CN103025012B - 一种led脉冲驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种LED脉冲驱动电路，包括整流桥、控制电路、开关管驱动电路、电感、开关管、LED模块和若干电阻；驱动LED脉冲驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：步骤1、开关管导通，回路中的电流上升；步骤2、电阻对整流桥输出的电压进行分压，得到参考电压；电阻对电流采样得到采样电压，采样电压与参考电压通过电压比较器进行比较，当采样电压高于参考电压时，电压比较器输出低电平，关断开关管，回路中的电流下降；步骤3、当采样电压低于参考电压时，电压比较器输出高电平，导通开关管；步骤4、重复执行步骤1至步骤3，使得流过LED的电流为脉冲电流，其包络为正弦波经全波整流所的得波形。具有使用寿命长和输出功率高等优点。

Description

一种LED脉冲驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲驱动电路技术，特别涉及一种LED脉冲驱动电路及其驱动方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode，发光二极管），是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，可以直接把电转化为光，LED具有节能、环保、体积小和使用寿命长等优点，是目前最理想的代替传统照明光源的光源，有着广泛的用途；而驱动电路是保证LED使用寿命长及其它性能的一个很关键的因素，目前，虽然LED达到50000小时或更长的寿命，但是现有的恒流LED驱动电路寿命却很短，难以超过10000小时，与LED的使用寿命相差甚远，造成LED驱动电路使用寿命与LED的使用寿命不相匹配的主要原因是：其中必不可少的作为储能、稳压元件的电解电容在额定工作条件下寿命一般只有5000～10000小时，从而直接导致LED的实际使用寿命远低于预期寿命，而由于成本因素，其它电容也无法替代电解电容，另外，恒流驱动电路的输出功率越大，所需电解电容容量也越大，造成驱动电路体积大、成本高；为提高LED的使用寿命、减小驱动电路体积和降低成本，必须突破现有技术，研发制造出无电解电容的LED驱动电路。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种LED脉冲驱动电路，该电路不需电解电容储能，使用寿命长，成本低，具有体积小、输出功率高的优点。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种LED脉冲驱动电路的驱动方法，该方法使电流脉冲频率随市电电压的瞬时绝对值变化，相对于固定开关频率产生的干扰度低。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种LED脉冲驱动电路，包括整流桥，所述整流桥具有输入端和输出端，所述输出端具有正极和负极，所述LED脉冲驱动电路还包括控制电路、开关管驱动电路、电感、开关管、LED模块、第一电阻、第二电阻和第三电阻；电感的一端和第一电阻的一端均与整流桥输出端的正极相连接，整流桥输出端的负极接参考地，整流桥的输入端接220伏单相交流市电，开关管的漏极和LED模块的阳极均与电感的另一端相连接，LED模块的阴极和开关管的源极均与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端接参考地，第一电阻的另一端与第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端接参考地。

所述LED模块的正向导通电压可以高于输入市电电压幅值。

所述控制电路包括第四电阻、第五电阻、电压比较器、第六电阻，第五电阻的一端与LED模块的阴极相连接，第五电阻的另一端与电压比较器的反相输入端相连接；第一电阻和第二电阻均与第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端连接电压比较器同相输入端；第六电阻的一端与开关管驱动电路的输出相连接，第六电阻的另一端与电压比较器的同相输入端相连接。

所述开关管驱动电路用于驱动开关管，包括第七电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一三极管为NPN型，第二三极管为PNP型，第七电阻的一端接电压源VCC，第七电阻的另一端、第一三极管的基极和第二三极管的基极均与电压比较器的输出端相连接，第一三极管的集电极连接电压源VCC，第一三极管的发射极与第二三极管的发射极相连，此连接是开关管驱动电路的输出，与开关管的输入即开关管的栅极相连，第二三极管的集电极接参考地。

本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种LED脉冲驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：

步骤1、开关管7导通，电感4、开关管7和第三电阻6所形成的回路中的电流上升；

步骤2、第一电阻2和第二电阻3对整流桥1输出的电压进行分压，所述第二电阻3两端的电压为基本参考电压；第二电阻3、第四电阻9和第六电阻12对开关管驱动电路的输出电压进行分压，在第四电阻9上得到滞回电压，基本参考电压与滞回电压之和构成参考电压，也就是电压比较器10同相端电压；第三电阻6两端的电压为采样电压，此电压通过第五电阻8引到电压比较器反相输入端，当采样电压高于参考电压时，电压比较器10输出低电平，使开关管驱动电路关断开关管7，从而使得电感4的电流只能经LED模块5流过,即点亮LED模块5，由于LED模块5的导通电压高于市电输入电压，故此电流由电感4释放能量来维持并持续下降；

步骤3、当采样电压低于参考电压时，电压比较器10输出高电平，使开关管驱动电路开通开关管7，电感4的电流改由开关管7通过，LED模块5因此被短路而熄灭，此时输入的市电电压几乎完全加到电感4上，从而使得电感4的电流持续增加；

步骤4、重复执行步骤1至步骤3，以得到流经LED模块（5）的电流，所述得到的流经LED模块（5）的电流为脉冲波，所述脉冲波的包络为正弦波经全波整流所得的波形。

所述步骤1、步骤2和步骤3中，第一三极管13和第二三极管14组成的驱动电路对电压比较器10输出的控制信号进行功率放大后，送到开关管7的栅极，控制开关管7的导通与关断。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、使用寿命长，并延长了LED的使用寿命；本发明在电路设计过程中没有采用电解电容来设计电路，而是采用脉冲电流替代恒定电流来驱动LED,使LED驱动电路的寿命不受电解电容使用寿命的限制，不仅延长了驱动电路的使用寿命，也延长了LED的使用寿命。

2、脉冲驱动电路体积小，成本低，输出功率高；本发明电路不需要电解电容，因此降低了成本；本发明在220伏单相交流市电输入下，输入电流为正弦波，相对恒流驱动电路输出功率受电解电容容量的限制而言，脉冲驱动电路体积小、输出功率高。

3、相对于固定开关频率产生的干扰度低；本发明采用不固定的开关频率驱动开关管，开关频率随输入市电电压的瞬时绝对值变化，所以相对于固定开关频率产生的干扰强度要低。

附图说明

图1是LED脉冲驱动电路的电路原理图。

图2是驱动LED脉冲驱动电路的驱动方法的控制流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种LED脉冲驱动电路，包括整流桥1，所述整流桥1具有输入端和输出端，所述输出端具有正极和负极，所述LED脉冲驱动电路还包括控制电路、开关管驱动电路、电感4、开关管7、LED模块5、第一电阻2、第二电阻3和第三电阻6；电感4的一端和第一电阻2的一端均与整流桥1输出端的正极相连接，整流桥1输出端的负极接参考地，整流桥1的输入端接220伏单相交流市电，开关管7的漏极和LED模块5的阳极均与电感4的另一端相连接，LED模块5的阴极和开关管7的源极均与第三电阻6的一端连接，第三电阻6的另一端接参考地，第一电阻2的另一端与第二电阻3的一端相连接，第二电阻3的另一端接参考地。

所述LED模块5的正向导通电压高于输入市电电压幅值。

所述控制电路包括第四电阻9、第五电阻8、电压比较器10、第六电阻12，第五电阻8的一端与LED模块5的阴极相连接，第五电阻8的另一端与电压比较器10的反相输入端相连接；第一电阻2和第二电阻3均与第四电阻9的一端相连接，第四电阻9的另一端连接电压比较器10同相输入端；第六电阻12的一端与开关管驱动电路的输出相连接，第六电阻12的另一端与电压比较器10的同相输入端相连接。

所述开关管驱动电路用于驱动开关管7，包括第七电阻11、第一三极管13和第二三极管14，第七电阻11的一端接电压源VCC，第七电阻11的另一端、第一三极管13的基极和第二三极管14的基极均与电压比较器10的输出端相连接，第一三极管13的集电极连接电压源VCC，第一三极管13的发射极与第二三极管14的发射极相连，此连接是开关管驱动电路的输出，与开关管7的输入即开关管7的栅极相连，第二三极管14的集电极接参考地。

如图2和图1所示，一种驱动LED脉冲驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：

步骤1、开关管7导通，电感4、开关管7和第三电阻6所形成的回路中的电流上升；

步骤2、第一电阻2和第二电阻3对整流桥1输出的电压进行分压，所述第二电阻3两端的电压设为基本参考电压；第二电阻3、第四电阻9和第六电阻12对开关管驱动电路的输出电压进行分压，在第四电阻9上得到滞回电压，基本参考电压与滞回电压之和构成参考电压，也就是电压比较器10同相端电压；第三电阻6两端的电压为采样电压，此电压通过第五电阻8引到电压比较器反相输入端，当采样电压高于参考电压时，电压比较器10输出低电平，使开关管驱动电路关断开关管7，从而使得电感4的电流只能经LED模块5流过,即点亮LED模块5，由于LED模块5的导通电压高于市电输入电压，故此电流由电感4释放能量来维持并持续下降；

步骤3、当采样电压低于参考电压时，电压比较器10输出高电平，使开关管驱动电路开通开关管7，电感4的电流改由开关管7通过，LED模块5因此被短路而熄灭，此时输入的市电电压几乎完全加到电感4上，从而使得电感4的电流持续增加；

步骤4、重复执行步骤1至步骤3，以得到流经LED模块（5）的电流，所述得到的流经LED模块（5）的电流为脉冲波，所述脉冲波的包络为正弦波经全波整流所得的波形。

所述步骤1、步骤2和步骤3中，第一三极管13和第二三极管14组成的驱动电路对电压比较器10输出的控制信号进行功率放大后，送到开关管7的栅极，控制开关管7的导通与关断。

所述驱动LED脉冲驱动电路的驱动方法的具体控制过程如下：

第一电阻和第二电阻对整流桥输出的电压进行分压，将由此得到的第二电阻上的电压作为基本参考电压，因此基本参考电压波形与整流桥输出的电压波形一致，即为正弦波经全波整流所得的波形，第二电阻、第四电阻和第六电阻对开关管驱动电路的输出电压进行分压，将由此得到的第四电阻上的电压称为滞回电压，除了基本参考电压处于零电压附近以外，滞回电压远小于基本参考电压，将所述基本参考电压与滞回电压之和，也就是电压比较器同相端电压作为参考电压；将第三电阻两端的电压作为采样电压，并通过第五电阻传送到电压比较器反相输入端，当采样电压高于参考电压时，电压比较器输出低电平，使得开关管驱动电路关断开关管，从而使得电感上的电流只能经LED模块流过,即点亮LED模块，由于LED模块的导通电压高于市电输入电压，故需电感释放能量来维持LED模块的导通，导通期间电流持续下降，使得第三电阻上的采样电压也持续下降，当采样电压低于参考电压时，电压比较器输出高电平，使开关管驱动电路开通开关管，电感的电流改由开关管通过，LED模块因此被短路而熄灭，此时输入的市电电压几乎完全加到电感上，从而使得流经电感的电流持续上升；由于滞回电压远小于基本参考电压，因此采样电压近似等于基本参考电压，即采样电压波形也是正弦波经全波整流所得的波形，而采样电压是开关管和LED模块轮流导通的电流在第三电阻上形成的，因此通过开关管和LED模块的电流为脉冲电流，其包络为正弦波经全波整流所得的波形。

滞回电压的作用是使开关管开通和关断时的参考电压不相等，使得开关管开、关间隔一定的时间，避免开、关频率过高导致开关管过热而损坏，滞回电压的具体作用过程如下：开关管驱动电路输出高电平使开关管导通，同时也使滞回电压升高，使得参考电压跟着升高，反之，开关管驱动电路输出低电平使开关管关断，同时也使滞回电压降低，使得参考电压跟着降低，因此开关管开通后的参考电压高于其关断后的参考电压,使得电感上的电流在开关管开始关断时刻高于开关管开始导通时刻，开关管开通与关断之间滞回电压的差别越大，流经电感的电流差别也越大，而电感电流的变化需要时间，因此开关管从开通到关断或从关断到开通的时间间隔越长，反之越短，也就是滞回电压差别越大，开关管的开关频率越低，反之开关频率越高；另外，开关管的开关频率也与施加到电感上的电压有关，电感上的电压越大，则电流上升越快，使采样电压接近并高于参考电压的速度越快，因此开关管从开通到关断的时间越短，使得开关管开关频率越高，反之开关频率越低，而施加到电感上的电压为交流市电经整流桥的输出，因此开关管的开关频率,也是流过LED模块的脉冲电流频率，随交流市电电压的瞬时绝对值变化，相对于固定开关频率，频率变化的脉冲电流产生的电磁干扰强度小。

电压比较器输出的高电平或低电平信号经由第七电阻、第一三极管和第二三极管组成的驱动电路功率放大后，送到开关管的栅极，控制开关管的导通或关断。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种LED脉冲驱动电路，包括整流桥(1)和LED模块(5)，所述整流桥(1)具有输入端和输出端，所述输出端具有正极和负极，其特征在于，还包括控制电路、开关管驱动电路、电感(4)、开关管(7)、第一电阻(2)、第二电阻(3)和第三电阻(6)；电感(4)的一端和第一电阻(2)的一端均与整流桥(1)输出端的正极相连接，整流桥(1)输出端的负极接参考地，开关管(7)的漏极和LED模块(5)的阳极均与电感(4)的另一端相连接，LED模块(5)的阴极和开关管(7)的源极均与第三电阻(6)的一端连接，第三电阻(6)的另一端接参考地，第一电阻(2)的另一端与第二电阻(3)的一端相连接，第二电阻(3)的另一端接参考地；

所述控制电路包括第四电阻(9)、第五电阻(8)、电压比较器(10)和第六电阻(12)，第五电阻(8)的一端与LED模块(5)的阴极相连接，第五电阻(8)的另一端与电压比较器(10)的反相输入端相连接；第一电阻(2)和第二电阻(3)均与第四电阻(9)的一端相连接，第六电阻(12)的一端与开关管驱动电路的输出端相连接，第六电阻(12)的另一端与电压比较器(10)的同相输入端相连接；

所述开关管驱动电路包括第七电阻(11)、第一三极管(13)和第二三极管(14)，第七电阻(11)的一端接电压源VCC，第七电阻(11)的另一端、第一三极管(13)的基极和第二三极管(14)的基极均与电压比较器(10)的输出端相连接，第一三极管(13)的集电极连接电压源VCC，第一三极管(13)的发射极与第二三极管(14)的发射极相连，第二三极管(14)的集电极接参考地；

LED模块(5)的正向导通电压高于输入市电电压幅值。

2.权利要求1所述的LED脉冲驱动电路的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、开关管(7)导通，电感(4)、开关管(7)和第三电阻(6)所形成回路中的电流上升；

步骤2、第一电阻(2)和第二电阻(3)对整流桥(1)输出的电压进行分压，得到基本参考电压；第二电阻(3)、第四电阻(9)和第六电阻(12)对开关管驱动电路的输出电压进行分压，在第四电阻(9)上得到滞回电压，基本参考电压与滞回电压之和构成电压比较器(10)的同相端电压；第三电阻(6)两端的电压为采样电压，所述采样电压通过第五电阻(8)引到电压比较器(10)的反相输入端，当采样电压高于参考电压时，电压比较器(10)输出低电平，使开关管驱动电路关断开关管(7)，流经电感(4)的电流全部流过LED模块(5),以点亮LED模块(5)；

步骤3、当采样电压低于参考电压时，电压比较器(10)输出高电平，使开关管驱动电路开通开关管(7)，流经电感(4)的电流全部从开关管(7)流过，LED模块(5)熄灭，以使输入的市电电压全部加到电感(4)上，流经电感(4)的电流持续增加；

步骤4、重复执行步骤1至步骤3，以得到流经LED模块(5)的电流，所述得到的流经LED模块(5)的电流为脉冲波，所述脉冲波的包络为正弦波经全波整流所得的波形。

3.根据权利要求2所述的LED脉冲驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2和步骤3中，第一三极管(13)和第二三极管(14)组成的驱动电路对电压比较器(10)输出的控制信号进行功率放大后，传送到开关管(7)的栅极，控制开关管(7)的导通与关断。