CN103687150B - 一种无过冲led线性恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无过冲LED线性恒流驱动电路，包括输入整流桥；输入电压检测网络，其一端连接所述输入整流桥，另一端接地；电源网络，其由一电阻和一电容串联而成，所述电源网络一端连接所述输入整流桥，另一端接地；LED恒流驱动电路核心控制单元，其输入端分别连接所述输入电压检测网络和所述电源网络；LED控制开关，其输入端分别连接所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出端，所述LED控制开关的输出端连接至LED灯串。采用本发明可以消除普通LED线性驱动电路中的种种缺点，有效的提高LED的使用效率，同时兼顾低成本，高功率因数等优点，工程适用性很高。

Description

一种无过冲LED线性恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其可以通过改变输入可控硅调节器切相角度的大小来调节LED亮度。

背景技术

图1是普通的高压LED线性恒流驱动电路。图中整流二极管101，102，103，104组成AC输入整流桥。LED1，LED2，LED3为LED灯串，由多颗LED组成。LED灯串LED1，LED2，LED3进行串联，LED1的阳极连接整流桥的输出。电阻111为高精度LED电流检测电阻，REFcs为内部基准电压，运算放大器120，功率MOS管121和电流检测电阻共同组成LED线性恒流驱动网络。

由于LED1灯串由很多个单颗LED串联而成,因此正向导通电压很高。根据LED导通的原理，只有在输入电压112高于LED1，LED2，LED3进行串联的正向导通电压时，LED1，LED2，LED3才会点亮。在市电供电的系统中，AC输入为50Hz正弦波，经过101，102，103，104组成的整流桥，LED1~LED3在输入电压较高时才会被同时点亮，所以LED的利用率很低。如果减少LED灯数量，虽然可以增加利用率，但会使线电路的功耗大大增加，从而降低整个LED驱动方案的整体工作效率。如果增大LED灯点亮时的电流,虽然可以提高LED的亮度，则需要采用更大功率的LED，从而增加了系统的成本，系统功耗也会随之大大增加。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，可以看出普通的LED线性驱动电路在实际工程应用中有诸多的缺点，大大限制了LED光源的应用，本发明的目的是：提出了一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其可以消除普通LED线性驱动电路中的种种缺点，有效的提高LED的使用效率，同时兼顾低成本，高功率因数等优点，工程适用性很高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无过冲LED线性恒流驱动电路，包括：

一输入整流桥，用于对输入电源进行整流；

一输入电压检测网络，其一端连接所述输入整流桥，另一端接地；

一电源网络，其由一电阻和一电容串联而成，所述电源网络一端连接所述输入整流桥，另一端接地；

一LED恒流驱动电路核心控制单元，其输入端分别连接所述输入电压检测网络和所述电源网络；

一LED灯串，所述LED灯串由若干组LED灯依次串联而成，且第一组LED灯的阳极与所述输入整流桥的输出端连接；

以及

一LED控制开关，由与LED灯数目相对应的若干组功率MOS管组成，分别控制所述LED灯，且每组功率MOS管的栅极和源极都分别连接至所述LED恒流驱动电路核心控制单元与之对应的输出端，每组功率MOS管的漏极分别连接至与之对应的LED灯的阴极。

所述输入整流桥是由4个二极管组成的整流电路。

所述输入电压检测网络依次由3个电阻串联而成。

所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输入部分，包括2个输入端VS1和VS2、1个电源端VCC及1个接地端GND，其中电源端VCC连接至所述电源网络的电阻与电容的连接处，输入端VS1连接至所述输入电压检测网络的第一电阻和第二电阻的连接处，输入端VS2连接至所述输入电压检测网络的第二电阻和第三电阻的连接处，接地端GND接地；所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出部分，包括4个输出端G1、G2、G3和CS。

所述LED控制开关由3个功率MOS管组成，其中3个功率MOS管的栅极分别连接所述LED恒流驱动电路核心控制单元的3个输出端G1、G2、G3，3个功率MOS管的源极连接至所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出端CS，3个功率MOS管的漏极分别连接至3组LED灯的阴极。

所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出端CS还连接一电流检测电阻Rcs，所述电流检测电阻Rcs的另一端接地。

本发明的有益效果是：与普通的LED线性驱动技术相比较,本发明采用电压检测控制技术，当输入电压较高时，LED1，LED2，LED3将全部打开，在输入电压较低时，打开部分LED（LED1）光源，可以实现在不减少LED数量或者不增大LED电流的前提下提高LED的利用率。同时在Dimming时刻采用特有的采样保持技术，来消除LED驱动电流的毛刺，从而有效的延长LED光源的使用寿命。同时本发明还提高了驱动电路的效率，同时降低了系统的设计成本。

附图说明

图1是一个典型的LED线性驱动电路；

图2是本发明所展现的一种无过冲LED线性恒流驱动电路；

图3是集成LED驱动开关的无过冲LED线性驱动电路；

图4是无过冲LED线性驱动电路的核心控制模块；

图5是为说明图4所示的实施电路的波形图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，一种无过冲LED线性恒流驱动电路。图中整流二极管101，102，103，104组成AC输入整流桥；LED灯串包括LED1、LED2和LED3三组，且每组LED由多颗LED组成，LED1、LED2和LED3依次串联，且LED1的阳极连接整流桥的输出。电阻205、206和207串联形成输入电压检测网络。所述LED恒流驱动电路核心控制单元采用的是控制IC110，为高压LED线性恒流驱动电路的核心模块，用于产生LED控制开关212，213，214的控制信号。电阻208和电容209组成的电源网络，为驱动电路核心模块210提供电源。电流检测电阻111为高精度LED电流检测电阻，且与所述LED灯串进行串联。功率MOS管212，213，214作为LED的控制开关，212的源极连接LED1的阴极和LED2的阳极。213的漏极连接LED2的阴极和LED3阳极。214的漏极连接LED3的阴极。212，213，214的源极都与高精度电流检测电阻111进行连接。

输入电压检测网络用来检测母线112的电压，当输入电压非常低，VS1低于内部设定的参考电压，核心控制模块210打开LED控制开关212，213和214。LED的输出电流主要由212进行控制，213，214此时无效；随着输入电压不断的升高，VS1高压内部设定参考电压，而VS2依然低于内部设定参考电压，核心控制模块210控制212关闭，213和214保持导通，此时LED的输出电流主要由213进行控制，214此时无效；如果输入电压继续升高，VS1高于内部参考电压，而VS2此时高于内部参考电压，核心控制模块210会关闭212和213，此时LED的输出电流主要由214控制。

同时本发明采用特殊的采样保持模块，在输入电压由高变低时，对运算放大器的输出电压值进行采样保持，有效防止LED驱动电流的过冲。

如果IC的设计工艺支持，LED的控制开关212，213，214可以有效的集成在控制电路210内部，进一步减少外围元器件的数量，图3所示，进一步降低LED驱动方案的成本。

图4为恒流控制电路的核心控制模块210的实施电路。在本实施电路中，402，404为电压比较器。电压比较器402的反相输入端连接电压检测网络的输出VS1，同相输入端连接内部基准电压REF，402的输出作为控制电路404的输入之一。电压比较器404的反相输入端连接电压检测网络的输出VS2，同相输入端连接内部基准电压REF，404的输入作为控制电路405的输入之一。404为运算放大器，运算放大器的同相输入端连接用于控制LED电流的高精度的基准电压REFcs，反相输入端连接LED电流检测电阻111，同时连接LED开关212，213和213的漏极。运算放大的401的输出连接采样保持模块406，作为406的输入。采样保持电路的两路输出分别作为控制电路403和控制电路404的输入，另外一输出连接LED控制开关214的栅极。LED控制开关212的漏极连接LED1的阴极和LED2的阳极，LED控制开关213的漏极连接LED2的阴极和LED3的阳极，LED控制开关214的漏极连接LED2阴极。

当输入电压非常低时，VS1低于内部设定的参考电压REF，比较器电路402输出为高电平，控制电路403打开LED控制开关212，当然此时VS2也同样低于参考电压REF，控制电路404打开LED控制开关213，此时采样电路406开始工作，把运算放大器的输出进行采样，使用采样保持的输出去控制LED开关212，213，214的栅极；

随着输入电压不断的升高，VS1高于内部设定参考电压REF，而VS2依然低于内部设定参考电压，比较器电路402输出为低电平，控制电路403关闭LED控制开关212。而此时比较器电路404输出为高电平，控制电路404保持LED控制开关213为打开状态，此时LED的输出电流由213控制；

如果输入电压继续升高，VS1高于内部参考电压，而VS2此时也高于内部参考电压，比较器电路402，403的输出均为低电平，控制电路403和控制电路405关闭LED控制开关212和213，此时LED的输出电流由214控制。

图5为采样保持时刻示意波形图，112为整流桥的输出波形，为了更加清晰的描述此无过冲LED恒流驱动电路的优点，此处的波形图是以经过可控硅调光。502为图4中比较器电路402的输出波形图，当输入电压VLIN低于设定的基准电压是，比较器输出U1变为高电平。503为图4中运算放大器401的输出，如果不采用采样保持电路，LED的输出电流为504所示，由于LED的功率开关212的栅极很大的寄生电容，在运算放大器对212进行调节的时间内（可以叫稳定时间），即t1~t2，会看到LED的输出电流会有明显的过冲现象，如504所示。

本发明采用了独特的采样保持电路，在t3时刻对运算放大器401的输出进行采样保持，505为采样保持模块的输出，用采样保持的输出作为图4中控制电路403的输入，由于采样保持的输出相对比较恒定，不存在如503所示的充电放电的情况，所以可以看到加入采样保持电路后的LED电流在t1~t2没有出现过冲的现象。比较LED电流504和506可以看出带有采样保持模块的无过冲LED线性恒流驱动电路，消除了LED的过冲现象，有效的延长了LED的使用寿命。

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 (6)

1.一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，包括：

一输入整流桥，用于对输入电源进行整流；

一输入电压检测网络，其一端连接所述输入整流桥，另一端接地；

一电源网络，其由一电阻和一电容串联而成，所述电源网络一端连接所述输入整流桥，另一端接地；

一LED恒流驱动电路核心控制单元，其输入端分别连接所述输入电压检测网络和所述电源网络；

一LED灯串，所述LED灯串由若干组LED灯依次串联而成，且第一组LED灯的阳极与所述输入整流桥的输出端连接；

以及

一LED控制开关，由与LED灯数目相对应的若干组功率MOS管组成，分别控制所述LED灯，且每组功率MOS管的栅极和源极都分别连接至所述LED恒流驱动电路核心控制单元与之对应的输出端，每组功率MOS管的漏极分别连接至与之对应的LED灯的阴极；

一LED恒流驱动电路核心控制单元中，第一电压比较器(402)的反相输入端连接电压检测网络的输出VS1，同相输入端连接内部基准电压REF，第一电压比较器(402)的输出作为第一控制电路(403)的输入之一；第二电压比较器(404)的反相输入端连接电压检测网络的输出VS2，同相输入端连接内部基准电压REF，第二电压比较器(404)的输入作为第二控制电路(405)的输入之一；运算放大器(401)的同相输入端连接用于控制LED电流的高精度的基准电压REFcs，反相输入端连接LED电流检测电阻111，同时连接LED控制开关功率MOS管的漏极；运算放大的(401)的输出连接采样保持模块(406)，作为保持模块(406)的输入；采样保持电路的两路输出分别作为第一控制电路(403)和第二控制电路(404)的输入。

2.如权利要求1所述的一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，所述输入整流桥是由4个二极管组成的整流电路。

3.如权利要求1所述的一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，所述输入电压检测网络依次由3个电阻串联而成。

4.如权利要求3所述的一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输入部分，包括2个输入端VS1和VS2、1个电源端VCC及1个接地端GND，其中电源端VCC连接至所述电源网络的电阻与电容的连接处，输入端VS1连接至所述输入电压检测网络的第一电阻和第二电阻的连接处，输入端VS2连接至所述输入电压检测网络的第二电阻和第三电阻的连接处，接地端GND接地；所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出部分，包括4个输出端G1、G2、G3和CS。

5.如权利要求4所述的一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，所述LED控制开关由3个功率MOS管组成，其中3个功率MOS管的栅极分别连接所述LED恒流驱动电路核心控制单元的3个输出端G1、G2、G3，3个功率MOS管的源极连接至所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出端CS，3个功率MOS管的漏极分别连接至3组LED灯的阴极。

6.如权利要求5所述的一种无过冲LED线性恒流驱动电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路核心控制单元的输出端CS还连接一电流检测电阻Rcs，所述电流检测电阻Rcs的另一端接地。