LED电路

LED(Light- Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80~90%.将 LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为 60lm/W,寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W,寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为20~28lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。

当某一串联支路上有一只LED品质不良而短路时，不管采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，通过该串联电路的电流将增大，很容易损坏该串联支路中的LED。大电流通过损坏的这串LED后，由于通过的电流较大，多表现为断路。断开一个LED串联支路后，如果采用稳压式驱动方式，驱动器的输出电流将减小，而不影响余下的所有LED正常工作。

如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，分配在余下的LED中的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法是尽量多并联LED，这样当断开某一只LED时，分配在余下的LED中的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。

这种先串联后并联的线路的优点是线路简单、亮度稳定、可靠性高，并且对器件的一致性要求较低，不需要特别挑选器件，即使个别LED单管失效，对整个发光组件的影响也较小。在工作环境因素变化较大的情况下，使用这种连接形式的发光元件效果较为理想。

混联方式还有另外一种接法，即是将LED平均分配后分组并联，再将每组串联在一起。当有一只LED品质不良而短路时，不管是采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，并联在这一支路中的LED将全部不亮。如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，除了并联在短路LED上的这一并联支路外，其余的LED均正常工作。假设并联的LED数量较多，驱动器的驱动电流较大，通过这只短路的LED的电流将增大。大电流通过这只短路的LED后，很容易就变成断路。由于并联的LED较多，断开一只LED后，平均分配电流变化不大，其余的LED依然可以正常工作，那么在整个LED灯中仅有一只LED不亮。

先并后串混合连接构成的发光元件的问题主要是在单组并联LED中，由于器件和使用条件的差别，单组中个别LED芯片可能丧失PN结特性，出现短路。个别器件短路会使未失效的LED失去工作电流IF''导致整组LED熄灭，总电流全部从短路器件中通过，而较长时间的短路电流又会使器件内部的键合金属丝或其他部分烧毁，出现开路。这时，未失效的LED重新获得电流，恢复正常发光，只是工作电流IF较原来大一点。这就是这种连接形式的发光元件出现先是一组中几只LED一起熄灭，一段时间后除其中一只LED不亮外，其他LED又恢复正常的原因。

通过以上分析可知，驱动器与负载LED串/并联方式的搭配选择是非常重要的，以恒流方式驱动功率型LED时，不适合采用并联负载:同样，稳压式LED驱动器不适合选用串联负载。 解读词条背后的知识

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1.LED电路中采用保险丝(管)

由于保险丝是一次性的，且反应速度慢，效果差、使用麻烦，所以保险丝不适宜用于LED灯成品中，因为LED灯主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求 LED保护电路要很苛刻：在超出正常使用电流时能立即启动保护，让LED的供电通路就被断开，使LED和电源都能得到保护，在整个灯正常后又能够自动恢复供电，不影响LED工作。电路不能太复杂体积不能太大，成本还要低。所以采用保险丝的方式实现起来很困难。

2.瞬态电压抑制二极体(简称TVS)

瞬态电压抑制二极体是一种二极体形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能量冲击时，能以10的负12次方秒极短时间的速度，使自己两极间的高阻立即降低为低阻，吸收高达数千瓦的浪涌功率，把两极间的电压钳位元在一个预定的电压值，有效的保护了电子线路中的精密元器件。瞬态电压抑制二极体具有回应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、钳位元电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

但是在实际使用中发现要寻找满足要求电压值的TVS器件很不容易。 LED光珠的损坏主要是因为电流过大使芯片内部过热造成的。 TVS只能探测过电压不能探测过电流。要选择合适的电压保护点很难掌握，这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。

3.选择自恢复保险丝

自恢复保险丝又称为高分子聚合物正温度热敏电阻PTC,是由聚合物与导电粒子等构成。在经过特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过(或元件处于正常环境温度)时，PTC自恢复保险丝呈低阻状态;当电路中有异常过电流通过(或环境温度升高)时，大电流(或环境温度升高)所产生的热量使聚合物迅速膨胀，也就切断了导电粒子所构成的导电通路，PTC自恢复保险丝呈高阻状态;当电路中过电流(超温状态)消失后，聚合物冷却，体积恢复正常，其中导电粒子又重新构成导电通路，PTC自恢复保险丝又呈初始的低阻状态。在正常工作状态自恢复保险管的发热很小，在异常工作状态它的发热很高阻值就很大，也就限制了通过它的电流，从而起到了保护作用。

在具体的电路中，可以选择：

①分路保护。一般LED灯是分成很多串接支路。我们可以在每个支路的前面加一支PTC组件分别进行保护。这种方式的好处是精确性高，保护的可靠性好。

②总体保护。在所有光珠的前面加接一支PTC组件，对整灯进行保护。这种方式的好处是简单，不占体积。对于民用产品来说，这种保护在实际使用中的结果还是令人满意的。

在需要使用比较多的LED产品时，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压:如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会增加，解决办法是采用混联方式。串、并联的LED数量平均分配，这样，分配在一个LED串联支路上的电压相同，同一个串联支路中每个LED上的电流也基本相同，亮度一致，同时通过每个串联支路的电流也相近。

图1为2016年10月之前技术的LED控制的电路原理图；

图2为《纹波消除电路及LED控制电路》的LED控制电路的电路原理图（实施例一）；

图3为该发明的LED控制电路的电路原理图（实施例二）；

图4为该发明的LED控制电路的电路原理图（实施例三）；

图5为输入变化检测模块的一种电路结构图；

图6为输入变化检测模块的另一种电路结构图；

图7为输入变化检测模块的又一种电路结构图；

图8为图7输入变化检测模块中电压变化率电路的具体电路结构图；

图9为纹波消除模块第一种实现方式的电路示意图；

图10为纹波消除模块第二种实现方式的电路示意图；

图11为纹波消除模块第三种实现方式的电路示意图；

图12为图11中比例调节电路的电路示意图；

图13为纹波消除模块第四种实现方式的电路示意图。

纹波消除电路及LED控制电路专利目的

《纹波消除电路及LED控制电路》的目的在于提供一种能够实现快速响应的纹波消除电路及LED控制电路，用以解决2016年10月之前的技术存在的无法及时对输入电流进行响应的技术问题。

纹波消除电路及LED控制电路技术方案

《纹波消除电路及LED控制电路》的技术解决方案是，提供一种以下结构的纹波消除电路，包括：

输入变化检测模块，其输入端接收可表征输入电流变化的待检测信号，并对所述待检测信号进行检测，得到表征所述待检测信号变化情况的变化检测信号，当所述变化检测信号表征输入电流快速变化时，则输出电流调整信号至所述纹波消除模块；

纹波消除模块，与负载串联，用以滤除输入电流的纹波；当所述变化检测信号表征输入电流快速变化时，所述纹波消除模块接收所述电流调整信号，通过改变纹波消除模块控制端的电压，来调整流经负载的电流，以适应输入电流的快速变化。

作为优选，所述的输入变化检测模块将接收到的所述待检测信号与第一阈值电压进行比较，得到所述变化检测信号，当所述待检测信号大于所述第一阈值电压时，则所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号；经纹波消除模块调整流经负载的电流，则所述待检测信号下降，下降至第二阈值电压时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号，所述的第二阈值电压小于所述第一阈值电压。

作为优选，所述的输入变化检测模块将接收到的所述待检测信号与第三阈值电压进行比较，当所述待检测信号大于所述第三阈值电压时，所述输入变化检测模块开始计时，当计时达到阈值时间时，得到变化检测信号，则所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号，经纹波消除模块调整流经负载的电流，则所述待检测信号下降，下降至第三阈值电压时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号。

作为优选，所述的输入变化检测模块接收所述待检测信号，并检测所述待检测信号的电压变化率，其电压变化率为正时，所述输入变化检测模块开始计时，当计时达到阈值时间时，得到变化检测信号，所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号，经纹波消除模块调整流经负载的电流，当所述待检测信号的电压变化率下降至为负时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号。

作为优选，所述的纹波消除模块包括调整管、第一电容、第一电流产生电路和第二电流产生电路，所述的调整管与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；所述的第一电容两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；所述第二电流产生电路与所述第一电容并联；所述第一电流产生电路，其电压输入端分别连接高电位端和低电位端，所述调整管的第一端作为第一电流产生电路的高电位端，第一电容与所述第二电流产生电路的非地公共端作为第一电流产生电路的低电位端；所述第一电流产生电路根据所述高电位端和低电位端的电压，调节第一电流产生电路所输出的电流大小；所述第一电容与所述电流源的公共端电压为所述控制端的电压，所述电流调整信号对所述第一电容进行充电。

作为优选，所述的待检测信号为负载和纹波消除模块组成的串联电路两端的电压或负载与纹波消除模块之公共端的电压。

作为优选，所述的待检测信号为调整管控制端电压或第一电容两端电压。

作为优选，所述的计时由计数器实现，计数器的数字表征时间，计数器的数字达到相应的阈值数字即表征计时达到阈值时间。

作为优选，所述输入变化检测模块包括电压变化率检测电路，所述的电压变化率检测电路检测所述待检测信号的电压变化率，包括比较器，所述比较器的第一输入端接待检测信号，其第二输入端连接有第二电容和开关，第二输入端经开关连接待检测信号，所述开关的控制端接时钟信号。

作为优选，在所述比较器的第一输入端与待检测信号之间串联有偏置电压源。

作为优选，所述第一电容的一端经第一运放与所述调整管的控制端连接，所述第一运放的第一输入端与所述第一电容连接，第一运放的第二输入端接收表征流经调整管瞬时电流的电流采样信号，第一运放的输出端与所述调整管的控制端连接。

作为优选，所述的纹波消除模块还包括比例调节电路，所述的比例调节电路根据所述第一电流产生电路所产生之电流和所述第二电流产生电路相比的大小，对所述第一电容充放电。

作为优选，所述比例调节电路的输入端与所述第一电流产生电路和所述第二电流产生电路的公共端连接，所述比例调节电路的输出端与所述第一电容连接；当第一电流产生电路所产生的电流i02大于第二电流产生电路I01的电流时，比例调节电路对第一电容的充电电流为M*（i02-I01）；当第一电流产生电路所产生的电流i02小于电流源I01的电流时，比例调节电路对第一电容的放电电流为N*（I01-i02）。

作为优选，所述的纹波消除模块包括调整管、第一电容、第一电阻和第二运放，所述的调整管与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；所述的第一电容两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；所述第二运放的第一输入端与所述调整管的第一端连接，第二运放的输出端与所述调整管的控制端连接，第一电容的一端与所述第二运放的第二输入端连接，第一电容的另一端接收表征输入电压的信号，第一电阻的一端与第二运放的第一输入端，第一电阻的另一端与调整管的第二端连接；所述第一电容和第一电阻的公共点电压为所述控制端的电压，所述电流调整信号对所述第一电容进行放电。

《纹波消除电路及LED控制电路》的另一技术解决方案是，提供一种的LED控制电路，包括LED驱动电路和以上任意一种纹波消除电路，所述的LED驱动电路接收交流输入后并经整流得到输入电压给LED负载供电。

纹波消除电路及LED控制电路改善效果

采用《纹波消除电路及LED控制电路》的电路结构，与2016年10月之前的技术相比，具有以下优点：LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有纹波的直流电，对LED负载供电，带有纹波的直流电连接到LED负载的正端，当输入电流快速变大时，输入变化检测模块会根据可表征输入电流变化的待检测信号的反馈，产生上拉电流通过输入变化检测模块的输出端作用到纹波消除模块上，快速的改变纹波消除模块中容性元件上的电压，提高纹波消除电路的响应速度，使得负载电流可以快速跟上输入电流的变化，从而使得系统可以更快达到稳态，系统响应快，不会出现LED灯闪的情况。