CN103687249A - 一种led调光控制电路及其方法 - Google Patents

Abstract

一种LED调光控制电路，主结构是一个反激变换器，包括NMOS管Q1，直流变压器T1、续流二极管D1、电解电容C1、C2，用两种不同频率的PWM2驱动信号同时控制主功率管Q1的通断，同时控制LED串电流的占空比和电流水平，分别实现PWM调光和模拟调光，其中，通过改变高频PWM2驱动信号占空比来改变LED串电流的幅度，实现PWM调光，通过改变低频PWM2驱动信号的占空比来改变LED串电流的占空比，实现模拟调光，由两种调光模式共同实现LED串的精确调光。

Description

一种LED调光控制电路及其方法

技术领域

本发明涉及LED电源装置，尤其是一种LED调光控制电路及其方法，能够在LED低亮度的情况下提高效率，属于微电子技术领域。

背景技术

目前LED调光主要有三种方式，分别为可控硅（TRAIC）调光，模拟调光和脉宽调制（PWM）调光。可控硅调光采用三端双向可控硅（TRAIC）相位控制电路进行调光，其优势在于可与传统的白炽灯和卤素灯兼容，但由于该方案是在整流桥前面加上可控硅调光器，通过调节导通角来调节输入功率，从而达到调光的目的，会使整个系统的功率因数降低，同时产生较大的EMI问题。模拟调光是通过改变流过LED串的电流水平，从而改变LED的发光亮度。通常有两种方法实现模拟调光：一种是通过改变与LED串串联的限流电阻的大小，来达到改变电流的目的；另一种是控制芯片上本身带有的模拟调光引脚，通过改变控制芯片模拟调光引脚上的电压值，来改变输出电流等级，从而调节LED的亮度。模拟调光的优势在于其调光时不会产生噪声，其缺点在于发出光线的色温会随着LED电流的某个函数变化。PWM调光原理是通过控制LED恒流驱动器的工作与不工作，从而控制LED中的电流，使LED中的电流在设定的最大直流电流I_max与零电流之间工作。设当LED中流过最大直流电流I_max的时间为t，LED驱动器工作与不工作的周期为T，则当PWM信号的占空比为D＝t/T时，LED的平均电流为I_led＝DI_max，由此可知LED的平均电流与PWM信号的占空比D成正比，同时LED的亮度与流过LED的电流成比例，即通过调节驱动器PWM信号的占空比，即可调节LED的亮度。PWM调光方式的优点在于其调光范围宽、精度高、效率高、不会出现闪烁，其缺点在于会引入可听见噪声。

发明内容

本发明提供一种LED调光控制电路及其方法，通过控制主功率管的通断来改变LED串两端的电压，使其间断处于导通与不导通的状态，从而调节LED的亮度。同时可以通过控制主功率管的导通周期与占空比，将调光方式变为模拟调光。

本发明所提供的调光电路是在反激式电源的基础上改进的，其技术方案如下：

一种LED调光控制电路，连接于Buck电路的输出端，其特征在于：主结构是一个反激变换器，包括NMOS管Q1，直流变压器T1、续流二极管D1、电解电容C1、C2，

变压器T1的原边L_p的同名端连接电解电容C2的负极，原边L_p的另一端连接NMOS管Q1的漏极，NMOS管Q1的源极连接电解电容C2和C1的正极并与变压器T1的副边L_s的同名端连接，变压器T1的副边L_s的另一端连接续流二极管D1的阴极，续流二极管D1的阳极连接电解电容C1的负极，NMOS管Q1的栅、源极分别连接由信号发生器产生的PWM2驱动电压，LED负载串的阳极和阴极分别连接电解电容C2的负极和电解电容C1的负极。

上述LED调光控制电路的调光控制方法，其特征在于：用两种不同频率的PWM2驱动信号同时控制主功率管Q1的通断，同时控制LED串电流的占空比和电流水平，分别实现PWM调光和模拟调光，其中，通过改变高频PWM2驱动信号占空比来改变LED串电流的幅度，实现PWM调光，通过改变低频PWM2驱动信号的占空比来改变LED串电流的占空比，实现模拟调光，由两种调光模式共同实现LED串的精确调光。

本发明的优点及显著效果：

（1）电路简单，无需专用集成电路的复杂控制，成本低，可靠性好；

（2）能够实现模拟调光和PWM（脉宽调制）调光，结合了PWM调光和模拟调光的优点，提高了调光精确度，并提高LED在低载下的效率。

附图说明

图1为本发明LED调光控制电路图；

图2为本发明LED调光控制电路与前级电路连接的总电路图；

图3为本发明中开关管控制信号及输出电流波形；

图4为两种调光方法的效率比较。

具体实施方式

如图1所示，本发明LED调光控制电路主结构是一个反激变换器，包括一个NMOS管Q1，一个直流变压器T1和一个续流二极管D1，Q1的漏极与变压器T1的原边相连，源极与电容C2的正极相连，栅极接驱动信号。变压器的原边电感L_p与一个滤波电容C2串联，而副边电感L_s与直流稳压电容C1相连，LED负载由C1和C2上的电压共同驱动，C1与C2的极性相反。通过控制MOS管的开关频率可以控制电路工作在CCM模式或者DCM模式，也就分别对应于模拟调光和PWM调光。

下面以DCM为例说明该电路的工作过程，整个过程可以分为三个阶段：1、第一阶段从MOS管Q1导通开始，二极管D1反向偏置，C2上的电压近似恒定，即变压器原边电感两端电压恒定，电感电流i_p线性上升。同时，直流部分通过滤波电容C2给负载供电，当Q1关闭时第一阶段结束；2、第二阶段从Q1关闭开始，二极管D1导通续流，副侧电感将储能返回给C1。直流部分继续通过C2给负载供电，同时，电感两侧受到反向电压电流不断下降，当副侧电感电流i_s减少至零时第二阶段结束；3、第三阶段MOS管Q1和二极管D1都不导通，LED负载由C1和C2连续供电，这个过程直到开关管Q1再次开通又回到第一阶段。

当Q1关断时，C2由输出电流充电，如果关断时间足够长，C2电压足够高，LED将被关断。所以，如果将MOS管用两种不同频率的PWM信号驱动，就可以让LED电流实现模拟调光和脉宽调制调光。

如图2，将市电AC接入系统后，经过限流电阻R1，R2，过流保险丝F以及滤波网络L1，L2，R3，R4，C4后接入整流桥D2，得到直流电压。电感L3和电容C3为二级滤波网，NMOS管Q2，续流二极管D2和电感L4构成一个Buck电路。其中Q2的漏极接电感L3，源极接电感L4，栅、源极接驱动信号PWM1（PWM1和PWM2都是浮置的驱动信号，可由信号发生器充当）。Q2的驱动信号PWM1的占空比决定后级的输出电压。假设驱动信号PWM1的占空比为D，则电容C1上的电压V_c1＝DV_in，其中V_in为市电经过整流滤波后的输入电压。后级的主功率管Q1，直流变压器T1，电容C2以及续流二极管D1构成的调光电路则为本发明提供的结构。驱动信号PWM2控制主功率管Q1的通断。假设电容C2两端电压为V_c2，则V_o＝V_c1-V_c2，将发光二级管等效为导通压降V_F与LED串的导通电阻R_e串联，则V_o＝V_F+I_oR_e，这里I_o是输出电流。输出电流也可以表示成

在第一阶段原边电感电流i_p从零开始线性上升，峰值电流d与T_s分别是开关管导通占空比与开关周期。由于电容C2分别由i_o和i_p充放电，根据电荷守恒，可知

由此可以得到 $V_{c2}=(V_{c1}-V_F)/(1+\frac{d^2{T}_s{R}_e}{2L_p}),$ 输出电流可以表示成 $I_o=\frac{d^2{T}_s(V_{c1}-V_F)}{2L_p+R_e{d}^2{T}_s},$ 输出电压可表示为

从表达式可以看出输出电压和电流都可以由MOS管Q1的占空比来调节。

模拟调光（线性调光）与PWM调光均可以实现改变输出电流的平均值以改变LED负载亮度。对于本发明中提出的调光电路，提出了一种新型的控制策略——DPWM控制，即用两种不同频率的PWM驱动信号同时驱动主功率管Q1（如图3所示）。调节高频信号占空比可以改变输出电流的幅度，调节低频信号占空比可以相应改变输出电流的占空比。与单一频率的PWM控制相比，DPWM减少了主功率管的开关次数，也就减少了开关损耗和导通损耗，提高了调光的效率。通过仿真验证，得到电路分别用模拟调光（AM）与DPWM调光下的效率如图4，从图中可以看出在低载情况下DPWM调光的效率明显优于模拟调光。

本发明不限于上述的实现方式，凡采用该电路结构或者控制策略作为LED调光方案的都在本专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种LED调光控制电路，连接于Buck电路的输出端，其特征在于：主结构是一个反激变换器，包括NMOS管Q1，直流变压器T1、续流二极管D1、电解电容C1、C2，

变压器T1的原边L_p的同名端连接电解电容C2的负极，原边L_p的另一端连接NMOS管Q1的漏极，NMOS管Q1的源极连接电解电容C2和C1的正极并与变压器T1的副边L_s的同名端连接，变压器T1的副边L_s的另一端连接续流二极管D1的阴极，续流二极管D1的阳极连接电解电容C1的负极，NMOS管Q1的栅、源极分别连接由信号发生器产生的PWM2驱动电压，LED负载串的阳极和阴极分别连接电解电容C2的负极和电解电容C1的负极。

2.根据权利要求1所述LED调光控制电路的调光控制方法，其特征在于：用两种不同频率的PWM2驱动信号同时控制主功率管Q1的通断，同时控制LED串电流的占空比和电流水平，分别实现PWM调光和模拟调光，其中，通过改变高频PWM2驱动信号占空比来改变LED串电流的幅度，实现PWM调光，通过改变低频PWM2驱动信号的占空比来改变LED串电流的占空比，实现模拟调光，由两种调光模式共同实现LED串的精确调光。

Images