CN103841702A - 一种led驱动电路和led驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于LED驱动领域，提供了一种LED驱动电路和LED驱动方法。本发明通过采用包括整流滤波模块、分压模块、采样电阻R1、过压保护模块、原边电压反馈模块、脉宽调制模块、开关模块以及电流反馈模块的LED驱动电路，其电路结构简单且成本低，既能实现电路原边电压反馈，又可对开关管输出电流进行检测，并根据反馈电压和反馈电流调整开关管的开关频率以进一步对LED负载的导通电流进行控制，从而在对LED负载实现的高效率驱动的同时，提高了功率因数。

Description

一种LED驱动电路和LED驱动方法

技术领域

本发明属于LED驱动领域，尤其涉及一种LED驱动电路和LED驱动方法。

背景技术

目前，LED作为一种新型光源，具有节能、环保、高效的特点，已被作为照明光源广泛应用于各个领域。而由于驱动电路的驱动性能会直接影响LED的发光效率和工作稳定性，所以对于LED驱动电路的设计便成为LED驱动技术中的重中之重。

现有技术所提供的多数LED驱动电路的性能虽然达到要求，但因其电路结构复杂而导致其成本增加；而也有部分LED驱动电路又以牺牲驱动性能的方式降低了成本，无法实现高功率因数和高系统效率。因此，现有技术存在无法实现高功率因数、高效率及低成本的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED驱动电路，旨在解决现有技术存在的无法实现高功率因数、高效率及低成本的问题。

本发明是这样实现的，一种LED驱动电路，与交流电源和LED负载连接，所述LED驱动电路包括：

整流滤波模块、分压模块、采样电阻R1、过压保护模块、原边电压反馈模块、脉宽调制模块、开关模块以及电流反馈模块；

所述整流滤波模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述交流电源的正输出端和负输出端，所述整流滤波模块的输出端同时与所述分压模块的输入端、所述开关模块的电能释放端及所述LED负载的输入端相连接，所述采样电阻R1的第一端与所述过压保护模块的电压钳位端及所述脉宽调制模块的电源端共接于所述分压模块的输出端，所述采样电阻R1的第二端同时与所述过压保护模块的输入端及所述原边电压反馈模块的输入端相连接，所述原边电压反馈模块的输出端连接所述脉宽调制模块的过零检测端，所述开关模块的控制端、输入端及输出端分别连接所述脉宽调制模块的脉宽信号端、所述LED负载的输出端及所述电流反馈模块的输入端，所述电流反馈模块的输出端连接所述脉宽调制模块的电流检测端。

一种基于上述LED驱动电路的LED驱动方法，所述LED驱动方法包括以下步骤：

整流滤波模块对交流电源所提供的交流电进行整流滤波处理后输出直流电至LED负载；

分压模块对所述直流电进行分压后为脉宽调制模块供电，且采样电阻R1根据所述脉宽调制模块的电源端所输入的直流电生成采样电压；

过压保护模块根据所述采样电压对所述脉宽调制模块的电源端相应地进行电压钳位；

原边电压反馈模块根据所述采样电压生成一反馈电压输出至所述脉宽调制模块，且所述电流反馈模块对所述开关模块的输出端进行电流检测并生成一反馈电流至所述脉宽调制模块；

所述脉宽调制模块根据所述反馈电压和所述反馈电流相应地输出具有固定占空比的脉冲信号调整所述开关模块的开关频率以控制所述LED负载的导通电流。

本发明通过采用包括所述整流滤波模块、所述分压模块、所述采样电阻R1、所述过压保护模块、所述原边电压反馈模块、所述脉宽调制模块、所述开关模块以及所述电流反馈模块的LED驱动电路，其电路结构简单且成本低，既能实现电路原边电压反馈，又可对开关管输出电流进行检测，并根据反馈电压和反馈电流调整开关管的开关频率以进一步对LED负载的导通电流进行控制，从而在对LED负载实现的高效率驱动的同时，提高了功率因数，解决了现有技术所存在的无法实现高功率因数、高效率及低成本的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LED驱动电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的LED驱动电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过采用包括整流滤波模块、分压模块、采样电阻R1、过压保护模块、原边电压反馈模块、脉宽调制模块、开关模块以及电流反馈模块的LED驱动电路，其电路结构简单且成本低，既能实现电路原边电压反馈，又可对开关管输出电流进行检测，并根据反馈电压和反馈电流调整开关管的开关频率以进一步对LED负载的导通电流进行控制，从而在对LED负载实现的高效率驱动的同时，提高了功率因数。

图1示出了本发明实施例提供的LED驱动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

LED驱动电路100与交流电源300和LED负载200连接，LED驱动电路100包括：

整流滤波模块101、分压模块102、采样电阻R1、过压保护模块103、原边电压反馈模块104、脉宽调制模块105、开关模块106以及电流反馈模块107。

整流滤波模块101的第一输入端和第二输入端分别连接交流电源300的正输出端+和负输出端-，整流滤波模块101的输出端同时与分压模块102的输入端、开关模块106的电能释放端及LED负载200的输入端相连接，采样电阻R1的第一端与过压保护模块103的电压钳位端及脉宽调制模块105的电源端共接于分压模块102的输出端，采样电阻R1的第二端同时与过压保护模块103的输入端及原边电压反馈模块104的输入端相连接，原边电压反馈模块104的输出端连接脉宽调制模块105的过零检测端，开关模块106的控制端、输入端及输出端分别连接脉宽调制模块105的脉宽信号端、LED负载200的输出端及电流反馈模块107的输入端，电流反馈模块107的输出端连接脉宽调制模块105的电流检测端。

为了保证LED驱动电路100的输入级的输入电压发生突变时不出现损坏，LED驱动电路100还可包括熔断器F1，熔断器F1连接于交流电源300的正输出端+与整流滤波模块101的第一输入端之间。

为了使上述LED驱动电路100输出至LED负载200的直流电更加纯净且无干扰，在本发明实施例中，LED驱动电路100还包括滤波电容C1，滤波电容C1的第一端同时与整流滤波模块101的输出端、开关模块106的电能释放端及LED负载200的输入端连接，滤波电容C1的第二端同时连接开关模块106的输入端和LED负载200的输出端。

此外，当LED驱动电路100处于工作状态中，且LED负载200与LED驱动电路100发生意外开路时，为了避免LED驱动电路100因输出级开路而损坏内部电路，LED驱动电路100还可包括负载电阻R14，负载电阻R14第一端同时与整流滤波模块101的输出端及开关模块106的电能释放端连接，负载电阻R14的第二端连接开关模块106的输入端。通过在LED负载电路100中采用负载电阻R14，能够在LED驱动电路100处于工作状态，但其输出级出现开路或空载时对LED驱动电路100实现开路或空载保护，避免其出现损坏。

图2示出了本发明实施例提供的LED驱动电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

作为本发明一优选实施例，整流滤波模块101包括：

电容C2、整流桥BD1、电感L1、电阻R2及电容C3；

整流桥BD1的正输入端和负输入端分别为整流滤波模块101的第一输入端和第二输入端，电容C2连接于整流桥BD1的输入端与接地端之间，电感L1的第一端连接整流桥BD1的输出端，电感L1的第二端为整流滤波模块101的输出端，电阻R2连接于电感L1的第一端与第二端之间，电容C3的第一端连接电感L1的第二端，电容C3的第二端与整流桥BD1的接地端共接于地。

作为本发明一优选实施例，分压模块102包括电阻R3和电阻R4，电阻R3的第一端为分压模块102的输入端，电阻R3的第二端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端为分压模块102的输出端。

作为本发明一优选实施例，过压保护模块103包括：

NPN型三极管Q1、电阻R5、电容C4及稳压二极管D1；

电容C4的第一端为过压保护模块103的输入端，NPN型三极管Q1的集电极和电阻R5的第一端共接于电容C4的第一端，NPN型三极管Q1的发射极为过压保护模块103的电压钳位端，电阻R5的第二端与稳压二极管D1的阴极共接于NPN型三极管Q1的基极，电容C4的第二端与稳压二极管D1的阳极共接于地。

作为本发明一优选实施例，原边电压反馈模块104包括：

二极管D2、电阻R6、电阻R7、电感L2、电阻R8及电容C5；

二极管D2的阴极为原边电压反馈模块104的输入端，二极管D2的阳极与电阻R6的第一端共接于电阻R7的第一端，电阻R7的第二端与电阻R8的第一端及电容C5的第一端的共接点为原边电压反馈模块104的输出端，电感L2第一端连接电阻R6的第二端，电阻R8的第二端与电容C5的第二端及电感L2的第二端共接于地。

作为本发明一优选实施例，脉宽调制模块105包括功率因数校正控制器U1和电容C6，功率因数校正控制器U1的电源脚VIN、过零检测脚ZCS、驱动脚DRV及电流检测脚ISEN分别为脉宽调制模块105的电源端、过零检测端、脉冲信号端及电流检测端，电容C6的第一端连接功率因数校正控制器U1的环路补偿脚COMP，功率因数校正控制器U1的接地脚GND与电容C6的第二端共接于地。其中，功率因数校正控制器U1可采用SY5814系列的功率因数校正控制芯片，且具体可以是型号为SY5814A的功率因数校正控制芯片。

作为本发明一优选实施例，开关模块106包括：

电阻R9、电阻R10、开关管1061、电感L3及二极管D3；

电阻R9的第一端为开关模块106的控制端，电阻R9的第二端连接开关管1061的控制端，开关管1061的输出端为开关模块106的输出端，电阻R10连接于开关管1061的控制端与输出端之间，开关管1061的输入端同时与电感L3的第一端及二极管D3的阳极相连接，电感L3的第二端和二极管D3的阴极分别为开关模块106的输入端和电能释放端。其中，开关管1061是NMOS管Q1，NMOS管Q1的栅极、漏极和源极分别为开关管1061的控制端、输入端和输出端；此外，在本发明其他实施例中，开关管1061还可以是PMOS管、绝缘栅双极型晶体管(IGB T,Insulated Gate Bipolar Transistor)或者其他具备开关特性的半导体开关器件。电感L3与二极管D3组成一过压保护电路，开关管1061在关断瞬间所产生的高电压（相对于开关管1061而言为高电压）可通过二极管D3排放LED负载200的输入端作为对LED负载200的供电电压。

作为本发明一优选实施例，电流反馈模块107包括电阻R11、电阻R12及电阻R13，电阻R11的第一端为电流反馈模块107的输入端，电阻R12的第一端与电阻R13的第一端共接于电阻R11的第一端，且电阻R13的第一端为电流反馈模块107的输出端，电阻R11的第二端与电阻R12的第二端及电阻R13的第二端共接于地。

以下结合工作原理对上述的LED驱动电路100作进一步说明：

交流市电由整流桥BD1进行整流，且经过由电感L1、电阻R2及电容C3组成滤波电路进行滤波后形成直流电分别进入分压模块102的输入端和LED负载200的输入端，该直流电由电阻R1和电阻R2进行分压后为功率因数校正控制器U1提供电源供给，采样电阻R1会对此处的电压进行采样，由电容C3、电阻R3、稳压二极管D6及NPN型三极管Q1组成的过压保护电路根据采样电阻R1所生成的采样电压对电阻R2的第二端所输出的直流电进行电压钳位以对功率因数校正控制器U1的电源脚VIN实现稳压及过压保护，与此同时，原边电压反馈模块104会根据采样电阻R1所生成的采样电压相应地输出反馈电压至功率因数校正控制器U1的过零检测脚ZCS，而在开关管1061跟随功率因数校正控制器U1所输出的脉冲信号进行相应频率的通断工作的过程中，由电阻R11、电阻R12及电阻R13所组成的电流反馈电路根据开关管1061的导通电流生成相应的反馈电流输出至功率因数校正控制器U1的电流检测脚ISEN，然后由功率因数校正控制器U1根据反馈电压和反馈电流相应地输出具有固定占空比的脉冲信号调整开关管1061的开关频率，进而实现对LED负载的工作电流进行控制，整个LED驱动电路通过实现原边反馈的形式对输入电压进行过零检测，且为非隔离驱动方式，输出电压可达到30V~85V（可驱动12串至24串不等的LED灯串），LED的导通电流达到230mA，实现了功率因数大于0.95且效率达到92%，并能够通过功率因数校正控制器U1对开关管1061的控制在开路、短路或过载时实现自我保护。

本发明实施例还提供了一种基于上述LED驱动电路的LED驱动方法，该LED驱动方法包括以下步骤：

整流滤波模块101对交流电源300所提供的交流电进行整流滤波处理后输出直流电至LED负载200；

分压模块102对所述直流电进行分压后为脉宽调制模块105供电，且采样电阻R1根据脉宽调制模块105的电源端所输入的直流电生成采样电压；

过压保护模块103根据采样电阻R1所生成的采样电压对脉宽调制模块105的电源端相应地进行电压钳位；

原边电压反馈模块104根据采样电阻R1所生成的采样电压生成一反馈电压输出至脉宽调制模块105，且电流反馈模块107对开关模块106的输出端进行电流检测并生成一反馈电流至脉宽调制模块105；

脉宽调制模块105根据所述反馈电压和所述反馈电流相应地输出具有固定占空比的脉冲信号调整开关模块106的开关频率以控制LED负载200的导通电流。

本发明实施例通过采用包括整流滤波模块、分压模块、采样电阻R1、过压保护模块、原边电压反馈模块、脉宽调制模块、开关模块以及电流反馈模块的LED驱动电路，其电路结构简单且成本低，既能实现电路原边电压反馈，又可对开关管输出电流进行检测，并根据反馈电压和反馈电流调整开关管的开关频率以进一步对LED负载的导通电流进行控制，从而在对LED负载实现的高效率驱动的同时，提高了功率因数，解决了现有技术所存在的无法实现高功率因数、高效率及低成本的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路，与交流电源和LED负载连接，其特征在于，所述LED驱动电路包括：

整流滤波模块、分压模块、采样电阻R1、过压保护模块、原边电压反馈模块、脉宽调制模块、开关模块以及电流反馈模块；

所述整流滤波模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述交流电源的正输出端和负输出端，所述整流滤波模块的输出端同时与所述分压模块的输入端、所述开关模块的电能释放端及所述LED负载的输入端相连接，所述采样电阻R1的第一端与所述过压保护模块的电压钳位端及所述脉宽调制模块的电源端共接于所述分压模块的输出端，所述采样电阻R1的第二端同时与所述过压保护模块的输入端及所述原边电压反馈模块的输入端相连接，所述原边电压反馈模块的输出端连接所述脉宽调制模块的过零检测端，所述开关模块的控制端、输入端及输出端分别连接所述脉宽调制模块的脉宽信号端、所述LED负载的输出端及所述电流反馈模块的输入端，所述电流反馈模块的输出端连接所述脉宽调制模块的电流检测端。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括滤波电容C1，所述滤波电容C1的第一端同时与所述整流滤波模块的输出端、所述开关模块的电能释放端及所述LED负载的输入端连接，所述滤波电容C1的第二端同时连接所述开关模块的输入端和所述LED负载的输出端。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括：

电容C2、整流桥、电感L1、电阻R2及电容C3；

所述整流桥的正输入端和负输入端分别为所述整流滤波模块的第一输入端和第二输入端，所述电容C2连接于所述整流桥的输入端与接地端之间，所述电感L1的第一端连接所述整流桥的输出端，所述电感L1的第二端为所述整流滤波模块的输出端，所述电阻R2连接于所述电感L1的第一端与第二端之间，所述电容C3的第一端连接所述电感L1的第二端，所述电容C3的第二端与所述整流桥的接地端共接于地。

4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述分压模块包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3的第一端为所述分压模块的输入端，所述电阻R3的第二端连接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端为所述分压模块的输出端。

5.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述过压保护模块包括：

NPN型三极管Q1、电阻R5、电容C4及稳压二极管D1；

所述电容C4的第一端为所述过压保护模块的输入端，所述NPN型三极管Q1的集电极和所述电阻R5的第一端共接于所述电容C4的第一端，所述NPN型三极管Q1的发射极为所述过压保护模块的电压钳位端，所述电阻R5的第二端与所述稳压二极管D1的阴极共接于所述NPN型三极管Q1的基极，所述电容C4的第二端与所述稳压二极管D1的阳极共接于地。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述原边电压反馈模块包括：

二极管D2、电阻R6、电阻R7、电感L2、电阻R8及电容C5；

所述二极管D2的阴极为所述原边电压反馈模块的输入端，所述二极管D2的阳极与所述电阻R6的第一端共接于所述电阻R7的第一端，所述电阻R7的第二端与所述电阻R8的第一端及所述电容C5的第一端的共接点为所述原边电压反馈模块的输出端，所述电感L2第一端连接所述电阻R6的第二端，所述电阻R8的第二端与所述电容C5的第二端及所述电感L2的第二端共接于地。

7.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述脉宽调制模块包括功率因数校正控制器和电容C6，所述功率因数校正控制器的电源脚、过零检测脚、驱动脚及电流检测脚分别为所述脉宽调制模块的电源端、过零检测端、脉冲信号端及电流检测端，所述电容C6的第一端连接所述功率因数校正控制器的环路补偿脚，所述功率因数校正控制器的接地脚与所述电容C6的第二端共接于地。

8.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关模块包括：

电阻R9、电阻R10、开关管、电感L3及二极管D3；

所述电阻R9的第一端为所述开关模块的控制端，所述电阻R9的第二端连接所述开关管的控制端，所述开关管的输出端为所述开关模块的输出端，所述电阻R10连接于所述开关管的控制端与输出端之间，所述开关管的输入端同时与所述电感L3的第一端及所述二极管D3的阳极相连接，所述电感L3的第二端和所述二极管D3的阴极分别为所述开关模块的输入端和电能释放端。

9.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流反馈模块包括电阻R11、电阻R12及电阻R13，所述电阻R11的第一端为所述电流反馈模块的输入端，所述电阻R12的第一端与所述电阻R13的第一端共接于所述电阻R11的第一端，且所述电阻R13的第一端为所述电流反馈模块的输出端，所述电阻R11的第二端与所述电阻R12的第二端及所述电阻R13的第二端共接于地。

10.一种基于权利要求1所述的LED驱动电路的LED驱动方法，其特征在于，所述LED驱动方法包括以下步骤：

整流滤波模块对交流电源所提供的交流电进行整流滤波处理后输出直流电至LED负载；

分压模块对所述直流电进行分压后为脉宽调制模块供电，且采样电阻R1根据所述脉宽调制模块的电源端所输入的直流电生成采样电压；

过压保护模块根据所述采样电压对所述脉宽调制模块的电源端相应地进行电压钳位；

原边电压反馈模块根据所述采样电压生成一反馈电压输出至所述脉宽调制模块，且所述电流反馈模块对所述开关模块的输出端进行电流检测并生成一反馈电流至所述脉宽调制模块；

所述脉宽调制模块根据所述反馈电压和所述反馈电流相应地输出具有固定占空比的脉冲信号调整所述开关模块的开关频率以控制所述LED负载的导通电流。

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