CN102209413A - 电流反馈电路及led灯驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电流反馈电路，包括采样电路，与线性恒流源连接，用于采样线性恒流源的功耗电压；电流控制电路，与采样电路连接，用于根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源。本发明还涉及了一种LED灯驱动电路，通过采样电路采样线性恒流源的功耗电压，并根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，输出至恒压源电压反馈电阻，以供恒压源根据反馈电流调低输出电压，降低线性恒流源的损耗。本发明通过线性恒流源的功耗电压产生稳定的反馈电流，从而避免了反馈电流对线性恒流源及恒压源造成的振荡，在LED稳定工作状态下进一步提高了LED灯的驱动效率。

Description

电流反馈电路及LED灯驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种用于LED灯驱动电路的电流反馈电路及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，所以现有的LED灯驱动电路通过采用固定的输入电压，以电流型PWM或线性稳流控制技术，来控制LED灯的工作电流。但是，该驱动方式无法同步调整LED灯的输入电压和工作电流。因此，现有的LED灯驱动电路又通过在恒压源及线性恒流源之间增加反馈电路，根据线性恒流源的功耗来调整恒压源的电压，使得LED灯的输入电压和工作电流可以同步调整，以达到降低功耗、提高工作效率的目的。
但是，上述反馈电路很容易导致恒压源与线性恒流源的振荡，尤其当用LLC谐振变换器作为恒压源时，该反馈电路产生的反馈电流将会频繁地改变恒压源的工作频率而造成振荡，从而使得LED灯不能正常工作。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电流反馈电路及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。
本发明提供了一种电流反馈电路，包括：
采样电路，与线性恒流源连接，用于采样线性恒流源的功耗电压；
电流控制电路，与采样电路连接，用于根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源电压反馈电阻。
优选地，上述电流控制电路包括运算放大器、电流镜像电路及反馈电流控制电阻，其中所述运算放大器的同相输入端与采样电路连接，反相输入端通过反馈电流控制电阻接地，且反相输入端还与电流镜像电路连接，所述运算放大器的输出端与电流镜像电路连接，所述运算放大器用于计量反馈电流，并通过电流镜像电路输出稳定的反馈电流。
优选地，上述电流镜像电路包括第一三极管、第二三极管及第三三极管，其中所述第一三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第一三极管的集电极分别与第二三极管的集电极、所述第二三极管的基极和所述第三三极管的基极连接；所述第三三极管的集电极输出反馈电流。
优选地，上述电流控制电路还包括线性恒流源的功耗控制参考电源，所述功耗控制参考电源与所述反馈电流控制电阻串联，为运算放大器提供参考电压。
优选地，上述电流控制电路还包括稳压管，所述稳压管与采样电路连接，限定所述恒压源的调压范围。
优选地，上述电流反馈电路还包括连接在采样电路与电流控制电路之间的滤波电路，用于对所述功耗电压的采样进行延时和滤波处理；所述滤波电路包括第一级滤波电路、第二级滤波电路和射随器，其中所述第一级滤波电路与采样电路连接，所述射随器连接在第一级滤波电路及第二滤波电路之间，所述第二级滤波电路与电流控制电路连接。
优选地，上述第一级滤波电路包括第一滤波电容及超调开关管，所述超调开关管的基极与所述采样电路连接，所述超调开关管的发射极和集电极分别与所述第一滤波电容的两端连接，当所述采样的功耗电压低于第一滤波电容的电压时，所述超调开关管导通，则第一滤波电容放电，直至其电压与采样的功耗电压相等。
本发明还提供了一种LED灯驱动电路，包括：
恒压源，与LED灯连接，提供并调节LED灯的驱动电压；
线性恒流源，与LED灯连接，提供并调节LED灯的驱动电流；
电流反馈电路，与所述线性恒流源连接，采样线性恒流源的功耗电压，并根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，输出至恒压源电压反馈电阻，以供恒压源调整其输出电压。
优选地，上述电流反馈电路包括：
采样电路，与所述线性恒流源连接，用于采样线性恒流源的功耗电压；
滤波电路，与采样电路连接，用于对所述功耗电压的采样进行延时和滤波处理；
电流控制电路，与滤波电路连接，用于根据滤波后的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源电压反馈电阻。
优选地，上述电流控制电路包括运算放大器、电流镜像电路和反馈电流控制电阻，其中所述运算放大器的同相输入端与滤波电路连接，反相输入端通过反馈电流控制电阻和参考电源接地，且反相输入端还与电流镜像电路连接，输出端与电流镜像电路连接，所述运算放大器用于计量反馈电流，并通过电流镜像电路输出稳定的反馈电流至恒压源电压反馈电阻，通过恒压源调低其输出电压，从而调整线性恒流源的功耗电压接近功耗控制参考电源的电压。
本发明通过采样线性恒流源的功耗电压，并产生稳定的反馈电流，以供恒压源根据反馈电流调低输出电压，降低线性恒流源的损耗，从而避免了反馈电流对线性恒流源及恒压源造成的振荡，在保证LED稳定工作的状态下进一步提高LED灯的驱动效率。
附图说明
图1是本发明电流反馈电路一实施例的结构框图；
图2是本发明电流反馈电路一实施例的电路结构示意图；
图3是本发明电流反馈电路另一实施例的电路结构示意图；
图4是本发明电流反馈电路另一实施例的结构框图；
图5是本发明电流反馈电路另一实施例的电路结构示意图；
图6是本发明LED灯驱动电路一实施例的电路结构图；
图7是图6所示的电路的SIMetrix示意图；
图8是本发明LED灯驱动电路另一实施例的结构框图。
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。
本发明主要为了解决反馈电路造成恒压源和线性恒流源的振荡，而提供一种电流反馈电路，采样线性恒流源的功耗电压后产生稳定的反馈电流至恒压源电压反馈电阻，以供恒压源根据反馈电流调低输出电压，降低线性恒流源的损耗，从而不会造成恒压源和线性恒流源的振荡，在保证LED稳定工作的状态下进一步提高LED灯的驱动效率。
图1是本发明电流反馈电路一实施例的结构框图。
本实施例电流反馈电路，包括：
采样电路10，与线性恒流源400连接，用于采样线性恒流源400的功耗电压；
电流控制电路11，与采样电路10连接，用于根据采样后的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源300电压反馈电阻。
恒压源300与线性恒流源400分别为LED灯500提供恒定的电压及电流。其中，恒压源300可以为PWM变换器或LLC变换器。
图2是本发明电流反馈电路一实施例的电路结构示意图。
采样电路10包括采样电阻R23，该采样电阻R23的一端与线性恒流源400连接，另一端与电流控制电路11连接。用于采样线性恒流源400的功耗电压。该线性恒流源400的功耗电压，即线性恒流源400中的晶体管MOSFET的漏极的电压VD。
电流控制电路11包括运算放大器X1、电流镜像电路111及反馈电流控制电阻R16。其中运算放大器X1的同相输入端与采样电路10连接，反相输入端通过反馈电流控制电阻R16接地，且反相输入端还与电流镜像电路111连接，输出端也与电流镜像电路111连接。该运算放大器X1用于计量反馈电流，并通过电流镜像电路111输出稳定的反馈电流。该反馈电流经过恒压源300电压反馈电阻而调低恒压源300输出电压，从而达到调低线性恒流源400功耗电压的目的。
上述电流镜像电路111包括第一三极管Q1、第二三极管Q2及第三三极管Q3。其中第一三极管Q1的基极与运算放大器X1的输出端连接，发射极与运算放大器X1的反相输入端连接，集电极分别与第二三极管Q2的集电极及基极、第三三极管Q3的基极连接。第三三极管Q3的集电极输出反馈电流。该电流镜像电路111使得经过第二三级管Q2及第一三极管Q1的电流与经过第三三极管Q3的电流相等，即上述反馈电路I_feed。
当运算放大器X1的同相输入端的电压发生变化时，则通过调节第一三极管Q1的电流IQ1，使运算放大器X1的反相输入端的电压(即IQ1*R16)逐渐等于同相输入端的电压，使其达到平衡状态，则电流IQ1也趋于稳定。此时，经过第三三极管Q3的电流I_feed等于稳定的IQ1。
本实施例中电流控制电路11还可以包括线性恒流源400的功耗控制参考电源V1，为运算放大器X1提供参考电压。该功耗控制参考电源V1串联在反馈电流控制电阻R16与地之间。
图3是本发明电流反馈电路另一实施例的电路结构示意图。
在上一实施例的基础上，本实施例的电流控制电路11还包括：
稳压管D6，与采样电路10连接，用于限定电流控制电路11的最大的反馈电流值。其正端接地，负端分别与采样电路10及运算放大器X1的同相输入端连接。当采样电路10输出的采样电压大于稳压管D6的最大限定值时，则运算放大器X1的同相输入端的电压为稳压管D6的最大限定电压值。
通过稳压管D6，可以限定电流控制电路11的反馈电流值范围，即限定恒压源300的调压范围，从而使得恒压源300的输出电压可以精确调整。
图4是本发明电流反馈电路另一实施例的结构框图。
本实施例电流反馈电路包括：
采样电路20，与线性恒流源400连接，用于采样线性恒流源400的功耗电压；
滤波电路21，与采样电路20连接，用于对功耗电压的采样进行延时和滤波处理；
电流控制电路22，与滤波电路21连接，用于根据滤波后的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源300电压反馈电阻。
上述采样电路20与电流控制电路22与上述实施例中采样电路10及电流控制电路11的结构、功能一致，在此就不再赘述。
图5是本发明电流反馈电路另一实施例的电路结构示意图。
滤波电路21包括第一级滤波电路211、第二级滤波电路212及射随器X3。其中第一级滤波电路211与采样电阻R23连接，射随器X3连接在第一级滤波电路211及第二滤波电路212之间，第二级滤波电路211的输出端与运算放大器X1的同相输入端连接。
第一级滤波电路211包括电阻R18、电阻R17及第一滤波电容C12。其中电阻R18与采样电阻R23串联，电阻R17与采样电阻R23并联。第一滤波电容C12与电阻R18串联、并与电阻R17并联。第二级滤波电路212包括电阻R27、电阻R7及第二滤波电容C7。其中，电阻R27与射随器X3连接，电阻R7与电阻R27串联，第二滤波电容C7与电阻R7并联。上述电流控制电路22中的稳压管D6的负端与电阻R27连接、且该稳压管D6与电阻R7并联。且该电阻R7与稳压管D6负端连接的一端连接运算放大器X1的同相输入端。该第一级滤波电路211与第二级滤波电路212分别对采样电路20采样到的线性恒流源400的功耗电压进行延时和滤波处理。
上述射随器X3优选为一运算放大器，其同相输入端与第一级滤波电路211连接，反相输入端与输出端连接，输出端与第二级滤波电路212连接。该射随器X3起到隔离作用，使得射随器X3输入端电路的输入阻抗大，输出端电路的输出阻抗小，从而减少了第一级滤波电路211与第二级滤波电路212之间的互相干扰。
上述第一级滤波电路211还包括超调开关管Q4，该超调开关管Q4的基极与采样电阻R23连接，发射极及集电极分别与第一滤波电容C12的两端连接。且该超调开关管Q4为NPN型。而且，此时第一滤波电容C12还可以作为超调开关管Q4的放电回路，保证第一滤波电容C12两端的电压随采样的功耗电压变化。例如，当所述采样的功耗电压低于第一滤波电容C12的电压时，所述超调开关管Q4导通，则对第一滤波电容C12放电，直至其电压与采样的功耗电压相等。因此，通过该超调开关管Q4的调节，可以使得采样电路20采样的功耗电压下降时，第一滤波电容C12的电压随之下降，从而减少恒压源300的输出电压超调。
图6是本发明LED灯驱动电路一实施例的电路结构图。
本实施例的LED灯驱动电路中，谐振变换器作为恒压源，为LED灯提供恒定的电压。该LED灯由14个LED串联组成。线性恒流源与LED灯串联，为LED灯提供恒定的电流。该线性恒流源为上述实施例中的线性恒流源400。电流反馈电路与线性恒流源连接，用于采样线性恒流源开关管Q8的D极电压，并由电流控制电路中的第三三极管Q3输出反馈电流至谐振变换器，从而使得通过LLC谐振变换器的调整，输出恒定的电压。
电流反馈电路在上述实施例中已详细描述，在此不再赘述。
图7是图6所示的电路的SIMetrix仿真图。由图7可知，反馈电流I_feed由30.398uA至32.477uA变化，输出电压VOUT由44.23V降至43.79V并趋于稳定，线性恒流源的功耗电压VA由2.13V降至1.69V并趋于稳定。
上述实施例中LED灯驱动电路的LED灯为一路，当LED灯为多路时，则每一LED灯对应连接一线性恒流源，而且电流反馈电路则可以采样多路线性恒流源逻辑组合的功耗电压，如图8所示。该采样的逻辑组合的功耗电压可以根据具体情况进行设置，在此不做限定。
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 (10)

1.一种电流反馈电路，其特征在于，包括：
采样电路，与线性恒流源连接，用于采样线性恒流源的功耗电压；
电流控制电路，与所述采样电路连接，用于根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源电压反馈电阻。
2.根据权利要求1所述的电流反馈电路，其特征在于，所述电流控制电路包括运算放大器、电流镜像电路，反馈电流控制电阻，其中所述运算放大器的同相输入端与采样电路连接，反相输入端通过反馈电流控制电阻接地，且反相输入端还与电流镜像电路连接，输出端与电流镜像电路连接，所述运算放大器用于计量反馈电流，并通过电流镜像电路输出稳定的反馈电流。
3.根据权利要求2所述的电流反馈电路，其特征在于，所述电流镜像电路包括第一三极管、第二三极管及第三三极管，其中所述第一三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第一三极管的集电极分别与第二三极管的集电极、所述第二三极管的基极和所述第三三极管的基极连接；所述第三三极管的集电极输出反馈电流。
4.根据权利要求2或3所述的电流反馈电路，其特征在于，所述电流控制电路还包括线性恒流源的功耗控制参考电源，所述功耗控制参考电源与所述反馈电流控制电阻串联，为运算放大器提供参考电压。
5.根据权利要求2或3所述的电流反馈电路，其特征在于，所述电流控制电路还包括稳压管，所述稳压管与采样电路连接，限定所述恒压源的调压范围。
6.根据权利要求1所述的电流反馈电路，其特征在于，还包括连接在采样电路与电流控制电路之间的滤波电路，用于对所述功耗电压的采样进行延时和滤波处理；所述滤波电路包括第一级滤波电路、第二级滤波电路和射随器，其中所述第一级滤波电路与采样电路连接，所述射随器连接在第一级滤波电路与第二滤波电路之间，所述第二级滤波电路与所述电流控制电路连接。
7.根据权利要求6所述的电流反馈电路，其特征在于，所述第一级滤波电路包括第一滤波电容及超调开关管，所述超调开关管的基极与所述采样电路连接，所述超调开关管的发射极和集电极分别与所述第一滤波电容的两端连接，当采样的功耗电压低于第一滤波电容的电压时，所述超调开关管导通，则对第一滤波电容放电，直至其电压与采样的功耗电压相等。
8.一种LED灯驱动电路，其特征在于，包括：
恒压源，与LED灯连接，提供并调节LED灯的驱动电压；
线性恒流源，与LED灯连接，提供并调节LED灯的驱动电流；
电流反馈电路，与线性恒流源连接，采样线性恒流源的功耗电压，并根据采样的功耗电压，产生稳定的反馈电流，输出至恒压源电压反馈电阻，以供恒压源调整输出电压。
9.根据权利要求8所述的LED灯驱动电路，其特征在于，所述电流反馈电路包括：
采样电路，与线性恒流源连接，用于采样线性恒流源的功耗电压；
滤波电路，与采样电路连接，用于对所述功耗电压的采样进行延时和滤波处理；
电流控制电路，与滤波电路连接，用于根据滤波后的功耗电压，产生稳定的反馈电流，并输出至恒压源电压反馈电阻。
10.根据权利要求9所述的LED灯驱动电路，其特征在于，所述电流控制电路包括运算放大器、电流镜像电路、反馈电流控制电阻和线性恒流源的功耗控制参考电源，其中所述运算放大器的同相输入端与滤波电路连接，反相输入端通过反馈电流控制电阻和功耗控制参考电源接地，且反相输入端还与电流镜像电路连接，输出端也与电流镜像电路连接，通过电流镜像电路输出稳定的反馈电流至恒压源电压反馈电阻，通过恒压源调低其输出电压，从而调整线性恒流源的功耗电压接近功耗控制参考电源的电压。
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