CN102014537B - Led灯驱动电路 - Google Patents

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    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
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Abstract

本发明涉及LED灯驱动电路,包括稳压电路、稳流电路、反馈电路,其中所述稳压电路一端与输入电源连接,另一端与LED灯输入端连接,提供并调节LED灯的驱动电压;所述稳流电路的输出端与LED灯的输出端连接,为LED灯提供稳定的驱动电流;所述反馈电路,一端与稳压电路连接,另一端与稳流电路的输出端连接,采集稳流电路的电信号,并产生反馈信号,以供稳压电路对LED灯的驱动电压调整。本发明LED灯驱动电路通过反馈电路,使得稳压、稳流电路同步调整,达到同时调整并稳定LED灯的工作电流、工作电压的目的,提高了照明系统的工作效率,延长了照明系统的使用寿命。

Description

LED灯驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域,特别涉及一种LED灯驱动电路。
背景技术
随着世界能源危机的激化,降低能耗,保护环境已成共识。LED照明将取代能效低的第一代和第二代照明技术。使用时,大功率LED照明灯都采用多只LED灯串联,每一串灯单独驱动的方式。由于LED灯的特性要求恒压恒流驱动,所以要求LED灯的供电电源都要同时提供几路单独的恒压恒流电源,且LED灯的设计以节能为目标,也要求供电电源的恒压恒流精度高,效率高,寿命长。在户外-40C-50C的工作条件下,LED灯可以工作3-5年。
图4是现有技术的LED灯驱动电路的电路结构。参照图4,现有LED照明灯的驱动电路分别采用稳压模块和稳流模块控制LED的工作电压和电流。
图5是现有技术中采用线性稳流线路的LED灯驱动电路结构。参照图5,稳压模块的输出电压为大于串联LED最大正向导通电压的固定值,即LED的输入电压不随LED的工作状态调整。稳流模块利用线性稳流技术来控制LED的工作电流,通过直接采样串联LED的电流,与参考基准电压进行比较,调整稳流管的导通阻抗,从而控制LED的工作电流。由于LED的工作电流是随着其输入电压和工作温度变化的,若采用开关电源输出稳定的直流电压,再经过多组线性调整电路稳定电流,实现多路恒流输出,在户外-40C-50C的工作条件下,将不能满足功能,效率,和寿命的要求。而且,在输入电压按大于串联LED最大正向导通电压设定的情况下,当工作温度达到50℃时,LED的达到正向导通电压最小值,线性稳流管的功耗将达到最大值,此刻LED灯具系统的效率也会下降,同时线性稳压管的温度升高,使得LED灯的使用寿命缩短。
图6是现有技术中采用PWM稳流线路的LED灯驱动电路结构。参照图6,稳压模块的输出电压为大于串联LED最大正向导通电压的固定值,即LED的输入电压不随LED的工作状态调整。稳流模块利用电流型PWM来控制LED工作电流。在LED灯的输入电压按大于串联LED最大正向导通电压设定的情况下,当工作温度达到50℃时,LED灯达到正向导通电压值的最小值,BOOST变换器的占空比将收缩到最小值,LED灯具将达到最佳的工作效率。但是,当工作温度达到-40℃时,LED灯达到正向导通电压的最大值,BOOST变换器的占空比将达到最大值,LED灯具系统的效率将下降。而且,此驱动电路虽可以满足LED灯的驱动要求,但其使用的器件较多,线路也较复杂,使得成本较高。
综上所述,现有的技术方案均不能同步调整LED的输入电压和工作电流,线性稳流技术的功耗较高,PWM稳流技术的使用成本较高,均不能完全满足大功率LED户外灯的技术要求。
发明内容
本发明的主要发明目的是提供一种LED灯驱动电路,旨在提高LED灯的工作效率,延长照明系统的使用寿命。
本发明LED灯驱动电路包括稳压电路、稳流电路、反馈电路,其中所述稳压电路一端与输入电源连接,另一端与LED灯输入端连接,提供并调节LED灯的驱动电压;所述稳流电路的输出端与LED灯的输出端连接,为LED灯提供稳定的驱动电流;所述反馈电路,一端与稳压电路连接,另一端与稳流电路的输出端连接,采集稳流电路的电信号,并产生反馈信号,以供稳压电路、稳流电路进行同步调整。
优选地,上述反馈电路包括:
采集电路,采集稳流电路输出端的电压作为采样电压,并传送给比较电路;
比较电路,与采集电路连接,并根据采样电压的变化产生电平信号;
开关电路,可分别与比较电路及稳压电路连接,根据比较电路输出的电平信号产生反馈信号。
优选地,上述比较电路可包括电压比较器及电源,电压比较器的输入端分别与采集电路及电源连接,比较上述采样电压与电源提供的电压,并产生电平信号。
优选地,上述开关电路可包括二极管,其中二极管的正极与上述电压比较器的输出端连接,负极与稳压电路连接。
优选地,上述采集电路可包括第一阻容网络及第二阻容网络;第一阻容网路可串接在稳流电路的输出端及比较电路的同相输入端;第二阻容网络的一端接地,另一端与电压比较器的同相输入端连接。
优选地,上述比较电路还可包括第三阻容网络,其中第三阻容网络的两端可分别连接比较电路的同相输入端及输出端。
优选地,上述稳压电路可包括至少一电压调节电路,与所述开关电路的输出端连接,根据开关电路输出端的电压变化调整电压输出端的电压。
优选地,上述电压调节电路为电流型或电压型PWM DC/DC变换器。
优选地,上述稳流电路可包括运算放大器、晶体管及电源;运算放大器的同相输入端可与电源连接,反相输入端可与晶体管的源极连接,输出端可与晶体管的栅极连接;晶体管的源极与地之间可串联一电阻,漏极可与LED灯连接。
优选地,上述稳流电路还可包括第五阻容网络、第六阻容网络,第五阻容网络可串接在所述晶体管的源极及运算放大器的反相输入端之间;第六阻容网络的一端可与运算放大器的输出端连接,另一端可与运算放大器的反相输入端连接,构成运算放大器的负反馈。
本发明LED灯驱动电路通过反馈电路,使得稳压、稳流电路同步调整,达到同时调整并稳定LED灯的工作电流、工作电压的目的。因此,本发明LED灯驱动电路解决了现有技术中线性稳流电路的功耗高的问题,提高了照明系统的效率,延长了照明系统的使用寿命;而且较PWM稳流电路使用的电子器件少,节约了成本。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式中LED灯驱动电路的结构示意图;
图2是上述实施方式的一个实施例中LED灯驱动电路的电路结构示意图;
图3是上述实施方式的另一个实施例中LED灯驱动电路的结构示意图;
图4是现有技术的LED灯驱动电路的电路结构示意图;
图5是现有技术中采用线性稳流线路的LED灯驱动电路的电路结构示意图;
图6是现有技术中采用PWM稳流线路的LED灯驱动电路的电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1示出了本发明LED灯驱动电路的结构。参照图1,该驱动电路包括稳压电路10、稳流电路20及反馈电路30。稳压电路10,一端与输入电源连接,另一端与LED灯40的输入端连接,提供并调节LED灯40的驱动电压,即LED灯40的输入电压。稳流电路20,输出端与LED灯40的输出端连接,为LED灯40提供稳定的电流。反馈电路30一端与稳压电路连接,另一端与稳流电路20的输出端连接,采集稳流电路20的电信号,并将采集到的电信号经过处理后产生反馈信号。稳压电路10根据反馈信号进行输出电压的调整。
在LED灯工作过程中,LED灯40的工作电压会随着环境温度的升高及自身的发热而降低,则流过LED灯40的电流会增大,即稳流电路20的输出端的电流增大。此时稳流电路20将产生作用,调节LED灯40的电流。反馈电路30将采集到稳流电路20的输出端电压的变化,并产生一个反馈信号,稳压电路10接收到该反馈信号后,将降低输出电压,从而流过LED灯40的电压也将降低。反馈电路30采集到LED灯40的电流的变化,再产生反馈信号,稳压电路10再根据反馈信号进行输出电压的调整,从而同步调整LED灯的工作电流。经过反复循环调整,使得LED灯40的输入电压及工作电流达到一个最佳的平衡状态。
本发明通过反馈电路,将LED灯驱动电路中稳流电路的电信号反馈至稳压电路,稳压电路则根据该反馈信号进行输出电压的调整,从而可以同步调整LED灯的工作电流,使得LED灯的输入电压与工作电流可以同步调整,并经过反复循环调整可以使得LED灯的输入电压与工作电流达到一个最佳的平衡状态,既降低了稳流电路的功耗,也提高了LED灯的工作效率。
图2示出了上述实施方式的一个实施例中LED灯驱动电路的电路结构。参照图2,上述反馈电路30包括开关电路31、比较电路32及采集电路33。比较电路32包括电压比较器U2及电源V3。电压比较器U2包括同相输入端及反相输入端,当同相输入端的电压大于反相输入端的电压,则输出高电平;反之则输出低电平。电源V3提供一基准电压,与电压比较器U2的反相输入端连接。开关电路31包括二极管D。采集电路33采集稳流电路20的输出端的电压作为采样电压,包括第一阻容网络Z8,该第一阻容网络Z8的一端与稳流电路20的输出端连接,另一端与电压比较器U2的同相输入端连接。电压比较器U2的输出端与二极管D的正极连接。当采样电压大于基准电压时,则电压比较器U2输出高电平,二极管D导通;反之,则电压比较器U2输出低电平,二极管D截止。
上述实施例中,上述采集电路33还包括第二阻容网络Z9。第二阻容网络Z9的一端接地,另一端与电压比较器U2的同相输入端连接。第一阻容网络Z8与第二阻容网路Z9构成分压采样电路,不但能够对稳流电路20的输出端进行分压采样,而且对稳流电路20的输出电压起到很好的滤波作用。
上述实施例中,上述比较电路32还包括第三阻容网络Z10。该第三阻容网络Z10的一端与上述电压比较器U2的输出端连接,另一端与上述电压比较器U2的同相输入端连接。而且第二阻容网络Z9及第三阻容网络Z10构成有源滤波器,很好地消除了阻容网络中LC产生的谐振。
上述的电压比较器U2,也可以为运算放大器等其他的比较器件。上述的二极管,也可以是稳压管等其他的单向导通元件。
上述实施例中,稳压电路10包括电压调节电路11。该电压调节单元11将输入电压调节为与LED灯匹配的电压,与开关电路31的输出端连接,根据开关电路31输出端的电压变化来调整电压调节电路11输出端的电压。
上述实施例中,电压调节电路11优选为电压型或电流型DC/DC变换器PSU1,该DC/DC变换器PSU1的电压反馈端FB与上述开关电路31的输出端连接,根据开关电路31的输出端的电压变化来调整电压输出端Vout的电压。电压输出端Vout还与电压反馈端FB连接,使得DC/DC变换器可以根据电压输出端Vout的电压变化及时调整电压的输出。例如,当DC/DC变换器的输出电压不稳定、出现波动时,该电压输出端Vout将输出电压值反馈至DC/DC变换器的电压反馈端FB,DC/DC变换器根据电压反馈端FB的电压变化来调整输出端的电压,直至达到稳定状态,从而实现了稳压的目的。
上述实施例中,稳压电路10还包括第四阻容网络Z1及第五阻容网络Z2。该第四阻容网络Z1与第五阻容网络Z2串联,并串接在电压反馈端FB与地之间,在电路中起到限流分压、并且滤波的作用。因为DC/DC变换器的电压反馈端FB的电压值比较小,第四阻容网络Z1、第五阻容网络Z2可以保证电压反馈端FB的电压值在正常范围内。
上述实施例中,稳压电路10还包括运算放大器U1。该运算放大器U1可以使电压输出端Vout的电压变小,使得输入电压反馈端FB的电压满足正常范围值。而且,该运算放大器U1也可以防止上述开关电路31的反馈信号流入电压输出端而影响电压输出端Vout的电压。运算放大器U1的同相输入端与电压输出端Vout连接,反相输入端与DC/DC变换器共地连接,输出端与电压反馈端FB连接。
上述实施例中,稳压电路10还可以包括至少两个DC/DC变换器PSU1串联,使得反馈电路30的输出端分别与各个DC/DC变换器的电压反馈端FB连接,进一步保证了稳压电路10的输出电压的精确调整。
上述实施例中,稳流电路20包括运算放大器U3、晶体管Q1及电源V1。运算放大器U3的同相输入端与电源V1连接;反相输入端与晶体管Q1的源极连接,且源极与反相输入端之间串联第六阻容网路Z4;输出端与晶体管Q1的栅极连接。晶体管Q1的源极与地之间串联一电阻R1;漏极与LED灯40连接。
当晶体管Q1漏极的电压升高时,运算放大器U3则因为反相输入端的电压升高并大于电源V1提供的电压,而使得运算放大器U3的输出电压降低,从而达到降低晶体管Q1漏极的电流的目的。
上述稳流电路20还包括第七阻容网络Z3。该第七阻容网络Z3的一端与运算放大器U3的输出端连接,另一端与运算放大器U3的反相输入端连接。
上述晶体管可以为金属氧化物半导体(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)或双极晶体管(BIPOLAR TRANSISTOR)。
上述电源V1的值可以根据晶体管Q1的特性来选择,使晶体管Q1处于最佳的工作状态。
上述第一阻容网络Z8、第二阻容网络Z9、第三阻容网络Z10、第四阻容网络Z1、第五阻容网络Z2、第六阻容网络Z4及第七阻容网络Z3均为R-C阻容网络,可以根据电路的特性需要来确定R与C的连接结构及结构中R与C的值。
图3示出了上述实施方式的另一个实施例中LED灯驱动电路的结构。参照图3,该LED灯驱动电路可以驱动多路串联的LED灯,包括稳压电路10,多个稳流电路20(1)...20(n)及多个反馈电路30(1)...30(n)。多个稳流电路并联,并与稳压电路10连接。每个稳流电路分别对应连接一个串联的LED灯。例如,稳流电路20(1)与LED灯40(1)连接,反馈电路30(1)分别与稳压电路10及稳流电路20(1)连接,采集稳流电路20(1)的电信号,并产生反馈信号,以供稳压电路10、稳流电路20(1)进行同步调整。稳流电路20(n)与LED灯40(n)连接,反馈电路30(n)分别与稳压电路10及稳流电路20(n)连接,采集稳流电路20(n)的电信号,并产生反馈信号,以供稳压电路10、稳流电路20(n)进行同步调整。无论哪一个串联的LED灯40的工作电压产生了变化,反馈电路30均会采集到稳流电路20输出端的电压的变化并反馈至稳压电路10进行调整,从而达到稳流电路的同步调整。
上述稳压电路10与反馈电路30之间还可以连接一个逻辑电路50,将多个反馈电路30产生的反馈信号进行逻辑运算后,再输入稳压电路10的电压反馈端FB。例如,对多个反馈电路30产生的反馈信号进行取最大值或取平均值运算。
上述LED灯驱动电路的稳压电路、稳流电路及反馈电路也可以组成一个集成电路,以方便大规模生产,大大降低了制造成本。
本发明LED灯驱动电路通过反馈电路,使得稳压、稳流电路同步调整,达到同时调整并稳定LED灯的工作电流、工作电压的目的。因此,本发明LED灯驱动电路解决了现有技术中线性稳流电路的的功耗高的问题,提高了照明系统的效率,延长了照明系统的使用寿命;而且较PWM稳流电路使用的电子器件少,节约了成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种LED灯驱动电路,其特征在于,包括稳压电路、稳流电路、反馈电路,其中所述稳压电路一端与输入电源连接,另一端与LED灯输入端连接,提供并调节LED灯的驱动电压;所述稳流电路的输出端与LED灯的输出端连接,为LED灯提供稳定的驱动电流;所述反馈电路,一端与稳压电路连接,另一端与稳流电路的输出端连接,采集稳流电路的电信号,并产生反馈信号,以供稳压电路对LED灯的驱动电压调整;所述稳流电路包括运算放大器和晶体管及电源;其中,运算放大器的同相输入端与电源连接,反相输入端与晶体管的源极连接,输出端与晶体管的栅极连接;晶体管的源极与地之间串联一电阻,漏极与LED灯连接;
所述反馈电路包括:
采集电路,采集稳流电路输出端的电压作为采样电压,并传送给比较电路;
比较电路,与采集电路连接,并根据采样电压的变化产生电平信号;
开关电路,分别与比较电路及稳压电路连接,根据比较电路输出的电平信号产生反馈信号。
2.如权利要求1所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述比较电路包括电压比较器及电源,电压比较器的输入端分别与采集电路及电源连接,比较所述采样电压与电源提供的电压,并产生电平信号。
3.如权利要求2所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述开关电路包括二极管,其中二极管的正极与所述电压比较器的输出端连接,负极与稳压电路连接。
4.如权利要求3所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述采集电路包括第一阻容网络及第二阻容网络;第一阻容网路串接在稳流电路的输出端及比较电路的同相输入端;第二阻容网络的一端接地,另一端与比较电路的同相输入端连接。
5.如权利要求4所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述比较电路还包括第三阻容网络,其中所述第三阻容网络两端分别连接比较电路的同相输入端及输出端。
6.如权利要求1至5中任一项所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述稳压电路包括至少一电压调节电路,与开关电路的输出端连接,根据开关电路输出端的电压变化调整电压输出端的电压。
7.如权利要求6所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述电压调节电路为电流型或电压型的PWM DC/DC变换器。
8.如权利要求1所述的LED灯驱动电路,其特征在于,所述稳流电路还包括第六阻容网络和第七阻容网络;其中,第六阻容网络串接在所述晶体管的源极及运算放大器的反相输入端之间;第七阻容网络的一端与运算放大器的输出端连接,另一端与运算放大器的反相输入端连接,构成运算放大器的负反馈。
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