一種電壓可調的LED控制電路及其控制方法與流程

本發明一種電壓可調的led控制電路及其控制方法屬于led控制領域，特別是一種能夠電壓自動調節的led控制電路。

背景技術：

led燈作為一種價格便宜，發光效率高，穩定性強的光源，受到人們的普遍使用，但隨之而來的控制問題成為人們長期研究的主題，尤其是如何控制調節電路電壓的問題。

目前已有的一種負載控制電路及裝置（中國申請cn104049559）公開了一種負載控制電路及裝置，通過整流濾波模塊將市電去雜后轉換為負載所需的直流電，然后通過升壓模塊將整流濾波模塊輸出的直流電進行升壓，減少電能在電路中的損耗，通過dc-dc變換電路將升壓后的電壓轉換為負載所需的電壓，最后通過反饋調節模塊根據負載的輸入電壓控制dc-dc變換電路對輸出的電壓進行調節使負載的輸入電壓維持穩定。但其存在的不足是：1）輸出電壓固定，而這將導致led的亮度會變化；2）該發明未公開如何控制led電流。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述不足之處提供一種電壓可調的led控制電路及其控制方法，能有效提高電源轉換效率，節約用電，并自動調節led燈珠的總壓差，延長了led燈的使用壽命。

本發明是采取以下技術方案實現的：

一種電壓可調的led控制電路，包括橋式整流電路、恒流電流控制電路、可調升壓電路和過電壓保護電路；橋式整流電路設置在電壓可調的led控制電路與電源相連的最前端，用于將交流電壓整流得到直流電；

恒流電流控制電路包括第一比較器cmp1、第一mos管m1和可變電阻r1，第一比較器cmp1的輸出端與第一mos管m1的柵極相連；第一比較器cmp1的反相輸入端與第一mos管m1的源極相連后再與可變電阻r1相串聯；第一比較器cmp1用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref1電位和第一mos管m1的源極端的b點電位vb,并將vb電壓值固定，且與ref1電壓相同，通常設定在0.1v～0.3v；調節電阻r1的阻值，從而控制燈珠的電流，此電流不受電源電壓、溫度和led燈珠個數的影響；

可調升壓電路包括第二比較器cmp2、脈沖寬度調制電路pwm、第二mos管m2、電感l1和高壓二極管d1，第二比較器cmp2的輸出端與脈沖寬度調節電路pwm相連；第二比較器cmp2的輸出端與第二mos管m2的柵極相連；第二mos管m2的漏極與高壓二極管d1相連；第二比較器cmp2用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref2電位和第一mos管m1的漏極端的a點電位va，利用比較后的結果控制脈沖寬度調制電路pwm，脈沖寬度調制電路pwm控制第二mos管m2；

過電壓保護電路由第三比較器cmp3、第一mos管m1、脈沖寬度調制電路pwm和第二mos管m2組成，第三比較器cmp3的輸出端接到第一mos管m1的柵極，同時比較器cmp3的輸出端接到第一mos管m1的柵極，且與脈沖寬度調制電路pwm連接；第三比較器cmp3用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref3電位和第一mos管m1的漏極端的a點電位va，利用比較后的結果控制第一mos管m1和第二mos管m2的關閉；當電源電壓異常偏高，或者led燈珠短路的個數過多時，導致a點電壓va超過基準電壓ref3時，第三比較器cmp3輸出低電位信號，此信號將關閉第一mos管m1和第二mos管m2，從而關斷led燈珠的電流，保護led燈泡，避免出現安全事故。

家用220v交流電源經過橋式整流得到300v左右的直流電源。led燈珠在常溫下的點亮電壓約為2v～3v。

本發明電路將整流后的直流電壓升到一定電壓給串聯的led燈珠供電。由于家用220v交流電源通常有±20%的變化幅度，led燈珠在不同溫度下，其點亮電壓也不同，升壓倍數1.2～2倍即可滿足一般家庭應用。

基準電壓ref1的電壓約為0.1v～0.2v，通常基準電壓ref1，基準電壓ref2和基準電壓ref3的電位較高，且基準電壓ref3的電壓為基準電壓ref2電位的2～3倍。

一種電壓可調的led控制電路的控制方法，包括如下步驟：

1）家用220v電源通電后，通過橋式整流電路將交流電整為直流電壓vf；

2）通過電感l1和高壓二極管d1將led燈珠的輸入電壓vc電位提高到led燈珠工作電壓；

3）第一mos管m1的漏極端的a點電位va電壓小于參考電壓ref2，啟動脈沖寬度調制電路pwm，通過第二mos管m2、電感l1和高壓二極管d1提升led燈珠的vc的電位；

4）當led燈珠的輸入電壓vc的電位超過led燈珠工作的最小電壓后（如前文所述單顆led導通電壓為2v～3v，此電壓為2v*led總數目），led燈珠開始有電流流過，此電流在電阻r1上形成壓降，該壓降小于0.1v，led燈珠電流隨著led燈珠的輸入電壓vc的電位的升高而升高；當led燈珠的輸入電壓vc電位繼續升高，直到可變電阻r1上的電壓等于參考電壓ref1，led燈珠的電流將恒定，不再隨著led燈珠的vc的升高而升高；此時第一mos管m1的漏極端的a點電位va尚未超過參考電壓ref2的電位，led燈珠的輸入電壓vc電壓還將繼續升高，直到第一mos管m1的漏極端的a點電位va電壓超過參考電壓ref2后，脈沖寬度調制電路pwm將關閉第二mos管m2，led燈珠的輸入電壓vc電壓將不再升高；

5）led燈珠電流由與其并聯的電容c1提供，因此led燈珠的輸入電壓vc將逐漸變低，直到第一mos管m1的漏極端的a點電位va電壓小于參考電壓ref2后，脈沖寬度調制電路pwm將重新開啟，控制第二mos管m2，將通過電感l1、第二mos管m2和高壓二極管d1來提升led燈珠的vc的電壓，直到第一mos管m1的漏極端的a點電位va超過參考電壓ref2的電位，關閉第二mos管m2，led燈珠的輸入電壓vc將停止上升；如此循環下去，直到220v電源關閉，或者led燈珠出現異常，或者220v電源出現異常高。

在步驟5）中，如果交流電源出現異常，通過橋式整流電路后，電源電壓vf電位和led燈珠的輸入電壓vc電壓均遠超過led燈珠工作電壓，第一mos管m1的漏極端的a點電位va高于參考電壓ref3的電壓，比較器cmp1輸出低電壓信號，將關閉第一mos管m1和第二mos管m2，從而切斷了led燈珠上的電流，有效避免出現安全事故。

本發明的優點：

1、與現在的led燈泡相比更節能；

現在的led燈泡主要通過降壓的方式供電，其降壓幅度較大；而采用升壓的方式，其電壓升高的幅度比正常市電高一點即可，可以提高電源轉換效率，節約用電；

2、可以節約成本；

升壓型led燈泡只需要串聯即可達到較大的功率，不需要并聯，因此對led燈珠的一致性要求不高，可以節約成本；

3、本方法采用恒定電流供電方式，可以消除閃爍現象，有利于保護眼睛；

4、本方法設有過電壓保護電路；

當電源電壓異常偏高或者led燈珠短路的個數過多時，將關閉led燈珠電流，保護led燈泡，避免出現安全事故，消除安全隱患；

5、能自動調節led燈珠的總壓差；

led燈珠對溫度比較敏感，隨著溫度的升高，led兩端的電壓會降低，控制電路會降低led燈珠的總壓降；

6、在本方法中，如果有燈珠短路，可以不影響整個燈泡的正常使用。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明作進一步說明：

圖1是本發明的led控制電路原理圖；

圖2是本發明電路的led電位和頻率調節波形圖。

具體實施方式

參照附圖1～2，本發明電壓可調的led控制電路，包括橋式整流電路、恒流電流控制電路、可調升壓電路和過電壓保護電路；橋式整流電路設置在電壓可調的led控制電路與電源相連的最前端，用于將交流電壓整流得到直流電；

恒流電流控制電路包括第一比較器cmp1、第一mos管m1和可變電阻r1，第一比較器cmp1的輸出端與第一mos管m1的柵極相連；第一比較器cmp1的反相輸入端與第一mos管m1的源極相連后再與可變電阻r1相串聯；第一比較器cmp1用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref1電位和第一mos管m1的源極端的b點電位vb,并將vb電壓值固定，且與ref1電壓相同，通常設定在0.1v～0.3v；調節電阻r1的阻值，從而控制燈珠的電流，此電流不受電源電壓、溫度和led燈珠個數的影響；

可調升壓電路包括第二比較器cmp2、脈沖寬度調制電路pwm、第二mos管m2、電感l1和高壓二極管d1，第二比較器cmp2的輸出端與脈沖寬度調節電路pwm相連；第二比較器cmp2的輸出端與第二mos管m2的柵極相連；第二mos管m2的漏極與高壓二極管d1相連；第二比較器cmp2用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref2電位和第一mos管m1的漏極端的a點電位va，利用比較后的結果控制脈沖寬度調制電路pwm，脈沖寬度調制電路pwm控制第二mos管m2；

過電壓保護電路由第三比較器cmp3、第一mos管m1、脈沖寬度調制電路pwm和第二mos管m2組成，第三比較器cmp3的輸出端接到第一mos管m1的柵極，同時比較器cmp3的輸出端接到第一mos管m1的柵極，且與脈沖寬度調制電路pwm連接；第三比較器cmp3用來比較與其同相輸入端相連的基準電壓ref3電位和第一mos管m1的漏極端的a點電位va，利用比較后的結果控制第一mos管m1和第二mos管m2的關閉；當電源電壓異常偏高，或者led燈珠短路的個數過多時，導致a點電壓va超過基準電壓ref3時，第三比較器cmp3輸出低電位信號，此信號將關閉第一mos管m1和第二mos管m2，從而關斷led燈珠的電流，保護led燈泡，避免出現安全事故。

家用220v交流電源經過橋式整流得到300v左右的直流電源。led燈珠在常溫下的點亮電壓約為2v～3v。

可調升壓電路的原理如附圖2所示，當第一mos管m1的漏極端的a點電位低于基準電壓ref2時，脈沖寬度調制電路pwm輸出一高電位控制信號vd，此控制信號開啟第二mos管m2，從而拉低e點電位，對電感l1充電，此充電時間為t1，t1時間結束，脈沖寬度調制電路pwm輸出信號vd從高電位轉換為低電位，第二mos管m2關閉，電感l1的電流將通過高壓二極管流到led的輸入端，同時也流到與led并聯的電容c1上，從而提升了led的輸入電壓vc，第一mos管m1的漏極端的a點電位va也會上升；當第一mos管m1的漏極端的a點電位va高于基準電壓ref2時，pwm輸出電位保持為低電位，直到第一mos管m1的漏極端的a點電位va低于基準電壓ref2。

脈沖寬度調制電路pwm輸出高電位信號的時間為固定時間t1,低電位信號的時間為t2，t2的時間可調且與電源電壓vf、led燈珠的電壓相關，當電源電壓vf與pump電壓vc比值較小時，t2時間較短；電源電壓vf與pump電壓vc比值較大時，t2時間較長。

pump電壓vc=n*vled+va，n為led燈珠的個數，vled為led燈珠的電壓。通常溫度固定后，vled電壓也固定；當電源f點的電位vf異常偏高時，將會導致第一mos管m1的漏極端的a點電位va偏高；當led燈珠短路的個數偏多時，第一mos管m1的漏極端的a點電位va也將偏高。

電路工作過程：假設單顆led燈珠的正常導通電壓是3v，這一串led燈珠顆數為150顆，參考電壓ref1為0.1v，參考電壓ref2為5v，參考電壓ref3為10v。家用220v電源通電后，通過橋式整流電路將交流電整為直流電壓vf，此電壓約為300v，同時通過電感l1，高壓二極管d1將led燈珠的vc電位提高到300v左右。由于led燈珠正常發光電壓約為450v，因此va電壓遠小于參考電壓ref2，將啟動脈沖寬度調制電路pwm，通過mos管m2，電感l1和高壓二極管d1提升vc的電位。當vc電位超過一定電壓后，led燈珠開始有電流流過，此電流會在電阻r1上形成壓降，該壓降小于0.1v，led燈珠電流會隨著vc的升高而升高。當vc電壓超過450v后，r1上的電壓固定到0.1v，led燈珠的電流將恒定，不再隨著vc的升高而升高。由于va電位尚未超過5v，vc電壓將繼續升高，當超過455v后，va電壓超過參考電壓ref2后，脈沖寬度調制電路pwm將關閉mos管m2，vc電壓將不再升高。led燈珠電流由與其并聯的電容c1提供，因此vc將逐漸變低，當vc低于455v，va電壓小于參考電壓ref2后，pwm將從新開啟，控制mos管m2，將通過l1，m2和d1來提升vc的電壓，直到vc電位超過455v，va超過5v，關閉m2，vc將停止上升，如此循環下去，直到220v電源關閉，或者led燈珠出現異常，或者220v電源出現異常高。

假設交流電源出現異常，高達330v，通過橋式整流電路后，vf電位超過460v，vc電壓也超過460v，va電壓超過10v，va高于參考電壓ref3的10v電壓，比較器cmp1輸出低電壓信號，將關閉mosm1和mosm2，從而切斷了led燈珠上的電流，有效避免出現安全事故。