专利名称：两种高压恒流源电路的制作方法
技术领域：
本发明为两种高压恒流源电路， 一种为"单波型"恒流源，另一种为"双波型"恒流源， 属于稳流电源技术领域。
电子产品大多需要直流稳压电源供电，但也有需要直流稳流电源供电的，这个直流稳流
电源习惯称为"恒流源"。例如近年面世的LED (发光二极管)灯具，用恒流源供电更具优 越性，更为节能。本发明电路实尿上是一个四端网络，虽然它集成后引脚多于4个。因本发 明电路用了少数几个体积稍大的元件，现时工艺还不能集成，只得将它们作为外接元件，这 多出来的引脚就是用于连接外接元件的。这个四端网络的输入端(即外接整流桥的交流电源 输入端)连接市电220V或110V电源，输出端直接连接LED串，流过LED串的电流则是一 个较为稳定直流，且与LED串连的个数无关，当然LED串连的个数是有上限的。采用"DIP8" 封装形式集成的输出电流可达80mA;采用"TO220-7"封装形式集成的输出电流可达400mA， 恒流数值可由用户设定。用本发明电路作成的恒流源，可嵌入LED灯具内部，直接用交流市 电供电，用户使用LED灯具如同使用白炽灯泡一样方便。本发明恒流源主要用于LED驱动， 也可应用于需要恒流供电且恒流精度无需很高的其它产品上。
背景技术：
查看现有恒流源技术作成的部件或产品，虽不乏集成电路封装形式的，其输入端多是连 接低压直流电源，输入电压范围窄， 一般为5V 30V,输出电流十几到数百毫安，这样的恒流 源产品甚多，因其采用线性调整技术，效率不高，发热量甚大，自然无法输入高电压。其中 有少数产品输入电压上限为90V，接入交流电源需外加整流滤波环节。这类恒流源产品以美 国超科公司(supertex inc，网址www. supertex.com)的产品CL1~ CL7为例，其输入电压上 限为90V，若要连接220V电源，还要串联接入一个数瓦功率的电阻降压。不仅浪费电能，增 大体积，即便能嵌入LED灯具内部，由于降压电阻发热量甚大，带来了安全隐患。还有部分 产品采用开关调整技术，输入端可以接到8V 450V直流电源上，输入电压范围宽了，效率也 提高了，但所需外接元器件相对较多，组装起来的恒流源体积偏大，嵌入LED灯具困难。厦 门联创微电子公司生产的XLT604就是这样的产品。XLT604实质上是一个降压型DC / DC 开关电源调整芯片，作成恒流源产品还必须加入MOSFET开关管、电感等外接元器件，体积增 大甚多，嵌入小体积的LED灯具内部己无可能。类似芯片的例子还有超科公司的HV9910等。
本发明高压恒流源，输入电压范围宽，可以连接到交流220V或110V电源上，输入端只 需要整流，不需要滤波，省下了高压滤波电解电容占用的空间，而这个高压滤波用的电解电 容体积往往较大。集成化后所需外接元件很少。对于"单波型"恒流源，只需一个整流桥(或 四个二极管)、一个设定恒流电流值的电阻和一个输出端滤波的电解电容即可；对于"双波型" 恒流源，还需再增加一个约(l 10)wf/400V电解电容。由于采用开关调整技术，效率高，发 热量低，虽然也需要外接元件，但组装起来总的体积并不大，嵌入到如MR16灯杯那样小的 LED灯具内部毫无问题。
发明内容
本发明设计了两种恒流源电路， 一种称"单波型"恒流源，另一种称"双波型"恒流源。
"单波型"恒流源，电路简单、体积小，虽然输出纹波稍大一点，用于驱动点亮电流不 大的LED灯具甚是得宜；"双波型"恒流源电路虽复杂一点，但现时工艺能够集成，外接元 件较"单波型"仅增加一个约(l 10^f/400V电解电容，输出纹波更小、效率更高、电磁兼 容性更好，输出电流也要大些。两种恒流源内无特殊元件，成本都很低廉。 以下结合附图来阐述本发明原理。
附
图1是"单波型"恒流源的电路框图，IN1、 IN2为本发明电路的两个输入端子，实际 是外接元件整流桥VC1的两个交流输入端子，连接交流市电；0UT1、 0UT2是输出直流恒流 电流的两个端子，连接负载，也连接外接元件电解电容C3作滤波电容；X1与X2两个端子 接入外接元件电阻R5，该电阻用来设定输出的恒流电流值。
除了 VC1、 C3和R5这三个元件外，其余部分集成起来。附图1虛线框内表示集成起来 的那一部分，虚线框内有A、 B、 C三个框。该框图是本发明的技术构思。说明-一下各个框 代表的含义。A框检测和执行；由它检测出输出的恒流电流值是否超出，无超出时执行接 通电子开关，如有超出则执行断丌电子丌关，切断输出电流；外接电阻R5属A框，作输出 电流检测取样。B框驱动及电子丌关；电子开关接通或断开受控于A框。本发明中用两 个NPN三极管组成达林顿管作电子开关，驱动达林顿管则取若干串联电阻的部分分压，简单 实用。C框隔离、滤波输出；所谓隔离是令输出端的小纹波直流电压不得影响输入端，输 出端外接的滤波电解电容C3亦属C框。
附图4是"单波型"恒流源电路的一个实施例，以下结合附图2和附图3来说明该实施例。
附图2表示交流电经过全波整流后的电压波形，这是一个iH弦半波直流脉动电压，可简 称为脉动电压。设其解析方程为u-lUmsin(故/2)i ，为简单计，设初相位角等于零。
式中u是交流电压瞬时值，Um是交流电压峰值，w为交流电的角频率，t是时间。u在 相位角(ort/2)-nn时的值为零，其中n为正整数，即n = 0、 1、 2、 3""等。u是个周期量， 分析电路仅分析第一个周期就可以了。
输入脉动电压u降到零时，附图4内的品闸管VT1关断，三极管VI、 V2组成达林顿管 作为电子开关也处于关断状态，输出无电流。参看附图3，当脉动电压上升到u'值的时候， 在电阻R6上的分压可驱动三极管V1、 V2组成的电子开关导通，也就有了输出电流。这个 输出电流经隔离二极管VD1流过负载，同时向电解电容C3充电储能，平滑电流波形。电阻 R5作输出电流检测取样，流过R5的电流产生一个右正左负的电压。随着脉动电压上升，流 过R5的电流增大，R5上的电压降相应增大。当脉动电压上升到u"值的时候，(此间u〃 >u', 设u"值对应的相位角(cot/2)-e)流过R5的电流产生的电压降足以使晶闸管VT1触发导通， 短路掉三极管V1的驱动电流，电子开关即处于关断状态，直到下一周期脉动电压上升到u' 值为止。在相位角( 1/2)= n的时刻，脉动电压u-0，品闸管VT1在这一时刻重新关断，进 入下一循环。电子开关关断期间靠电解电容C3释放储能向负载供电。
适当选取电解电容C3的值，可保证负载电流连续且纹波较小。适当选取电阻R5的值， 便可以设定恒流电流值。
附图4内的A虚线框对应附图1的A框，即检测、执行电路。具体连接方式是这样的 晶闸管VT1的阴极(5)接整流桥VC1的负输出端(12);取样电阻R5的-端与电解电容C2 的负极相连，再连接VT1的阴极(5); R5的另 一端(8)接电阻R4的一端，R4的另一端接 C2的正极(7)，电阻R3的一端与(7)点相连，R3的另一端接VT1的门极(4); VT1的阳 极(3)与电阻R1的一端相连，Rl的另一端(1)接整流桥VC1的正输出端(11)。
附图4内的B虚线框对应附图1的B框，即驱动及电子开关电路，具体连接方式是这样 的NPN三极管V1的发射极接NPN三极管V2的基极；VI的集电极与V2的集电极相连于 (10)点，该点即是恒流源输出的负端OUT2;电容Cl和电阻R2并联后， 一端与晶闸管 VT1的阳极(3)相连，另一端(6)接三极管V1的基极；V2的发射极连接取样电阻R5的 一端(8);电阻R6连接在(6)点和(8)点之间。这里R1既作晶闸管VT1的限流电阻， 又与电阻R2、 R6串联向三极管VI的基极提供驱动电流；Cl起加速三极管VI导通的作用； 为防止晶闸管VT1误导通，加入电解电容C2抗千扰。
附图4内的C虚线框对应附图1的C框，即隔离、滤波输出。C框最为简单，只有一个 隔离二极管VD1和一个滤波电解电容C3。具体连接方式是这样的隔离二极管VD1的正极 接整流桥VC1的正端输出(11)，滤波电解电容C3的正极接接VD1的负极(9)， (9)点即 是恒流源输出的正端0UT1; C3的负极接V1的集电极与V2的集电极的连接点(10)， (10) 点即是恒流源输出的负端OUT2。加入隔离二极管VD1能保持整流桥VC1 iF.端输出(11)为 正弦半波直流脉动电压。
从附图3可看出，"单波型"恒流源电路负载实际利用的能量仅是脉动电压的阴影部分提 供的能量，阴影处于相位角0 e部分，即处于(cot/2)〈(ii/2)的半个周期内，这个阴影只占 脉动电压的小部分。使得电网能量的利用率不高，纹波不可能很小，难于输出较大电流，是 "单波型"恒流源电路的不足之处。
把脉动电压在相位角(cot/2)〉(ii/2)的后半部分也利用起来，如附图6所表示的那样， 一个脉动电压周期内出现两块大致对称的阴影部分，这就是所谓"双波型"恒流源；那么前 面所述及的恒流源自然就是"单波型"恒流源了。
附图5是"双波型"恒流源电路的电路框图，与"单波型"电路框图比较只是多了一个 D框。D框是一个再驱动框，它包含了若千元件，要实现以下几个功能(参看附图6):
① u值越过峰值Um后且u值下降到再次等于u〃时刻之前的这段时间内，品闸管VT1 必需关断。
② u值越过峰值Um后，当u值再次等于或小于u"时，电子开关应再次接通输出电流， 直至UiKu'为止。
③ 进入下一周期应能循环。
电解电容C4是属于该框的一个外接元件，起检测记忆作用。另加一个隔离二极管VD2 串入晶闸管VT1的阳极(3)和电阻R1的(2)点之间。其余A、 B、 C三个框与"单波型" 电路框图相同
附图7是"双波型"恒流源电路的一个实施例，以下结合附图6来说明该实施例。
当电流取样电阻R5上流过的电流产生的电压降足以使品闸管VT1触发导通后， 一方面
短路掉电子开关的驱动电流，关断电子开关，切断输出电流；另一方面也使PNP三极管V4
通过电阻R8、 R9得到偏置电流导通，PNP三极管V3与V4直接耦合也得以导通，电解电容 C4被充电，充电幅值最大可达Um;脉动电压u值越过峰值Um后下降到某值即u《u"时， PNP三极管V5通过电阻R10、 二极管VD3得到偏置电流导通，NPN三极管V6也得到偏置 电流导通，短路掉晶闸管VT1的触发电流，关断VTl(这是经过实践证明了的，但从品闸管 关断工作机理上解释不了)，电子开关又得到驱动电流，再次接通，直到IKU'为止；电解 电容C4继续通过三极管V5、电阻Rll、 R12和三极管V6的发射结放电到不能继续维持三 极管V5导通，致三极管V6关断，解除晶闸管VT1门极短路，直到下一周期再次充电；如 此循环。
适当选取电解电容C4的值，小的充电时间常数能保证C4在u值越过峰值Um后很短的 时间内充满电，当u-u〃时能使电子丌关再次接通，这样可使前、后"双波"的对称性较好。
D框具体连接方式是这样的PNP三极管V4的发射极与PNP三极管V3的发射极相连， 再接到整流桥VC1的正输出端(11); V3的集电极(13)与电解电容C4的正极相连，C4 的负极连整流桥VC1的负输出端(12); V4的集电极与V3的基极相连于(14)点，电阻R7 的一端与(14)点相连，R7的另一端连致VC1的负输出端(12); PNP三极管V5的发射极 连接电解电容C4的正极(13)，电阻Rll和电阻R12串联于(16)点，Rll的另一端连接 V5的集电极，R12的另一端连接VC1的负输出端(12);电阻R10与二极管VD3的正极相 串联，R10的另一端连接V5的基极，VD3的负极连至VC1的正输出端(11);电阻R8和电 阻R9串联于(15)点，三极管V4的基极也连接(15)点，R8的另一端连接VC1的正输出 端(11)， R9的另一端连接到晶闸管VT1的阳极(3)点上；VT1的阳极(3)还连接二极管 VD2的负极，
VD2的正极连接电阻R1的一端(2)， Rl的另端(1)连接VC1的正端输出(11)。
"双波型"恒流源较之"单波型"恒流源，电网能量的利用率高得多，约为"单波型" 恒流源的两倍，纹波也要小很多，能输出较大i乜流。
综上所述，本发明高压恒流源，不论是"单波型"恒流源电路还是"双波型"恒流源电 路，它们都是四端网络，可直接连接交流市电，工艺上采用元器件一部分集成、 一部分外接 的形式。外接整流桥VC1的两个交流电源输入端即是该四端网络的输入端；四端网络的输出 能满足负载恒电流供电要求。这两种恒流源共性特征是市电输入整流后不要滤波；它们都 包含检测和执行、驱动及电子开关、隔离与滤波输出三部分电路。
两种恒流源的隔离与滤波输出电路相同，具体连接方式是这样的隔离二极管VD1的正 极接整流桥VC1的正端输出(11);滤波电解电容C3的正极接VD1的负极(9)， C3的负极 接V1的集电极与V2的集电极的连接点(10)。
这两种恒流源还有其个性特征
1，对于"单波型"恒流源，外接元器件不多于(整流桥VC1、恒流电流值设定电阻R5、 输出端滤波电解电容C3)三个；对于"双波型"恒流源，外接元器件不多于(整流桥VC1、 恒流电流值设定电阻R5、输出端滤波电解电容C3、检测记忆电解电容C4)四个。
2，对于"单波型"恒流源，其检测和执行电路具体连接方式是这样的晶闸管VT1的 阴极(5)接整流桥VC1的负输出端(12);取样电阻R5的一端与电解电容C2的负极相连，
再连接VT1的阴极(5); R5的另一端(8)接电阻R4的一端，R4的另 一端接C2的正极(7)， 电阻R3的一端与(7)点相连，R3的另一端接VT1的门极(4); VT1的阳极(3)与电阻 Rl的一端相连，Rl的另一端(1)接整流桥VC1的正输出端(11)。
3，对于"单波型"恒流源，其驱动及电子丌关电路具体连接方式是这样的NPN三极管 VI的发射极接NPN三极管V2的基极；VI的集电极与V2的集电极相连于(10)点；电容C1 和电阻R2并联后， 一端与晶闸管VT1的阳极(3)相连，另一端(6)接三极管V1的基极； V2的发射极连接取样电阻R5的一端(8);电阻R6连接在(6)点和(8)点之间。
4，对于"双波型"恒流源，其检测和执行电路具体连接方式是这样的晶闸管VT1的 阴极(5)接整流桥VC1的负输出端(12);取样电阻R5的一端与电解电容C2的负极相连， 再连接VT1的阴极(5); R5的另一端(8)接电阻R4的一端，R4的另一端接C2的正极(7)， 电阻R3的一端与(7)点相连，R3的另一端接VT1的门极(4); VT1的阳极(3)与二极管 VD2的负极相连，二极管VD2的正极与电阻R1的一端(2)相连，Rl的另一端(1)接整 流桥VC1的正输出端(11)。
5，对于"双波型"恒流源，其驱动及电子丌关电路具体连接方式是这样的NPN三极管 VI的发射极接NPN三极管V2的基极；VI的集电极与V2的集电极相连于(10)点；电容C1 和电阻R2并联后， 一端与电阻R1、 二极管VD2正极的串联点(2)相连，另一端(6)接三 极管V1的基极；V2的发射极连接取样电阻R5的- 端(8);电阻R6连接在(6)点和(8) 点之间。
6，对于"双波型"恒流源，除包含检测和执行、驱动及电子开关、隔离与滤波输出三部 分电路外，还有一个再驱动电路。这个再驱动电路具体连接方式是这样的PNP三极管V4 的发射极与PNP三极管V3的发射极相连，再接到整流桥VC1的正输出端(11); V3的集电 极(13)与电解电容C4的正极相连，C4的负极连整流桥VC1的负输出端(12); V4的集电 极与V3的基极相连于(14)点，电阻R7的一端与(14)点相连，R7的另一端连至VC1的 负输出端(12); PNP三极管V5的发射极连接电解电容C4的正极(13)，电阻R11和电阻 R12串联于(16)点，Rll的另一端连接V5的集电极，R12的另一端连接VC1的负输出端 (12);电阻R10与二极管VD3的正极相串联，R10的另一端连接V5的基极，VD3的负极 连至VC1的正输出端(11);电阻R8和电阻R9串联于(15)点，三极管V4的基极也连接 (15)点，R8的另一端连接VC1的正输出端(11)， R9的另 -端连接到晶闸管VT1的阳极 (3)点上；VT1的阳极G)还连接二极管VD2的负极，VD2的正极连接电阻R1的一端(2)， Rl的另一端(1)连接VC1的正端输出(11)。
权利要求
1，一种“单波型”高压恒流源电路，它是一个四端网络，直接连接交流市电，工艺上采用元器件一部分集成、一部分外接的形式，能满足负载恒电流供电要求，外接整流桥VC1的两个交流电源输入端即是该四端网络的输入端IN1、IN2；其特征在于市电输入整流后不要滤波，外接元器件不多于(整流桥VC1、恒流电流值设定电阻R5、输出端滤波电解电容C3)三个；该四端网络包含检测和执行、驱动及电子开关、隔离与滤波输出三部分电路。
2， 一种"双波型"高压恒流源电路，它是一个四端网络，直接连接交流市电，工艺上采 用元器件一部分集成、 一部分外接的形式，能满足负载恒电流供电要求，外接整流桥VC1的两个交流电源输入端即是该四端网络的输入端IN1、 IN2;其特征在于市电输入整流后不要滤波，外接元器件不多于(整流桥VC1、恒流电流值设定电阻R5、输出端滤波电解电容C3、检测记忆电解电容C4)四个；该四端网络包含检测和执行、驱动及电子开关、再驱动、隔离与滤波输出四部分电路。
3，如权利要求l所述"单波型"高压恒流源电路，其特征在于这种恒流源的检测和执 行电路具体连接方式是这样的晶闸管VT1的阴极(5)接整流桥VC1的负输出端(12);取 样电阻R5的一端与电解电容C2的负极相连，再连接VT1的阴极(5); R5的另一端(8)接 电阻R4的一端，R4的另一端接C2的JH极(7)，电阻R3的一端与(7)点相连，R3的另一 端接VT1的门极(4); VT1的阳极(3)与电阻R1的一端相连，Rl的另一端(1)接整流桥 VC1的正输出端(11)。
4，如权利要求l所述"单波型"高压恒流源电路，其特征在于这种恒流源的驱动及电 子开关电路具体连接方式是这样的NPN三极管V1的发射极接NPN三极管V2的基极；VI 的集电极与V2的集电极相连于(10)点；电容C1和电阻R2并联后， 一端与晶闸管VT1的 阳极(3)相连，另一端(6)接三极管VI的基极；V2的发射极连接取样电阻R5的一端(8); 电阻R6连接在(6)点和(8)点之间。
5，如权利要求2所述"双波型"高压恒流源电路，其特征在于这种恒流源的检测和执 行电路具体连接方式是这样的晶闸管VT1的阴极(5)接整流桥VC1的负输出端(12); 取样电阻R5的一端与电解电容C2的负极相连，再连接VT1的阴极(5); R5的另一端(8) 接电阻R4的一端，R4的另一端接C2的正极(7)，电阻R3的一端与(7)点相连，R3的另 一端接VT1的门极(4); VT1的阳极(3)与二极管VD2的负极相连，二极管VD2的正极 与电驵R1的一端(2)相连，Rl的另一端(1)接整流桥VC1的j下输出端(11)。
6，如权利要求2所述"双波型"高压恒流源电路，其特征在于这种恒流源的驱动及电 子开关电路具体连接方式是这样的NPN三极管VI的发射极接NPN三极管V2的基极；VI 的集电极与V2的集电极相连于(10)点；电容C1和电阻R2并联后， 一端与电阻R1、 二极 管VD2正极的串联点(2)相连，另一端(6)接三极管V1的基极；V2的发射极连接取样电 阻R5的一端(8);电阻R6连接在(6)点和(8)点之间。
7，如权利要求2所述"双波型"高压恒流源电路，其特征在于这种恒流源的再驱动电路具体连接方式是这样的PNP三极管V4的发射极与PNP三极管V3的发射极相连，再接 到整流桥VC1的正输出端(11); V3的集电极(13)与电解电容C4的正极相连，C4的负极 连整流桥VC1的负输出端(12); V4的集电极与V3的基极相连于(14)点，电阻R7的一 端与(14)点相连，R7的另二端连至VC1的负输出端(12); PNP三极管V5的发射极连接 电解电容C4的正极(13)，电阻R11和电阻R12串联于(16)点，R11的另一端连接V5的 集电极，R12的另一端连接VC1的负输出端(12);电阻R10与二极管VD3的正极相串联， R10的另一端连接V5的基极，VD3的负极连至VC1的正输出端(11);电阻R8和电阻R9 串联于(15)点，三极管V4的基极也连接(15)点，R8的另一端连接VC1的正输出端(11)， R9的另一端连接到晶闸管VT1的阳极(3)点上；VT1的阳极(3)还连接二极管VD2的负 极，VD2的正极连接电阻R1的一端(2)， Rl的另一端(1)连接VC1的正端输出(11)。
8，'如权利要求1所述"单波型"高压恒流源电路和如权利要求2所述"双波型"高压恒 流源电路，其特征在于这两种恒流源的隔离、滤波输出电路具体连接方式是这样的隔离 二极管VD1的正极接整流桥VC1的正端输出(11);滤波电解电容C3的正极接VD1的负极 (9)， C3的负极接V1的集电极与V2的集电极的连接点(10)。
全文摘要
直流稳流电源习惯上称为“恒流源”，本发明为两种高压恒流源电路，一种为“单波型”恒流源，另一种为“双波型”恒流源，属于稳流电源技术领域。本发明恒流源主要用于LED(发光二极管)驱动，也可用于需要恒流供电且恒流精度无需很高的其它产品上。所谓“高压恒流源”，系指可以直接用市电220V供电；其输出为一个恒定的直流，在一定的范围内不随负载大小变化。本发明恒流源恒流数值可由用户设定。不论是“单波型”恒流源电路还是“双波型”恒流源电路，它们都是四端网络，包含检测和执行、驱动及电子开关、隔离与滤波输出三部分电路；“双波型”还包含一个再驱动电路。工艺上采用元器件一部分集成、一部分外接的形式，组装起来总的体积小，可嵌入LED灯具内部，直接用交流市电供电，用户使用LED灯具如同使用白炽灯泡一样方便。
文档编号G05F1/10GK101192067SQ20061015692
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者何曙光, 林振华 申请人:何曙光;林振华