[发明专利]直流高压恒流源电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路，尤其是涉及一种直流高压恒流源电路。

背景技术

照明用LED光源，需要严格控制其驱动电流。在直流供电的情况下驱动LED的方式目前有两种，一是BUCK降压方式，另一种是BOOST升压方式，BOOST方式的效率较BUCK方式低一些，通常只是在直流供电电压较低的情况下才被采用。

BUCK降压方式，目前主要存在着两种电路拓扑：

1、峰值限流型

电路拓扑如图1所示。当电源上电后，PWM驱动IC通过GATE脚输出固定频率的驱动脉冲。

在驱动脉冲的高电平处，MOSFET(金属氧化物场效应管)Q1导通，由于电感L1的镇流作用，流过LED串的电流缓慢上升，取样电阻R2两端的电压也逐渐上升，当达到阈值后，Q1关断，电感L1上的电流经D1续流继续点亮LED。在下一个脉冲将周期重复上述动作。

由于限流电阻R1的存在，VCC可以做的较高，PWM驱动IC可以采用普通的低压半导体工艺制程。但PWM驱动IC往往频率较低，导致需要使用的镇流电感的感值较大。

另外由于电路拓扑只是限制流过LED串的最大电流，因此存在着恒流精度不高等问题，当LED负载变化时，流过电感L1上的电流波形会发生变化，导致恒流效果更加恶化。要想控制流过LED的平均电流，还需要电感L1的感量和LED串的匹配，给生产和实际应用带来诸多不便。并且由于PWM驱动IC本身也需要一定工作电流，当VCC较高时，消耗的功率也较可观，导致整体驱动效率下降。

2、电流滞环型

电路拓扑如图2所示。当电源上电后，驱动IC通过GATE脚驱动MOSFET。

在采样电阻R1两端的电压低于阀值Vh时，驱动IC的GATE引脚输出高电平，MOSFET Q1导通，由于电感L1的镇流作用，流过LED串的电流缓慢上升，R1两端的电压也逐渐升至阀值Vh，Q1关断，电感L1上的电流经D1续流继续点亮LED，此时电流逐渐减小至阀值V1，Q1再次导通，重复上述动作。

一般此类驱动IC，驱动频率可高达1MHz以上，因此可以使用较小的镇流电感。同时，由于采用滞环控制方式，驱动频率可以根据LED负载和镇流电感L自动调整，恒流特性较好，效率也基本能做到96％以上。很多驱动IC还将MOSFET内置，成本较低，实际应用很方便。

一般来说，我们希望VCC越高越好，这样串联的LED数可以增加，在接线时比较方便，同时也能降低每瓦的成本。但是由于半导体制造工艺方面的原因，此类IC耐压普遍在40V左右，支持串联的LED数受到很大限制，在大功率LED照明例如路灯上，接线非常麻烦，恒流驱动的成本也较高。少数几家国外厂商的IC可以做到75V的耐压，但价格很高，实际应用中会导致成本大幅提升。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的需要高耐压驱动芯片的技术问题，提供一种不需要高耐压驱动芯片，能够驱动较多串联的LED，成本低廉的直流高压恒流源电路。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种直流高压恒流源电路，包括稳压管、取样电阻、镇流电感、续流二极管、滞环驱动IC和金属氧化物场效应管，滞环驱动IC的Vin管脚连接稳压管的负端、LED串的负端和取样电阻的一端，取样电阻的另一端连接滞环驱动IC的Vs端和镇流电感的一端，镇流电感的另一端连接续流二极管的正端和场效应管的漏极，续流二极管的负端连接VCC和LED串的正端，场效应管的栅极连接滞环驱动IC的GATE端，场效应管的源极接地，稳压管的正端接地。采用上述方案可以任意选定驱动电压VCC，而不会受到滞环驱动IC的耐压限制，只受限于所选用的金属场效应管和续流二极管的耐压，这样可以串接的LED灯数不受滞环驱动IC的耐压限制。市面上高耐压的滞环驱动IC价格比大功率高耐压的MOSFET价格高很多，采用上述方案可以将整体物料成本降低1/2到2/3。采用外置MOSFET，可以具有良好的散热效果。同时由于滞环驱动IC工作电压较低，耗能较小，驱动效率较高，整体效率可以达到97％以上。

作为优选，镇流电感为峰值电流大于1.5倍Iled的镇流电感，Iled为LED的恒流驱动值。

作为优选，金属场效应管为最大工作电流为5至15倍Iled的N型金属场效应管。

作为优选，金属场效应管是耐压大于1.5倍VCC的金属场效应管。

作为优选，续流二极管为超快速恢复二极管。

作为优选，续流二极管为电流导通能力大于1.5倍Iled，耐压大于1.5倍VCC的续流二极管。