CN103327694B - 一种可控硅调光led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可控硅调光LED驱动电路，包括：一交流电源及与该交流电源连接的整流桥，一LED负载，该LED负载与一电感或变压器、一功率开关MOS晶体管、一低压开关MOS晶体管和一采样电阻连接，该LED驱动电路还包括：一峰值电流比较器，用于比较该采样电阻与一参考电压的幅值；一最大开通时间计时器，用于检测该低压开关MOS晶体管的开通时间；当该采样电阻的电压信号高于该参考电压信号时或该低压开关MOS晶体管的开通时间达到该最大开通时间计时器设定时间时，关闭该低压开关MOS晶体管。

Description

一种可控硅调光LED驱动电路
技术领域
本发明涉及一种LED驱动电路,尤其涉及一种可控硅调光的LED驱动电路及控制方法。
背景技术
图1是现有技术的可控硅调光LED驱动电路的简化示意图。 如图1所示，输入AC交流电源101串联一个可控硅调光器102，再连接到整流桥103的两个输入端。整流桥将交流电整流后经电容器C1滤波，产生一整流后的正弦电压，电阻R4和电容器C2产生一低压直流电使控制芯片启动。变压器T1有三个绕组，包括一个原边绕组，连接于电容器C1和功率开关MOS晶体管M1的漏极之间；一个副边绕组，连接于续流二极管D1和副边输出电容器C4之间；一个辅助绕组，连接于供电二极管D2与电路地之间。当电路启动后，辅助绕组为控制芯片104供电。同时辅助绕组还提供检测输出二极管D1电流过零和检测输出电压过压的信息。现有技术的可控硅调光LED驱动电路通常还包括一对分压电阻R2和R3，用来检测可控硅切相角信息。一个泄放电阻R1和一个泄放开关M2，当反激变换器输入电流较小时，控制芯片104开通泄放开关M2，为可控硅调光器提供足够的维持电流。
上述传动的反激LED驱动电路中，存在如下两个缺点：
第一，泄放电阻M2和泄放开关R1功耗较高，损失LED驱动电路效率并且温升较高，降低系统可靠性；
第二，控制电路复杂，成本较高。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种省略了泄放电路的可控硅调光LED驱动电路，能够使用开关变换器本身的输入电流来提供可控硅调光器的维持电流。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种可控硅调光LED驱动电路，包括：一交流电源及与该交流电源连接的整流桥，一LED负载，该LED负载与一电感或变压器、一功率开关MOS晶体管、一低压开关MOS晶体管和一采样电阻连接，该LED驱动电路还包括：一峰值电流比较器，用于比较该采样电阻与一参考电压的幅值；一最大开通时间计时器，用于检测该低压开关MOS晶体管的开通时间；当该采样电阻的电压信号高于该参考电压信号时或该低压开关MOS晶体管的开通时间达到该最大开通时间计时器设定时间时，关闭该低压开关MOS晶体管。
更进一步地，该峰值电流比较器的一个输入端连接该采样电阻，另一输入端连接该参考电压。
更进一步地，该LED驱动电路还包括一与逻辑门，一RS触发器，该最大开通时间计时器的输入信号为该RS触发器输出信号，该与逻辑门输入信号为该最大开通时间计时器输出信号和该峰值电流比较器输出信号，该与逻辑门输出信号连接该RS触发器复位端。
更进一步地，该LED驱动电路还包括第一电压采样网络、第二电压采样网络和一退磁比较器，该第一电压采样网络的输入端连接于该功率开关MOS晶体管的门级，该第二电压采样网络的输入端连接于该功率开关MOS晶体管的源级，该第一、第二电压采样网络的输出端连接该退磁比较器的输入端，该退磁比较器的输出端连接该RS触发器的置位端。该第一电压采样网络由电阻或电容组成，该第二电压采样网络由电阻或电容组成。
更进一步地，该LED驱动电路还包括一开关驱动电路，该开关驱动电路的输入端连接该RS触发器的输出端，该开关驱动电路的输出端连接该低压开关MOS晶体管的门级。
更进一步地，该电感或变压器包含至少两个绕组，该第一绕组连接该功率开关MOS晶体管，该第二绕组连接一供电二极管的正端，该供电二极管的负端连接一供电电容。该供电电容两端并联一稳压二极管。
更进一步地，该LED驱动电路还包括两个分压电阻和一过压保护逻辑电路，该两个分压电阻串联后连接于该变压器或电感的第二绕组两端，该两个分压电阻的连接点连接该过压保护逻辑电路。
更进一步地，该驱动电路为升降压型的可控硅调光LED驱动电路，或降压型的可控硅调光LED驱动电路，或反激型的可控硅调光LED驱动电路。
与现有技术相比较，本发明提出一种可控硅调光LED驱动电路，一方面省去了泄放电路，使用开关变换器本身的输入电流来提供可控硅调光器的维持电流；一方面使用功率开关MOS晶体管的源极来驱动，大幅降低了驱动电流。实现了简单有效且兼容性良好的可控硅调光LED驱动器。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是现有技术下的可控硅调光LED驱动电路示意图；
图2是根据本发明所示出的升降压型的可控硅调光LED驱动电路的示意图；
图3是根据本发明所示出的电路工作典型波形图；
图4为使根据本发明所示出的升降压型的可控硅调光LED驱动电路在可控硅调光时工作典型波形图；
图5是根据本发明所示出的降压型的可控硅调光LED驱动电路的示意图；
图6是根据本发明所示出的反激型的可控硅调光LED驱动电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种可控硅调光LED驱动电路，一方面省去了泄放电路，使用开关变换器本身的输入电流来提供可控硅调光器的维持电流；一方面使用功率开关MOS晶体管的源极来驱动，大幅降低了驱动电流。实现了简单高效且兼容性良好的可控硅调光LED驱动器。
根据本发明的可控硅调光LED驱动电路的对如图1所示的现有驱动电路的驱动方式和控制方式做出了改进。参考升降压型可控硅调光LED驱动电路的示意图图2。一交流输入源201作为LED驱动电路的电源输入，该交流输入源201与可控硅调光器202串联，可控硅调光器202通过调整其导通角度控制LED负载的亮度。可控硅调光器202输出接一整流桥203，该整流桥203将交流输入源的正弦信号整流为一幅值为正的电压信号Vbus。母线电容C1连接于整流桥203输出端，为功率开关提供高频电流通路。电感T1的主绕组T1-P一端连接于母线电容C1，另一端连接功率开关MOS晶体管M1的漏极D。续流二极管D1的正端连接于功率开关MOS晶体管的漏极D，续流二极管D1的负端连接输出电容C3和LED负载。输出电容C3和LED负载并联后连接到Vbus。电感T1在功率开关MOS晶体管M1开通时储能，在功率开关MOS晶体管M1关闭时将能量通过续流二极管D1释放到输出电容C3和LED负载中。
本发明的LED驱动电路使用源级驱动方式。具体为，低压开关MOS晶体管M2与功率开关MOS晶体管M1串联，低压开关MOS晶体管M2的漏极D连接功率开关MOS晶体管M1的源级S。当低压开关MOS晶体管M2导通时，功率开关MOS晶体管M1也导通，当低压开关MOS晶体管M2关闭时，功率开关MOS晶体管M1也关闭。
供电电阻R1为LED驱动电路提供启动电流。供电电阻R1的一端连接Vbus，另一端连接供电电容C1，供电电容C1的另一端接地。供电电容C1上的电压为VCC信号。功率开关MOS晶体管M1的门级G连接VCC电压，功率开关MOS晶体管的源级S通过一馈流二极管D3连接到VCC电压。
电感T1的辅助绕组T1-S通过供电二极管D2连接到VCC电压。在LED驱动电路启动前，供电电阻R1为供电电容C1充电，使VCC电压上升。当VCC电压达到某一启动阀值后，LED驱动电路开始工作，辅助绕组T1-S通过供电二极管D2为VCC供电。
本发明的LED驱动电路还包括两个电压采样网络，其中第一电压采样网络206一端连接于VCC电压，另一端连接退磁比较器205的一个输入端。第二电压采样网络207一端连接于功率开关MOS晶体管M1的源极，另一端连接退磁比较器205的另一个输入端。所述退磁比较器205的输出端连接RS触发器208的置位端S。第一电压采样网络206和第二电压采样网络207均可以为电阻与电阻，电容与电容，或电阻与电容的组合。
低压开关MOS晶体管M2的源级连接一采样电阻R5。采样电阻R5上的电流反映了电感T1主绕组T1-P上的电流。采样电阻R5上的电压为CS信号。CS信号连接电流比较器212的一个输入端，电流比较器212的另一个输入端接参考电压ref。电流比较器212的输出端连接与逻辑门211的一个输入端。
RS触发器208的输出端Q接开关驱动电路209的输入端。开关驱动电路209的输出端接低压开关MOS晶体管M2的门级。RS触发器208的输出端Q还连接一最大开通时间计时器210。最大开通时间计时器210的输出端连接与逻辑门211的一个输入端。与逻辑门211的输出端连接RS触发器208的复位端R。
图3为使根据本发明所示出的升降压型的可控硅调光LED驱动电路工作典型波形。
当低压开关MOS晶体管M2开通时，功率开关MOS晶体管M1也导通。电感T1主绕组T1-P两端电压等于Vbus，主绕组T1-P上电流上升，采样电阻R5上的电压也上升。当采样电阻R5 上的电压达到参考电压ref阀值时，电流比较器212的输出端翻转，与逻辑门211输出信号使RS触发器208复位，开关驱动电路209输出信号关闭低压开关MOS晶体管M2，同时功率开关MOS晶体管M1也关闭，馈流二极管D3导通使功率开关MOS晶体管M1的源极电压被箝位至VCC，同时续流二极管D1开始导通，电感T1主绕组T1-P两端电压等于输出电容C3电压，主绕组T1-P中电流开始下降，当续流二极管D1的电流下降到零时，功率开关MOS晶体管M1的漏极电压也开始下降，由于M1漏极和源极的电容耦合作用，功率开关MOS晶体管M1的源极电压同时也开始下降，此时第一电压采样网络206和第二电压采样网络207的输出值相比较，使退磁比较器205的输出翻转，使RS触发器208置位，驱动开关驱动电路209使低压开关MOS晶体管M2再次开通，同时功率开关MOS晶体管M1也再次开通，开始下一个开关周期。
最大开通时间计时器210检测低压开关MOS晶体管M2的开通时间。当低压开关MOS晶体管M2的开通时间大于系统预设阀值时，输出信号给与逻辑门211，使RS触发器208复位，驱动开关驱动电路209使低压开关MOS晶体管M2关闭。
如图3所示，电路工作在准谐振模式，当Vbus电压较高时，电感电流峰值由ref电压和采样电阻R5设定。当Vbus电压较低时，最大开通时间计时器210起作用，电感电流峰值较低。功率开关MOS晶体管M1的电流经母线电容C1滤波后，系统输入电流波形如图3所示。
图4为使根据本发明所示出的升降压型的可控硅调光LED驱动电路在可控硅调光时工作典型波形。
使用可控硅调光器202调光时，可控硅调光器202通过改变导通角度的方式提供调光信号。当可控硅调光器202阻断输入电压时，Vbus电压为零，电感T1电流也为零。当可控硅调光器202导通时，Vbus电压等于输入电压，LED驱动电路正常工作，为LED负载提供能量。通过改变可控硅调光器202的导通角度，LED负载的功率发生变化，实现调光的目的。
电感T1包括一辅助绕组T1-S，辅助绕组T1-S连接供电二极管D2的正端，供电二极管D2的负端连接供电电容C2。在LED驱动电路启动前，启动电阻R1为供电电容C2充电，当C2电压上升至某一阀值时，LED驱动电路启动，辅助绕组T1-S为VCC供电。
    本发明的可控硅调光LED驱动电路还包括过压保护逻辑电路204。分压电阻R2和R3串联后连接于电感辅助绕组T1-S的两端，分压电阻R2和R3的连接点连接过压保护逻辑电路204的输入端。当续流二极管D1导通时，辅助绕组电压成比例的反映了LED负载两端的电压，当LED负载开路时，输出电容C3的电压升高，辅助绕组T1-S的电压也升高，当过压保护逻辑电路204的输入电压高于某预设阀值时，LED驱动电路判断输出过压，关闭低压开关MOS晶体管。
根据本发明的可控硅调光LED驱动电路同样可以应用于降压型结构中。参考图5，降压型可控硅调光LED驱动电路的驱动方法和控制逻辑与升降压型可控硅调光LED驱动电路类似，在此不再赘述。
根据本发明的可控硅调光LED驱动电路同样可以应用于反激型结构中。参考图6，反激型可控硅调光LED驱动电路的驱动方法和控制逻辑与升降压型可控硅调光LED驱动电路类似，在此不再赘述。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1. 一种可控硅调光LED驱动电路，包括：一交流电源及与所述交流电源连接的整流桥，一LED负载，所述LED负载与一电感或变压器、一功率开关MOS晶体管、一低压开关MOS晶体管和一采样电阻连接，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：
   一峰值电流比较器，用于比较所述采样电阻与一参考电压的幅值；
   一最大开通时间计时器，用于检测所述低压开关MOS晶体管的开通时间；
当所述采样电阻的电压信号高于所述参考电压信号时或所述低压开关MOS晶体管的开通时间达到所述最大开通时间计时器设定时间时，关闭所述低压开关MOS晶体管；
所述峰值电流比较器的一个输入端连接所述采样电阻，另一输入端连接所述参考电压；
所述LED驱动电路还包括一或逻辑门，一RS触发器，所述最大开通时间计时器的输入信号为所述RS触发器输出信号，所述或逻辑门输入信号为所述最大开通时间计时器输出信号和所述峰值电流比较器输出信号，所述或逻辑门输出信号连接所述RS触发器复位端。
2.如权利要求1所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括第一电压采样网络、第二电压采样网络和一退磁比较器，所述第一电压采样网络的输入端连接于所述功率开关MOS晶体管的门级，所述第二电压采样网络的输入端连接于所述功率开关MOS晶体管的源级，所述第一、第二电压采样网络的输出端连接所述退磁比较器的输入端，所述退磁比较器的输出端连接所述RS触发器的置位端。
3.如权利要求2所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述第一电压采样网络由电阻或电容组成，所述第二电压采样网络由电阻或电容组成。
4.如权利要求1所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括一开关驱动电路，所述开关驱动电路的输入端连接所述RS触发器的输出端，所述开关驱动电路的输出端连接所述低压开关MOS晶体管的门级。
5.如权利要求1所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述电感或变压器包含至少第一绕组、第二绕组两个绕组，所述第一绕组连接所述功率开关MOS晶体管，所述第二绕组连接一供电二极管的正端，所述供电二极管的负端连接一供电电容。
6.如权利要求5所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括两个分压电阻和一过压保护逻辑电路，所述两个分压电阻串联后连接于所述变压器或电感的第二绕组两端，所述两个分压电阻的连接点连接所述过压保护逻辑电路。
7.如权利要求5所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述供电电容两端并联一稳压二极管。
8.如权利要求1所述的可控硅调光LED驱动电路，其特征在于，所述驱动电路为升降压型的可控硅调光LED驱动电路，或降压型的可控硅调光LED驱动电路，或反激型的可控硅调光LED驱动电路。
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