发明内容
本发明的目的在于,提供一种自适应基准恒流源LED驱动装置,采用动态自适应基准恒流源来消除纹波电路,充分规避AC-DC恒流源的正常误差,大幅降低恒流源的纹波电流,消除LED灯光的闪烁,解决常见的次级侧恒流源效率低和发热问题,为传统单级功率因数校正LED照明灯组提供精准的恒流源。
为了实现上述目的,本发明提供了一种自适应基准恒流源LED驱动装置,包括采样单元、滤波运算单元以及运算放大器;所述采样单元与串接在LED照明灯组端的采样电阻相接,用于获取一预设采样时间段内LED照明灯组端的采样电流集;所述滤波运算单元与所述采样单元相接,用于接收所述采样电流集并进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电流并锁定输出至所述运算放大器的同相端;所述运算放大器的反相端接所述采样电阻,通过反相端实时获取LED照明灯组端的采样电流;所述运算放大器比较所述采样电流以及基准电流,获取电流差并输出至一功率驱动单元以动态调节恒定输出电流。
可选的,当所述LED驱动装置工作于交流电供电体系中时,所述预设采样时间段为所述交流电供电体系半周期的整数倍。可选的,所述预设采样时间段大于所述交流电供电体系半周期的5倍。
可选的,所述预设采样时间段为所述采样电流集中采样电流周期值的整数倍。
进一步,所述基准电流为所述预设采样时间段内采样电流集的平均值。
可选的,所述滤波运算单元进一步获取所述预设采样时间段内的纹波系数,若所述纹波系数超过预设阈值,则重新获取基准电流并锁定输出至所述运算放大器的同相端。
本发明的再一目的在于,提供一种自适应基准恒流源LED驱动方法,采用动态自适应基准恒流源来消除纹波电路,充分避免了次级侧的误差,解决了效率和发热问题,为LED照明灯组提供精准的恒流源。
为了实现上述目的,本发明提供了一种自适应基准恒流源LED驱动方法,采用本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置,包括如下步骤:(1)获取一预设采样时间段内LED照明灯组端的采样电流集;(2)对所述采样电流集进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电流并锁定输出;(3)实时获取LED照明灯组端的采样电流;(4)比较所述采样电流以及基准电流获取电流差,并根据所述电流差动态调节恒定输出电流。
可选的,当所述LED驱动装置工作于交流电供电体系中时,所述预设采样时间段为所述交流电供电体系半周期的整数倍。可选的,所述预设采样时间段大于所述交流电供电体系半周期的5倍。
可选的,所述预设采样时间段为所述采样电流集中采样电流周期值的整数倍。
进一步,所述基准电流为所述预设采样时间段内采样电流集的平均值。
所述方法进一步包括:获取所述预设采样时间段内的纹波系数,若所述纹波系数超过预设阈值,则重新获取基准电流并锁定输出。
本发明的优点在于,本发明采用动态自适应基准恒流源来消除纹波电路,自适应恒流源以预设采样时间段内实际输出电流的平均值为基准,实现了真正恒流,避免了单极功率因数校正和LED驱动电路带来的输出大纹波,极大地改善了LED的固有闪烁问题;和常见的次级侧恒流源相比解决了效率低和发热问题,为传统单极功率因数校正LED照明驱动灯组提供精准的恒流源,且不需要生产过程的调试,方便大规模生产。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的自适应基准恒流源LED驱动装置及方法的具体实施方式做详细说明。
参考附图4,本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置示意图,所述自适应基准恒流源LED驱动装置10包括运算放大器11、采样单元12以及滤波运算单元13。本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置10应用在脉动直流下的LED照明恒流系统中。
所述采样单元12与串接在LED照明灯组20端的采样电阻R1相接,用于获取一预设采样时间段∆t内LED照明灯组20端的采样电流集。
一功率驱动单元14串接在采样电阻R1上,在所述预设采样时间段∆t内,功率驱动单元14处于不变的导通状态,也即恒流系统不工作,功率驱动单元14直通,从而采样单元12对LED照明灯组20端的电流可以自由采样∆t时间,得到原始电流,以在后续处理后作为基准值锁定输入到运算放大器11,与之后恒流系统正常工作实时采集的电流进行比较。
当所述LED驱动装置10工作于交流电供电体系中时,所述预设采样时间段∆t为所述交流电供电体系半周期的整数倍。比如,在50Hz交流电供电体系中,∆t可以为10ms或10ms的整数倍;在60Hz交流电供电体系中,∆t可以为8.3ms或其整数倍。作为优选的实施方式,所述预设采样时间段∆t大于所述交流电供电体系半周期的5倍,以兼顾精度要求和成本控制。
当所述LED驱动装置10工作于人工调控状态的LED照明恒流系统中或供电体系的工作频率无法预先获取时,所述预设采样时间段∆t为所述采样电流集中采样电流周期值的整数倍。所述滤波运算单元13根据采样单元12所采集的电流计算获取采样电流的周期,进而确定采样时间段∆t,采样单元12根据所确定的采样时间段∆t进行采样,获取采样电流集。采样时间段∆t可以设置为采样电流周期的整数倍;优选的,可以将采样时间段∆t设定为大于采样电流周期的5倍。
所述滤波运算单元13与所述采样单元12相接,用于接收所述采样电流集并进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电流并锁定输出至所述运算放大器11的同相端113。运算放大器11后续获取的LED照明灯组20端的实时电流均与该锁定的基准电流进行比较,以实现恒流。
所述滤波运算单元13可以将采样电流集中的电流转换成相应频率后,进行滤波、计算以及归一化处理,获取采样电流集的平均值作为基准电流。如果基准电流是数字量,将基准电流进行模拟化转换后输出;如果基准电流是模拟量,直接缓冲输出。所述滤波运算单元13可以将采样电流集中的电流进行模数转换,将模拟量数字化后,进行数字滤波、计算以及归一化处理,获取采样电流集的数字化平均值作为基准电流,再将数字量的基准电流进行模数转换后输出。所述滤波运算单元13可以根据采样电流集中的电流对应出相应的电压,将电压转换成相应占空比后,进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电压,再转换成相应基准电流锁定输出。
当基准电流确定后,采样电阻R1,运算放大器11和功率驱动单元14构成了一个典型的恒流源发生器,电流I=运算放大器11同相端113的基准电压/采样电阻R1阻值。采样单元12和滤波运算单元13进入锁定基准电流的监控模式,即当电流不超过设定阈值时,输出为前述恒定的基准电流锁定值,功率驱动单元14输出恒流值,受到环路增益、带宽的影响,输出的电流中还有一些交流成分。这时,滤波运算单元13继续从采样单元12中得到采样数据,从这些数据中可以得到平均值和变动的值,在预设采样时间段内必然有最大值最小值,这个最大值或最小值和平均值的比称为纹波系数。
在LED照明恒流系统出现较大变化,所述滤波运算单元13获取到纹波系数较大超过预设阈值时,本发明所述装置的采样单元12重新进行采样电流集的获取,滤波运算单元13对实时获取的采样电流集进行预设时间段滤波、计算处理,重新获取新的基准电流并锁定输出至所述运算放大器11的同相端113。在其它实施情况中,LED照明恒流系统工作时,芯片内部的温度超过预设温度阈值时,也可以重新进行采样电流集的获取,进而重新确定基准电流并锁定输出;或者在驱动装置运行一预设时间段后,重新进行采样电流集的获取,进而重新确定基准电流并锁定输出。
所述运算放大器11的反相端112接所述采样电阻R1,通过反相端112以及采样电阻R1实时获取LED照明灯组20端的采样电流。所述运算放大器11比较所述采样电流以及基准电流获取电流差,通过输出端111输出至与所述采样电阻R1串联的功率驱动单元14以动态调节恒定输出电流。
所述功率驱动单元14可以为一晶体管或一MOS管。根据输入的电流差控制晶体管或MOS管的导通时间进而动态调节恒定输出电流。其中,所述功率驱动单元14可以与运算放大器11、采样单元12以及滤波运算单元13集成在同一块芯片上,实现自适应恒流驱动;所述功率驱动单元14也可以单独设置在本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置的外部,并与采样电阻R1以及运算放大器11相连,实现自适应恒流驱动。
本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置采用动态自适应基准恒流源来消除纹波电路,自适应恒流源以预先采样获取的基准电流为基准,充分避免了恒流源的误差,解决了效率低和发热问题,为LED照明灯组提供精准的恒流源。
参考附图5,本发明所述自适应基准恒流源LED驱动方法的流程图,所述方法采用本发明所述的自适应基准恒流源LED驱动装置。以下结合图4、图5,对所述方法进行详细说明。
S51:获取一预设采样时间段内LED照明灯组端的采样电流集。在所述预设采样时间段∆t内,恒流系统不工作,采样单元12对LED照明灯组20端的电流可以自由采样∆t时间,得到原始电流,以在后续处理后作为基准值锁定输入到运算放大器11的同相端113,与之后恒流系统正常工作实时采集的电流进行比较。
当所述LED驱动装置10工作于交流电供电体系中时,所述预设采样时间段∆t为所述交流电供电体系半周期的整数倍。作为优选的实施方式,所述预设采样时间段∆t大于所述交流电供电体系半周期的5倍,以兼顾精度要求和成本控制。当所述LED驱动装置10工作于人工调控状态的LED照明恒流系统中或供电体系的工作频率无法预先获取时,所述预设采样时间段∆t为所述采样电流集中采样电流周期值的整数倍。所述滤波运算单元13根据采样单元12所采集的电流计算获取采样电流的周期,进而确定采样时间段∆t,采样单元12根据所确定的采样时间段∆t进行采样,获取采样电流集。采样时间段∆t可以设置为采样电流周期的整数倍;优选的,可以将采样时间段∆t设定为大于采样电流周期的5倍。
S52:对所述采样电流集进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电流并锁定输出。可以通过滤波运算单元13将采样电流集中的电流转换成相应频率后,进行滤波、计算以及归一化处理,获取采样电流集的平均值作为基准电流。如果基准电流是数字量,将基准电流进行模拟化转换后输出至运算放大器11;如果基准电流是模拟量,直接缓冲输出至运算放大器11。也可以通过滤波运算单元13将采样电流集中的电流进行模数转换,将模拟量数字化后,进行数字滤波、计算以及归一化处理,获取采样电流集的数字化平均值作为基准电流,再将数字量的基准电流进行模数转换后输出至运算放大器11。
当基准电流确定后,运算放大器11、功率驱动单元14、采样电阻R1构成了一个典型的恒流源发生器,采样单元12和滤波运算单元13进入锁定基准电流的监控模式,即当电流不超过设定阈值时,输出为前述恒定的基准电流锁定值。作为优选的实施方式,所述方法进一步包括:获取所述预设采样时间段内的纹波系数,若所述纹波系数超过预设阈值,则重新获取基准电流并锁定输出,以确保恒流的精准度。在LED照明恒流系统输出电流变化较大,或芯片内部的温度超过预设温度阈值时,或者在驱动装置运行一预设时间段后,也可以重新进行采样电流集的获取,进而重新确定基准电流并锁定输出。
S53:实时获取LED照明灯组端的采样电流。通过所述运算放大器11的反相端112接采样电阻R1,从而通过反相端112实时获取LED照明灯组端的采样电流。
S54:比较所述采样电流以及基准电流获取电流差,并根据所述电流差动态调节恒定输出电流。所述运算放大器11将接收到的采样电流与基准电流进行比较,获取电流差;通过输出端111输出至功率驱动单元14以动态调节恒定输出电流。也即,自适应恒流源以预先采样获取的基准电流为基准,充分避免了恒流源的误差,解决了效率低和发热问题,为LED照明灯组提供精准的恒流源。
以下结合图6,给出本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置的一实施例。
参考附图6,本发明所述自适应基准恒流源LED驱动装置应用在脉动直流下的LED照明系统中。所述LED驱动装置工作于50Hz交流电供电体系中。LED照明系统中串联了D1-D8共8个LED照明灯;电容C2用作旁路电容器,采用瓷片电容(Cap Ceramic)其容值为10 uF;电容C1用作滤波电容器,采用极性电容(Cap Pol3)其容值为1000 uF。
功率驱动单元采用MOSFET-N型晶体管Q1,晶体管Q1的漏极接入LED照明灯组的最后一个LED照明灯D8的阳极,晶体管Q1的源极通过采样电阻R1(其阻值为10欧姆)接地,晶体管Q1的栅极接入运算放大器11的输出端111。
所述采样单元12与所述采样电阻R1相接,用于获取一预设采样时间段∆t内LED照明灯组20端的采样电流集。本实施例中,所述LED驱动装置工作于50Hz交流电供电体系中,故所述预设采样时间段∆t可以为10ms或10ms的整数倍。
在所述预设采样时间段∆t内,晶体管Q1处于不变的直通状态,从而采样单元12对LED照明灯组20端的电流可以自由采样∆t时间,得到原始电流,以在后续处理后作为基准值锁定输入到运算放大器11,与之后恒流系统正常工作实时采集的电流进行比较。
本实施例中,所述滤波运算单元13包括依次相接的模数转换单元131、数字变换单元132以及数模转换单元133。
所述模数转换单元131一端与所述采样单元12相接,另一端与所述数字变换单元132相接,所述模数转换单元131用于将∆t内获取的采样电流集进行数字化转换。由于采样单元12通过采样电阻R1获取的采样电流集为模拟量,还需要通过模数转换单元131对这些模拟量进行数字化转换,转化成数字变换单元132可以处理的数据格式。
所述数字变换单元132与所述数模转换单元133相接,用于对所接收的数字化的采样电流集进行滤波、计算以及归一化处理,获取基准电流并输入至所述数模转换单元133。本实施方式中所述数字变换单元132对所述预设采样时间段∆t内数字化的采样电流集取平均值,从而获取所述基准电流。
所述数模转换单元133与所述运算放大器11的同相端113相接,用于将基准电流进行模拟化转换并输出至所述运算放大器11的同相端113。
所述运算放大器11的输出端111接晶体管Q1的栅极、反相端112接采样电阻R1、同相端113接所述数模转换单元133、所述运算放大器11的一端口114接地保护,另一端口118接通过一电容C3(容值为2.2 uF)接地保护。所述运算放大器11的反相端112通过采样电阻R1实时获取LED照明灯组20端的采样电流。
所述运算放大器11将接收到的采样电流与基准电流进行比较,获取电流差并输出至晶体管Q1的栅极,以控制晶体管Q1的导通时间,从而实现动态调节恒定输出电流。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。