CN101841951B - Led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED驱动电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、LED阵列，整流电路包括第一支路和第二支路，其中，第一支路包括第一整流桥和与第一整流桥的第一交流端相连的第一电容，第一电容的另一端用于连接到交流电源，第二支路包括第二整流桥和与第二整流桥的第一交流端相连的第一电感，第一电感的另一端用于连接到交流电源，第一整流桥的第一直流端与第二整流桥的第一直流端连接，第一整流桥的第二直流端与第二整流桥的第二直流端连接。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及照明领域，具体而言，涉及一种LED驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称为LED)，是一种固体光源。在电特性上，LED的电压电流特性曲线特征与普通二极管相似。图1为典型LED器件正向压降(V_F)和正向电流的(I_F)关系曲线。由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)之后，即正向电压超过通常所说的导通电压之后，可近似认为I_F与V_F成正比，并且V_F的微小变化会I_F引起较大的变化，从而引起亮度的较大变化。LED的电压电流特性决定了LED不能采用220V/50Hz交流市电直接驱动，需要一个专门的驱动电路。

现有技术中公开了一种电容压降驱动电路，如图2所示，其整流电路的交流侧串联有由电容C 1和电阻R1并联构成的降压限流电路；整流电路的直流侧并联有由电容C2、C3构成的滤波电路、由稳压二极管D5构成的限压保护电路和LED阵列。整流电路由D1、D2、D3、D4组成的全波整流桥组成。LED阵列可由多枚LED串连而成，也可由多枚LED串连后再并联而成。电容降压电路简单，且驱动电路附加的功率损耗较低，但纯容性负载在交流电路中，电流比电压的相位角提前90°，因此电容降压LED驱动电路的功率因数很低，最低可能接近0，从而使供电端提供的功率远大于负载端吸收的功率，电能的利用率较低。

现有技术中的电容压降驱动电路的功率因数较低，使供电端提供的功率远大于负载端吸收的功率，从而使电能的利用率较低。

发明内容

本发明旨在提供一种LED驱动电路，能够解决现有技术中的电容压降驱动电路的功率因数较低，使供电端提供的功率远大于负载端吸收的功率，电能利用率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种LED驱动电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、LED阵列，整流电路包括第一支路和第二支路，其中，第一支路包括第一整流桥和与第一整流桥的第一交流端相连的第一电容，第一电容的另一端用于连接到交流电源，第二支路包括第二整流桥和与第二整流桥的第一交流端相连的第一电感，第一电感的另一端用于连接到交流电源，第一整流桥的第一直流端与第二整流桥的第一直流端连接，第一整流桥的第二直流端与第二整流桥的第二直流端连接。

通过在LED驱动电路中设置第一支路和第二支路的整流电路的方式对LED进行驱动，其中在LED驱动电路的第一支路中包括第一整流桥和与第一整流桥的第一交流端相连的第一电容，第二支路中包括第二整流桥和与第二整流桥的第一交流端相连的第一电感，使得第一支路和第二支路形成并联的方式，从而使电流与电压相位角之差小于90°，使功率因数提高，克服了现有技术中的电容压降驱动电路的功率因数较低，供电端提供的功率远大于负载端吸收的功率，电能利用率较低的问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的典型LED器件正向压降(V_F)和正向电流的(I_F)关系曲线；

图2示出了现有技术中的电容压降驱动电路示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的LED驱动电路示意图；

图4示出了根据本发明的一个优选实施例的LED驱动电路示意图；

图5示出了根据本发明的另一个优选实施例的LED驱动电路示意图；

图6示出了根据本发明的一个优选实施例的LED驱动电路电压相位角为0°时的电流通路示意图；以及

图7示出了根据本发明的一个优选实施例的LED驱动电路电压相位角为180°时的电流通路示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图3示出了根据本发明的一个实施例的LED驱动电路示意图。如图3所示，包括依次连接的整流电路300、滤波电路304、LED阵列306，整流电路包括第一支路301和第二支路302，其中，第一支路301包括第一整流桥3014和与第一整流桥3014的第一交流端相连的第一电容3012，第一电容3012的另一端用于连接到交流电源，第二支路302包括第二整流桥3024和与第二整流桥3024的第一交流端相连的第一电感3022，第一电感3022的另一端用于连接到交流电源，第一整流桥3014的第一直流端与第二整流桥3024的第一直流端连接，第一整流桥3014的第二直流端与第二整流桥3024的第二直流端连接。

在本实施例中，通过在LED驱动电路中设置第一支路和第二支路的整流电路的方式对LED进行驱动，其中在LED驱动电路的第一支路中包括第一整流桥和与第一整流桥的第一交流端相连的第一电容，第二支路中包括第二整流桥和与第二整流桥的第一交流端相连的第一电感，使得第一支路和第二支路形成并联的方式，从而使电流与电压相位角之差小于90°，使功率因数提高，克服了现有技术中的电容压降驱动电路的功率因数较低，使供电端提供的功率远大于负载端吸收的功率，电能利用率较低的问题。

进一步，在上述LED驱动电路中，第一电容和第一电感在交流电源频率处谐振，当第一电容和第一电感在交流电源频率处发生谐振时，电流与电压相位之差接近于0°，从而使功率因数接近于1。

进一步，在上述LED驱动电路中，整流电路还包括与第一电感并联的第二电容。照明用LED的驱动电流通常为几十毫安量级，要实现在电感两端施加交流220V/50Hz电压时，电感上电流仅为几十毫安，需要的电感量很大(如照明LED驱动电流为50mA，电感需要20H)，大感量的电感需要的体积过大。因此，可以选择合适体积的电感，再并联一个补偿电容，减小支路的电流。在本实施例中，选择补偿电容的条件为第一电容和第二电容形成的总电容与第一电感在50Hz频率处形成谐振，其中，总电容的电容值等于第一电容和作为补偿电容的第二电容的电容值之和。

进一步，在上述LED驱动电路中，LED驱动电路还包括与LED阵列串联的第二电感。在LED阵列中串联第二电感，可以经使滤波电路304滤波后的电流更加平稳，使LED发光亮度更加均衡。

进一步，在上述LED驱动电路中，第一整流桥和第二整流桥的第一直流端是共用的，第一整流桥和第二整流桥的第二直流端是共用的，并且第一整流桥和第二整流桥还具有共用的第二交流端，从而，第一整流桥和第二整流桥共用位于第一直流端和第二交流端之间的第一桥臂和位于第二直流端和第二交流端之间的第二桥臂。

进一步，在上述LED驱动电路中，滤波电路和LED阵列之间还设置有限压保护电路，限压保护电路包括设置在第一直流端与第二直流端之间的限压保护器件。

进一步，在上述LED驱动电路中，整流桥为二极管整流桥。

进一步，在上述LED驱动电路中，LED阵列由多个LED串联而成。

进一步，在上述LED驱动电路中，LED阵列由多个LED串联后并联而成。

图4示出了根据本发明的一个优选实施例的LED驱动电路示意图。如图4所示，整流电路的交流侧由两路并联而成：一路为降压电容C1，另一路为降压电感L1。整流电路的直流侧并联有由电容C3、C4构成的滤波电路、由稳压二极管D9构成的限压保护电路和LED阵列。整流电路由D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8组成的两路全波整流桥组成，D1、D2、D3、D4为电感降压对应的整流桥，D5、D6、D7、D8为电容降压对应的整流桥。LED阵列可由多枚LED串连而成，也可由多枚LED串连后再并联而成。

图5示出了根据本发明的另一个优选实施例的LED驱动电路示意图。如图5所示，整流电路的交流侧由两路并联而成：一路为降压电容C1；另一路为降压电感L1与补偿电容C2相并联。整流电路的直流侧由C3、C4、L2三个器件组成稳流电路，由稳压二极管D7构成的限压保护电路和LED阵列，其中，电容C3、C4滤波起滤波作用，由C3、C4和L2组成稳流电路会滤波后的电流更加稳定。而整流电路由D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的两路全波整流桥组成，D1、D2、D3、D4为电容降压对应的整流桥，D5、D2、D6、D4为电感降压对应的整流桥。LED阵列可由多枚LED串连而成，也可由多枚LED串连后再并联而成。

在本实施中C2为补偿电容。照明用LED的驱动电流通常为几十毫安量级，要实现在电感两端施加交流220V/50Hz电压时，电感上电流仅为几十毫安，需要的电感量很大(如照明LED驱动电流为50mA，电感需要20H)，大感量的电感需要的体积过大。因此，可以选择合适体积的电感，再并联一个补偿电容，减小支路的电流。选择补偿电容的条件为(C1+C2)和L1在50Hz频率处形成谐振。

在本实例中的D1～D6为整流二极管，类似通常电源上的整流桥，将交流电整流为脉动直流电流。

在本实例中的C3、C4、L2三个器件组成稳流电路，其中C3、C4起滤波作用，使LED上流过的电流较平稳，发光亮度均衡。同时，此稳流电路避免了在此驱动电路与电网接通瞬间LED上出现冲击电流而缩短使用寿命。C3可选用陶瓷电容，C4可选用大容量的电容，如铝电解电容。电容的直流耐压通常选择LED驱动电压的1.2倍或更高。

D7为保护器件，保护LED两端电压免受浪涌冲击影响。可采用TVS管或压敏电阻，工作电压不小于LED驱动电压，击穿电压尽量选择为LED驱动电压的1.15倍左右。

假设市电通以标准的220V/50Hz交流电压，为简化分析，初始相位设为0°，则电路的输入电压可表示为：

$u_{\mathrm{in}}=220V\×\sqrt{2}\×\sin (2\mathrm{\π}\×50)t$

C1为降压电容，与现有技术中的电容降压驱动电路中的的降压电容作用相同，两端施加交流电压时，输出小电流。当负载串接的LED数量较少时，LED和二极管上电压降对电路影响可忽略，此时C1通路输出的电流为

$I_{C1}=C1\×\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{in}}}{\mathrm{dt}}=C1\×220\sqrt{2}\×2\mathrm{\π}\×50\×\cos (2\mathrm{\π}\×50)t$

L1为降压电感，在两端施加交流电压时，也会输出一个交流电流。同样，忽略LED和二极管上电压降对电路的影响，电感L1上输出的电流为

$I_{L1}=\frac{1}{L1}{\∫}_0^t{u}_{\mathrm{in}}\mathrm{dt}=-\frac{1}{L1}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}\×50}\×220\sqrt{2}\×\cos (2\mathrm{\π}\×50)t-I_0$

考虑到随着时间的推移，由于整流二极管和LED的消耗电能，I₀会逐渐减小到0，则：

$I_{L1}=-\frac{1}{L1}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}\×50}\×220\sqrt{2}\×\cos (2\mathrm{\π}\×50)t$

在C2上输出的电流为：

$I_{C2}=C2\×\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{in}}}{\mathrm{dt}}=C2\×220\sqrt{2}\×2\mathrm{\π}\×50\×\cos (2\mathrm{\π}\×50)t$

因此，整个驱动电路消耗的电流

$I=I_{C1}+I_{L1}+I_{C2}=220\sqrt{2}\×\cos (2\mathrm{\π}\×50)t\×[2\mathrm{\π}\×50\×(C1+C2)-\frac{1}{L1}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}\×50}]$

选择合适的C 1、C2、L1，当满足以下条件：

(1)I_C1的有效值为要求的LED工作电流；

$\left(2\right)2\mathrm{\π}\×50\×(C1+C2)-\frac{1}{L1}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}\×50}=0.$

此时，即可实现LED驱动，又使电网上不出现大电流影响功率因数和效率。电网上的电流接近0。由于二极管、LED会消耗功率，电网上还会出现一定的电流。

对电路工作过程的电流通路分析如下：

1、当交流电压相位为0°时(即当上述表达式中的t＝0时)，电压处在上升趋势，电容上电流为正，电感上电流为负。流到电网上的电流较小，可忽略。如图6所示，图中带箭头线条代表电流的流动路径，线条上的箭头代表电流的方向。

2、当交流电压相位为180°时(即当上述表达式中的t＝10mS时)，电压处在下降趋势，电容上电流为负，电感上电流为正。流到电网上的电流较小，可忽略。如图7所示，图中带箭头线条代表电流的流动路径，线条上的箭头代表电流的方向。

3、当交流电压相位为90°或270°时，此时整个驱动电路消耗的电流不影响功率因数，因此无须作分析。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下

技术效果：

通过电容降压和电感降压并联的方式驱动LED，可以在不增加电路复杂性的基础上，实现高功率因数、高效率的LED照明灯驱动；通过在驱动电路中使用补偿电容，使驱动电路对电感的感值要求降低；在LED驱动电路中同时采用稳流电路和保护器件，使LED通过电流较平稳，发光亮度均衡；保护器件使LED免于因冲击电流的影响而缩短使用寿命，保证了LED正常寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种LED驱动电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、LED阵列，其特征在于，所述整流电路包括第一支路和第二支路，其中，

所述第一支路包括第一整流桥和与所述第一整流桥的第一交流端相连的第一电容，所述第一电容的另一端用于连接到交流电源，

所述第二支路包括第二整流桥和与所述第二整流桥的第一交流端相连的第一电感，所述第一电感的另一端用于连接到交流电源，

所述第一整流桥的第一直流端与所述第二整流桥的第一直流端连接，所述第一整流桥的第二直流端与所述第二整流桥的第二直流端连接，

其中，所述第一电容和所述第一电感在交流电源频率处谐振，

其中，所述第一支路和所述第二支路形成并联的方式；

其中，所述整流电路还包括与第一电感并联的第二电容；所述LED驱动电路还包括与所述LED阵列串联的第二电感；所述滤波电路和所述LED阵列之间还设置有限压保护电路，所述限压保护电路包括设置在所述第一直流端与所述第二直流端之间的限压保护器件；所述LED阵列由多个LED串联而成，或所述LED阵列由多个LED串联后并联而成，所述整流桥为二极管整流桥。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：

所述第一整流桥和所述第二整流桥的所述第一直流端是共用的，

所述第一整流桥和所述第二整流桥的所述第二直流端是共用的，并且

所述第一整流桥和所述第二整流桥还具有共用的第二交流端，

从而，所述第一整流桥和所述第二整流桥共用位于所述第一直流端和第二交流端之间的第一桥臂和位于第二直流端和第二交流端之间的第二桥臂。

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