專利名稱：一種led控制單元及恒流式單元穩(wěn)壓led控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED控制單元及包括多個LED控制單元的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路。
背景技術：
發(fā)光二極管的簡稱為LED，是英文Light Emitt ing Diode的縮寫，由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二極管，也就是在PN結(jié)上，空穴和電子之間跳躍時，能量多的以光的形式發(fā)出。光的顏色視發(fā)光二極管的制造材料而定，有紅、黃、綠、白等多種顏色。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，各類LED的照明及顯示設備已經(jīng)大量得到使用，它取代了傳統(tǒng)的白熾燈，實現(xiàn)了節(jié)約能源和環(huán)境保護的綠色環(huán)保目標。同時，低成本、長壽命也是它特有的優(yōu)點之一。然而，一般紅色和黃色超高亮度發(fā)光二極管的正向工作電壓一般在1. 9V至2.1V范圍內(nèi)，綠色及白色的發(fā)光二極管正向工作電壓一般在3V左右，正向工作電流在10 25mA左右。要滿足LED發(fā)光二極管的正常工作條件，其電路需要滿足兩個方面第一、滿足LED發(fā)光二極管正向工作電壓；第二、滿足LED發(fā)光二極管正向工作電流。目前在LED的使用方面，絕大部分的產(chǎn)品只是就LED本身的優(yōu)點而發(fā)揮，其控制電路是靠各式變壓器恒壓、穩(wěn)壓或各類穩(wěn)壓(開關)電源、恒流源供電工作。由于變壓器的轉(zhuǎn)換效率較低，再加上穩(wěn)壓電源的功耗，造成整體電源功耗與LED的實際負載消耗差的比例在4:1左右，且由于變壓器屬于感性負載，功率因數(shù)較低，因而造成一定的無功損耗。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種LED控制單元及包括多個LED控制單元的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，解決了現(xiàn)有技術中驅(qū)動LED燈的開關電源、恒流源啟動電流過大帶來的各種影響，在同等売度的條件下，實現(xiàn)了小功率、聞売度，電源功效聞，且電路工作穩(wěn)定可罪。本實用新型提供一種LED控制單元，包括至少一個發(fā)光二極管和并聯(lián)在所述發(fā)光二極管兩端的穩(wěn)壓電路；所述穩(wěn)壓電路用于實現(xiàn)本電路的穩(wěn)定工作。這種發(fā)光二極管并聯(lián)的控制方式的并聯(lián)條件是1、LED結(jié)壓降的一致性；因為不同結(jié)壓降將會選擇不同的LED限流電阻，這樣會給大批量生產(chǎn)帶來不便。2、穩(wěn)壓二極管的功耗很重要，特別是當LED損壞時，流過穩(wěn)壓二極管的電流能夠保證全電路的正常工作。本實用新型的有益效果是本實用新型利用穩(wěn)壓二極管的伏安特性，均勻穩(wěn)定所控發(fā)光二級管LED的工作電流；也可利用普通二極管正向壓降的特性，將二極管串聯(lián)使其正向壓降大于發(fā)光二極管工作電壓，通過限流電阻起到穩(wěn)定的作用。進一步，所述的穩(wěn)壓電路包括至少一個正向壓降接近發(fā)光二極管工作電壓且與發(fā)光二極管及限流電阻相并聯(lián)的穩(wěn)壓管或二極管。[0013]進一步，所述每個限流電阻與一個發(fā)光二極管串聯(lián)連接。進一步，所述LED穩(wěn)壓電路中所述至少一個二極管為6個正向串聯(lián)的硅二極管或為11個正向串聯(lián)的鍺二極管。采用此進一步的技術手段效果是針對結(jié)壓降在3V左右的發(fā)光二級管，一般硅二極管PN結(jié)的正向壓降在O. 5V O. 7V之間，在正向結(jié)壓降為O. 55V時，6支的串聯(lián)總和穩(wěn)壓值VZ為3. 3V，接近發(fā)光二極管的工作電壓；在鍺二極管的正向結(jié)壓降為O. 3V時，11個正向串聯(lián)的鍺二極管總和穩(wěn)壓值VZ為3. 3V，接近發(fā)光二極管的工作電壓。進一步的技術手段效果是針對結(jié)壓降在2V至3V左右的發(fā)光二級管，采用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值在2. 2V至5. 6V的穩(wěn)壓范圍。進一步，所述一個穩(wěn)壓二極管可穩(wěn)定并聯(lián)五組以下的LED及限流電阻所構成的單元電路。本實用新型還提供了一種恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，包括與電源連接的整流橋、至少一個與整流橋連接的如上所述的LED控制單元串聯(lián)支路和至少一個限流電阻。本實用新型的有益效果是系統(tǒng)的降壓沒有通過變壓器或電阻、電容式降壓和分壓原理降壓，而是通過單元穩(wěn)壓電路實現(xiàn)降壓。單元穩(wěn)壓電路可直接安裝一電阻實現(xiàn)降壓，每個單元穩(wěn)壓電路可在功耗允許的條件下任意加裝二極管的個數(shù)來滿足所需降壓值的設計要求，且單元降壓功率很小，使整個控制系統(tǒng)無任何功率組件和發(fā)熱元件，也使電路可以得到穩(wěn)定可靠的工作。進一步，所述每一個或一組限流電阻與一個LED控制單元串聯(lián)支路相串聯(lián)。進一步，所述至少一個LED控制單元串聯(lián)支路之間并聯(lián)連接。進一步，所述LED控制單元串聯(lián)支路中LED控制單元的個數(shù)在交流220V電壓時為54-90 個。進一步，所述電路部分采用SMT貼片工藝，整個器件完全貼敷在PCB表面。采用此技術手段的效果是使得電路整體只有一塊電路板，無任何外接輔助電路，安裝簡捷、維修方便。
圖1為本實用新型具體實施例1所述的一種LED控制單元的電路圖；圖2為本實用新型具體實施例2所述的一種LED控制單元的電路圖；圖3為本實用新型具體實施例3所述的一種恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路的電路圖；圖4a為本實用新型紅色支路總電流曲線圖；圖4b為本實用新型紅色支路LED電壓曲線圖；圖4c為本實用新型紅色支路LED電流曲線圖；圖5a為本實用新型綠色支路總電流曲線圖；圖5b為本實用新型綠色支路LED電壓曲線圖；圖5c為本實用新型綠色支路LED電流曲線圖；圖6為電阻降壓單元電路圖。附圖標記[0036]'、發(fā)光二極管結(jié)電壓，Vk、限流電阻壓降，R、限流電阻，Vz、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值，Z、二極管，Iz、過流穩(wěn)壓管電流，Iy發(fā)光二極管結(jié)電流，LED、發(fā)光二極管，C、電容，HL1、HL2、恒流模塊，ZL、整流橋，BX、保險管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。如圖1、圖2所示，分別為本實用新型實施例1和實施例2所述的LED控制單元電路，分別以兩支并聯(lián)的LED發(fā)光二極管和三支并聯(lián)的LED發(fā)光二極管為工作單元，在它的兩端用穩(wěn)壓電路穩(wěn)定其工作電壓，穩(wěn)壓電路所穩(wěn)定的電壓接近發(fā)光二極管的工作電壓，所謂接近可以是略大于、等于或略小于，以LED可以正常工作為準。作為實施例，在兩個和三個并聯(lián)的LED發(fā)光二極管回路各串有限流電阻，此限流電阻起到限流的作用，電阻大小取決于穩(wěn)壓電路穩(wěn)定的電壓，使分到發(fā)光二極管的電壓接近(略大于、等于或略小于)其工作電壓，在這兩個實施例中，選用一個正向壓降接近發(fā)光二極管工作電壓且與發(fā)光二極管相并聯(lián)的二極管或二極管正向串聯(lián)作為穩(wěn)壓電路，該電路的二極管用Z來表示，其數(shù)量可在I 7支范圍內(nèi)根據(jù)選取的電壓而定。當電源電壓在220V時，系統(tǒng)采用橋式整流電路，所得到的直流電壓為脈動直流電壓，其直流電壓的有效值較低，故本電路在穩(wěn)壓管兩端并接一電容C，優(yōu)選的其容量為4. 7 μ F，在此起到一定的濾波作用。因為電路電容的總?cè)萘繛?/C=1/C+1/C2+. . . . +1/Cn，所以對電源不會產(chǎn)生什么影響。以上只是利用二極管起到了穩(wěn)壓的效果，除此以外，一切符合所穩(wěn)定的電壓接近發(fā)光二極管的工作電壓條件的電路及元件都可以作為穩(wěn)壓電路。如圖3所示，本實用新型具體實施例3所述的一種恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路的電路圖的支路中包括與LED穩(wěn)壓電路集聯(lián)串聯(lián)的一個電阻，由于穩(wěn)壓管特性曲線決定，在其進入穩(wěn)壓值之前，電壓值是隨電流的變化而變化的，其非線性的變化范圍，直接跟隨了總電壓的變化，因而，只要合理的選用限流電阻R1，電路便可以得到滿意的控制效果。采用電阻直接降壓式電路分析如下如圖3所示，電路由70個單元穩(wěn)壓電路所組成，每一個單元穩(wěn)壓電路并入兩只發(fā)光二極管，流過每一只發(fā)光二級管LED的電流為17mA，流過穩(wěn)壓管的電流為4mA，即總電流計算為38mA。因此，合理的選取限流電阻Rl是整個電路的關鍵。所以，只要我們嚴格控制整個回路的總電流，即可用功率很小的電阻實現(xiàn)限流。實踐中，我們對發(fā)光二極管的控制電路進行試驗，全電路電流在220V時為38. 8mA，總限流電阻Rl兩端的電壓VRl=IO. 9V，R1的取值為280 Ω，電阻上的功耗為O. 42W。為分散功耗，我們采用了 4只1. 2k Ω/O. 5W的電阻并聯(lián)使用，從而使每只電阻的功耗控制在O. 1W，當電源電壓上升至250V時，限流電阻Rl兩端的電壓VRl上升為17. 6V，流過Rl的電流上升至63mA，此時電阻上的總功耗為1. 11W，每只電阻的功耗控制在O. 28W，完全可以保證全電路能夠正常工作。上述原理也正是充分利用了普通二極管PN結(jié)的穩(wěn)壓特性工作原理以及恒流二極管的恒流的工作原理，對LED發(fā)光二極管的控制是先恒壓而后恒流。因為穩(wěn)定了電壓，其電流也就自然得到穩(wěn)定。[0045]然而，理論和實際是有一定差距的。經(jīng)過試驗全支路我們選用紅色發(fā)光二極管共計60支，采用恒流模塊控制，此電路在經(jīng)過試驗后測得單元穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓值Vz為3. 31V，發(fā)光二極管的正向工作電壓' 為1. 88V，實際限流電阻R取75Ω，發(fā)光二極管正向工作電流込為18. 5mA，此時，流過穩(wěn)壓管的正向工作電流Iz為7. 5mA。支路工作電流26mA，支路功率為5. 72W，此電路工作穩(wěn)定且功耗合理。而后就是電路如何適應±15 %的電源波動。首先我們分析220V + 15 %的電路工作狀況。此時電源電壓為253V，根據(jù)穩(wěn)壓管的特性曲線，因額定電壓上升，穩(wěn)壓管的工作電流也在同時上升，穩(wěn)壓值Vz的變化上升在10 %左右，而工作電流與電壓呈非線性變化，其動態(tài)內(nèi)阻RW隨電壓的上升下降，因此，工作電流Iz有所增加。當電源電壓升至253V時，單元穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓值Vz為3. 42V，此時穩(wěn)壓管的正向工作電流Iz為8. 1mA，發(fā)光二極管的正向工作電壓八為1. 89V，發(fā)光二極管正向工作電流込為19. 7mA，符合發(fā)光二極管的正向工作電流范圍，支路功率P=253VX(19. 7mA + 8.1mA)為7. 03W。反之，當電源電壓降至187V時，單元穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓值Vz為3. 04V，發(fā)光二極管的正向工作電壓為1. 85V，發(fā)光二極管正向工作電流為14. 9mA，此時穩(wěn)壓管的正向工作電流為4. 5mA，支路功率P=187VX (14. 9mA +
4.5mA)為 3. 63ff0恒流模塊控制的紅色LED全支路試驗結(jié)果見表一表一所測數(shù)據(jù)均為平均值
權利要求1.一種LED控制單元，其特征在于，包括至少一個發(fā)光二極管和并聯(lián)在所述發(fā)光二極管兩端的穩(wěn)壓電路；所述穩(wěn)壓電路用于實現(xiàn)本電路的穩(wěn)定工作。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED控制單元，其特征在于，所述的穩(wěn)壓電路包括至少一個正向壓降接近發(fā)光二極管工作電壓且與發(fā)光二極管及限流電阻相并聯(lián)的穩(wěn)壓管或二極管。
3.根據(jù)權利要求1所述的LED控制單元，其特征在于，所述每個限流電阻與一個發(fā)光二極管串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權利要求1或2任一所述的LED控制單元，其特征在于，所述LED穩(wěn)壓電路中所述至少一個二極管為6個正向串聯(lián)的硅二極管或為11個正向串聯(lián)的鍺二極管。
5.根據(jù)權利要求4任一所述的LED控制單元，其特征在于，所述一個穩(wěn)壓二極管可穩(wěn)定并聯(lián)五組以下的LED及限流電阻所構成的單元電路。
6.一種恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，包括與電源連接的整流橋，其特征在于，還包括至少一個與整流橋連接的如權利要求1-4任一項所述的LED控制單元串聯(lián)支路和至少一個限流電阻。
7.根據(jù)權利要求6所述的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，其特征在于，所述每一個或一組限流電阻與一個LED控制單元串聯(lián)支路相串聯(lián)。
8.根據(jù)權利要求6所述的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，其特征在于，所述至少一個LED控制單元串聯(lián)支路之間并聯(lián)連接。
9.根據(jù)權利要求9所述的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，其特征在于，所述LED控制單元串聯(lián)支路中LED控制單元的個數(shù)在交流220V電壓時為54-90個。
10.根據(jù)權利要求6-9任一項所述的恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，其特征在于，所述電路部分采用SMT貼片工藝，整個器件完全貼敷在PCB表面。
專利摘要本實用新型提供了一種LED控制單元及恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，其中一種恒流式單元穩(wěn)壓LED控制電路，包括與電源連接的整流橋、至少一個與整流橋連接的如上所述的LED控制單元串聯(lián)支路和至少一個限流電阻。本實用新型利用穩(wěn)壓管及二極管正向壓降的特性，起到了全單元的穩(wěn)壓作用，所述的控制方式更廉價、更實用，且效率更高；此外，當電源電壓低于正常供電電壓時，由于全電路均工作在低于穩(wěn)壓值的工作狀態(tài)，所低的電壓被全部的單元穩(wěn)壓電路所均分，故所有LED的亮度均勻下降，從而在一定的電壓范圍內(nèi)可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)光功能；實踐證明全電路可在AC/DC120V至270V的電壓范圍內(nèi)可靠工作。
文檔編號H05B37/02GK202873122SQ20122035607
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權日2012年7月20日
發(fā)明者張志軍 申請人:張志軍