CN102711337A

CN102711337A - Led驱动系统

Info

Publication number: CN102711337A
Application number: CN2012101988673A
Authority: CN
Inventors: 范立新
Original assignee: SUPEC (SUZHOU) CO Ltd
Current assignee: SUPEC (SUZHOU) CO Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: CN102711337B

Abstract

本申请公开了一种LED驱动系统，包括：整流滤波电路、与所述整流滤波电路相连的电压转换电路、第一开关、原边采样网络、驱动脉冲产生模块、过零检测模块、平均电流环、乘法器、第二开关和比较器。其中，所述第二开关在所述过零检测模块的输出端为低电平时，将乘法器的输出端连接至所述平均电流环的输入端。本发明LED驱动系统不仅可以实现恒电流平均输出和较高的功率因素，而且由于不需要光耦反馈测量电流，电路简单、器件少、成本低、小型化，可以将该驱动系统直接装在LED灯头中。

Description

LED驱动系统

技术领域

本申请属于LED照明领域，尤其涉及一种LED驱动系统。

背景技术

LED（Light Emitting Diode，发光二极管）的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，LED的正向压降微小变化会引起较大的LED电流变化，从而引起亮度的较大变化。所以恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，而且影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此，LED通常采用恒流源驱动。此外，一些民用产品如手机充电器也必须具备恒流输出功能。

当前最新的“能源之星”规范对所有外部用电设备的要求是：75W以上强制使用PFC。照明领域的最新规范是：15W以上强制使用PFC（Power FactorCorrection，功率因数校正）。所以，LED照明必须兼具恒流和PFC功能。

传统实现方法:采用PFC控制芯片，测量二次侧电流，用光耦反馈到一次侧PFC，实现恒流+PFC功能。但是这种方法的缺点在于：电路复杂、所用器件多、成本高、无法小型化、难以实现将驱动电路直接装在灯头中。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种LED驱动系统，该LED驱动系统电路简单、器件少、成本低、小型化，且可同时实现恒流和PFC功能。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种LED驱动系统，包括：

整流滤波电路；

与所述整流滤波电路相连的电压转换电路，该电压转换电路具有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述初级绕组接收所述整流滤波电路的输出电压，所述第一次级绕组输出一个次级电流至LED负载；

第一开关，所述第一开关是一个功率MOS管，其漏极连接至所述初级绕组；

原边采样网络，其被连接到所述第一开关的源极，并在所述第一开关导通时产生一初级感应电压；

驱动脉冲产生模块，其产生一个开关信号，以控制所述第一开关的栅极电压；

过零检测模块，其输入端连接至所述第二次级绕组，输出端连接至所述驱动脉冲产生模块；

平均电流环；

乘法器，其一输入端接收来自所述平均电流环的电压，另一输入端通过采样电阻连接至所述整流滤波电路的输出端；

第二开关，在所述过零检测模块的输出端为低电平时，将乘法器的输出端连接至所述平均电流环的输入端；

比较器，其接收初级感应电压，并接收所述乘法器的输出电压，在初级感应电压大于等于乘法器的输出电压时，产生一个重置信号到所述驱动脉冲产生模块。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述第二开关是一个两位开关，在所述过零检测模块的输出端为高电平时，将所述平均电流环的输入端接地。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述平均电流环包括第一放大器、第二放大器、第一电容和第二电容，所述第二放大器和所述第二电容构成一积分回路，其一输入端连接至所述第一放大器的输出端，另一输入端接基准电压源，所述第一放大器的一输入端连接所述第二开关，另一输入端接地，所述第一放大器的输出端分别通过所述第一电容和基准电流源接地。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述第一放大器和第二放大器均为跨导放大器。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述整流滤波电路是由四个二极管构成的全桥整流电路；

优选的，在上述LED驱动系统中，所述驱动脉冲产生模块为一个RS触发器。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述原边采样网络为一电阻。

优选的，在上述LED驱动系统中，所述过零检测模块是一个过零比较器。

由以上技术方案可以见，本申请提供的LED驱动系统，通过将乘法器的输出端连接至平均电流环的输入端，替代了现有的光耦反馈，不但实现较高的功率因数，而且电路简单、器件少、成本低、小型化，可以将该驱动系统直接装在LED灯头中；本发明为准谐振模式，可以提高系统的电能转换效率，同时减小EMI辐射；另外，本发明由于设置了平均电流环，可以实现恒电流的平均输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中LED驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明具体实施例公开了一种LED驱动系统，包括：

整流滤波电路；

平均电流环；

上述驱动系统中，通过将乘法器的输出端连接至平均电流环的输入端，替代了现有的光耦反馈，不但实现较高的功率因数，而且电路简单、器件少、成本低、小型化，可以将该驱动系统直接装在LED灯头中；本发明为准谐振模式，可以提高系统的电能转换效率，同时减小EMI辐射；另外，本发明由于设置了平均电流环，可以实现恒电流的平均输出。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1所示为本发明具体实施例中LED驱动系统的结构示意图。

参图1所述，LED驱动系统10包括：整流滤波电路11、电压转换电路12、第一开关Q4、原边采样网络15、驱动脉冲产生模块17、过零检测模块16、平均电流环14、乘法器Q1、第二开关Q6和比较器Q2。

整流滤波电路11是由四个二极管D1、D2、D3和D4构成的全桥整流电路，AC1、AC2为市电输入端口，Vin为整流滤波电路11的输出电压。Rsin为Vin波形采样电阻，Isin信号与Vavg通过乘法器Q1得到的信号与Vin的波形相位一致的波形。

电压转换电路12具有初级绕组Lp、第一次级绕组Ls1和第二次级绕组Ls2。其中初级绕组Lp的1和2端为输入端，第二次级绕组Ls2的3端和4端、第一次级绕组Ls1的5端和6端为输出端。初级绕组Lp接收整流滤波电路11的输出电压Vin；第一次级绕组Ls1的5和6端通过二极管D5整流连接LED负载13，并提供LED负载13一个次级电流；第二次级绕组Ls2的3和4端提供过零点检测信号，具体为：第二次级绕组Ls2的3端接地，4端接过零检测模块16。

第一开关Q4是一个功率MOS管（MOSFET，金属氧化物半导体场效应晶体管），其漏极连接至初级绕组Lp，源极连接至原边采样网络15，原边采样网络15的另一端接地。

原边采样网络15为一电阻Rcs，其在第一开关Q4导通时产生一初级感应电压Vcs。

驱动脉冲产生模块17，其优选为一RS触发器。RS触发器的输出端Q端产生一开关信号（PWM），以控制第一开关Q4的栅极电压。

过零检测模块16，其优选为一个过零比较器Q5。过零比较器Q5的负极输入端连接至第二次级绕组Ls2的4端，正极输入端接地，过零比较器Q5的输出端分别连接至驱动脉冲产生模块17的S输入端以及第二开关Q6。

平均电流环14包括第一放大器Q7、第二放大器Q8、第一电容C1和第二电容C2，第二放大器Q8和第二电容C2构成一积分回路，其一输入端连接至第一放大器Q7的输出端，并接收第一放大器Q7的输出电流Iavg，其另一输入端接基准电压源Vref；第一放大器Q7的一输入端连接第二开关Q6，另一输入端接地，第一放大器Q7的输出端分别通过第一电容C1和基准电流源Iref接地。

在其他实施方式中，易于想到：第一放大器Q7和第二放大器Q8组成的平均电流环14可以用OP(OperationalAmplifier，运算放大器)以实现相同的功能。

第一放大器Q7和第二放大器Q8均为跨导放大器，第二放大器Q8和第二电容C2组成一积分回路,将Iavg与Vref的电压误差通过第二放大器Q8变成电流后,再通过第二电容C2积分，第二电容C2输出电压Vavg来控制系统的平均输出电流。

乘法器Q1，其一输入端接收来自平均电流环14的电压Vavg，另一输入端通过采样电阻Rsin连接至整流滤波电路11的输出端。乘法器Q1的两输入信号分别为Isin和Vavg，两信号相乘后得到信号Vg，Vg信号分两路:一路到比较器Q2，另一路到第二开关Q6的触点1。

第二开关Q6是一个两位开关，包括触点1、2、3和C，其中，3连接至地极，C连接至过零检测模块16的输出端，C作为一控制端用以控制触点2选择地与2或3接通。在C端为低电平时，乘法器Q1的输出端连接至平均电流环14的输入端，即2和1接通；在C端为高电平时，2和3接通，平均电流环14的输入端通过触点3接地。

比较器Q2，其接收初级感应电压Vcs，并接收乘法器的输出电压Vg，在初级感应电压Vcs大于等于乘法器的输出电压Vg时，产生一个重置信号RST到驱动脉冲产生模块17。具体为：当第一开关Q4开启后，比较Vcs与Vg信号大小，当Vcs>=Vg时，比较器Q2输出信号RST为高，RS触发器Q3被复位，输出信号PWM为低，Q4被关闭。

LED驱动系统10可工作在反激动式架构，工作模式为准谐振模式。当PWM为高电平时，第一开关Q4导通，电阻Rcs上的电流从零开始上升,直到Vcs上的电压大于等于Vg后，RS触发器Q3被触发关闭，PWM输出为低电平；在Rcs上的电流上升中，能量储存在初级线圈Lp(T1的1,2端),当PWM为低电平，第一开关Q4被关闭后，第一次级绕组Ls1释放能量，通过二极管D5给LED负载13提供电流.

第二次级绕组Ls2的电压Vzcd与第一开关Q4上的电压Vds为同相,当电压转换电路12的电磁能释放完毕后,Vds开始下降,Vzcd也下降,当Vzcd过零点时，过零比较器Q5输出高电平,触发RS触发器Q3，RS触发器Q3输出为高电平,因为Vzcd过零点,Vds也是出于电压比较低位,从而实现准谐振，完成一个周期振荡。

因为Vg是跟踪Vin电压波形,所以流经T1的Lp线圈电流峰值与Vin波形一致,所以,流经AC1和AC2的电流就能跟踪AC1和AC2两端电压,实现电流与电压波形的低失真度和0相位角，从而达到高功率因数。

由平均电流环14和第二开关Q6组成的运算单元，因为系统为准谐振状态，二次侧电流流经LED负载13的电流I_LED=Vg/Rcs*N，其中N为电压转换电路12的初级绕组Lp与第一次级绕组Ls1之间线圈匝数比，ZCD为测试二次侧释放电流时间，Iref为基准电流源，在一个大周期T中，Vg在ZCD时间内通过第一放大器Q7给第一电容C1C1的充电电荷量与基准电流源Iref释放的电荷量达到平衡,从而就实现了LED负载13电流的平均恒电流。

综上所述，本申请提供的LED驱动系统，通过将乘法器的输出端连接至平均电流环的输入端，替代了现有的光耦反馈，不但实现较高的功率因数，而且电路简单、器件少、成本低、小型化，可以将该驱动系统直接装在LED灯头中；本发明为准谐振模式，可以提高系统的电能转换效率，同时减小EMI辐射；另外，本发明由于设置了平均电流环，可以实现恒电流的平均输出。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种LED驱动系统，其特征在于，包括：

整流滤波电路；

平均电流环；

2.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于，所述第二开关是一个两位开关，在所述过零检测模块的输出端为高电平时，将所述平均电流环的输入端接地。

3.根据权利要求2所述的LED驱动系统，其特征在于，所述平均电流环包括第一放大器、第二放大器、第一电容和第二电容，所述第二放大器和所述第二电容构成一积分回路，其一输入端连接至所述第一放大器的输出端，另一输入端接基准电压源，所述第一放大器的一输入端连接所述第二开关，另一输入端接地，所述第一放大器的输出端分别通过所述第一电容和基准电流源接地。

4.根据权利要求3所述的LED驱动系统，其特征在于，所述第一放大器和第二放大器均为跨导放大器。

5.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于，所述整流滤波电路是由四个二极管构成的全桥整流电路。

6.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于，所述驱动脉冲产生模块为一个RS触发器。

7.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于，所述原边采样网络为一电阻。

8.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于，所述过零检测模块是一个过零比较器。