CN102821505B - 一种负载驱动电路及负载驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载驱动电路及方法，其中，被负载驱动电路驱动的负载集合分为第一负载子集合和第二负载子集合；该负载驱动电路包括：第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；第二调整管串接于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；电流采样单元，用于对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；总控制器，用于当所述总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；还用于当所述总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。该方法及电路能够减少电能损耗，提高负载的驱动效率。

Description

一种负载驱动电路及负载驱动方法

技术领域

本发明涉及负载驱动技术，尤其涉及一种负载驱动电路及负载驱动方法。

背景技术

对于交流输入的发光二极管(LED)光源，最常见的驱动方案是用AC/DC开关电源实现对LED的恒流驱动。但开关电源因为含有磁性元件，需要解决高频电磁干扰问题，并且需要比较复杂的控制芯片，因此对一些小功率的LED光源来说，采用开关电源进行恒流驱动，驱动电路的体积比较大，成本也比较高。此时，一般使用简单的LED恒流驱动电路进行LED光源的驱动。

图1是现有的一种简单的LED恒流驱动电路，在该电路中，将线性限流电路和LED集合串联后并联在整流电路的直流侧，电网电压通过整流电路整流后为LED集合供电，所述线性限流电路可以是恒流二极管等。

当加载在LED集合和线性限流电路两端的电压超过串联的LED集合总的额定电压时，超出LED集合总的额定电压的部分由线性限流电路承担；当加载在LED集合和线性限流电路两端的电压低于LED集合总的额定电压时，线性限流电路饱和导通，此时，流过LED的电流低于限流电路的限流点。

图1所示的驱动电路结构简单，成本低，但是，当电网电压波动较大时，要在整个电网电压波动范围内都实现LED的恒流驱动，则需要LED集合总的额定电压近似等于电网电压波动下限值的整流电压，此时，在整个驱动过程中，当电网电压整流后的电压值高于LED集合总的额定电压时，都需要通过线性限流电路进行限流，电能损耗大，LED的驱动效率低，尤其是电网电压接近电压上限值时，线性限流电路的功耗更大，电能损耗更大，LED的驱动效率也更低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种负载驱动方法及负载驱动电路，能够减少电能损耗，提高负载的驱动效率。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种负载驱动电路，被负载驱动电路驱动的负载集合中所有负载串联，并分为第一负载子集合和第二负载子集合，第一负载子集合的第二端连接第二负载子集合的第一端；所述第一负载子集合中负载的数量k大于等于1，小于负载集合中负载的总数；该负载驱动电路包括：电流采样单元、第一调整管、第二调整管以及总控制器；其中，

第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；

第二调整管并联于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；

电流采样单元，用于对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

总控制器，用于当所述总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；还用于当所述总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

电流采样单元包括：

第一采样子单元，第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第一调整管的第二端，输出端连接总控制器的第一采样电流输入端；第一采样子单元用于对第一负载子集合中的电流进行采样；

第二采样子单元，第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第二调整管的第二端，输出端连接总控制器的第二采样电流输入端；第二采样子单元用于对第二调整管所在支路的电流进行采样。

所述第一采样子单元通过第一采样电阻实现，所述第一采样电阻的第一端作为第一采样子单元的第一端，第一采样电阻的第二端作为第一采样子单元的第二端以及输出端；

所述第二采样子单元通过第二采样电阻实现，所述第二采样电阻的第一端作为第二采样子单元的第一端，第二采样电阻的第二端作为第二采样子单元的第二端以及输出端。

所述总控制器包括：

第一电流反馈控制器，第一输入端和第二输入端分别作为总控制器的第一采样电流输入端以及第二采样电流输入端；第一电流反馈控制器用于将接收到的电流采样信号叠加后，与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管的开关控制端以及驱动选择器的输入端；其中，当叠加后的电流采样信号大于或等于预设稳流点时，比较结果对应的电压信号控制第一调整管的阻抗增大，否则，控制第一调整管的阻抗减小；

第一驱动选择器，输出端连接所述第二调整管的开关控制端，用于判断第一电流反馈控制器输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管导通；否则，控制第二调整管关断。

第一电流反馈控制器包括：

第一运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接第一电流反馈控制器的第一输入端，该反相输入端还通过第三电阻连接第一电流反馈控制器的第二输入端；第一运算放大器的正相输入端连接基准电压；第一运算放大器的输出端作为第一电流反馈控制器的输出端。

第一电流反馈控制器还包括：第一运算放大器的反相输入端通过串接的第一电容和第一电阻连接第一运算放大器的输出端。

所述第一驱动选择器包括：

第一二极管的阳极作为第一驱动选择器的输入端，阴极作为第一驱动选择器的输出端，该阴极还通过第四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

首尾串接的二极管集合，二极管集合的阳极端作为第一驱动选择器的输入端，二极管集合的阴极端作为第一驱动选择器的输出端，该阴极端还通过第四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

第一稳压管的阳极作为第一驱动选择器的输出端，阴极作为第一驱动选择器的输入端。

电流采样单元的第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第一调整管的第二端和第二调整管的第二端，输出端连接总控制器的采样电流输入端。

所述电流采样单元包括：

第三采样电阻的第一端作为电流采样单元的第一端，第三采样电阻的第二端作为电流采样单元的第二端；第三采样电阻未接地的一端作为电流采样单元的输出端。

所述总控制器包括：

第二电流反馈控制器，输入端作为总控制器的采样总电流输入端；电流反馈控制器用于将接收到的电流采样信号与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管的开关控制端以及驱动选择器的输入端；其中，当电流采样信号大于或等于预设稳流点时，输出比较结果对应的电压信号控制第一调整管的阻抗增大，否则，控制第一调整管的阻抗减小；

第二驱动选择器，输出端连接所述第二调整管的开关控制端，用于判断第二电流反馈控制器输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管导通；否则，控制第二调整管关断。

所述第三采样电阻的第一端为地端；所述第二电流反馈控制器包括：

第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接第二电流反馈控制器的输入端；第二运算放大器的正相输入端连接基准电压；第二运算放大器的输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

第二电流反馈控制器还包括：第二运算放大器的反相输入端通过串接的第二电容和第五电阻连接第二运算放大器的输出端。

所述第三采样电阻的第二端为地端；第二电流反馈控制器包括：

第三运算放大器的正相输入端通过第九电阻连接基准电压，还通过第七电阻连接第二电流反馈控制器的输入端；第三运算放大器的反相输入端接地；第三运算放大器的输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

所述第二电流反馈控制器还包括：第三运算放大器的反相输入端通过串接的第三电容和第八电阻连接第三运算放大器的输出端。

所述第三采样电阻的第一端为地端；第二电流反馈控制器包括：第四运算放大器的反相输入端作为第二电流反馈控制器的输入端，正相输入端连接基准电压，输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

第二驱动选择器包括：第六二极管的阳极作为第二驱动选择器的输入端，阴极作为第二驱动选择器的输出端，该阴极还通过第十四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

首尾串接的二极管集合，二极管集合的阳极端作为第二驱动选择器的输入端，二极管集合的阴极端作为第二驱动选择器的输出端，该阴极端还通过第十四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

第二稳压管的阳极作为第二驱动选择器的输出端，阴极作为第二驱动选择器的输入端。

还包括：电流调节单元，用于判断第一调整管以及第二调整管的总电流小于预设稳流点时，根据预设规则增大所述稳流点。

所述电流调节单元具体用于：当第二调整管所在支路的电流不为零时，将所述第二调整管所在支路电流的采样信号叠加到基准电压上。

当所述第一电流反馈控制器通过第一运算放大器对应的电路实现时，所述电流调节单元包括：

第十电阻的第一端连接第二电流采样子单元的输出端，第二端连接第一运算放大器的正相输入端；

相应的，第一电流反馈控制器中第一运算放大器的正相输入端通过第十一电阻连接所述基准电压。

所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元和总控制器集成为一个集成电路。

所述第一调整管、第二调整管、第一负载子集合、电流采样单元和总控制器集成为一个集成电路。

还包括：辅助源，用于将输入辅助源的电压转换为恒定幅值的直流电压；其中，

所述辅助源的输入端连接地端和第三负载子集合的高电位端，所述第三负载子集合包含所述第一负载子集合，且第三负载子集合中的负载数大于第一负载子集合中的负载数，小于等于负载集合的负载数。

所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元、总控制器和辅助源电路集成为一个集成电路。

所述直流电压通过以下电路得到：

串接的第二二极管以及第三二极管，与串接的第四二极管以及第五二极管并联；第二二极管的阳极连接第三二极管的阴极，第四二极管的阳极连接第五二极管的阴极；第二二极管的阳极还通过第六电容连接交流电压源的第一输出端；第四二极管的阳极连接交流电压源的第二输出端。

所述第一调整管和第二调整管通过场效应管或者基极串联电阻的三极管实现。

本发明实施例还提供一种负载驱动方法，被负载驱动电路驱动的负载集合中所有负载串联，并分为第一负载子集合和第二负载子集合，第一负载子集合的第二端连接第二负载子集合的第一端；所述第一负载子集合中负载的数量k大于等于1，小于负载集合中负载的总数；第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；第二调整管并联于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；

该方法包括：

对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

当采样到的电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；

当采样到的电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

当采样到的电流小于预设稳流点时，还包括：按照预设规则控制所述稳流点增大。

对于上述技术方案的技术效果分析如下：

总控制器通过对第一调整管的控制，控制负载集合的总电流不超过稳流点，通过对第二调整管的控制，控制负载集合的总电流不低于稳流点；因此，负载集合总的额定电压可以大于为负载供电的直流电压的下限值，此时，在整个驱动过程中，当为负载供电的直流电压大于所述总的额定电压时，通过第一调整管进行限流，电能损耗降低，负载驱动效率高，尤其是电网电压接近电压上限值时，第一调整管的功耗相对更低，电能损耗小，负载驱动效率高。

附图说明

图1为现有技术中LED的驱动电路结构示意图；；

图2为本发明实施例第一种负载驱动电路结构示意图；

图3为本发明实施例第二种负载驱动电路结构示意图；

图4为本发明实施例第三种负载驱动电路结构示意图；

图5为本发明实施例第四种负载驱动电路结构示意图；

图6为本发明实施例第五种负载驱动电路结构示意图；

图7为本发明实施例第六种负载驱动电路结构示意图；

图8为本发明实施例第七种负载驱动电路结构示意图；

图9为本发明实施例第八种负载驱动电路结构示意图；

图10为本发明实施例第九种负载驱动电路结构示意图；

图11为本发明实施例第十种负载驱动电路结构示意图；

图12为本发明实施例第十一种负载驱动电路结构示意图；

图13为本发明实施例第十二种负载驱动电路结构示意图；

图14为本发明实施例第十三种负载驱动电路结构示意图；

图15为本发明实施例负载驱动方法流程示意图。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明实施例负载驱动电路以及负载驱动方法的实现。

其中，本发明实施例的负载驱动电路可以适用于如图2所示的电路结构中，驱动电路中的负载集合A；其中，被负载驱动电路驱动的负载集合A中所有负载串联，并分为第一负载子集合A1和第二负载子集合A2，第一负载子集合A1的第二端连接第二负载子集合A2的第一端；所述第一负载子集合A1中负载的数量k大于等于1，小于负载集合A中负载的总数。而其中的直流电压Vin用于为负载集合A供电。

优选地，第二负载子集合A2中所有负载的额定电压等于电源的输入电压的下限值，因此，在实际应用中可以通过该原则进行负载集合A中第一负载子集合A1和第二负载子集合A2的划分。

如图2中，以负载为LED灯为例，所述第一负载子集合A1对应LEDn+1～LEDm；(m>n+1)；所述第二负载子集合A2对应LED1～LEDn。

其中，在图2以及后续的本发明实施例附图中，均以负载为LED灯为例进行本发明实施例的结构说明，在实际应用中，也可以将LED灯替换为其他需要被驱动的负载，本发明实施例中并不限定。

在该适用环境下，如图2所示，本发明实施例的负载驱动电路具体包括：

第一调整管Q1与所述负载集合A串接于为负载集合A供电的直流电压Vin的第一输出端和第二输出端之间；

第二调整管Q2并联于第一负载子集合A1的第二端与直流电压Vin的第二输出端之间；

电流采样单元210，用于对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

总控制器220，用于当所述总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；还用于当所述总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

也即是说：电流采样单元210用于对负载集合A的总电流进行采样；

总控制器220，用于当负载集合A的总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管Q1导通，控制第二调整管Q2关断；还用于当负载集合A的总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管Q1饱和导通和第二调整管Q2导通。

具体的，这里所述的第一调整管和第二调整管的“导通”，包括调整管处于导通时的两种状态，一种为线性导通，另一种为饱和导通，在调整管线性导通时，可以通过控制调整管的控制端，使其另两端的阻抗变化，在调整管饱和导通时，调整管除了控制端之外的另两端的阻抗是不变化的。

也即，具体的，总控制器220用于当所述总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管线性导通，同时控制第二调整管关断，使负载集合的总电流等于预设稳流点(由于第二调整管关断，因此，负载集合的总电流与第一负载子集合的电流相等，即第一负载子集合的电流也等于预设稳流点)；还用于当所述总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管饱和导通，并控制第二调整管线性导通或饱和导通，使负载集合的总电流等于预设稳流点。

如图2所示，本发明实施例的负载驱动电路中包括3个与外界的负载集合以及直流电压连接的端点，第一调整管Q1的第一端作为负载驱动电路的第一端，第二调整管Q2的第一端作为负载驱动电路的第二端，而负载驱动电路与直流电压的第二输出端连接的一端作为负载驱动电路的第三端。

图2所示的负载驱动电路的工作原理为：

当为负载供电的直流电压正好等于负载集合总的额定电压时，第一调整管刚好饱和导通，第二调整管开路；当直流电压高于负载集合总的额定电压时，第一调整管将承担直流电压和负载集合总的额定电压的差值，维持负载集合的总电流在稳流点，此时，第二调整管仍处于高阻抗开路状态；当直流电压低于负载集合总的额定电压，且高于第二负载子集合A2中所有负载的额定电压时，第一调整管处于低阻抗的饱和导通状态，总控制器控制第二调整管导通，此时，第二调整管处于线性调整状态，第二调整管和第一负载子集合分流，直流电压越小，流过第一负载子集合的电流越小，流过第二调整管的电流越大，第二调整管导通阻抗越小，直至直流电压等于第二负载子集合的额定电压时，第二调整管饱和导通，第一负载子集合被完全旁路，流过第二负载子集合中各个负载的电流值始终等于稳流点；直流电压进一步降低，流过第二负载子集合各个负载的电流也将进一步降低。

在图2所示的电路中，负载集合总的额定电压可以大于为负载供电的直流电压的下限值，当直流电压小于负载的额定电压时，总控制器将通过控制第一调整管和第二调整管，使得第一负载子集合的电流减小，甚至可以将第一负载子集合的电流降为零，而使第二负载子集合保持导通，且其电流不小于稳流点；而在图1的现有技术中，负载集合的总额定电压不能大于为其供电的直流电压的下限值，否则，在直流电压小于负载的额定电压时，LED负载将不能导通，即LED灯不能发光。在图2所示的电路中，在整个驱动过程中，当为负载供电的直流电压大于负载集合总的额定电压时，总控制器控制第一调整管导通，由于负载的额定电压可以大于直流电压的下限值，因此，稳流点可以设置的比图1所示的现有技术的限流点更高，电能损耗降低，负载驱动效率高，尤其是直流电压接近上限值时，第一调整管的功耗相对于图1所示的线性限流电路电路更低，电能损耗小，负载驱动效率高。

而且，当直流电压小于所述总的额定电压时，总控制器控制第二调整管导通，维持第二负载子集合中流过的电流稳定于稳流点，负载中电流的电流纹波很小。这样，负载集合中的电流由于第一调整管的作用，其最大值不超过稳流点，又因为第二调整管的作用，将第二负载子集合中流过负载的电流不小于稳流点，因此，负载集合的电流随着输入直流电压的变化而变化微小，恒流特性较好。

且，相对于使用开关电源进行负载的恒流驱动，没有电磁干扰(EMI)问题，成本较低。

其中，如图3所示，所述电流采样单元可以通过第一采样子单元301和第二采样子单元302实现，具体的，

第一采样子单元301的第一端连接直流电压Vin的第二输出端，第二端连接第一调整管Q1的第二端，输出端连接总控制器220的第一采样电流输入端；第一采样子单元301用于对第一负载子集合A1中的电流进行采样；

第二采样子单元302的第一端连接直流电压Vin的第二输出端，第二端连接第二调整管Q2的第二端，输出端连接总控制器220的第二采样电流输入端；第二采样子单元302用于对第二调整管Q2所在支路的电流进行采样。

第一采样子单元301采样的电流和第二采样子单元302中采样的电流的加和即为负载集合A的总电流，从而实现对于负载集合总电流的采样。

如图4和5所示，所述第一采样子单元可以通过第一采样电阻Rs1实现，所述第一采样电阻Rs1的第一端作为第一采样子单元的第一端，第一采样电阻Rs1的第二端作为第一采样子单元的第二端以及输出端；

所述第二采样子单元通过第二采样电阻Rs2实现，所述第二采样电阻Rs2的第一端作为第二采样子单元的第一端，第二采样电阻Rs2的第二端作为第二采样子单元的第二端以及输出端。

当电流采样单元通过第一采样子单元和第二采样子单元实现时，所述总控制器220可以包括：

第一电流反馈控制器303，第一输入端和第二输入端分别作为总控制器的第一采样电流输入端以及第二采样电流输入端；第一电流反馈控制器303用于将接收到的电流采样信号叠加后，与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管Q1的开关控制端以及驱动选择器304的输入端；其中，当叠加后的电流采样信号大于或等于预设稳流点时，比较结果对应的电压信号用于控制第一调整管的阻抗增大，否则，比较结果对应的电压信号用于控制第一调整管的阻抗减小；

第一驱动选择器304，输出端连接所述第二调整管Q2的开关控制端，用于判断第一电流反馈控制器303输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管Q2导通；否则，控制第二调整管Q2关断。

图4和图5中给出了第一电流反馈控制器303的一种实现方式，如图4和5所示，第一电流反馈控制器303可以包括：

第一运算放大器U1的反相输入端通过第二电阻R2连接第一电流反馈控制器的第一输入端，该反相输入端还通过第三电阻R3连接第一电流反馈控制器的第二输入端，也即：第二电阻R2的第一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，第二电阻R2的第二端作为第一电流反馈控制器的第一输入端；第三电阻R3的第一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，第三电阻R3的第二端作为第一电流反馈控制器的第二输入端；第一运算放大器U2的正相输入端连接基准电压Vref；第一运算放大器U1的输出端作为第一电流反馈控制器的输出端；

第一运算放大器U1的反相输入端还通过串接的第一电容C1和第一电阻R1连接第一运算放大器U1的输出端。

其中，图4和图5中的第一电容C1和第一电阻R1可以删除，这样第一电流反馈控制器的响应更快。

图4中给出了第一驱动选择器304的一种实现方式，如图4所示，所述第一驱动选择器304可以包括：

第一二极管D1的阳极作为第一驱动选择器304的输入端，阴极作为第一驱动选择器304的输出端，第一二极管D1的阴极还通过第四电阻R4连接第二调整管Q2的第二端。

其中，所述第一二极管D1也可以由首尾串接的二极管集合替代，此时，首尾串接的二极管集合的阳极端作为第一驱动选择器的输入端，二极管集合的阴极端作为第一驱动选择器的输出端，二极管集合的阴极端还通过第四电阻R4连接第二调整管Q2的第二端。

其中，第四电阻R4用于为第二调整管Q2的驱动提供回路。

图5中给出了第一驱动选择器304的另一种实现方式，如图5所示，所述第一驱动选择器304可以通过第一稳压管ZD1实现，其中，第一稳压管ZD1的阳极作为第一驱动选择器304的输出端，阴极作为第一驱动选择器的输入端。

以下，对图4所示的本发明实施例负载驱动电路中电路实现原理进行说明，其他本发明实施例的负载驱动电路实现原理与此类似，不再赘述。

如图4所示：第一采样电阻Rs1采样第一调整管Q1所在支路的电流，即第一负载子集合A1的电流，第二采样电阻Rs2检测第二调整管Q2所在支路的电流，将这两个采样电阻采样的电流在第一运算放大器的反相输入端通过第二电阻R2和第三电阻R3叠加，得到负载集合的总电流，也即输入到第一运算放大器U1反相输入端的信号为负载集合的总电流的采样信号，与正相输入端的基准电压Vref比较后，第一运算放大器U1根据总电流的采样信号与基准信号Vref的比较结果从输出端输出比较结果对应的电压，该输出电压直接控制第一调整管Q1，驱动选择器通过第一二极管D1对该输出电压进行分压和选择，输出到第二调整管Q2的开关控制端，对第二调整管Q2进行控制。其中，所述基准电压Vref设定的电流值即为所述稳流点。

具体的，当直流电压Vin高于负载集合的总额定电压时，第一调整管Q1所在支路的电流大于稳流点，因此电流采样信号Vs1高于基准电压Vref，第一运算放大器U1的输出电压控制第一调整管Q1导通，从而第一调整管Q1的阻抗变大，降低了第一调整管Q1所在支路的电流，通过第一运算放大器U1的动态调整，使第一调整管Q1所在支路的电流等于基准电压设定的电流，即等于稳流点，而此时，驱动选择器中的第一二极管D1截止，即第二调整管Q2的门极低电压，第二调整管Q2截止，因此，第二调整管Q2所在支路的电流采样信号Vs2为零，第一采样电阻Rs1上的电压Vs1等于负载集合的总电流采样值。

当直流电压Vin低于负载集合的总额定电压时，第一调整管Q1所在支路的电流低于稳流点，第一运算放大器的输出电压使第一调整管Q1阻抗变小，直至第一调整管Q1工作在饱和状态；而第一运算放大器U1的输出电压变高，第一二极管D1导通，第二调整管Q2导通，开始工作在线性状态，第二调整管Q2的导通降低了第一调整管Q1和第一负载子集合A1串联支路的两端的阻抗，并通过第一运算放大器U1对第二调整管Q2的阻抗大小的调整，使负载集合的总电流等于基准电压Vref设定的稳流点，进而，当直流电压Vin低于第二负载子集合的额定电压时，第二调整管Q2将工作在饱和状态。

以上的图3～5中给出了电流采样单元通过第一采样子单元和第二采样子单元实现时的负载驱动电路实现结构，在实际应用中，所述电流采样单元也可以通过一个单元实现，此时，电流采样单元的第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第一调整管的第二端和第二调整管的第二端，输出端连接主控制器的采样电流输入端。

优选地，如图6～8所示，所述电流采样单元可以通过第三采样电阻Rs3实现，此时，第三采样电阻Rs3的第一端作为电流采样单元的第一端，第三采样电阻Rs3的第二端作为电流采样单元的第二端。而电流采样单元的输出端根据第三采样电阻Rs3接地端的不同而不同，具体的，第三采样电阻Rs3未接地的一端作为电流采样单元的输出端。例如，如图6所示，第三采样电阻Rs3的第一端接地，则其第二端作为电流采样单元的输出端；或者，如图7所示，第三采样电阻Rs3的第二端接地，则其第一端作为电流采样单元的输出端。

此时，所述总控制器220可以包括：

第二电流反馈控制器601，输入端作为总控制器的采样总电流输入端；电流反馈控制器601用于将接收到的电流采样信号与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管的开关控制端以及驱动选择器的输入端；其中，当电流采样信号大于或等于预设稳流点时，输出比较结果对应的电压信号控制第一调整管的阻抗增大，否则，控制第一调整管的阻抗减小；

第二驱动选择器602，输出端连接所述第二调整管Q2的开关控制端，用于判断第二电流反馈控制器601输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管Q2导通；否则，控制第二调整管Q2关断。

图6为第二电流反馈控制器601的一种实现结构示意图，其中，所述第三采样电阻Rs3的第一端为地端；如图6所示，第二电流反馈控制器601可以包括：

第二运算放大器U2的反相输入端通过第六电阻R6连接第二电流反馈控制器的输入端，也即：第六电阻R6的第一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，第二端作为第二电流反馈控制器的输入端；第二运算放大器U2的正相输入端连接基准电压Vref；第二运算放大器U2的反相输入端通过串接的第二电容C2和第五电阻R5连接第二运算放大器U2的输出端；第二运算放大器U2的输出端作为第二电流反馈控制器601的输出端。

其中，图6中的第二电容C2和第五电阻R5可以删除，这样第二电流反馈控制器的响应更快。

图7为第二电流反馈控制器601的另一种实现结构，在该图中所述第三采样电阻Rs3的第二端为地端；所述第二电流反馈控制器601可以包括：

第三运算放大器U3的正相输入端通过第九电阻R9连接基准电压Vref，还通过第七电阻R7连接第二电流反馈控制器的输入端，也即：第七电阻R7的第一端连接第九电阻R9，第二端作为第二电流反馈控制器601的输入端，连接电流采样单元的输出端；第三运算放大器U3的反相输入端接地，还通过串接的第三电容C3和第八电阻R8连接第三运算放大器U3的输出端；第三运算放大器U3的输出端作为第二电流反馈控制器601的输出端。

其中，图7中的第三电容C3和第八电阻R8可以删除，这样第二电流反馈控制器的响应更快。

其中，图6中第三采样电阻Rs3输出的电流采样信号为负信号，而图7中输出的电流采样信号为正信号。

图8为第二电流反馈控制器601的第三种实现结构，所述第三采样电阻Rs3的第一端为地端；第二电流反馈控制器601可以包括：第四运算放大器U4的反相输入端作为第二电流反馈控制器601的输入端，连接电流采样单元的输出端，正相输入端连接基准电压Vref，输出端作为第二电流反馈控制器601的输出端。

图8相较于图6中第二电流反馈控制器601的实现结构，运算放大器的反相输入端直接连接电流采样单元(第三采样电阻Rs3)的输出端，删除了图6中的补偿网络，从而使得调整速度快，电流纹波小。

如图6～8所示，所述第二驱动选择器602可以包括：第二稳压管ZD2的阳极作为第二驱动选择器的输出端，阴极作为第二驱动选择器602的输入端，例如图6和图7；

还可以为第六二极管D6的阳极作为第二驱动选择器的输入端，阴极作为第二驱动选择器602的输出端，该阴极还通过第十四电阻R14连接第二调整管Q2的第二端，例如图8；

其中，所述第六二极管D6也可以由首尾串接的二极管集合替代，此时，首尾串接的二极管集合中的阳极端作为第一驱动选择器的输入端，二极管集合中的阴极端作为第一驱动选择器的输出端，二极管集合中的阴极端还通过第十四电阻R14连接第二调整管Q2的第二端。

另外，本发明实施例负载驱动电路还可以进一步包括：电流调节单元，用于判断判断第一调整管以及第二调整管的总电流也即所述负载集合的总电流小于预设稳流点时，根据预设规则增大所述稳流点。如图9所示，所述电流调节单元901具体可以用于：当第二调整管Q2所在支路的电流不为零时，将所述第二调整管Q2所在支路电流的采样信号叠加到基准电压Vref上。

此时，电流调节单元输出信号至总控制器中的电流反馈控制器来增大预设稳流点。基于电流反馈控制器的工作原理，若增大预设稳流点，其通过控制第二调整管的阻抗，调节流过第二负载子集合A2的电流稳定在增大后的预设稳流点。若所述负载为灯具，当流过第一负载子集合A1的电流小于第二负载子集合A2的电流时，第一负载子集合A1的亮度减小，则负载集合A的总体亮度有所下降，由于电流调节单元的作用，增大了预设稳流点，再经电流反馈控制器的调节作用，增大第二负载子集合A2的亮度，最终使负载集合A的总体亮度基本保持不变。

例如，如图10所示，在图5所示的负载驱动电路结构下，可以在第二采样电流子单元的输出端与第一运算放大器U1的正相输入端之间串接第十电阻R10，其中，第十电阻R10的第一端连接第二电流采样子单元的输出端，第二端连接第一运算放大器U1的正相输入端；相应的，第一运算放大器U1的正相输入端需通过第十一电阻R11连接所述基准电压Vref。

从而，当第一调整管Q1所在支路电流小于稳流点时，第一电流采样子单元的电流采样信号Vs1小于基准电压Vref，第二电流采样子单元的电流采样信号Vs2开始从零增大，电流调节电路中的电阻R10将电流采样信号Vs2叠加到基准电压Vref上，即将第一运算放大器U1的正相输入端的输入电压变大，通过第一运算放大器U1的闭环调节，负载集合的总电流随着电流采样信号Vs2的增大而增大，即第二负载子集合的电流随着第二调整管Q2所在支路电流的增大而增大。当所述负载通过LED灯实现时，随着第一负载子集合的LED灯亮度的减小，第二负载子集合中LED灯的亮度增加，达到负载集合所组成的灯具的发光亮度基本保持不变的效果。在实际应用中，电流采样信号Vs2的电位和所述第十电阻R10的取值共同决定着基准电压Vref升高的程度，也即决定着所述预设稳流点升高的程度。

以上所述的本发明实施例负载驱动电路实现结构中，还可以进一步包括：辅助源电路，用于将输入辅助源电路的电压转换为恒定幅值的直流电压，以作为运算放大器的辅助源以及所述基准电压Vref，如图11所示，所述辅助源电路1101的输入端连接地端和第三负载子集合A3的高电位端，所述第三负载子集合A3包含所述第一负载子集合A1，且第三负载子集合A3中的负载数大于第一负载子集合A1中的负载数，小于等于负载集合A的负载数。

如图12所示，所述辅助源电路1101可以包括：三极管Q3的集电极作为辅助源电路的输入端，该集电极还通过第十三电阻R13连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极连接第三稳压管ZD3的阴极，第三稳压管ZD3的阳极接地；三极管Q3的射极通过第四电容C4接地，连接输出端Vcc。

基准电压Vref可以通过对输出端Vcc分压得到，具体的，输出端Vcc通过第十二电阻R12连接三端可调基准源Q4的阴极，三端可调基准源Q4的阳极接地，三端可调基准源Q4的第三端连接三端可调基准源Q4的阴极，三端可调基准源Q4的阴极作为基准电压Vref。

优选地，为负载集合供电的直流电压可以为直流电压源，如图2～12所示；所述直流电压也可以为电网电压经过整流或整流滤波后得到的直流电压，如图13所示，所述直流电压可以通过以下电路结构得到：串接的第二二极管D2以及第三二极管D3，与串接的第四二极管D4以及第五二极管D5并联；第二二极管D2的阳极连接第三二极管D3的阴极，第四二极管D4的阳极连接第五二极管D5的阴极，其中，第二二极管D2的阳极连接交流电压源的第一输出端，第四二极管D4的阳极连接交流电压源的第二输出端。也即，第二二极管D2～第五二极管D5构成了整流桥，进行交流电压源如电网电压的整流。其中，如图12所示，在整流桥的输出端可以并联滤波电容C5，此时，得到的直流电压为非脉动的直流电压；或者，在实际应用中，也可以不并联滤波电容C5，此时，得到的直流电压为脉动的直流电压。

另外，为了使得到的直流电压幅值与负载集合A总的额定电压相匹配，可以在整流桥的输入侧串联电容，将输入的交流电压分压，例如图14所示，第二二极管D2的阳极还可以通过第六电容C6连接交流电压源的第一输出端；第四二极管D4的阳极连接交流电压源的第二输出端。

其中，当为负载集合供电的直流电压为脉动的直流电压时，脉动直流电压在每个脉动周期都出现小于或等于第二负载子集合的额定电压的电压时，在每个脉动周期中，第一调整管都会在线性调整状态和饱和状态之间转换，第二调整管会在关断和线性调整状态或饱和状态之间转换。

由于本发明实施例负载驱动电路可以适用于由脉动的直流电压为负载集合供电的环境下，因此，本电路可以通过整流桥接入电网，整流桥将电网的交流正弦电压整流为直流脉动电压，输入到本发明实施例的电路中，通过第一调整管和第二调整管的作用，输入电流波形为梯形波，也即该电路的功率因数较高，电磁干扰低，对电网的影响小。

当为负载集合供电的直流电压为非脉动的直流电压，即恒定幅值的直流电压时，第一调整管会处于某一个线性调整状态，或者处于饱和状态，第二调整管会处于关断状态，或者处于某一个线性调整状态，或饱和状态，也即，若输入的恒定直流电压的幅值不变时，第一调整管的状态不会改变，当输入的恒定直流电压的幅值变化，各第一调整管会相应的改变。

其中，在本发明实施例的附图中，第一调整管和第二调整管都通过场效应管实现，其中，场效应管的栅极对应调整管的开关控制端，漏极对应调整管的第一端，源极对应调整管的第二端；在实际应用中，所述调整管也可以通过基极串联一个电阻的三极管实现，此时，三极管中基极连接电阻的第一端，该电阻的第二端对应调整管的开关控制端，而三极管的射极对应调整管的第二端，集电极对应调整管的第一端，此时，本发明实施例的负载驱动电路结构这里不赘述。

另外，本发明所有实施例中除直流电压或其实现电路外，任意部分的电路或任意几部分的电路都可以集成在一起成为一个集成电路，制作成集成芯片。比如，除负载集合和直流电压以外的元器件及其连接关系可以集成在一起；除第二负载子集合和直流电压以外的元器件及其连接关系也可以集成在一起。具体的，例如所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元和总控制器可以集成在一起成为一个集成电路；或者，所述第一调整管、第二调整管、第一负载子集合、电流采样单元和总控制器可以集成在一起成为一个集成电路；或者，所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元、总控制器和辅助源电路可以集成在一起，作为一个集成电路等等。

与以上的负载驱动电路相对的，本发明实施例还提供一种负载驱动方法，其中，被负载驱动电路驱动的负载集合中所有负载串联，并分为第一负载子集合和第二负载子集合，第一负载子集合的第二端连接第二负载子集合的第一端；所述第一负载子集合中负载的数量ｋ大于等于1，小于负载集合中负载的总数；第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；第二调整管串接于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；

如图15所示，该方法包括：

步骤101：对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

步骤102：判断采样到的电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；

步骤103：判断采样到的电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

优选地，该方法还可以包括：当采样到的电流小于预设稳流点时，按照预设规则控制所述稳流点增大。

其中，步骤102和步骤103之间没有执行顺序，根据实际环境相应的处理。

这里，预设规则可以在实际应用中自主设定，也即如何进行稳流点的增大这里并不限制，只要达到增大稳流点这一目的即可。

该负载驱动方法中，通过对第一调整管的控制，控制第一调整管以及第二调整管的总电流也即负载集合的总电流不超过稳流点，通过对第二调整管的控制，控制负载集合的总电流不低于稳流点；因此，负载集合总的额定电压可以大于为负载供电的直流电压的下限值，此时，在整个驱动过程中，当为负载供电的直流电压大于所述总的额定电压时，通过第一调整管进行限流，电能损耗降低，负载驱动效率高，尤其是电网电压接近电压上限值时，第一调整管的功耗相对更低，电能损耗小，负载驱动效率高。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的方法的过程可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。所述的存储介质可以如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (27)

1.一种负载驱动电路，其特征在于，被负载驱动电路驱动的负载集合中所有负载串联，并分为第一负载子集合和第二负载子集合，第一负载子集合的第二端连接第二负载子集合的第一端；所述第一负载子集合中负载的数量k大于等于1，小于负载集合中负载的总数；该负载驱动电路包括：电流采样单元、第一调整管、第二调整管以及总控制器；其中，

第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；

第二调整管并联于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；

电流采样单元，用于对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

总控制器，用于当所述总电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；还用于当所述总电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，电流采样单元包括：

第一采样子单元，第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第一调整管的第二端，输出端连接总控制器的第一采样电流输入端；第一采样子单元用于对第一负载子集合中的电流进行采样；

第二采样子单元，第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第二调整管的第二端，输出端连接总控制器的第二采样电流输入端；第二采样子单元用于对第二调整管所在支路的电流进行采样。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一采样子单元通过第一采样电阻实现，所述第一采样电阻的第一端作为第一采样子单元的第一端，第一采样电阻的第二端作为第一采样子单元的第二端以及输出端；

所述第二采样子单元通过第二采样电阻实现，所述第二采样电阻的第一端作为第二采样子单元的第一端，第二采样电阻的第二端作为第二采样子单元的第二端以及输出端。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述总控制器包括：

第一电流反馈控制器，第一输入端和第二输入端分别作为总控制器的第一采样电流输入端以及第二采样电流输入端；第一电流反馈控制器用于将接收到的电流采样信号叠加后，与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管的开关控制端以及驱动选择器的输入端；其中，当叠加后的电流采样信号大于或等于预设稳流点时，比较结果对应的电压信号控制第一调整管的阻抗增大，否则，控制第一调整管的阻抗减小；

第一驱动选择器，输出端连接所述第二调整管的开关控制端，用于判断第一电流反馈控制器输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管导通；否则，控制第二调整管关断。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，第一电流反馈控制器包括：

第一运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接第一电流反馈控制器的第一输入端，该反相输入端还通过第三电阻连接第一电流反馈控制器的第二输入端；第一运算放大器的正相输入端连接基准电压；第一运算放大器的输出端作为第一电流反馈控制器的输出端。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，第一电流反馈控制器还包括：第一运算放大器的反相输入端通过串接的第一电容和第一电阻连接第一运算放大器的输出端。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一驱动选择器包括：

第一二极管的阳极作为第一驱动选择器的输入端，阴极作为第一驱动选择器的输出端，该阴极还通过第四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

首尾串接的二极管集合，二极管集合的阳极端作为第一驱动选择器的输入端，二极管集合的阴极端作为第一驱动选择器的输出端，该阴极端还通过第四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

第一稳压管的阳极作为第一驱动选择器的输出端，阴极作为第一驱动选择器的输入端。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，电流采样单元的第一端连接直流电压的第二输出端，第二端连接第一调整管的第二端和第二调整管的第二端，输出端连接总控制器的采样电流输入端。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电流采样单元包括：

第三采样电阻的第一端作为电流采样单元的第一端，第三采样电阻的第二端作为电流采样单元的第二端；第三采样电阻未接地的一端作为电流采样单元的输出端。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述总控制器包括：

第二电流反馈控制器，输入端作为总控制器的采样总电流输入端；电流反馈控制器用于将接收到的电流采样信号与预设稳流点进行比较，输出比较结果对应的电压信号到第一调整管的开关控制端以及驱动选择器的输入端；其中，当电流采样信号大于或等于预设稳流点时，输出比较结果对应的电压信号控制第一调整管的阻抗增大，否则，控制第一调整管的阻抗减小；

第二驱动选择器，输出端连接所述第二调整管的开关控制端，用于判断第二电流反馈控制器输出的电压信号达到预设电压阈值时，控制第二调整管导通；否则，控制第二调整管关断。

11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述第三采样电阻的第一端为地端；所述第二电流反馈控制器包括：

第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接第二电流反馈控制器的输入端；第二运算放大器的正相输入端连接基准电压；第二运算放大器的输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，第二电流反馈控制器还包括：第二运算放大器的反相输入端通过串接的第二电容和第五电阻连接第二运算放大器的输出端。

13.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述第三采样电阻的第二端为地端；第二电流反馈控制器包括：

第三运算放大器的正相输入端通过第九电阻连接基准电压，还通过第七电阻连接第二电流反馈控制器的输入端；第三运算放大器的反相输入端接地；第三运算放大器的输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

14.根据权利要求13所述的电路，其特征在于，所述第二电流反馈控制器还包括：第三运算放大器的反相输入端通过串接的第三电容和第八电阻连接第三运算放大器的输出端。

15.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述第三采样电阻的第一端为地端；第二电流反馈控制器包括：第四运算放大器的反相输入端作为第二电流反馈控制器的输入端，正相输入端连接基准电压，输出端作为第二电流反馈控制器的输出端。

16.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，第二驱动选择器包括：第六二极管的阳极作为第二驱动选择器的输入端，阴极作为第二驱动选择器的输出端，该阴极还通过第十四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

首尾串接的二极管集合，二极管集合的阳极端作为第二驱动选择器的输入端，二极管集合的阴极端作为第二驱动选择器的输出端，该阴极端还通过第十四电阻连接第二调整管的第二端；或者，

第二稳压管的阳极作为第二驱动选择器的输出端，阴极作为第二驱动选择器的输入端。

17.根据权利要求1至16任一项所述的电路，其特征在于，还包括：电流调节单元，用于判断第一调整管以及第二调整管的总电流小于预设稳流点时，根据预设规则增大所述稳流点。

18.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，所述电流调节单元具体用于：当第二调整管所在支路的电流不为零时，将所述第二调整管所在支路电流的采样信号叠加到基准电压上。

19.根据权利要求18所述的电路，其特征在于，当所述第一电流反馈控制器通过第一运算放大器对应的电路实现时，所述电流调节单元包括：

第十电阻的第一端连接第二电流采样子单元的输出端，第二端连接第一运算放大器的正相输入端；

相应的，第一电流反馈控制器中第一运算放大器的正相输入端通过第十一电阻连接所述基准电压。

20.根据权利要求1至16任一项所述的电路，其特征在于，所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元和总控制器集成为一个集成电路。

21.根据权利要求1至16任一项所述的电路，其特征在于，所述第一调整管、第二调整管、第一负载子集合、电流采样单元和总控制器集成为一个集成电路。

22.根据权利要求1至16任一项所述的电路，其特征在于，还包括：辅助源，用于将输入辅助源的电压转换为恒定幅值的直流电压；其中，

所述辅助源的输入端连接地端和第三负载子集合的高电位端，所述第三负载子集合包含所述第一负载子集合，且第三负载子集合中的负载数大于第一负载子集合中的负载数，小于等于负载集合的负载数。

23.根据权利要求22所述的电路，其特征在于，所述第一调整管、第二调整管、电流采样单元、总控制器和辅助源电路集成为一个集成电路。

24.根据权利要求1至16任一项所述的电路，其特征在于，所述直流电压通过以下电路得到：

串接的第二二极管以及第三二极管，与串接的第四二极管以及第五二极管并联；第二二极管的阳极连接第三二极管的阴极，第四二极管的阳极连接第五二极管的阴极；第二二极管的阳极还通过第六电容连接交流电压源的第一输出端；第四二极管的阳极连接交流电压源的第二输出端。

25.根据权利要求24所述的电路，其特征在于，所述第一调整管和第二调整管通过场效应管或者基极串联电阻的三极管实现。

26.一种负载驱动方法，其特征在于，被负载驱动电路驱动的负载集合中所有负载串联，并分为第一负载子集合和第二负载子集合，第一负载子集合的第二端连接第二负载子集合的第一端；所述第一负载子集合中负载的数量k大于等于1，小于负载集合中负载的总数；第一调整管与所述负载集合串接于为负载集合供电的直流电压的第一输出端和第二输出端之间；第二调整管并联于第一负载子集合的第二端与直流电压的第二输出端之间；

该方法包括：

对第一调整管以及第二调整管的总电流进行采样；

当采样到的电流大于或等于预设稳流点时，控制第一调整管导通，控制第二调整管关断；

当采样到的电流小于预设稳流点时，控制第一调整管和第二调整管导通。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，当采样到的电流小于预设稳流点时，还包括：

按照预设规则控制所述稳流点增大。