CN103338563A - 不受电网波动影响的交流led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不受电网波动影响的交流LED驱动电路，包括有相连接的LED单元和驱动恒流源，其中LED单元的输入端连接外界的交流电，还具有参考电压生成单元，在所述的参考电压生成单元中包括了顺序连接的比较器组、电流源和电容，比较器组的输入端连接所述的驱动恒流源，电容向驱动恒流源输出连接，还具有分别与所述外界交流电连接的过零比较器和峰值比较器，过零比较器和峰值比较器共同输入至触发器后通过不同的输出端口与所述的电流源与电容连接。本发明的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，使LED驱动电流对交流电波动不敏感，能够对LED照明单元提供稳定的驱动电流，同时驱动电流波形也能够很好地跟随交流电源波形，明显提高了驱动电路的功率因数。

Description

不受电网波动影响的交流LED驱动电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路，具体的讲是使用不受电网波动影响的交流LED驱动电路。

背景技术

LED光源相对传统光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等一系列优点，并且已经在各种领域当中得到了广泛的应用，例如指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等。

LED元件对施加在其两端的电压很敏感。当施加在LED元件两端电压过高时，会有很大的电流流过LED元件，LED元件可能会遭受损坏而使其寿命降低。当外部施加的电压小于LED导通电压时，流过LED元件的电流会很小不能点亮LED。因此，设计高可靠性、高效率的的LED驱动电路很重要，好的LED驱动电路可以对LED照明元件进行恒流驱动避免LED元件收到损坏。

传统的基于AC（交流）电源的分段LED驱动电路，优点是不需要大体积的变压器转能以及大电容滤波，功率因数以及使用寿命也可以大大提高；电路采用分段驱动结构可以有效提高电路工作效率。其缺点是驱动电流呈台阶状，无法与AC电源很好地拟合，限制了功率因数的提高。

图1为传统基于AC电源的电阻分压式LED驱动电路，其结构包括整流单元D，在整流输出节点和基础（GND）电压节点之间提供驱动，并通过电阻分压为恒流单元提供参考电源；LED单元中包括有多个LED模组D1～Dn；以及恒流单元和控制单元。恒流单元控制LED单元的电流恒定。控制单元对整流后的AC电源电压进行采样，控制与各LED模组对应的开关SW1～SWn通过供电模块B1～Bn依次对各恒流开关切换，随着AC电源电压的升高或降低，点亮的LED模组也随之逐渐增多或减少。恒流单元中各个开关模块为LED模组提供稳定的驱动电流。驱动电流随LED模组被点亮数的增加而增加。通过电阻串分压采样AC电源产生的参考电压能够很好地跟随AC电源波形，使恒流单元产生的驱动电流可以与AC电源更好地拟合。但上述产生参考电压的方法会受到交流电（如市电）波动的影响。图2为上述结构驱动电流随AC电源变化的波形。因为参考电压是由电阻串分压采样AC电源产生，当交流电波动时，采样电压也会波动，使得驱动电流的稳定度受到很大的影响。驱动电流随交流电的波动变化会使LED单元不稳定，让用户感觉LED在闪烁。

发明内容

本发明提供了一种不受电网波动影响的交流LED驱动电路，使LED驱动电流对交流电波动不敏感，可以对LED单元提供稳定的驱动电流，以提高了驱动电路的功率因数。

本发明不受电网波动影响的交流LED驱动电路，包括有相连接的LED单元和驱动恒流源，其中LED单元的输入端连接外界的交流电，还具有参考电压生成单元，在所述的参考电压生成单元中包括了顺序连接的比较器组、电流源和电容，其中比较器组的输入端连接所述的驱动恒流源，电容向驱动恒流源输出连接，还具有分别与所述外界交流电连接的过零比较器和峰值比较器，过零比较器和峰值比较器共同输入至触发器后通过不同的输出端口与所述的电流源与电容连接。

参考电压生成单元中，比较器组的输入端与驱动恒流源相连，输出控制电流给电流源；电流源提供充放电电流给电容；电容产生参考电压源给驱动恒流源。

AC电源产生正弦半波，当电压从0V上升时，过零比较器输出高脉冲，在高脉冲期间对电容进行放电复位；在AC电源上升到峰值之前，峰值比较器输出为低电平，触发器输出为低电平，此时电流源对电容充电。在充电过程中，与LED单元中LED模组数量相同数量的分段控制信号随着AC电源电压的升高控制电流源电流，使得充电电流依次减小，充电电流大小需要通过各段中AC电源的斜率进行设定。当AC电源上升到峰值时，峰值比较器输出为高电平，触发器输出为高电平，此时电流源对电容放电。在放电过程中，所述的各分段控制信号随着AC电源电压的降低控制电流源，使得放电电流依次增大。

电容充放电产生跟随AC电源电压相位的参考电压连接到驱动恒流源，作为驱动恒流源的参考电压源。驱动恒流源便产生可以很好地跟随AC电源电压波形相位的驱动电流并提供给LED单元。由于电流源独立为电容提供充放电电流，所以电容充放电产生的参考电压不受AC电流波动的影响。驱动恒流源随着AC输入电压的变化自动调整点亮LED单元中的LED模组数量和电流。在一个周期内，虽然每个时刻的电流不相等，但每个周期内的有效值都是一致的，所以是恒流驱动。由于采用内部电流源给电容充电，所以参考电压不仅可以在相位上跟随AC电源变化并且不受电网波动的影响，提供给LED单元的驱动电流同样不受电网波动影响，使得驱动电路的稳定性大大提高。而抑制闪烁的原理是因为参考电压的产生与电网的波动无关，所以可以产生一个不受电源波动的参考电压给驱动单元，同样驱动单元就会产生一个与交流电源波动无关的驱动电流。

进一步的，在触发器和电容之间还连接有放电复位模块，作用是为了避免电流源充放电不平衡导致在多个周期后电容的初始电压偏移。

具体的一种结构为，所述的驱动恒流源包括相连接的接恒流单元和控制单元，在所述恒流单元中具有至少两组开关模块，在每组开关模块都有一个开关和供电模块，其中开关和所述的控制单元连接，供电模块的输入端连接所述参考电压生成单元中电容的输出，供电模块的输出端通过输出分段控制信号与参考电压生成单元中的比较器组连接。

具体的，所述开关模块的数量与LED单元中的LED模组的数量相适应。

优选的，在LED单元与外界交流电源间连接有整流单元，对输入的交流电进行整流。

具体的，参考电压生成单元中所述的触发器为RS触发器，并且所述的过零比较器连接RS触发器的R端，峰值比较器连接RS触发器的S端。

本发明的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，使LED驱动电流对交流电波动不敏感，能够对LED照明单元提供稳定的驱动电流，同时驱动电流波形的相位也能够很好地跟随交流电源波形，明显提高了驱动电路的功率因数。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1为传统交流电源的LED驱动电路的电路示意图。

图2为图1的驱动电流电压波形图。

图3为本发明不受电网波动影响的交流LED驱动电路的电路框图。

图4为图3中驱动恒流源和LED单元的电路示意图。

图5为图3中参考电压产生电路的输出电压的波形图。

图6为图3的驱动电流波形图。

具体实施方式

如图3所示本发明不受电网波动影响的交流LED驱动电路，包括有相连接的LED单元和驱动恒流源，其中LED单元的输入端通过整流单元D连接外界的AC交流电。在LED单元中具有D1～Dn（n为自然数）个LED模组还具有参考电压生成单元，在所述的参考电压生成单元中包括了顺序连接的比较器组、电流源和电容，其中比较器组的输入端连接所述的驱动恒流源，电容向驱动恒流源输出连接，还具有分别与所述外界AC交流电连接的过零比较器和峰值比较器，过零比较器和峰值比较器分别连接RS触发器的R端和S端后，通过Q端口与电流源连接，并且由另一输出端口通过放电复位模块与电容连接。

如图4所示，驱动恒流源中包括了相连接的接恒流单元和控制单元。以LED单元中具有四个LED模组为例，在所述的恒流单元中同样具有四组开关模块，在各组开关模块都有一个开关SW1～SW4和供电模块B1～B4，其中各开关SW1～SW4均和所述的控制单元连接，各供电模块B1～B4的输入端连接所述参考电压生成单元中电容的输出电流VREF，各供电模块B1～B4的输出端通过输出分段控制信号与参考电压生成单元中的比较器组连接。

工作过程为，参考电压生成单元中比较器组的输入端与驱动恒流源相连，输出控制电流给电流源；电流源提供充放电电流给电容；电容产生参考电压源给驱动恒流源。

AC电源整流后VSIN产生正弦半波，当电压从0V上升时，过零比较器输出高脉冲，在高脉冲期间对电容进行放电复位；在AC电源上升到峰值之前，峰值比较器输出为低电平，RS触发器输出为低电平，此时电流源对电容充电。在充电过程中，与LED单元中LED模组D1～Dn数量相同数量的分段控制信号随着AC电源电压的升高控制电流源电流，使得充电电流依次减小，充电电流大小需要通过各段中AC电源的斜率进行设定。当AC电源上升到峰值时，峰值比较器输出为高电平，RS触发器输出为高电平，此时电流源对电容放电。在放电过程中，所述的各分段控制信号随着AC电源电压的降低控制电流源，使得放电电流依次增大。

电容充放电产生跟随AC电源电压相位的参考电压连接到驱动恒流源，作为驱动恒流源的参考电压源。驱动恒流源便产生可以很好地跟随AC电源电压相位波形的驱动电流并提供给LED单元。由于电流源独立为电容提供充放电电流，所以电容充放电产生的参考电压不受AC电流波动的影响。驱动恒流源随着AC输入电压的变化自动调整点亮LED单元中的LED模组数量和电流。放电复位模块的作用是为了避免电流源充放电不平衡导致在多个周期后电容的初始电压偏移。由于采用内部电流源给电容充电，所以参考电压不仅可以在相位上跟随AC电源变化并且不受电网波动的影响，提供给LED单元的驱动电流同样不受电网波动影响，使得驱动电路的稳定性大大提高。驱动恒流单元中的开关模组越多，参考电压的相位就能越好地跟随AC交流电的波动。

图4中的VSIN电压为AC交流电源经过整流单元D后产生的电源电压。当VSIN电压从0V上升时，LED单元中的第一LED模组D1首先被点亮，此时控制单元输出开关控制信号使第一开关SW1开启，其它开关关闭。此时第一供电模块B1处于恒流状态，其余供电模块B2～B4处于关闭状态。随着VSIN电压继续上升，第一LED模组D1上的电压保持不变，多余电压由第二LED模组D2分担，当多余的电压达到第二LED模组D2所需的导通电压时，控制单元输出开关控制信号使第二开关SW2开启，开关SW1、SW3、SW4关闭，第二供电模块B2进入恒流状态，其余供电模块B1、B3、B4处于关闭状态，此时点亮的LED模组的数量为2个。同理，随着VSIN电压的增大，点亮的LED模组数量依次增加。

当VSIN电压从峰值下降时，4个LED模组均为点亮，第四供电模块B4处于恒流状态，其它3个供电模块处于关闭。随着VSIN电压降低，当电压低于4个LED模组所需的导通电压时，控制单元输出开关控制信号使第四开关SW4关闭，第三开关SW3开启，此时第一开关SW1和第二开关SW2也关闭，第三供电模块B3进入恒流状态，其余供电模块B1、B2、B4处于关闭状态。则此时点亮的LED模组数为3个。同理，随着VSIN电压的降低，点亮的LED模组数依次减少。

图5为参考电压波形，以驱动恒流源的恒流单元中有4个开关模块为例，4个开关模块中的4个供电模块所产生的分段控制信号有4位，在图4中分别为驱动电流波形的4个折线段，所以充电电流的大小有4种。通过驱动恒流源产生的不同分段控制信号，供电模块产生不同大小的充放电电流为电容充电，产生的参考电压源的相位可以很好地跟随AC电源，恒流单元越多，参考电源就能越好地跟随AC电源。从图4中可以看出，AC交流电的电压峰值的高低波动不会影响驱动电压的峰值，从而保证了驱动电压的稳定。

图6为驱动恒流源产生的驱动电流以及经过整流单元D后的AC电源波形图。当AC电源电压达到第一LED模组的阈值时，第一LED模组开始有电流流过，各LED模组随输入AC电压的升高被依次点亮，随输入AC电压的降低被依次熄灭，循环变化。由于恒流单元所接的参考电压源能跟随AC电源的变化而变化，所以产生的驱动电流也能很好地跟随AC电源。因为参考电压的产生与电网的波动无关，所以可以产生一个不受电源波动的参考电压给驱动单元，同样驱动单元就会产生一个与电源波动无关的驱动电流，因此抑制了LED单元的闪烁。

相比于之前的基于AC电源的自动调整照明强度的LED驱动电路，驱动LED单元的驱动电流能很好地跟随AC电源电压，整个电路的总谐波失真很小，使得驱动电路的功率因数有了很大的提高。当恒流源的数量越大时，参考电压波形就越接近AC电源电压，恒流源产生的驱动电流就越好地跟随输入AC电源电压，使功率因数更高。同时产生的驱动电流不受电网波动的影响，使得驱动的稳定性大大提高。

Claims (6)

1.不受电网波动影响的交流LED驱动电路，包括有相连接的LED单元和驱动恒流源，其中LED单元的输入端连接外界的交流电，其特征为：还具有参考电压生成单元，在所述的参考电压生成单元中包括了顺序连接的比较器组、电流源和电容，其中比较器组的输入端连接所述的驱动恒流源，电容向驱动恒流源输出连接，还具有分别与所述外界交流电连接的过零比较器和峰值比较器，过零比较器和峰值比较器共同输入至触发器后通过不同的输出端口与所述的电流源与电容连接。

2.如权利要求1所述的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，其特征为：在触发器和电容之间还连接有放电复位模块。

3.如权利要求1所述的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，其特征为：所述的驱动恒流源包括相连接的恒流单元和控制单元，在所述恒流单元中具有至少两组开关模块，在每组开关模块都有一个开关和供电模块，其中开关和所述的控制单元连接，供电模块的输入端连接所述参考电压生成单元中电容的输出，供电模块的输出端通过输出分段控制信号与参考电压生成单元中的比较器组连接。

4.如权利要求3所述的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，其特征为：所述开关模块的数量与LED单元中的LED模组的数量相适应。

5.如权利要求1至4之一所述的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，其特征为：在LED单元与外界交流电源间连接有整流单元。

6.如权利要求1至4之一所述的不受电网波动影响的交流LED驱动电路，其特征为：参考电压生成单元中所述的触发器为RS触发器，并且所述的过零比较器连接RS触发器的R端，峰值比较器连接RS触发器的S端。

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