壓，使LED燈管5的電壓達到最佳值，從而使驅動管Q5的漏極和源極之間的電壓差接近飽和壓降值，進一步降低功耗。

如圖2所示，上述防浪湧保護電路1還包括第四電阻R4，第二三極體Q2的集電極通過第四電阻R4與輸入端正極Vi+連接。第四電阻R4為限流電阻，用於對第二三極體Q2的發射極所在的支路進行過流保護。本實施例中，該防浪湧保護電路1還包括第五電阻R5，穩壓二極體ZD1的負極通過第五電阻R5與輸入端正極Vi+連接。第五電阻R5為限流電阻，用於對穩壓二極體ZD1所在的支路進行過流保護。

本實施例中，該防浪湧保護電路1還包括第三電容C3，第二三極體Q2的集電極與第三電容C3的一端連接，第三電容C3的另一端與MOS管Q3的柵極連接。第三電容C3為耦合電容，用於避免第二三極體Q2和第三三極體Q3之間的幹擾。

本實施例中，該防浪湧保護電路1還包括第十電阻R10，第一三極體Q1的基極與第十電阻R10的一端連接，第十電阻R10的另一端分別與第八電阻R8的一端和第九電阻R9的一端連接。第十電阻R10為限流電阻，用於對第一三極體Q1所在的支路進行過流保護。

總之，在本實施例中，系統上電後，220V交流電經過整流濾波電路2的整流和濾波後轉換成直流電，給恆流驅動電路3供電。恆流驅動電路3正常工作，可通過逐級開啟多個開關，依次點亮串接在其中的LED燈管5的所有筒燈，實現高效率高功率因數。本實施例中，上述燈體上可以設置控制按鍵(圖中未示出)，通過按下控制按鍵來調節控制電路4，從而改變恆流驅動電路3的輸出電流，這樣就可以調節該LED照明筒燈的亮度。通過防浪湧保護電路1能有效抑制電路中由於雷擊或電壓波動而產生的尖峰電壓，達到防雷效果，提高系統安全性，延長使用壽命。通過恆流驅動電路3能最大化降低電路功耗，並實現電流精確鏡像放大，提高晶片帶載能力。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。