发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种采用新型的LED驱动器,其只采用一个功率开关;根据输入电压与驱动电压之间的数值关系,选择性的输出相应的输出电流;当输入电压较高时,则在满足调节要求的情况下尽可能的使输出电流最小化;当输入电压较小时,在导通压降较小的情况下,输出电流可以相对大一些。
依据一种高效率的LED驱动方法,用以驱动一LED装置,包括:
接收一直流母线电压,所述直流母线电压由交流输入电源经过整流获得;
一功率开关接收所述直流母线电压,并产生一驱动电压,来驱动所述LED装置;
采样所述LED装置的驱动电压;
比较所述直流母线电压和所述驱动电压与第一基准电压之和;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压与第一基准电压之和时,控制所述功率开关,以产生第一输出电流;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压而小于所述驱动电压与第一基准电压之和时,控制所述功率开关,以产生第二输出电流;
所述第一输出电流和所述第二输出电流的平均电流与所述LED装置所需的驱动电流相匹配。
进一步的,所述第一输出电流的产生步骤还包括:
采样所述功率开关的输出电流,并获得一平均电流;
比较平均电流和一基准电流值以获得一误差控制信号,当所述直流母线电压大于所述驱动电压与第一基准电压之和时,根据所述误差控制信号控制所述功率开关,以调节所述第一输出电流。
优选的,所述第一输出电流小于所述LED装置所需的驱动电流的1%。
优选的,所述第二输出电流为一恒定值。
优选的,所述第一基准电压为0.1V-10V。
依据本发明的一种高效率的LED驱动电路,包括一功率开关,以接收一直流母线电压,并产生驱动电压和驱动电流来驱动一LED装置,包括,
第一比较电路,用以比较接收到的直流母线电压、所述驱动电压和第一基准电压源之和,以产生第一控制信号;
控制和驱动电路,与所述第一比较电路连接,以接收所述第一控制信号;并且接收表征当前所述驱动电流的第二控制信号;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压并且小于所述驱动电压和第一基准电压源之和时,所述第一控制信号控制所述控制和驱动电路工作于第二工作模式,从而驱动所述功率开关以产生第二输出电流;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压和第一基准电压源之和时,所述第一控制信号控制所述控制和驱动电路工作于第一工作模式,从而根据所述第二控制信号驱动所述功率开关以产生第一输出电流,并且保证所述第一输出电流和所述第二输出电流的平均电流与所述LED装置所需的驱动电流相匹配。
进一步的,所述控制和驱动电路包括检测电路、反馈控制电路和驱动电路;其中,
所述检测电路连接在所述功率开关和所述LED装置之间,用以检测所述功率开关的输出电流;
所述反馈控制电路,分别与所述检测电路和所述第一比较电路连接,以根据接收到的表征当前所述驱动电流的第二控制信号和所述第一控制信号,以产生相应的反馈电压信号;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压并且小于所述驱动电压和第一基准电压源之和时,所述反馈电压信号为第二输出电压;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压和第一基准电压源之和时,所述反馈电压信号为第一输出电压;
所述驱动电路,包括第一误差放大器,以接收所述反馈控制电路的反馈电压信号,以相应的驱动所述功率开关以分别产生所述第一输出电流和所述第二输出电流。
进一步的,所述反馈控制电路包括第二误差放大器和选择开关;其中,
所述第二误差放大器的两个输入端分别接收所述功率开关的输出电流的平均值和第二基准电压源,以对产生第三控制信号,所述第二基准电压源表征所述LED装置的期望驱动电流;
所述选择开关的第一端连接至所述第二误差放大器的输出端,以接收所述第二误差放大器输出的第三控制信号,其状态由所述第一控制信号控制;
当处于第二工作模式时,所述第一控制信号控制所述选择开关闭合时,所述反馈电压信号为所述第二误差放大器输出的第三控制信号,以作为所述第二输出电压;
当处于第一工作模式时,所述第一控制信号控制所述选择开关断开时,所述反馈电压信号为第三基准电压源,以作为所述第一输出电压。
优选的,所述第一输出电流小于所述LED装置所需的驱动电流的1%。
优选的,所述第二输出电流恒定。
依照本发明所公开的高效率的LED驱动器和驱动方法,根据输入电压与驱动电压之间的数值关系,选择性的输出相应的输出电流,以实现最大的工作效率;同时,主电路结构相对简单,不再需要复杂的电磁干扰滤除电路,尺寸和成本相对也得到了较好的优化。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述,但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解,在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节,而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
以下结合具体实施例详细说明依据本发明的LED驱动电路的实现方式。
参考图2A,所示为依据本发明的第一实施例的高效率的LED驱动电路的原理框图。在该实施例中,所述LED驱动电路包括功率开关SM,输出电容Cout,第一比较电路201以及控制和驱动电路202;其中,
所述功率开关SM第一功率端耦合至直流母线电压Vbus(输入电压)的第一端,第二功率端耦合至LED装置的第一端,所述直流母线电压Vbus由输入交流电压经过整流桥获得;
所述输出电容Cout与所述LED装置并联连接,并且其第一端耦合至功率开关SM的第二功率端,第二端耦合至所述直流母线电压Vbus的第二端;
所述第一比较电路201的第一输入端接收所述直流母线电压Vbus,第二输入端接收所述LED装置的驱动电压VLED和一第一基准电压Vref1的和值;
所述控制和驱动电路202分别接收所述第一比较电路201输出的第一控制信号Vc1和表征当前所述LED装置的驱动电流ILED的第二控制信号Vsense,以产生相应的驱动信号Vdrive来驱动所述功率开关SM。
以下结合图2B所示的图2A所示的LED驱动电路的工作波形图详细说明依据本发明的图2A所示的LED驱动电路的工作过程。
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED而小于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,所述第一比较电路201输出的第一控制信号Vc1处于高电平,并传递至控制和驱动电路202;此时,控制和驱动电路202产生的驱动信号Vdrive控制所述功率开关SM输出一恒定的第二输出电流I2;在半个工作周期T/2内,第二输出电流I2的持续时间2×t1;
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,所述第一比较电路201输出的第一控制信号Vc1处于低电平,并传递至控制和驱动电路202;然后,控制和驱动电路202根据接收到的表征当前驱动电流ILED的第二控制信号Vsense以产生相应的驱动信号Vdrive来驱动功率开关SM,从而使功率开关SM输出的第一输出电流I1能够根据所述第二控制信号Vsense进行适应性变化;并且,保证所述第一输出电流I1和第二输出电流I2的平均值与所述LED装置所需的驱动电流ILED一致;在半个工作周期T/2内,第一输出电流I1的持续时间为t2;
当所述直流母线电压Vbus小于所述驱动电压VLED时,所述LED驱动电路不工作,即此时功率开关SM的输出电流为零。
采用图2A所示的依据本发明的LED驱动电路,在直流母线电压即输入电压较小时,保证功率开关具有最小的电压降,并且保证功率开关的输出电流维持一恒定值;而在直流母线电压较大时,使所述功率开关的输出电流能够满足适应当前驱动电流的优化的最小值,因此与现有技术中采用线性调节器的LED驱动器相比,其工作效率大大提升。
为了更好的实现较高的工作效率,所述第一输出电流小于所述LED装置所需的驱动电流的1%,如可以选择为小于1mA;所述第一基准电压的数值可以为0.1V-10V。
例如,假设LED装置的驱动电压VLED=120V,直流母线电压的峰值Vpk=240V,LED装置的驱动电流为ILED=100mA;
则对采用线性调节器的LED驱动器而言(如图1A),其工作效率为:
而对采用本发明的LED驱动方法的LED驱动电路而言,假设第一基准电压的数值为2.4V,则驱动电流ILED可以表示为:
由于,第一输出电流I1远远小于第二输出电流I2,所以驱动电流ILED可以近似表示为:
输入功率Pin可以表示为:
所以采用本发明的LED驱动方法的LED驱动电路,其工作效率为:
η2=VLED×ILED/Pin=VLED/(VLED+Vref1/2)≈99%(5)
由于第一基准电压Vref1的数值相对于驱动电压VLED,所以工作效率近似可以达到100%,获得了远远高于现有技术的LED驱动方法的效率。
参考图3A,所示为依据本发明的第二实施例的LED驱动电路的原理框图。在图2A所示的LED驱动电路的结构的基础上,在该实施例中,所述LED驱动电路包括功率开关SM,输出电容Cout,第一比较电路301以及控制和驱动电路302;其中,控制和驱动电路302包括反馈控制电路303,第一误差放大器304和检测电路305。
所述检测电路305的A端耦合至功率开关SM的第二功率端,B端耦合至输出电容Cout的第一端;
所述反馈控制电路303分别接收第一比较电路301输出的第一控制信号Vc1和表征当前驱动电流ILED信息的第二控制信号Vsense,以产生一变化的反馈电压信号Vfb;
所述第一误差放大器304的第一输入端接收表征当前驱动电流ILED信息的第二控制信号Vsense,第二输入端接收所述反馈控制电路303输出的反馈电压信号Vfb。
其工作过程如下:
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED而小于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,第一控制信号Vc1为高电平信号;此时,反馈控制电路303输出的反馈电压信号Vfb为一固定值;第一误差放大器304根据接收到的第二控制信号Vsense和反馈电压信号Vfb产生相应的驱动信号Vdrive来驱动所述功率开关SM,使得功率开关SM的输出电流为一恒定值,即第二输出电流I2;此时,功率开关SM的导通压降较小,因此,所产生的功率损耗相对也较小。
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,第一控制信号Vc1为低电平信号;此时,反馈控制电路303根据接收到的第二控制信号Vsense以调节所述反馈电压信号Vfb;第一误差放大器304根据接收到的第二控制信号Vsense和反馈电压信号Vfb产生相应的驱动信号Vdrive来驱动所述功率开关SM,进而调节功率开关SM的输出电流,即第一输出电流I1;并且,保证第一输出电流I1和第二输出电流I2的平均值与所述LED装置所需的驱动电流ILED相匹配;此时,虽然输入电压较高,但是第一输出电流数值很小,所以功率损耗较小。
其中,为了更好的实现较高的工作效率,所述第一输出电流小于所述LED装置所需的驱动电流的1%,如可以选择为小于1mA,远远小于第二输出电流;所述第一基准电压的数值可以为0.1V-10V。
采用图3A所示的依据本发明的LED驱动电路,检测电路305可以为电阻或者其他可以具有类似功能的元器件或者电路模块;功率开关SM可以为MOSFET晶体管或者其他合适的开关管;反馈控制电路303可以为任何合适形式的控制电路结构。本领域技术人员可以轻易获知,反馈控制电路303也可以包括波形整形电路,以来降低输入信号的谐波分量。
参考图3B,所示为图3A所示的LED驱动电路中反馈控制电路303的一具体实施例的原理框图。在该实施例中,采用检测电阻Rsense来实现检测电路305,所述反馈控制电路303包括第二误差放大器306,选择开关Q1,第二基准电压源Vref2和第三基准电压源Vref3;其中,
第二误差放大器306的第一输入端连接至检测电阻Rsense的A端,第二输入端接收检测电阻Rsense的B端电压和第二基准电压源Vref2的电压之和;第三输入端连接至检测电阻Rsense的B端;所述第二基准电压源Vref2表征LED装置的期望驱动电流ILED;通过这种实现方式,第二误差放大器306将数值为ILED×Rsense的电压与第二基准电压源Vref2之间的误差进行放大,以产生表征当前驱动电流与期望驱动电流之间的差异的第三控制信号Vc2;
所述选择开关Q1的第一端与第二误差放大器306的输出端连接,并且,第一控制信号Vc1的非信号控制选择开关的状态;
第三基准电压源Vref3可以直接或者通过一电阻并联连接在选择开关Q1的C端和检测电阻Rsense的B端之间;
其工作过程如下:
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED而小于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,所述第一控制信号Vc1为高电平信号;此时,选择开关Q1处于断开状态,C端和B端之间的电压即反馈电压信号Vfb为第三基准电压源Vref3;然后,第一误差放大器304根据接收到的第二控制信号Vsense和反馈电压信号Vfb产生相应的驱动信号Vdrive来驱动所述功率开关SM,使得功率开关SM的输出电流为一恒定值,即第二输出电流I2,其数值可以表示为:
当所述直流母线电压Vbus大于所述驱动电压VLED和第一基准电压Vref1之和时,第一控制信号Vc1为低电平信号;此时,选择开关Q1处于闭合状态,即C端和B端之间的电压即反馈电压信号Vfb为第三控制信号Vc2;第一误差放大器304根据接收到的第二控制信号Vsense和反馈电压信号Vfb产生相应的驱动信号Vdrive来驱动所述功率开关SM,进而调节功率开关SM的输出电流,即第一输出电流I1,其数值可以表示为:
通过第三控制信号Vc2对第一输出电流I1的调节,保证第一输出电流I1和第二输出电流I2的平均值与所述LED装置所需的驱动电流ILED相匹配。
以下结合实施例详细说明依据本发明的高效率的LED驱动方法。
参考图4,所示为依据本发明一优选实施例的高效率的LED驱动方法的流程图。在该实施例中,依据本发明的LED驱动方法包括以下步骤:
S401:接收一直流母线电压,所述直流母线电压由交流输入电源经过整流获得;
S402:一功率开关接收所述直流母线电压,并产生一驱动电压和一驱动电流,来驱动所述LED装置;
S403:采样所述LED装置的驱动电压;
S404:比较所述直流母线电压和所述驱动电压与第一基准电压之和;
S405:当所述直流母线电压大于所述驱动电压与第一基准电压之和时,控制所述功率开关,以产生第一输出电流;
S406:当所述直流母线电压大于所述驱动电压而小于所述驱动电压与第一基准电压之和时,控制所述功率开关,以产生第二输出电流;
所述第一输出电流和所述第二输出电流的平均电流与所述LED装置所需的驱动电流相匹配。
其中,所述第一输出电流的产生包括以下步骤:
采样所述功率开关的输出电流,并获得一平均电流;
比较平均电流和一基准电流值以获得一误差控制信号;
当所述直流母线电压大于所述驱动电压与第一基准电压之和时,根据所述误差控制信号控制所述功率开关,以调节所述第一输出电流。
通过上述LED驱动方法,在直流母线电压即输入电压较小时,保证功率开关具有最小的电压降,并且保证功率开关的输出电流维持一恒定值;而在直流母线电压较大时,使所述功率开关的输出电流能够满足适应当前驱动电流的优化的最小值,因此与现有技术中采用线性调节器的LED驱动器相比,其工作效率大大提升。
为了更好的实现较高的工作效率,所述第一输出电流小于所述LED装置所需的驱动电流的1%,如可以选择为小于1mA;所述第一基准电压的数值可以为0.1V-10V。
由于第一基准电压Vref1的数值相对于驱动电压VLED较小,所以工作效率近似可以达到100%,获得了远远高于现有技术的LED驱动方法的效率。
综上所述,依照本发明所公开的高效率的LED驱动电路和驱动方法,根据输入电压与驱动电压之间的数值关系,选择性的输出相应的输出电流;当输入电压较高时,则在满足调节要求的情况下尽可能的使输出电流最小化;当输入电压较小时,在导通压降较小的情况下,输出电流可以相对大一些,此时的功率损耗相对较小;通过上述两种相应的控制方案,可以获得最大的工作效率;同时,主电路结构相对简单,尺寸和成本相对也得到了较好的优化。
以上对依据本发明的优选实施例的高效率的LED驱动电路和驱动方法进行了详尽描述,本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。