CN101868078A - 具有高功率因数的单功率级led恒流驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，包括恒流驱动模块(100)、恒流监控模块(200)、整流模块(300)、分压模块(500)和平均电流检测模块(600)。所述恒流驱动模块(100)根据恒流监控模块(200)反馈的信号控制装置以恒流方式输出LED驱动电流；所述分压模块(500)根据平均电流检测模块(600)反馈的流过LED的平均电流信号，实时调整输入恒流驱动模块(100)的线性调光控制信号输入端口(I_LD)的信号。本发明避免了增加现有技术的功率因数补偿电路，降低了成本；通过所述分压模块(500)和平均电流检测模块(600)的闭环控制调节，使输出电压与输出电流趋于同相位，从而提高功率因数。

Description

具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置

技术领域

本发明涉及用于驱动LED的恒流驱动装置，特别是涉及单功率级LED恒流驱动装置。

背景技术

现有技术一般采用恒流方式驱动LED，所述恒流方式并不是指输出恒定电流值的驱动电流，而是指以一定的频率在很小的摆幅内输出恒定振荡的驱动电流。单功率级LED恒流驱动装置包括恒流驱动模块、恒流监控模块和整流模块。所述整流模块将输入的交流电源整流后输出给恒流驱动模块和恒流监控模块；所述恒流监控模块检测流过LED的电流并反馈给恒流驱动模块，该恒流驱动模块根据该反馈信号控制驱动LED的电流以所述恒流方式输出。

在交流电路参数中，功率因数是反映电路的负荷性质的参数。电压与电流之间的相位差Φ的余弦叫做功率因数，即用cosΦ表示；在数值上，功率因数是有功功率P和视在功率S的比值，即cosΦ＝P/S。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，例如，如果电路中仅有是白炽灯泡、电阻炉等电阻性负荷，那么其功率因数为1；如果电路中存在电感性或者电容性负荷，那么其功率因数就小于1；如果电路中仅存在电感性或者电容性负荷，那么其功率因素就为0。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个重要的技术数据，功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

现有技术LED恒流驱动装置的一般都是通过控制恒流监控模块中的电感性或者电容性储能分模块充电/放电的方法实现恒流输出驱动电流，因此，功率因数是反映LED恒流驱动装置性能的一项重要指标。为了提高功率因数，通常需要增加功率因数补偿电路。如果不增加功率因数补偿电路，功率因数只有0.5左右，不能满足市场要求。现有技术功率因数补偿电路可以分为无源功率因数补偿电路和有源功率因数补偿电路。

上述两种现有技术功率因数补偿电路的存在以下的缺陷和不足：

1.无源功率因数补偿电路增加了无源元件，一般体积都很大也比较重，校正后的功率因数也不是很高，只能达到0.7～0.8，而且发热量比较大，容易产生工频振动和噪声；

2.有源功率因数补偿电路虽然可以非常有效地降低谐波含量、提高功率因数，从而满足严格的谐波标准，但其电路和控制也较复杂，因而成本较高，且开关器件的高速开关造成电路开关损耗较大，其效率略低于无源功率因数校正电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，避免增加功率因数补偿电路，借助恒流驱动模块自身特点，控制输出电流与输入电压波形的相位趋于一致，从而提高装置的功率因数和效率，降低成本。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，包括恒流驱动模块、恒流监控模块和整流模块。所述整流模块将所述恒流驱动装置输入的电源整流后输出给恒流驱动模块和恒流监控模块。所述恒流驱动模块包括线性调光控制信号输入端口、充电反馈输入端口和控制信号输出端口；从线性调光控制信号输入端口输入的控制信号在低于恒流驱动模块的参考电压情况下对所述恒流驱动装置输出的电流进行调节。所述恒流监控模块包括储能分模块、回路切换分模块和充电反馈分模块；所述回路切换分模块接收恒流驱动模块输出的控制信号，将所述储能分模块和被所述恒流驱动装置驱动的大功率LED在为储能分模块存储电能的充电回路与释放所述储能分模块内电能的放电回路之间切换；所述充电反馈分模块用于将充电回路的电流变化情况反馈给充电反馈输入端口。尤其是，所述单功率级LED恒流驱动装置还包括分压模块和平均电流检测模块。所述分压模块包括串联在整流模块输出端口之间的分压电阻和受控电阻分模块；所述受控电阻分模块包括控制信号输入端口和电阻输出端口；该电阻输出端口的等效输出电阻随着从控制信号输入端口输入信号的变化而变化；所述受控电阻分模块的等效输出电阻上的压降是所述线性调光控制信号输入端口的输入信号；所述平均电流检测模块检测流过充电反馈分模块的平均电流并将该平均电流反馈给受控电阻分模块的控制信号输入端口，使受控电阻分模块输出的等效电阻上的压降低于恒流驱动模块内的参考电压，并且令该受控电阻分模块输出的等效电阻值与充电反馈分模块内流过的平均电流值成反比例关系。

具体地，所述单功率级LED恒流驱动装置还包括电源输入端口、用于电连接LED阳极的正输出端口、用于电连接大功率LED阴极的负输出端口、肖特基二极管和输出电容；所述整流模块是由四个二极管组成的桥式整流电路；所述回路切换分模块是N沟道增强型绝缘栅型场效应管；所述储能分模块是电感；所述充电反馈分模块是反馈电阻；所述恒流驱动模块还包括工作电源输入端口和接地端口；所述平均电流检测模块包括检测电阻和检测电容；所述电源输入端口电连接整流模块的输入端口，该整流模块的输出端口分别电连接恒流驱动模块的工作电源输入端口和接地端口；所述正输出端口电连接工作电源输入端口和肖特基二极管的阴极；所述电感电连接在N沟道增强型绝缘栅型场效应管的漏极和负输出端口之间；该N沟道增强型绝缘栅型场效应管的栅极电连接所述控制信号输出端口；所述反馈电阻一端电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管的源极和充电反馈输入端口，另一端电连接恒流驱动模块的接地端口；所述输出电容电连接在正输出端口和负输出端口之间；所述检测电阻电连接在充电反馈输入端口和受控电阻分模块的控制信号输入端口之间；所述检测电容电连接在恒流驱动模块的接地端口和控制信号输入端口之间。

所述恒流驱动模块还包括电源输出端、时钟调节端口、窄脉冲调制调光端口、控制信号处理分模块、与工作电源输入端口和电源输出端口电连接的电源调整分模块和时钟分模块；所述电源调整分模块将从工作电源输入端口输入的电源变换为电源输出端口的输出电源，并为恒流驱动模块内的器件提供电源；所述控制信号处理分模块包括基础比较器、线性调光比较器、RS触发器、两与门和时钟分模块；所述基础比较器和线性调光比较器的正向输入端都电连接所述充电回路反馈输入端口，所述基础比较器的反向输入端从电源调整分模块获取所述恒流驱动模块的参考电压；所述线性调光比较器的反向输入端电连接所述线性调光控制信号输入端口；所述基础比较器和线性调光比较器的输出信号经过一与门输入至RS触发器的复位输入端；所述时钟分模块电连接在RS触发器的置位输入端与时钟调节端口之间，该时钟分模块根据时钟调节端口输入的信号设定向RS触发器输出置位信号的时间；所述RS触发器的正向输出端输出信号和从窄脉冲调制调光端口输入信号经另一与门输入至所述控制信号输出端口。

另外，为实现恒流驱动模块的特殊功能，所述单功率级LED恒流驱动装置还包括电容、二极管和电连接在恒流驱动模块的时钟调节端口与接地端口之间的电阻。所述电容一端电连接恒流驱动模块的电源输出端口和窄脉冲调制调光端口，另一端电连接接地端口。所述二极管的阳极电连接所述N沟道增强型绝缘栅型场效应管的源极，该二极管的阴极电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管的漏极。

同现有技术相比较，本发明“具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置”的技术效果在于：

借助所述恒流驱动模块自身的特点，通过所述分压模块和平均电流检测模块的闭环控制调节，使输出电压与输出电流趋于同相位，从而提高功率因数，进而提高单功率级LED恒流驱动装置的效率；另外，所述单功率级LED恒流驱动装置避免增加现有技术的功率因数补偿电路，降低了成本。

附图说明

图1是本发明“具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置”的基本原理示意框图；

图2是本发明优选实施例的电原理示意框图。

具体实施方式

以下结合附图所示优选实施例作进一步详述。

本发明涉及一种具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，如图1所示，包括恒流驱动模块100、恒流监控模块200和整流模块300。

所述整流模块300将所述恒流驱动装置输入的电源整流后输出给恒流驱动模块100和恒流监控模块200。

所述恒流驱动模块100包括线性调光控制信号输入端口I_LD、充电反馈输入端口I_CS和控制信号输出端口O_G；从线性调光控制信号输入端口I_LD输入的控制信号在低于恒流驱动模块100的参考电压V_REF情况下对所述恒流驱动装置输出的电流进行调节。

所述恒流监控模块200包括储能分模块210、回路切换分模块220和充电反馈分模块230；所述回路切换分模块220接收恒流驱动模块100输出的控制信号，将所述储能分模块210和被所述恒流驱动装置驱动的LED400在为储能分模块210存储电能的充电回路LPc与释放所述储能分模块210内电能的放电回路LPr之间切换；所述充电反馈分模块230用于将充电回路的电流变化情况反馈给充电反馈输入端口I_CS。

尤其，本发明所述单功率级LED恒流驱动装置还包括分压模块500和平均电流检测模块600。所述分压模块500包括串联在整流模块300输出端口之间的分压电阻R₁和受控电阻分模块510；所述受控电阻分模块510包括控制信号输入端口I_C和电阻输出端口O_RA、O_RB；该电阻输出端口O_RA、O_RB的等效输出电阻随着从控制信号输入端口I_C输入信号的变化而变化；所述受控电阻分模块510的等效输出电阻上的压降是所述线性调光控制信号输入端口I_LD的输入信号；所述平均电流检测模块600检测流过充电反馈分模块230的平均电流并将该平均电流反馈给受控电阻分模块510的控制信号输入端口I_C，使受控电阻分模块510输出的等效电阻上的压降低于恒流驱动模块100内的参考电压，并且令该受控电阻分模块510输出的等效电阻值与充电反馈分模块230内流过的平均电流值成反比例关系，即所述平均电流变大时，受控电阻分模块510输出的等效电阻值减小，输入线性调光控制信号输入端口I_LD的电压降低，从而使流过LED400的平均电流也会变小。

本发明借助恒流驱动模块100的线性调光控制信号输入端口I_LD的特性，通过分压模块500和平均电流检测模块600形成的闭环控制电路，用受控电阻分模块510等效输出电阻两端的与所述装置输入电压同相的电压信号的实时调控单功率级LED恒流驱动装置的输出电流，令输入电压与输出电流趋于同相位，从而提高了功率因数和装置的效率；另外，分压模块500和平均电流检测模块600形成的闭环控制作用，令驱动LED的电流更趋恒定。

本发明提供了图2所示的优选实施方式，所述单功率级LED恒流驱动装置还包括电源输入端口V_INA、V_INB、用于电连接LED400阳极的正输出端口V_O+、用于电连接大功率LED400阴极的负输出端口V_O-、肖特基二极管D_S和输出电容C_O。

所述整流模块300是由四个二极管组成的桥式整流电路；所述回路切换分模块220是N沟道增强型绝缘栅型场效应管M；所述储能分模块210是电感L；所述充电反馈分模块230是反馈电阻R_F；所述恒流驱动模块100还包括工作电源输入端口Vc和接地端口GND；所述平均电流检测模块600包括检测电阻R_C和检测电容C_C；

所述电源输入端口V_INA、V_INB电连接整流模块300的输入端口，该整流模块300的输出端口分别电连接恒流驱动模块100的工作电源输入端口Vc和接地端口GND；所述正输出端口V_O+电连接工作电源输入端口Vc和肖特基二极管D_S的阴极；所述电感L电连接在N沟道增强型绝缘栅型场效应管M的漏极d和负输出端口V_O-之间；该N沟道增强型绝缘栅型场效应管M的栅极g电连接所述控制信号输出端口O_G；所述反馈电阻R_F一端电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管M的源极s和充电反馈输入端口I_CS，另一端电连接恒流驱动模块100的接地端口GND；所述输出电容C_O电连接在正输出端口V_O+和负输出端口V_O-之间；所述检测电阻R_C电连接在充电反馈输入端口I_CS和受控电阻分模块510的控制信号输入端口I_C之间；所述检测电容C_C电连接在恒流驱动模块100的接地端口GND和控制信号输入端口I_C之间。

具体地，本发明优选实施例，如图2所示，所述恒流驱动模块100还包括电源输出端V_D、时钟调节端口TR、窄脉冲调制调光端口PWM、控制信号处理分模块110、与工作电源输入端口Vc和电源输出端口V_D电连接的电源调整分模块120和时钟分模块130；所述电源调整分模块120将从工作电源输入端口Vc输入的电源变换为电源输出端口V_D的输出电源，并为恒流驱动模块100内的器件提供电源。

所述控制信号处理分模块110包括基础比较器CM₁、线性调光比较器CM₂、RS触发器U_RS、两与门U_A和时钟分模块130；所述基础比较器CM₁和线性调光比较器CM₂的正向输入端都电连接所述充电回路反馈输入端口I_CS，所述基础比较器CM₁的反向输入端从电源调整分模块获取所述恒流驱动模块100的参考电压V_REF；所述线性调光比较器CM₂的反向输入端电连接所述线性调光控制信号输入端口I_LD；所述基础比较器CM₁和线性调光比较器CM₂的输出信号经过一与门U_A输入至RS触发器U_RS的复位输入端R；所述时钟分模块130电连接在RS触发器U_RS的置位输入端S与时钟调节端口TR之间，该时钟分模块130根据时钟调节端口TR输入的信号设定向RS触发器U_RS输出置位信号的时间；所述RS触发器U_RS的正向输出端输出信号和从窄脉冲调制调光端口PWM输入信号经另一与门U_A输入至所述控制信号输出端口O_G。

所述单功率级LED恒流驱动装置还包括电容C_DP、二极管D_M和电连接在恒流驱动模块100的时钟调节端口TR与接地端口GND之间的电阻R_T。该电阻R_T用于设定恒流驱动模块100的工作频率。所述电容C_DP一端电连接恒流驱动模块100的电源输出端口V_D和窄脉冲调制调光端口PWM，另一端电连接接地端口GND；所述二极管D_M的阳极电连接所述N沟道增强型绝缘栅型场效应管M的源极s，该二极管D_M的阴极电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管M的漏极d。

是实现所述恒流驱动模块100可以采用Focaltech Systems Co.，Ltd公司生产的FT6610芯片。其参考电压V_REF是250mV。经实验测得，本发明具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置的功率因数可以达到0.95。

Claims (4)

1.一种具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，包括恒流驱动模块(100)、恒流监控模块(200)和整流模块(300)；

所述整流模块(300)将所述恒流驱动装置输入的电源整流后输出给恒流驱动模块(100)和恒流监控模块(200)；

所述恒流驱动模块(100)包括线性调光控制信号输入端口(I_LD)、充电反馈输入端口(I_CS)和控制信号输出端口(O_G)；从线性调光控制信号输入端口(I_LD)输入的控制信号在低于恒流驱动模块(100)的参考电压情况下对所述恒流驱动装置输出的电流进行调节；

所述恒流监控模块(200)包括储能分模块(210)、回路切换分模块(220)和充电反馈分模块(230)；所述回路切换分模块(220)接收恒流驱动模块(100)输出的控制信号，将所述储能分模块(210)和被所述恒流驱动装置驱动的LED(400)在为储能分模块(210)存储电能的充电回路与释放所述储能分模块(210)内电能的放电回路之间切换；所述充电反馈分模块(230)用于将充电回路的电流变化情况反馈给充电反馈输入端口(I_CS)；

其特征在于：

还包括分压模块(500)和平均电流检测模块(600)；

所述分压模块(500)包括串联在整流模块(300)输出端口之间的分压电阻(R₁)和受控电阻分模块(510)；所述受控电阻分模块(510)包括控制信号输入端口(I_C)和电阻输出端口(O_RA、O_RB)；该电阻输出端口(O_RA、O_RB)的等效输出电阻随着从控制信号输入端口(I_C)输入信号的变化而变化；所述受控电阻分模块(510)的等效输出电阻上的压降是所述线性调光控制信号输入端口(I_LD)的输入信号；所述平均电流检测模块(600)检测流过充电反馈分模块(230)的平均电流并将该平均电流反馈给受控电阻分模块(510)的控制信号输入端口(I_C)，使受控电阻分模块(510)输出的等效电阻上的压降低于恒流驱动模块(100)内的参考电压，并且令该受控电阻分模块(510)输出的等效电阻值与充电反馈分模块(230)内流过的平均电流值成反比例关系。

2.根据权利要求1所述的具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，其特征在于：还包括电源输入端口(V_INA、V_INB)、用于电连接LED(400)阳极的正输出端口(V_O+)、用于电连接LED(400)阴极的负输出端口(V_O-)、肖特基二极管(D_S)和输出电容(C_O)；

所述整流模块(300)是由四个二极管组成的桥式整流电路；所述回路切换分模块(220)是N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)；所述储能分模块(210)是电感(L)；所述充电反馈分模块(230)是反馈电阻(R_F)；所述恒流驱动模块(100)还包括工作电源输入端口(Vc)和接地端口(GND)；所述平均电流检测模块(600)包括检测电阻(R_C)和检测电容(C_C)；

所述电源输入端口(V_INA、V_INB)电连接整流模块(300)的输入端口，该整流模块(300)的输出端口分别电连接恒流驱动模块(100)的工作电源输入端口(Vc)和接地端口(GND)；所述正输出端口(V_O+)电连接工作电源输入端口(Vc)和肖特基二极管(D_S)的阴极；所述电感(L)电连接在N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)的漏极(d)和负输出端口(V_O-)之间；该N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)的栅极(g)电连接所述控制信号输出端口(O_G)；所述反馈电阻(R_F)一端电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)的源极(s)和充电反馈输入端口(I_CS)，另一端电连接恒流驱动模块(100)的接地端口(GND)；所述输出电容(C_O)电连接在正输出端口(V_O+)和负输出端口(V_{O -})之间；所述检测电阻(R_C)电连接在充电反馈输入端口(I_CS)和受控电阻分模块(510)的控制信号输入端口(I_C)之间；所述检测电容(C_C)电连接在恒流驱动模块(100)的接地端口(GND)和控制信号输入端口(I_C)之间。

3.根据权利要求2所述的具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，其特征在于：

所述恒流驱动模块(100)还包括电源输出端(V_D)、时钟调节端口(TR)、窄脉冲调制调光端口(PWM)、控制信号处理分模块(110)、与工作电源输入端口(Vc)和电源输出端口(V_D)电连接的电源调整分模块(120)和时钟分模块(130)；所述电源调整分模块(120)将从工作电源输入端口(Vc)输入的电源变换为电源输出端口(V_D)的输出电源，并为恒流驱动模块(100)内的器件提供电源；

所述控制信号处理分模块(110)包括基础比较器(CM₁)、线性调光比较器(CM₂)、RS触发器(U_RS)、两与门(U_A)和时钟分模块(130)；所述基础比较器(CM₁)和线性调光比较器(CM₂)的正向输入端都电连接所述充电回路反馈输入端口(I_CS)，所述基础比较器(CM₁)的反向输入端从电源调整分模块获取所述恒流驱动模块(100)的参考电压；所述线性调光比较器(CM₂)的反向输入端电连接所述线性调光控制信号输入端口(I_LD)；所述基础比较器(CM₁)和线性调光比较器(CM₂)的输出信号经过一与门(U_A)输入至RS触发器(U_RS)的复位输入端(R)；所述时钟分模块(130)电连接在RS触发器(U_RS)的置位输入端(S)与时钟调节端口(TR)之间，该时钟分模块(130)根据时钟调节端口(TR)输入的信号设定向RS触发器(U_RS)输出置位信号的时间；所述RS触发器(U_RS)的正向输出端输出信号和从窄脉冲调制调光端口(PWM)输入信号经另一与门(U_A)输入至所述控制信号输出端口(O_G)。

4.根据权利要求3所述的具有高功率因数的单功率级LED恒流驱动装置，其特征在于：还包括电容(C_DP)、二极管(D_M)和电连接在恒流驱动模块(100)的时钟调节端口(TR)与接地端口(GND)之间的电阻(R_T)；

所述电容(C_DP)一端电连接恒流驱动模块(100)的电源输出端口(V_D)和窄脉冲调制调光端口(PWM)，另一端电连接接地端口(GND)；

所述二极管(D_M)的阳极电连接所述N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)的源极(s)，该二极管(D_M)的阴极电连接N沟道增强型绝缘栅型场效应管(M)的漏极(d)。

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