CN103687249B - 一种led调光控制电路及其方法 - Google Patents

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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
[0001] 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
[0002] 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Imax与零电流之间工作。设当LED中流过最大直流电流Imax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Iled=DImax,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
[0003] 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。
[0004] 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:
[0005] 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Ql,直流变压器Tl、续流二极管Dl、电解电容Cl、C2,
[0006] 变压器Tl的原边L#同名端连接电解电容C2的负极,原边Lp的另一端连接NMOS 管Ql的漏极,NMOS管Ql的源极连接电解电容C2和Cl的正极并与变压器Tl的副边1^的 同名端连接,变压器Tl的副边Ls的另一端连接续流二极管Dl的阴极,续流二极管Dl的阳 极连接电解电容Cl的负极,NMOS管Ql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Cl的负极。
[0007] 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Ql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。
[0008] 本发明的优点及显著效果:
[0009] (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;
[0010] (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
[0011] 图1为本发明LED调光控制电路图;
[0012] 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;
[0013] 图3为本发明中开关管控制信号及输出电流波形;
[0014] 图4为两种调光方法的效率比较。
具体实施方式
[0015] 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Tl和一个续流二极管Dl,Ql的漏极与变压器Tl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1^与一个滤波电容C2串联,而 副边电感1^与直流稳压电容Cl相连,LED负载由Cl和C2上的电压共同驱动,Cl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。
[0016] 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Ql导通开始,二极管Dl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ip线性上升。同时,直流部分通过滤波电容C2给负载供电,当Ql关 闭时第一阶段结束;2、第二阶段从Ql关闭开始,二极管Dl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is减少至零时第二阶段结束;3、第三阶段MOS管Ql和二极管Dl都不导通,LED 负载由Cl和C2连续供电,这个过程直到开关管Ql再次开通又回到第一阶段。
[0017] 当Ql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。
[0018] 如图2,将市电AC接入系统后,经过限流电阻Rl,R2,过流保险丝F以及滤波网络 Ll,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PWMKPWMl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PWMl的占空比决定后级的输出电压。假设驱动信号PWMl的占空比为D,则电容 Cl上的电压Vcl =DVin,其中Vin为市电经过整流滤波后的输入电压。后级的主功率管Ql,直 流变压器T1,电容C2以及续流二极管Dl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Ql的通断。假设电容C2两端电压为Ve2,则V。=VU-Ve2,将发光二级管 等效为导通压降VF与LED串的导通电阻Re串联,则V。=V,这里I。是输出电流。输出
Figure CN103687249BD00051
表达式可以看出输出电压和电流都可以由MOS管Ql的占空比来调节。
[0019] 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一一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Ql(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。
[0020] 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 (1)

1. 一种LED调光控制电路,其前级包括滤波、整流和Buck电路,将市电AC接入系统后, 经过限流电阻Rl,R2,过流保险丝F以及滤波网络Ll,L2,R3,R4,C4后接入整流桥D2,得到 直流电压,再经过电感L3和电容C3二级滤波后连接至包括NMOS管Q2,续流二极管D2和电 感L4构成的Buck电路,其中NMOS管Q2的漏极接电感L3的输出端,NMOS管Q2的源极连 接电感L4与续流二极管D2阴极的连接端,NMOS管Q2的栅、源极接驱动信号PWM1,电感L4 的另一端为Buck电路的输出端; 其特征在于:LED调光控制电路主结构是一个反激变换器,包括NMOS管Ql,直流变压器T1、续流二极管D1、电解电容C1、C2 ;电解电容C2和Cl的正极与作为Buck电路输出端的电 感L4的另一端连接,变压器Tl的原边1^的同名端连接电解电容C2的负极,原边Lp的另一 端连接NMOS管Ql的漏极,NMOS管Ql的源极连接电解电容C2和Cl的正极并与变压器Tl 的副边Ls的同名端连接,变压器Tl的副边Ls的另一端连接续流二极管Dl的阴极,续流二 极管Dl的阳极连接电解电容Cl的负极,NMOS管Ql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Cl的 负极; 用两种不同频率的PWM2驱动信号同时控制主功率管Ql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。
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