CN102858068B - 一种并联开关控制的可变负载led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路，涉及LED驱动电路技术领域，LED1-LEDn依次串联连接，LED1的正极与整流桥IC1输出端的正极连接，LEDn负极的第一路分别与并联开关控制模块C中的高压开关器件S1-Sn-1的一端连接，LEDn负极的第二路与反馈模块FB的输入端连接，LEDn负极的第三路与整流桥IC1输出端的负极连接，反馈模块FB的输出端与高压开关器件S1-Sn-1的控制端连接。所述LED驱动电路仅使用整流桥等少量外围电路，体积极小，成本低，可直接集成于载有LED串的灯板之上，无需电解电容，电路简单，使用寿命长，功率因数高。

Description

一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动电路技术领域，尤其涉及一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路。

背景技术

发光二极管（LED），因其具有发光效率高、寿命长、亮度高、节能、环保和耐用等特点被广泛应用在照明系统中。为了充分发挥其优势，并且与前代照明产品如白炽灯、节能灯管等充分兼容，需要配备体积小，寿命长，成本低，并直接以交流市电为电源的LED驱动电路，以最大限度发挥LED自身优势。目前以交流市电为电源的LED驱动电路种类繁多，主要可以分为两大类。

参考图2，第一类是以成本低为主要优势的驱动电路，此类电路中不含有集成电路芯片。市电经过整流桥进行全波整流后，再通过一个很大的高压滤波电容C稳压，形成一个较稳定的电压，再通过限流电阻R直接驱动LED串结构。设交流市电有效值为Vr，则经过整流滤波后的较稳定电压V₁可以表示为：

LED串负载一般由n个LED串并联而成，每串LED由m个LED串联组成。如果设LED总电流为I₁，则LED两端压降V₂可以表示为：

其中V_T是热电压，室温下为26mV；I_S是二极管的饱和电流；电阻R的计算方法即为：

其中V₁为整流滤波后电压，V₂为LED两端电压；这种驱动电路结构简单，不含集成电路芯片，所以成本较低，但是由于滤波电容C需要耐高压并且容值需求较高，所以选型必须为电解电容，寿命较短；而且由于滤波电容C的存在，使得整个电路的功率因数极低，一般不超过0.6，对电网有较大污染；在驱动电压较低时，限流电阻R上的功耗也很大，发热的同时也耗费能源。

第二类是带有控制芯片的各类AC-DC开关电源电路，具有代表性的是反激式AC-DC开关电源LED驱动电路，参考图3。控制IC兼顾开关器件和反馈调节功能，利用脉冲宽度调制、频率调制或者调周期等调制方式对输出电压进行反馈调节，稳定输出电流。变压器为隔离器件，为高压初次侧和低压二次侧提供隔离。此种电路优势在于效率高，由于隔离器件的存在其安全标准也较高，对输出电流的控制比较精确；但是因为外围器件较多，并且含有控制IC，电路成本很高，体积较大，功率因数也由于大的输入电容而不理想；要实现直流驱动也必须含有较大的电解电容，对使用寿命产生影响。综上所述，目前传统的LED驱动电路无法兼顾成本低，效率高，功率因数高，体积小等综合优势，有很大的改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路，具有功率因数高、成本低、体积小的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路，其特征在于LED1-LEDn依次串联连接，LED1的正极与整流桥IC1输出端的正极连接，LEDn负极的第一路分别与并联开关控制模块C中的高压开关器件S1-Sn-1的一端连接，LEDn负极的第二路与反馈模块FB的输入端连接，LEDn负极的第三路与整流桥IC1输出端的负极连接，反馈模块FB的输出端与高压开关器件S1-Sn-1的控制端连接，高压开关器件S1的另一端与LED1的负极连接，高压开关器件Sn-1的另一端与LEDn-1的负极连接，n为大于1的自然数。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述LED驱动电路仅使用整流桥等少量外围电路，体积极小，成本低，可直接集成于载有LED串的灯板之上，无需电解电容，电路简单，使用寿命长；使用可变负载方法提高功率因数，使功率因数达到90%以上；此外，所述电路无明显功率消耗器件，效率较高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的电路原理框图；

图2是第一类现有技术的电路原理框图；

图3是第二类现有技术的电路原理框图；

图4是ILED1的波形示意图；

图5是ILEDn-1的波形示意图；

图6是ILEDn的波形示意图；

图7是I₁的波形示意图；

图8是Vin的波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路，其特征在于LED1-LEDn依次串联连接，LED1的正极与整流桥IC1输出端的正极连接，LEDn负极的第一路分别与并联开关控制模块C中的高压开关器件S1-Sn-1的一端连接，LEDn负极的第二路与反馈模块FB的输入端连接，LEDn负极的第三路与整流桥IC1输出端的负极连接，反馈模块FB的输出端与高压开关器件S1-Sn-1的控制端连接，即反馈模块FB的输出端Cn-1控制高压开关器件Sn-1，高压开关器件S1的另一端与LED1的负极连接，高压开关器件Sn-1的另一端与LEDn-1的负极连接，n为大于1的自然数。反馈模块FB是由一定大小的串联电阻构成，其工作原理是探测通过LED的电流，并将电流大小转换成电压信号，以控制高压开关器件。

图4-8为相关电流和电压的波形示意图，交流市电经过整流桥整流后，得到全波整流的电压包络Vin；设市电频率为f，则整流后包络频率为2f，下面取市电整流后电压Vin的一个周期进行分析：

初始时刻Vin接近于零并上升，此时反馈模块FB检测到LED串负载电流I₁很小，即闭合所有高压开关器件S1，S2……Sn-1，将LED串中的LED2，LED3……LEDn完全短路，电路中只有LED1接入，此时负载最小，使得负载电流I₁随整流后电压Vin的升高快速上升；当反馈模块FB检测到I₁到达门限值Ith1时，即打开高压开关器件S1，使LED2接入负载，此时共有LED1和LED2接入负载，使负载变大，I₁上升趋势受到抑制。随着Vin继续上升，I₁继续升高，当反馈模块FB检测到I₁到达门限值Ith2时，即打开高压开关器件S2，使LED3接入负载，此时有LED1、LED2和LED3接入负载，I₁的上升再次受到抑制；以此类推，随着Vin从最小值上升到最大值，反馈模块FB检测I₁依次从小到大超过门限值Ith1，Ith2，Ith3……Ithn-1，并依次打开高压开关器件S1，S2……Sn-1，当Vin到达最高点附近时所有的高压开关均打开，使所有LED全部接入负载，使I₁保持基本恒定。

当Vin从最高点开始下降时，LED电流I₁也随之下降；当反馈模块FB检测到I1向下穿越门限值Ithn-1时，即闭合高压开关Sn-1，使LEDn被短路从负载中去除，从而减轻负载，稳定I₁；I₁随着Vin下降会依次穿越门限Ithn-2……Ith1，而反馈模块FB也相应控制高压开关器件Sn-2……S1闭合，以减小负载，当Vin下降至零附近时，所有高压开关S1，S2……Sn-1全部闭合，使只剩下LED1接入负载，保持I₁基本恒定。

随着高压开关器件S1-Sn-1依次闭合与打开，负载电流I₁也会随着输入电压Vin呈现出包络状，一般，我们设定Vth1<Vth2<……<Vthn-1，以保证负载电流I₁随Vin包络变化，从而达到极高功率因数值；LED1由于始终接入负载端，其电流ILED1=I₁，LED2的电流则相比LED1少了一定占空比，而LEDn由于接入负载的时间最短，其电流占空比也最小；各个LED电流的占空比均有不同，导致亮度不一，可以通过调整不同LED在灯板上的位置进行修正和圆润，使灯板在点亮时没有可见闪烁，其中Ithn-1和Vthn-1为一个设定值。

所述LED驱动电路仅使用整流桥等少量外围电路，体积极小，成本低，可直接集成于载有LED串的灯板之上，无需电解电容，电路简单，使用寿命长；使用可变负载方法提高功率因数，使功率因数达到90%以上；此外，所述电路无明显功率消耗器件，效率较高。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本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对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (1)

1.一种并联开关控制的可变负载LED驱动电路，其特征在于LED1-LEDn依次串联连接，LED1的正极与整流桥IC1输出端的正极连接，LEDn负极的第一路分别与并联开关控制模块C中的高压开关器件S1-Sn-1的一端连接，LEDn负极的第二路与反馈模块FB的输入端连接，LEDn负极的第三路与整流桥IC1输出端的负极连接，反馈模块FB的输出端与高压开关器件S1-Sn-1的控制端连接，高压开关器件S1的另一端与LED1的负极连接，高压开关器件Sn-1的另一端与LEDn-1的负极连接，n为大于1的自然数；

初始时刻Vin接近于零并上升，此时反馈模块FB检测到LED串负载电流I₁很小，即闭合所有高压开关器件S1，S2……Sn-1，将LED串中的LED2，LED3……LEDn完全短路，电路中只有LED1接入，此时负载最小，使得负载电流I₁随整流后电压Vin的升高快速上升；当反馈模块FB检测到I₁到达门限值Ith1时，即打开高压开关器件S1，使LED2接入负载，此时共有LED1和LED2接入负载，使负载变大，I₁上升趋势受到抑制；随着Vin继续上升，I₁继续升高，当反馈模块FB检测到I₁到达门限值Ith2时，即打开高压开关器件S2，使LED3接入负载，此时有LED1、LED2和LED3接入负载，I₁的上升再次受到抑制；以此类推，随着Vin从最小值上升到最大值，反馈模块FB检测I₁依次从小到大超过门限值Ith1，Ith2，Ith3……Ithn-1，并依次打开高压开关器件S1，S2……Sn-1，当Vin到达最高点附近时所有的高压开关均打开，使所有LED全部接入负载，使I₁保持基本恒定；

当Vin从最高点开始下降时，LED电流I₁也随之下降；当反馈模块FB检测到I1向下穿越门限值Ithn-1时，即闭合高压开关Sn-1，使LEDn被短路从负载中去除，从而减轻负载，稳定I₁；I₁随着Vin下降会依次穿越门限Ithn-2……Ith1，而反馈模块FB也相应控制高压开关器件Sn-2……S1闭合，以减小负载，当Vin下降至零附近时，所有高压开关S1，S2……Sn-1全部闭合，使只剩下LED1接入负载，保持I₁基本恒定；

随着高压开关器件S1-Sn-1依次闭合与打开，负载电流I₁也会随着输入电压Vin呈现出包络状，一般，我们设定Vth1<Vth2<……<Vthn-1，以保证负载电流I₁随Vin包络变化，从而达到极高功率因数值；LED1由于始终接入负载端，其电流ILED1=I₁，LED2的电流则相比LED1少了一定占空比，而LEDn由于接入负载的时间最短，其电流占空比也最小；各个LED电流的占空比均有不同，导致亮度不一，可以通过调整不同LED在灯板上的位置进行修正和圆润，使灯板在点亮时没有可见闪烁，其中Ithn-1和Vthn-1为一个设定值。