CN103648223A

CN103648223A - 多通道led 线性驱动器

Info

Publication number: CN103648223A
Application number: CN201310724384.7A
Authority: CN
Inventors: 徐剑; 曾蕴浩; 郑萍芳; 胡舜涛; 董用兵
Original assignee: SHANGHAI LEADCHIP MICROELECTRONICS CORP Ltd
Current assignee: SHANGHAI LEADCHIP MICROELECTRONICS CORP Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明提出了一种多通道LED线性驱动器，包括：电压调整电路，将交流市电的输入电压转换成直流电压，电压调整电路输出第一直流电压和第二直流电压，其中第一直流电压的电压值高于第二直流电压的电压值；线性调整电路，接收来自电压调整电路的第二直流电压；多个彼此串联的LED灯组，其中每一LED灯组由至少一个LED串联构成；多个LED驱动器，每一LED驱动器的一端连接至一个LED灯组的阴极以驱动该LED灯组开启或关闭，且另一端连接至线性调整电路，其中来自电压调整电路的第一直流电压直接加在多个LED灯组的阳极，其中线性调整电路根据输入电压的变化依次驱动多个LED驱动器中的每一个进入线性调整环路。

Description

多通道LED 线性驱动器

技术领域

本发明属于集成电路和LED驱动技术领域，尤其涉及一种多通道LED线性驱动器。

背景技术

随着照明技术的发展，LED（发光二极管）作为一种新型的光源逐步被市场所接收。LED主要具有节能、高效、寿命长等显著优点。

由于LED是电流型器件，向LED器件提供稳定的恒流电源是LED驱动电源的技术关键之一。另外，理想的驱动电路还应具有高效率、低成本、小体积以及能与LED使用寿命相当的优点。

一方面，现有的LED驱动电源中多采用电解电容，通常电解电容的寿命在5000小时以下，长寿命的也在10000小时左右，电解电容的寿命直接限制了驱动器的寿命。另外，电解电容价格昂贵，增加了LED驱动器的成本。而，室内通用照明最大的特点就是海量而廉价，降低LED光源中驱动器的成本成为LED照明发展的重要课题。如何使LED驱动电源的性能符合LED照明的需要，而成本又能控降，高性能的LED电源专用驱动芯片是关键。

另一方面，传统的LED驱动器不能实现功率因数校正，输入功率因数比较低，谐波比较大。为了使这类LED驱动器的输入电流满足要求，必须加上功率因数校正。在LED驱动中，PFC（功率因数校正）电路分为有源和无源的方式。有源式PF值通常可达0.98以上，但是成本相对较高；无源式PF值较低，且不利于减少驱动电源的体积。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种新型的多通道LED线性驱动器，该多通道LED线性驱动器主要具有非隔离、高压、高PF（功率因数）值、无电解电容等特点。一方面，本发明采用非隔离、无电解电容以及较少的外围器件极大的减少了成本；另一方面，本发明提供了一种可随输入电压正弦变化的驱动电流，因而具有很高的PF值；再一方面，本发明还可以通过设置LED电流的电阻来调整LED上的功率，并可以根据实际流经LED的电流大小来调整LED灯组的分配提高LED的发光效率和功率因数。

具体地，本发明提出了一种多通道LED线性驱动器，包括：

电压调整电路，将交流市电的输入电压转换成直流电压，所述电压调整电路输出第一直流电压和第二直流电压，其中所述第一直流电压的电压值高于所述第二直流电压的电压值；

线性调整电路，接收来自所述电压调整电路的第二直流电压；

多个彼此串联的LED灯组，其中每一LED灯组由至少一个LED串联构成；以及

多个LED驱动器，每一LED驱动器的一端连接至一个LED灯组的阴极以驱动该LED灯组开启或关闭，且另一端连接至所述线性调整电路，

其中，来自所述电压调整电路的第一直流电压直接加在所述多个LED灯组的阳极，

其中，所述线性调整电路根据输入电压的变化依次驱动所述多个LED驱动器中的每一个进入线性调整环路。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述电压调整电路进一步包括：整流桥，所述交流市电的输入电压经所述整流桥转换成所述第一直流电压；限流电阻；并联电压调整器，经所述限流电阻连接至所述整流桥，所述第一直流电压经所述并联电压调整器形成所述第二直流电压。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述电压调整电路进一步包括一电容器，所述电容器连接于所述并联电压调整器和接地之间，用以稳定所述第二直流电压。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述线性调整电路进一步包括：基准电压模块，生成参考电压；设置电阻；运算放大器，接收所述参考电压和设置电阻一端的电压以提供环路增益；控制逻辑，接收所述运算放大器的输出和所述第二直流电压，且所述控制逻辑连接至多个LED驱动器中的每一个，其中，所述控制逻辑根据所述第二直流电压的变化切换所述多个LED驱动器中的一个进入线性调整环路。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述控制逻辑根据所述第二直流电压的变化切换所述多个LED驱动器中的一个进入线性调整环路包括：在输入电压从零开始升高起的一个周期的开始，将按照串联连接次序更接近所述电压调整电路的输出端的第一LED灯组并入所述线性调整环路；当所述输入电压升高到使得所述第一LED灯组的LED驱动器导通时，所述线性调整电路上的电流随所述输入电压变化；当所述输入电压升高到使得紧邻所述第一LED灯组的下一个LED灯组的LED驱动器导通时，所述第一LED灯组上的电流减少且所述下一个LED灯组上的电流增加，其中所述电流增加的速度大于所述电流减少的速度；当上述两组LED灯组上的电流之和大于一阈值时，关闭所述第一LED灯组的驱动器并切换所述下一个LED灯组的驱动器进入所述线性调整环路；依次类推，直至所述第一LED灯组重新并入所述线性调整环路，完成所述周期。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，在所述一个周期内，所述多通道LED线性驱动器的输入电流拟合后的波形与输入电压的正弦波相匹配。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述LED驱动器是至少能够耐压700V的功率器件。

较佳地，在上述的多通道LED线性驱动器中，所述多通道LED线性驱动器不包括电解电容。

本发明的多通道LED线性驱动器属于线性驱动方式，无需电解电容，具有较高的PF值并能极大的提高了LED寿命。本发明在实现多通道LED驱动电路功能的同时，只需极少的外围元器件，例如一个整流桥、一个限流电阻、一个设置LED电流的电阻、一个稳压电容，提高了性能，降低了成本。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的多通道LED驱动器的一种典型结构的电路图。

图2示意性地示出了图1中的并联电压调整器的一个实施例的电路图。

图3示意性地示出了图1中的线性调整环路的一个实施例的电路图。

图4示意性地示出了图1中的控制逻辑的一个实施例的电路图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的多通道LED驱动器的一种典型结构的电路图。如图所述，该多通道LED线性驱动器100主要包括：电压调整电路 101、线性调整电路102、多个LED灯组103和多个LED驱动器104。优选地，该LED驱动器104是至少能够耐压700V的功率器件，可以保证该器件关断时能够承受可能的大电压。根据芯片输出功率大小选择驱动管的导通阻抗，可实现芯片功耗及功率输出的最优折中。

图1所示的实施例以包含四个LED灯组和四个LED驱动器的方案为例，但本领域的技术人员可以理解，本发明也可以适用于其他数量的LED灯组和驱动器的配置。在不违背本发明的精神的前提下，这类变形实施例显然也包含在本发明的范围之内。

电压调整电路101将交流市电V_AC的输入电压转换成直流电压。该电压调整电路101输出第一直流电压和第二直流电压，其中该第一直流电压的电压值高于该第二直流电压的电压值。

较佳地，该电压调整电路101可以进一步包括：整流桥112、限流电阻105、并联电压调整器106。上述的交流市电的输入电压经该整流桥112转换成该第一直流电压，即全波整流高压直流电压VIN。该电压直接加在四组串联LED灯组VD1～VD4，第一串VD1的阳极，第一组灯珠VD1的最后一个LED阴极和第二组灯珠VD2的第一个LED阳极，即节点N1，接入第一组LED驱动管M1的源端。类似地，第二组灯珠VD2的最后一个LED阴极和第三组灯珠VD3的第一个LED阳极，即节点N2，接入第二组LED驱动管M2的源端；第三组灯珠VD3的最后一个LED阴极和第四组灯珠VD4的第一个LED阳极，即节点N3，接入第三组LED驱动管M3的源端。第四组灯珠VD4的最后一个LED阴极，即节点N4，接入第四组LED驱动管M4的源端。

并联电压调整器106经该限流电阻105（Rd）连接至该整流桥112，该第一直流电压经该并联电压调整器106形成该第二直流电压，即低压电平VDD。例如，图2示意性地示出了图1中的并联电压调整器106的一个实施例的电路图。

此外，根据一个更优选的实施例，该电压调整电路101还可以进一步包括一电容器107（Cs）。该电容器107连接于该并联电压调整器106和接地之间，用以稳定该第二直流电压。

转回到图1，线性调整电路102接收来自该电压调整电路101的第二直流电压。在图1所述的实施例中，该线性调整电路102可以进一步包括：基准电压模块108、设置电阻109、运算放大器110和控制逻辑111。

其中，基准电压模块108生成参考电压Vref。运算放大器110接收该参考电压和设置电阻109（Rsense）一端的电压以提供环路增益。设置电阻109设置LED灯组的电流。控制逻辑111接收该运算放大器110的输出和上述的第二直流电压。该控制逻辑111的输出端则连接至多个LED驱动器104中的每一个。特别是，该控制逻辑111将会根据该第二直流电压的变化切换该多个LED驱动器104中的一个进入线性调整环路。图3示意性地示出了该线性调整环路的一个实施例的电路图。

图4示意性地示出了图1中的控制逻辑的一个实施例的电路图。如图4所示，Qn与Qn+1分别为通道N与N+1的控制信号，它们通过检测运算放大器的输出Veo和检测设置电阻Rsense上的电流产生检测输出逻辑，再由移位寄存器产生。当Qn为逻辑高电平，Qn+1为逻辑低电平时，运算放大器输出Veo由传输门直接输出到LED驱动器的栅极，信号Gn；当Qn和Qn+1都为逻辑高电平时，信号Gn为低电平，LED驱动器关闭；当Qn和Qn+1都为逻辑低电平时，信号Gn为高电平，LED驱动器打开。

再转回到图1，多个彼此串联的LED灯组103中的每一LED灯组由至少一个LED串联构成。多个LED驱动器104中的每一LED驱动器的一端连接至一个LED灯组103的阴极以驱动该LED灯组开启或关闭，且另一端连接至该线性调整电路102。根据本发明，来自该电压调整电路101的第一直流电压直接加在该多个LED灯组103的阳极。此外，该线性调整电路102根据输入电压的变化依次驱动该多个LED驱动器104中的每一个进入线性调整环路。

根据上述的多通道LED线性驱动器，该控制逻辑111根据该第二直流电压的变化切换该多个LED驱动器104中的一个进入线性调整环路的具体操作方式的一个实施例如下：

交流输入电压经过整流桥112后的第一直流电压，即高压直流电压，直接加在N个LED灯组的阳极，每组灯珠的最后一个LED的阴极接入一该LED驱动器。经过若干个周期后，由并联电压调整器106得到一个稳定的第二直流电压，即低压直流电压。

在其后整流的一个周期内，从输入电压从零开始升高起的一个周期开始，将按照串联连接次序更接近该电压调整电路的输出端的第一LED灯组并入该线性调整环路，其余LED驱动器全部导通；当该输入电压升高到使得该第一LED灯组的LED驱动器导通时，该线性调整电路上的电流随该输入电压变化，且设置电阻决定了LED上的电流；当该输入电压升高到使得紧邻该第一LED灯组的下一个LED灯组的LED驱动器导通时，该第一LED灯组上的电流减少且该下一个LED灯组上的电流增加，其中该电流增加的速度大于该电流减少的速度；当上述两组LED灯组上的电流之和大于一阈值（例如设定电流的5%，该阈值可以按需设置）时，关闭该第一LED灯组的驱动器并切换该下一个LED灯组的驱动器进入该线性调整环路，此时后续的（第三组至最后一组的）LED驱动器仍导通。

随着输入电压进一步升高，当输入电压高到使得第三组LED驱动器导通时，第二组LED上的电流逐渐较少，第三组LED上的电流快速增加，当两组电流之和大于上述阈值（例如设定电流的5%）时，第二组LED驱动关闭，第三组LED处于上述的线性调整环路，此时第四组LED驱动通道仍导通。依次类推，直至最后一组LED处于线性调整环路，完成一个周期。

此后输入电压开始下降，最后一组LED电流逐渐减少，当其电流小于上述阈值时，最后一组LED驱动器导通，倒数第二组LED处于线性调整环路。

通过以上的调整和控制电路使得输入电流拟合后的波形与输入电压的正弦波十分相似，这样可以得到极高的PF值。

与现有技术相比较，本发明所提供的多通道LED线性驱动器属于线性驱动方式，无需电解电容，具有较高的PF值并能极大的提高了LED寿命。本发明在实现多通道LED驱动电路功能的同时，只需极少的外围元器件，例如一个整流桥、一个限流电阻、一个设置LED电流的电阻、一个稳压电容，提高了性能，降低了成本。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims

1.一种多通道LED线性驱动器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述电压调整电路进一步包括：

整流桥，所述交流市电的输入电压经所述整流桥转换成所述第一直流电压；

限流电阻；以及

并联电压调整器，经所述限流电阻连接至所述整流桥，所述第一直流电压经所述并联电压调整器形成所述第二直流电压。

3.如权利要求2所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述电压调整电路进一步包括一电容器，所述电容器连接于所述并联电压调整器和接地之间，用以稳定所述第二直流电压。

4.如权利要求1所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述线性调整电路进一步包括：

基准电压模块，生成参考电压；

设置电阻；

运算放大器，接收所述参考电压和设置电阻一端的电压以提供环路增益；以及

控制逻辑，接收所述运算放大器的输出和所述第二直流电压，且所述控制逻辑连接至多个LED驱动器中的每一个，

其中，所述控制逻辑根据所述第二直流电压的变化切换所述多个LED驱动器中的一个进入线性调整环路。

5.如权利要求4所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述控制逻辑根据所述第二直流电压的变化切换所述多个LED驱动器中的一个进入线性调整环路包括：

在输入电压从零开始升高起的一个周期的开始，将按照串联连接次序更接近所述电压调整电路的输出端的第一LED灯组并入所述线性调整环路；

当所述输入电压升高到使得所述第一LED灯组的LED驱动器导通时，所述线性调整电路上的电流随所述输入电压变化；

当所述输入电压升高到使得紧邻所述第一LED灯组的下一个LED灯组的LED驱动器导通时，所述第一LED灯组上的电流减少且所述下一个LED灯组上的电流增加，其中所述电流增加的速度大于所述电流减少的速度；

当上述两组LED灯组上的电流之和大于一阈值时，关闭所述第一LED灯组的驱动器并切换所述下一个LED灯组的驱动器进入所述线性调整环路；以及

依次类推，直至所述第一LED灯组重新并入所述线性调整环路，完成所述周期。

6.如权利要求5所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，在所述一个周期内，所述多通道LED线性驱动器的输入电流拟合后的波形与输入电压的正弦波相匹配。

7.如权利要求1所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述LED驱动器是至少能够耐压700V的功率器件。

8.如权利要求1所述的多通道LED线性驱动器，其特征在于，所述多通道LED线性驱动器不包括电解电容。