CN103025018B - 利用并联高压mos管控制的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用并联高压MOS管控制的LED驱动电路，主要解决现有驱动电路无法兼顾成本低，效率高，功率因数高的问题。它包括整流桥，控制电路，N串负载，N个高压MOS管和N个电压基准电路；整流桥用于对交流信号进行全波整流，N串负载单组串联连接，并跨接于整流桥与第N个高压MOS管的漏极；相邻两串负载的公共端分别连接到对应高压MOS管的漏极；N个高压MOS管的栅极分别连接N个电压基准，其源极相连，并连接到控制电路；控制电路通过检测负载电流调节高压MOS管的源极电压，以控制高压MOS管的工作状态，实现对接入电路负载的调节。本发明具有外围器件少、寿命长、效率和功率因数高的优点，可直接集成于载有LED串的灯板之上。

Description

利用并联高压MOS管控制的LED驱动电路

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及LED驱动电路，可用于模拟集成电路。

背景技术

发光二极管LED在照明应用中，因其具有发光效率高、寿命长、高亮度、节能、环保和耐用等特点，被认为是当前最具潜力的光源之一。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1，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B进行全波整流后，再通过高压滤波电容C进行稳压，形成一个较稳定的电压V₁，再通过限流电阻R直接驱动LED负载网络。设交流市电的有效值为Vr，则经过整流滤波后的较稳定电压V₁可表示为：

$V_1=\sqrt{2}\×\mathrm{Vr}$

LED负载网络一般由n个LED串并联而成，每串LED由m个LED串联组成。

如果设计流过LED负载的总电流为I₁，则LED负载两端压降V₂可以表示为：

$V_2=m\·V_{T}1n(\frac{I_1}{n{I}_S}+1)$

其中V_T是热电压，室温下为26mV；I_S是发光二级管LED的饱和电流；电阻R的计算方法即为：

$R=\frac{(V_1-V_2)}{I_1}$

这种驱动电路结构简单，不含集成电路芯片，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，故必须为电解电容，寿命较短；同时由于滤波电容C的存在，使得整个电路的功率因数极低，不能达到0.6以上，对电网有较大污染；此外由于在驱动电压较低时，限流电阻R上的功耗很大，在造成发热的同时也会耗费能源。

第二类是带有控制芯片的各类AC-DC开关电源电路，图2给出了典型的原端控制型反激式AC-DC开关电源电路。其中，控制IC兼顾开关器件和反馈调节功能，利用脉冲宽度调制、频率调制或者跳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，安全标准较高，对输出电流的控制比较精确；但是由于其所需的外围器件较多，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

本发明的目的在于针对现有LED驱动电路的不足，提出了一种利用并联高压MOS管控制的LED驱动电路，以精简外围电路，减小产品体积，提高功率因数。为实现上述目的，本发明包括：

整流桥，用于对交流信号进行全波整流，并将整流后的电压信号Vin输入到N串负载Z₁～Z_N，N≥1；

N串负载Z₁～Z_N，单组串联连接，用于构成可变负载网络；

其特征在于：还包括：

N个高压MOS管M₁～M_N，用于控制接入电路的负载大小；每个高压MOS管的源极相连，并连接到控制电路；每个高压MOS管栅极分别与N个电压基准相连；第一个高压MOS管M₁的漏极连接到第一串负载Z₁与第二串负载Z₂的公共端；第二个高压MOS管M₂的漏极连接到第二串负载Z₂与第三串负载Z₃的公共端；依此类推，第N-1个高压MOS管M_N-1的漏极连接到第N-1串负载Z_N-1与第N串负载Z_N的公共端；第N个高压MOS管M_N的漏极连接到第N串负载Z_N；

N个电压基准电路，用于产生N个偏置电压V₁～V_N，并设定偏置电压V₁<V₂<…<V_N；

控制电路，通过检测负载电流I调节高压MOS管M₁～M_N的源极电压，从而控制高压MOS管M₁～M_N的工作状态。

上述的LED驱动电路，其中所述N串负载Z₁～Z_N，每串负载均由L个发光二级管LED串联构成，L×N<100。

上述的LED驱动电路，其中所述控制电路采用电阻或二极管连接的MOS管或二极管连接的三极管实现。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明由于采用了高压NMOS管控制接入电路的负载大小，精简了外围电路，可直接集成于载有LED负载的灯板之上，从而减小了产品体积和成本。

(2)本发明由于不需电解电容进行稳压，增加了产品的使用寿命。

(3)本发明通过检测负载电流，调节高压NMOS管的源极电压，以控制高压NMOS管的导通与关断，提高了电路的功率因数。

(4)本发明由于未采用明显功率消耗器件，故电路转换效率较高。

附图说明

图1为不含控制芯片的传统低成本LED驱动电路；

图2为含有控制芯片的传统反激式AC-DC开关电源电路；

图3为本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明作进一步描述。

参考图3，本发明的LED驱动电路包括：整流桥，控制电路N串负载Z₁～Z_N，N个高压MOS管M₁～M_N和N个电压基准电路，N≥1；其中：

整流桥，用于对交流信号进行全波整流；

N串负载Z₁～Z_N，单组串联连接，构成可变负载网络，并跨接于整流桥与第N个高压MOS管M_N的漏极，每串负载均由L个发光二级管LED串联构成，L×N<100；

N个高压MOS管M₁～M_N，用于控制接入电路的负载大小；每个高压MOS管的源极相连，并连接到控制电路；每个高压MOS管栅极分别与N个电压基准相连；第一个高压MOS管M₁的漏极连接到第一串负载Z₁与第二串负载Z₂的公共端；第二个高压MOS管M₂的漏极连接到第二串负载Z₂与第三串负载Z₃的公共端；依此类推，第N-1个高压MOS管M_N-1的漏极连接到第N-1串负载Z_N-1与第N串负载Z_N的公共端；第N个高压MOS管M_N的漏极连接到第N串负载Z_N；

N个电压基准，将带隙基准产生输入的零温度系数电压进行V-I转换，得到零温度系数的电流，再通过电阻分压产生N个偏置电压V₁～V_N，并设定偏置电压V₁<V₂<…<V_N；

控制电路，采用电阻或二极管连接的MOS管或二极管连接的三极管实现；通过检测负载电流I调节高压MOS管M₁～M_N的源极电压，从而控制高压MOS管M₁～M_N的工作状态，达到调节接入电路负载大小的目的。

本发明的工作原理是：

整流桥对220V的交流市电经进行全波整流，得到电压信号Vin；设220V交流市电的频率为f，则电压信号Vin的频率为2f，取电压信号Vin的一个周期进行分析：

初始时刻，电压信号Vin接近于零并开始上升，由于高压MOS管M₁～M_N的栅极分别连接N个偏置电压V₁～V_N，故其栅压固定；此时负载电流I为零，高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S为零，高压MOS管M₁～M_N均处于线性区，当第一串负载Z₁两端电压高于其前向导通电压时，第一串负载Z₁接入电路，控制电路通过对负载电流采样，抬升高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S，使得高压MOS管M₁进入饱和区；随着电压信号Vin的进一步增大，当高压MOS管M₁的源极与漏极之间的电压差V_DS1大于第二串负载Z₂的前向导通电压时，第二串负载Z₂接入电路，控制电路通过对负载电流I采样，进一步抬高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S，使得高压MOS管M₁进入截止区，高压MOS管M₂进入饱和区；依此类推，随着电压信号Vin的上升到最大值，第N串负载Z_N接入电路，高压MOS管M_N-1进入截止区，高压MOS管M_N进入饱和区，此时N串负载Z₁～Z_N串全部进入电路。

当电压信号Vin从最高点开始下降时，高压MOS管M_N逐渐回到线性区，电流逐渐减小，采样电压逐渐降低，高压MOS管M_N-1逐渐从截止区进入饱和区；当高压MOS管M_N-1的源极与漏极之间的电压差V_DS(N-1)低于第N串负载Z_N的前向导通电压时，第N串负载与电路断开连接，高压MOS管M_N-1逐渐回到线性区；随着电压信号Vin的继续减小，负载Z_N-1，Z_N-2…Z₂依次与电路断开连接，高压MOS管M_N-2，M_N-3…M₁依次回到线性区；最终高压MOS管M₁～M_N全部处于线性区，只有第一串负载Z₁接入电路，其中高压MOS管M₁～M_N的饱和电流I₁～I_N的关系为I₁<I₂<…<I_N。

以上仅是本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (3)

1.一种利用并联高压MOS管控制的LED驱动电路，包括：

整流桥，用于对交流信号进行全波整流，并将整流后的电压信号Vin输入到N串负载Z₁～Z_N，N≥1；

N串负载Z₁～Z_N，单组串联连接，用于构成可变负载网络；

其特征在于：还包括：

N个高压MOS管M₁～M_N，用于控制接入电路的负载大小；每个高压MOS管的源极相连，并连接到控制电路；每个高压MOS管栅极分别与N个电压基准相连；第一个高压MOS管M₁的漏极连接到第一串负载Z₁与第二串负载Z₂的公共端；第二个高压MOS管M₂的漏极连接到第二串负载Z₂与第三串负载Z₃的公共端；依此类推，第N-1个高压MOS管M_N-1的漏极连接到第N_-1串负载Z_N-1与第N串负载Z_N的公共端；第N个高压MOS管M_N的漏极连接到第N串负载Z_N；

N个电压基准电路，用于产生N个偏置电压V₁～V_N，并设定偏置电压V₁<V₂<…<V_N；

控制电路，通过检测负载电流I调节高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S，从而控制高压MOS管M₁～M_N的工作状态；

当电压信号Vin接近于零时负载电流I为零，高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S为零，高压MOS管M₁～M_N均处于线性区；随着电压信号Vin上升，第一串负载Z₁接入电路，控制电路通过对负载电流采样，抬升高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S，使得高压MOS管M₁进入饱和区；随着电压信号Vin的进一步增大，第二串负载Z₂接入电路，控制电路通过对负载电流I采样，进一步抬高压MOS管M₁～M_N的源极电压V_S，使得高压MOS管M₁进入截止区，高压MOS管M₂进入饱和区；依此类推，随着电压信号Vin的上升到最大值，第N串负载Z_N接入电路，高压MOS管M_N-1进入截止区，高压MOS管M_N进入饱和区，此时N串负载Z₁～Z_N串全部进入电路；反之，在电压信号Vin下降过程中，高压MOS管M₁～M_N的工作状态与上述变化趋势相反，最终高压MOS管M₁～M_N全部处于线性区，只有第一串负载Z₁接入电路，其中高压MOS管M₁～M_N的饱和电流I₁～I_N的关系为I₁<I₂<…<I_N。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述N串负载Z₁～Z_N，其中每串负载均由L个发光二级管LED串联构成，L×N<100。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述控制电路采用电阻或二极管连接的MOS管或二极管连接的三极管实现。