專利名稱：用于鋰電池大功率led的準線性放電恒流驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，屬于LED照 明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周之，LED (發(fā)光二極管)是一種新型的節(jié)能、環(huán)保、小尺寸、長壽命的光源，鋰 電池以其能量密度高、體積小、重量輕和長循環(huán)使用壽命等優(yōu)點而被廣泛用于移動照明等設(shè) 備。但是，由于LED是一種具有典型PN結(jié)的半導體元件，其正向伏安特性非常陡，近似成指 數(shù)關(guān)系，即正向動態(tài)電阻非常小， 一個小的電壓變化就會導致其電流大幅度的變化。由于LED 亮度是由流經(jīng)其上的電流決定的，因此當鋰電池電壓稍有下降時，流經(jīng)LED的電流就會降低很 多，LED亮度就會大大降低，影響正常使用，這在實際使用中是不希望出現(xiàn)的。因此，不能直 接使用鋰電池給LED供電，而需要給LED提供穩(wěn)恒的電流驅(qū)動，亮度才能保持穩(wěn)定。目前，國 內(nèi)外大多數(shù)廠家采用的LED恒流驅(qū)動電路一般分為兩檔或多檔電流，使用專用集成電路芯片( 如AMC7124)或復(fù)雜的電子電路來實現(xiàn)，如在鋰電池電壓高于某一基準電壓值(如3.8V)時采 用一較大穩(wěn)恒電流(如360mA)驅(qū)動LED，而低于該基準電壓值時則采用較小穩(wěn)恒電流(例如 240mA)來驅(qū)動LED，從而保證LED恒流驅(qū)動，而亮度在電流不變時也保持不變。但是這種電流 階躍式變化的LED驅(qū)動電路不僅存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，鋰電池電源使用效率降低，LED 照明時間短等問題，而且還存在使用中照明亮度出現(xiàn)突變的缺陷，對人的視覺非常不利，特 別是在黑暗環(huán)境下，更是需要一定時間來適應(yīng)和恢復(fù)。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動電流穩(wěn)恒 特性好，亮度變化自然的用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置。
為了解決上述問題，本實用新型采用的方案為用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒 流驅(qū)動裝置，包括鋰電池電源單元、準線性放電恒流驅(qū)動控制單元、大功率LED負載單元和 LED負載電流檢測單元，鋰電池電源單元連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元和大功率LED負 載單元，大功率LED負載單元的輸出端連接LED負載電流檢測單元的輸入端，LED負載電 流檢測單元的輸出端連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元的輸入端。
準線性放電恒流驅(qū)動控制單元的結(jié)構(gòu)為鋰電池電源單元串連第一電阻R1后連接運算 放大器的正輸入端，同時鋰電池電源單元的輸出端連接運算放大器的正輸入端，運算放大器的正輸入端串連第二電阻R2后接地，運算放大器的負輸入端連接LED負載電流檢測單元的 輸入端，運算放大器的輸出端連接晶體管U2的柵極，鋰電池電源單元的輸出端串連大功率 LED負載單元后連接晶體管U2的漏極；晶體管U2的源極連接LED負載電流檢測單元的輸 入端。
所述LED負載電流檢測單元由至少一個電阻構(gòu)成。
本實用新型的積極效果是由于準線性放電恒流驅(qū)動控制單元中的運算放大器的正輸入 端用于感應(yīng)鋰電池電源單元的電壓變化，運算放大器的負輸入端用于感應(yīng)LED負載電流檢測 單元提供的電壓變化，故當鋰電池電壓保持不變時，運算放大器的正輸入端電壓不變，運算 放大器的負輸入端為LED負載電流檢測單元的輸出釆樣電壓，當兩者不等時，其輸出端輸出 一電壓加在MOS晶體管的柵極，致使MOS晶體管有一導通的動態(tài)電阻，LED負載電流隨之 發(fā)生變化，對應(yīng)地LED負載電流檢測單元的輸出采樣電壓也跟著發(fā)生變化，即運算放大器的 負輸入端電壓發(fā)生變化，使得運算放大器的輸出端電壓也隨之變化，MOS晶體管的導通電阻 跟著調(diào)整，LED負載電流也隨之調(diào)整，直至LED負載電流檢測單元的輸出采樣電壓即運算放 大器的負輸入端電壓與其正輸入端電壓完全相等，運算放大器的輸出端電壓即加在MOS晶 體管的柵極電壓不再變化，MOS晶體管的導通動態(tài)電阻不變，從而使流過LED負載的電流 達到穩(wěn)恒狀態(tài)，使LED亮度也保持穩(wěn)恒狀態(tài)。當鋰電池電壓變化時，運算放大器的正輸入端 電壓隨之線性變化，與負輸入端電壓不等，從而運算放大器的輸出端電壓發(fā)生變化，導致加 在MOS晶體管上的柵極電壓發(fā)生變化，MOS晶體管的導通電阻也隨之發(fā)生變化，致使LED 負載電流發(fā)生變化，對應(yīng)地LED負載電流檢測單元的輸出采樣電壓也跟著發(fā)生變化，從而運 算放大器的負輸入端電壓發(fā)生變化，以至于使運算放大器的負輸入端電壓跟隨正輸入端電壓 的變化，從而使流過LED負載的電流達到穩(wěn)恒狀態(tài)，使LED亮度也保持穩(wěn)恒狀態(tài)。因此， LED負載的工作電流是與鋰電池電壓成線性變化的，根據(jù)鋰電池的放電特性是準線性的規(guī)律 ，LED負載的工作電流在鋰電池電壓固定時是穩(wěn)恒的，隨著鋰電池的準線性放電而準線性變 化，其亮度也是準線性變化的。與現(xiàn)有的鋰電池大功率LED恒流驅(qū)動電路相比，本實用新型 具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、可靠性高等優(yōu)點，并且驅(qū)動電流穩(wěn)恒特性好，亮度變 化自然，視覺效果好，是一種理想的鋰電池大功率LED燈恒流驅(qū)動裝置，特別適用于煤礦、 礦山、消防、海洋作業(yè)、野外工作等領(lǐng)域。

圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置的鋰電池電源單元1 連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元2和大功率LED負載單元3，大功率LED負載單元3的輸 出端連接LED負載電流檢測單元4的輸入端，LED負載電流檢測單元4的輸出端連接準線性 放電恒流驅(qū)動控制單元2的輸入端；
準線性放電恒流驅(qū)動控制單元2的結(jié)構(gòu)為鋰電池電源單元1串連第一電阻Rl后連接 運算放大器的正輸入端，同時鋰電池電源單元1的輸出端連接運算放大器的正輸入端，運算 放大器的正輸入端串連第二電阻R2后接地，運算放大器的負輸入端連接LED負載電流檢測 單元4的輸入端，運算放大器的輸出端連接晶體管U2的柵極，鋰電池電源單元1的輸出端 串連大功率LED負載單元3后連接晶體管U2的漏極；晶體管U2的源極連接LED負載電流 檢測單元4的輸入端；上述LED負載電流檢測單元4由3個電阻構(gòu)成。
本實施例中鋰電池電源單元1使用的是標稱值容量4Ah輸出電壓3.7V的鋰離子電池， 充滿電時最高電壓約為4.1V。準線性放電恒流驅(qū)動控制單元2使用的是通用集成運算放大器 LM358,和N型MOS晶體管ST2302,以及兩個高阻抗電阻元件第一電阻Rl和第二電阻R2 ，阻值分別為39KQ和1KQ，鋰離子電池電壓經(jīng)第一電阻R1、第二電阻R2分壓連接到運算 放大器LM358的正輸入端。大功率LED負載單元3使用的是一只1W的大功率LED燈，其 正向?qū)妷杭s3.3V。 LED負載電流檢測單元4使用的是三個低阻抗的采樣電阻第三電阻 R3、第四電阻R4和第五電阻R5，阻值都為1Q。三個采樣電阻并聯(lián)，其一端接地，另一端 與LED負載串聯(lián)，并與運算放大器LM358的負輸入端相連接，作為LED負載電流檢測單元 4的輸出采樣電壓。
在運算放大器LM358和MOS晶體管ST2302滿足線性工作的條件下，根據(jù)運算放大器 的虛短原理，流過LED燈的負載電流I由鋰離子電池電壓在第一電阻R1、第二電阻R2上的 分壓和電流采樣電阻第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5決定，故其與鋰離子電池電
壓vbat之間的關(guān)系式為
I = [VBATXR2/(R1+R2)]/(R3〃R4//R5)
根據(jù)上述關(guān)系式計算不同vbat時的LED負載電流I:當vb虹二4.1V時，I=300mA;當 vbat二3.7V時，I=270mA;當Vbat二3.2V吋，I=240mA;
由于鋰離子電池的電壓標稱值為3.7V，即在大多數(shù)放電時間時電池電壓保持這個數(shù)值， 對應(yīng)的LED的驅(qū)動電流也主要穩(wěn)恒在270mA左右，而鋰離子電池的電壓從4.1V降到3.7V 的時間和從3.2V降至最終停止放電(約2.5V)的時間都比較短，因而隨著鋰離子電池電壓的準 線性下降，LED燈的驅(qū)動電流也基本上準線性下降，即對應(yīng)的LED燈亮度也為準線性變化， 從而實現(xiàn)了準線性放電恒流驅(qū)動照明。
權(quán)利要求1.用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，包括鋰電池電源單元(1)、準線性放電恒流驅(qū)動控制單元(2)、大功率LED負載單元(3)和LED負載電流檢測單元(4)，其特征在于鋰電池電源單元(1)連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元(2)和大功率LED負載單元(3)，大功率LED負載單元(3)的輸出端連接LED負載電流檢測單元(4)的輸入端，LED負載電流檢測單元(4)的輸出端連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元(2)的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，其特征 在于準線性放電恒流驅(qū)動控制單元(2)的結(jié)構(gòu)為鋰電池電源單元(1)串連第一電阻Rl 后連接運算放大器的正輸入端，同時鋰電池電源單元(l)的輸出端連接運算放大器的正輸入 端，運算放大器的正輸入端串連第二電阻R2后接地，運算放大器的負輸入端連接LED負載 電流檢測單元(4)的輸入端，運算放大器的輸出端連接晶體管U2的柵極，鋰電池電源單元(1)的輸出端串連大功率LED負載單元(3)后連接晶體管U2的漏極；晶體管U2的源極 連接LED負載電流檢測單元(4)的輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，其特征在 于所述LED負載電流檢測單元(4)由至少一個電阻構(gòu)成。
專利摘要本實用新型一種用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域，提供一種驅(qū)動電流穩(wěn)恒特性好，亮度變化自然的用于鋰電池大功率LED的準線性放電恒流驅(qū)動裝置，技術(shù)方案為鋰電池電源單元連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元和大功率LED負載單元，大功率LED負載單元的輸出端連接LED負載電流檢測單元的輸入端，LED負載電流檢測單元的輸出端連接準線性放電恒流驅(qū)動控制單元的輸入端；本實用新型特別適用于煤礦、礦山、消防、海洋作業(yè)、野外工作等領(lǐng)域。
文檔編號H05B37/02GK201303443SQ200820106338
公開日2009年9月2日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者伍永安, 軍 徐, 英 趙 申請人:太原市艾瑞斯科技有限公司