CN103260300A - 一种多支路线性led驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多支路线性发光二极管LED驱动器。在一个例子中，驱动器包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；检测电路，检测供电电压；求和电路，利用检测到的供电电压调整参考电压；控制电路，利用参考电压，控制每个所述支路的工作电流大小。本发明实施例使总的平均发光强度基本保持不变。

Description

一种多支路线性LED驱动器

技术领域

本发明涉及LED驱动。

背景技术

LED驱动采用线性驱动方式具有结构简单，电磁干扰EMI小等优势。但是，如果只有一个LED支路，那么在交流AC供电的情况下会由于电压变化范围较大而导致效率较低。因此，可以采用多支路LED串联方式，根据供电电压的变化，自适应的将不同LED灯串接入供电系统中，从而提高效率。由于供电电压会发生变化，LED灯串接入供电系统的时间也会发生变化，导致LED的平均发光强度发生变化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对不同支路接入供电系统的情况加以控制的方案，以使总的平均发光强度基本保持不变。

在第一方面，提供一种多支路线性发光二极管LED驱动器。驱动器包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；检测电路，检测供电电压；求和电路，利用检测到的供电电压调整参考电压；控制电路，利用参考电压，控制每个所述支路的工作电流大小。

优选地，所述检测电路检测供电电压的有效值或峰值。

优选地，在各个支路的下端，公用一个非理想电流源。进一步优选地，该电流源是一个电流镜或者带运放和电阻的反馈结构。

在第二方面，本发明提供一种多支路线性发光二极管LED驱动器。驱动器包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；检测电路，检测各串LED在单个周期内的导通时间；求和电路，利用检测到的各串LED在单个周期内的导通时间之和，调整参考电压；控制电路，利用参考电压，控制每个所述支路的通断。

优选地，在各个支路的下端，公用一个非理想电流源。进一步优选地，该电流源是一个电流镜或者带运放和电阻的反馈结构。

优选地，检测电路包括计数器，对导通时间进行计数。

在第三方面，本发明提供一种多支路线性发光二极管LED驱动器。驱动器包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；控制电路，对每个支路预设一个导通时间，当在一个输入周期内，当该支路的LED串导通达到该预设的导通时间后，关闭该支路的LED串。

优选地，驱动器包括检测电路，检测各串LED在半个周期内的导通时间；其中，控制电路利用该导通时间控制每个所述支路在整个周期内的通断。

本发明实施例使总的平均发光强度基本保持不变。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多支路线性LED驱动器的示意图；

图2示意了三串LED接入供电系统的波形图；

图3是VREF产生电路的示意框图；

图4示意了对于Vrms的检测电路，

图5示意了对于Vpeak的检测电路；

图6示意了对于时间的检测电路；

图7给出了一种相加电路的示意图；

图8是使用计数器使LED导通固定时间的波形示意图；

图9示意了本发明的另一个实施例的多支路线性LED驱动器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细的说明。

图1是根据本发明实施例的多支路线性LED驱动器的示意图。如图1所示，多支路线性LED驱动器包括整流电路。通常情况下，整流电路将交流电整流为例如100Hz的半波正弦波形VIN，对多支路LED供电。

多支路线性LED驱动器包括一个三LED支路电路。第一支路12、第二支路14和第三支路16分别包括一个场效应管M1、M2、M3，当各自的场效应管有效接通时，相应支路分别将与之串联的LED串接入供电系统，从而对其供电。以第二支路14为例，当M2导通时，输入电压Vin不仅对第一组LED1供电，而且对第二组LED2供电。在各场效应管的上端也可以串联一个场效应管，起到隔离高压和控制电压摆幅的作用。

多支路线性LED驱动器还包括一个控制电路，用于检测输入电源的变化，动态调整支路电流，从而提高总的发光效率。一般而言，为了最大限度的利用LED，在电源电压上升阶段，当电源电压稍高于该支路上LED的压降时，该支路就会开启；当电源电压高于下一支路LED压降时，该支路关闭；在电源电压下降阶段，一般当电源电压稍低于后一支路LED压降时，该支路就会开启；而当电源电压低于本支路LED压降，该支路就会关闭。图1中，标号21代表的是检测电路通过该线路测量M1所在支路的电流。控制电路利用放大器A1基于参考电压，控制支路12的通断。放大器A1可以视为控制电路的一部分。控制电路的一个例子（自动切换控制电路）参见本申请人所提交的名称为“一种多支路线性LED驱动器和驱动方法”（代理人案卷号：CP12602）的专利申请，这里不复赘述。

多支路线性LED驱动器还包括一个VREF产生电路，用于为控制电路提供一个支路的基准值，用于使得当相应支路正常工作时，流过对应的电流。

图2示意了三串LED接入供电系统的波形图。如图2所示，在整流之后的电压是一个100Hz的半波正弦波形。在一个周期内，随着电压的升高[V1]，第一串LED首先开启，电流从第一支路12流过[时间t1,电流I1]。然后，第一、第二串LED开启[V1+V2]，电流从第二支路14流过[时间t2,电流I2]。然后第一、第二、第三串LED均开启[V1+V2+V3]，电流从第三支路16流过[时间t3,电流I3]。之后电源电压开始下降，第一、第二串LED开启，电流从第二支路14流过。然后，仅第一串LED开启，电流从第一支路12流过。在周期末期，可能所有的LED均无法开启，从而一个周期结束。一条支路的开启或者关闭，由控制电路设计决定。

从图2可见，支路开启与否，只取决于LED的压降与电源电压的关系。当电源电压的整流正弦波的峰值发生变化，开启电压对应的相位角就会发生改变，从而导致开启时间发生变化。由于供电电压会发生变化，LED串接入供电系统的时间也会发生变化，导致LED的平均发光强度发生变化。

以图1所示的结构为例。假定正常工作时各个支路的电流分别为I1p，I2p，I3p，一个周期T内导通时间分别为t1，t2，t3，三串LED的压降分别为V1，V2，V3。则三个LED串的功率分别为P1=V1*（I1p*t1+I2p*t2+I3p*t3）/T,P2=V2*（I2p*t2+I3p*t3）/T,P3=V3*（I3p*t3）/T。总功率为P=P1+P2+P3。可以看到，如果I1p，I2p，I3p不变，由于t1，t2，t3发生变化，会使得P发生改变。

根据本发明实施例，为了补偿输出功率的变化，可以在电路中加入补偿机制，补偿总功率的变化，使得总的平均发光强度基本保持不变。

在一个例子中，在电路实际使用中，一般限制电源峰值变化不会太大，因此可以近似认为在电源变化的范围内，输出功率近似是与电源电压成线性关系，即P=P0+k*Vpeak，或者P=P0+k*Vrms，一般对交流电源，Vpeak和Vrms也存在比例关系。相应地，补偿机制可以是使得每个周期的电流与电源电压相关，从而补偿总功率的变化。在一个例子中，通过检测到的供电电压的长时平均，来确定补偿量。

在另一个例子中，也可以近似认为在电源变化范围内，输出功率近似与总导通时间成线性关系，或者说，输出功率与各段导通时间的加权和成线性关系。相应地，补偿机制可以是使得每个周期的电流与导通时间相关，从而补偿总功率的变化。

在图1中，补偿机制由VREF产生电路实现。假定以Vrms为补偿，可以使电路的Vref=Vref0+k1*Vrms，而I1p=Vref/R1,I2p=Vref/R2,I3p=Vref/R3。如果使得k1为负数，那么当Vrms上升时，各支路的电流将下降，从而使得总功耗近似不变。

同样，可以使Vref=Vref0+k1*Vpeak，或者Vref=Vref0+k1*（t1+t2+t3），其中的比例系数可以根据实际情况进行调整从而尽可能地减小功率的变化。

图3是VREF产生电路的示意框图。VREF产生电路包括检测电路与求和电路。

检测电路用于检测输入电压VIN的有效电压Vrms，峰值电压Vpeak或者各支路的接通时间之和（t1+t2+t3）。图4示意了对于Vrms的检测电路，可以采用大电容的形式获得一个与Vrms成正比的电压值。图5示意了对于Vpeak的检测电路，可以采用峰值检测电路获得峰值电压。图6示意了对于时间的检测电路，在该电路中可以在内部使用一个计数器，计数器的时钟采用一个固定频率的时钟与LED电流检测结果相与，而复位则在电源的每个周期进行一次，这样每个周期计数的结果就与导通时间成正比。

求和电路将上述检测结果与一个固定的Vref0求和。在求和过程中可以调整检测结果的比例系数,也可以在检测模块中就调整好比例系数。该比例系数也可以外部设置保证灵活性。求和的电路可以采用将时间转换为电压或者电流，进而采用电压求和的方法或者电流求和的方法。图7给出了一种相加电路的示意图。在该图中，几个电阻的比例就可以用于设置相加的比例。

对于上述电路，VREF0也可以被外部调整大小或者占空比，从而实现LED灯的亮度调整功能。

在另一个实施例中，如果输入的VIN比较理想，那么如果瞬时电流不变，那么输出功率与导通时间是严格的正比关系。对于有多串LED切换时，根据这一特性，可以对每串LED都预设一个导通时间。当在一个输入周期内，，当该串的LED导通达到固定时间后，就关闭该LED，从而保证LED输出功率的稳定性。

在又一个实施例中，在前一个实施例的基础上，为了提高效率，在电源上升阶段，当电源电压超过LED压降时开始导通，然后持续预设时间的一半。可以用计数器接着记录此LED关闭到电源达到峰值的时间。由于输入电源是对称的半个正弦波，因此只要从电源峰值时刻开始，用同样的计数器记录相同的时间，就可以打开相应的LED，LED会持续点亮另半个预设时间。在非理想情况下，在电源下降的时候，LED的打开时间可能会有误差，导致持续时间不足。在这种情况下，可以根据上一周期的LED时间打开时间，调整在电源下降时LED打开的时刻。图8是使用计数器使LED导通固定时间的波形示意图。

需要说明，虽然图1以一个三LED支路电路为例，本领域的技术人员意识到本发明不限于此，可以适用于各种多支路的情形。另外，虽然图中LED2和LED3以一个LED为例，LED1以3个为例，但是本领域的技术人员意识到各组LED的数量是可变的。

图9示意了本发明的另一个实施例的多支路线性LED驱动器的示意图。图9和图1的结构大致相同，相同之处的有关细节不复赘述。不同之处在于在下端，各个支路公用一个非理想电流源。当电源电压太低时，该电流源会由于工作电压不足而关闭，而当电源电压升高到一定程度后，该电流源使得总电流恒定。该电流源可以用一个电流镜实现，也可以采用带运放和电阻的反馈结构实现。该反馈结构的电流可以设计为与一个电压值Vref相关。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多支路线性发光二极管LED驱动器，包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；检测电路，检测供电电压；求和电路，利用检测到的供电电压调整参考电压；控制电路，利用参考电压，控制每个所述支路的工作电流大小。

2.如权利要求1所述的多支路线性LED驱动器，其中所述求和电路利用检测到的供电电压的长时平均调整参考电压。

3.如权利要求1所述的多支路线性LED驱动器，其中所述检测电路检测供电电压的有效值或峰值。

4.如权利要求1所述的多支路线性LED驱动器，其中在各个支路的下端，公用一个非理想电流源。

5.如权利要求4所述的多支路线性LED驱动器，其中该电流源是一个电流镜或者带运放和电阻的反馈结构。

6.如权利要求1所述的多支路线性LED驱动器，其中包括外部电路，为求和电路提供大小和/或占空比变化的参考电压。

7.一种多支路线性发光二极管LED驱动器，包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；检测电路，检测各串LED在单个周期内的导通时间；求和电路，利用检测到的各串LED在单个周期内的导通时间之和，调整参考电压；控制电路，利用参考电压，控制每个所述支路的通断。

8.如权利要求7所述的多支路线性LED驱动器，其中检测电路包括计数器，对导通时间进行计数。

9.一种多支路线性发光二极管LED驱动器，包括彼此串联的多串LED；分别对多串LED中的相应串LED进行控制的支路；控制电路，对每个支路预设一个导通时间，当在一个输入周期内，当该支路的LED串导通达到该预设的导通时间后，关闭该支路的LED串。

10.如权利要求9所述的多支路线性LED驱动器，其中包括检测电路，检测各串LED在半个周期内的导通时间；其中，控制电路利用该导通时间控制每个所述支路在整个周期内的通断。

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