CN103857155B - 一种线性串联开关led照明驱动电路及方法 - Google Patents

一种线性串联开关led照明驱动电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种线性串联开关LED照明驱动电路，包括串联开关组，控制器、LED电路、放大器电路，所述控制器与串联开关组连接，所述串联开关组与LED电路连接，所述放大器电路分别与控制器及LED电路连接。所述控制器，用于根据自身输入电压及输出电压的大小，调节自身逻辑输出值。所述LED电路，用于根据控制器的逻辑输出值，控制自身导通LED的个数。所述放大器电路，用于将LED串的电流i_LED值控制在指定值。

Description

一种线性串联开关LED照明驱动电路及方法
技术领域
本发明属于LED驱动电路设计领域，具体涉及一种线性串联开关LED照明驱动电路及方法。
背景技术
现有的LED照明驱动主要有两种驱动方式，即PWM（脉冲宽度调制技术）控制和线性驱动控制。其中，脉冲宽度调制技术是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。
本发明主要对线性驱动控制作出说明，线性驱动控制一般为并联开关模式，即将LED串分成n个串。其中，LED之间为串联连接，但控制LED开启的开关为并联连接。但上述并联开关方式存在一些缺点：由于分段数较少，导致在由段切换过程中，每段承受的过电压过大，使得系统的效率低；同时，因为分段少，电流的失真度比较大，容易对电网造成危害。
鉴于上述原因，本发明提供一种线性串联开关LED照明驱动电路及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种线性串联开关LED照明驱动电路，包括串联开关组，控制器、LED电路、放大器电路，所述控制器与串联开关组连接，所述串联开关组与LED电路连接，所述放大器电路分别与控制器及LED电路连接，
所述控制器，用于根据自身输入电压及输出电压的大小，调节自身逻辑输出值；
所述LED电路，用于根据控制器的逻辑输出值，控制自身导通LED的个数；
所述放大器电路，用于将LED串的电流i_LED值控制在指定值。
优选的，所述串联开关组包括多个串联的MOS开关，且所述LED电路包括与串联开关组中MOS开关相等个数的串联LED。
优选的，若串联的LED为n个，则所述n个LED的正向导通电压比为20:21:22:23:...:2n-1。
优选的，所述放大器电路是由运算放大器、电阻及MOS管串联的回路。
本发明还提供一种线性串联开关LED照明驱动方法，包括步骤S1～S5：
S1、控制器Q2判断V_CS电位是否大于VD+Vth，其中VD为一个单位LED串正向导通电压值，Vth为电压阈值；
S2、若S1为是，控制器Q2将控制变量C[3:0]减一，即增加LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压增加一个VD值；同时将V_SIN电位增加一个单位，即增大输出电流i_LED一个单位；
S3、若S1为否，控制器Q2再判断V_CS电位是否大于Vth；
S4、若S3为是，则控制器Q2的输出C[3:0]不变；
S5、若S3为否，则控制器Q2将控制变量C[3:0]加一，即减小LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压减小一个VD；同时将V_SIN电位减小一个单位，即减小输出电流i_LED一个单位。
优选的，步骤S1还包括，若V_SIN的电压大于VD+Vth，则继续执行步骤S2。
优选的，步骤S3还包括，若V_SIN电压小于VD+Vth,则继续执行步骤S5。
通过本发明提供的线性串联开关LED照明驱动电路及方法，将控制LED的开关设计为串联连接，并且各LED导通电压按照等比排列逐级增加而设置，动态组合成多个不同方案，实现了电压的自动调节。同时，控制器按照电压实际变化，调节自身逻辑输出，可以自动选择最优的导通段，实现了根据LED串的电压来匹配控制器的输出电压的目的，达到了最优效率和电流波形，实现了电路高功率因数和高效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的线性驱动控制并联开关模式电路图；
图2是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动电路原理图；
图3是本发明较佳实施例提供的电源电压Vin变化曲线图；
图4是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动方法流程图；
图5是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动方法简要执行流程图；
图6a是本发明较佳实施例提供的串联开关的LED电压利用率曲线图；
图6b是本发明较佳实施例提供的串联开关方式与现有技术并联开关方式电压利用率曲线的对比图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1是现有技术提供的线性驱动控制并联开关模式电路图。如图1所示，在现有技术中，例如将LED串分成4个串，各LED之间为串联连接，但控制LED开启的开关为并联连接。这种方式使得电流失真度较大，并且严重影响系统效率。
图2是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动电路原理图。如图2所示，本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动电路包括串联开关组，控制器Q2、LED电路、放大器电路，所述控制器Q2与串联开关组连接，所述串联开关组与LED电路连接，所述放大器电路分别与控制器及LED电路连接。所述控制器Q2，用于根据自身输入电压及输出电压的大小，调节自身逻辑输出值。所述LED电路，用于根据控制器的逻辑输出值，控制自身导通LED的个数。所述放大器电路，用于将LED串的电流i_LED值控制在指定值。。
对照图2，Q1为电源，Q2为控制器，Q3为运算放大器。于此，放大器电路是由运算放大器Q3、电阻I1及MOS管I6串联形成的回路。由于Q3的负反馈控制，将迫使P端和N端电压相等，即V(Vcs)=V(Ics)。因此，若I1阻值为R，则流过MOS管I6的电流为i_LED=V（Ics）/R。
本实施例中，所述LED电路包括串联的4个LED：L0、L1、L2及L3，所述串联开关组包括串联的4个MOS开关：I7、I8、I9及I10。其中，L0-L3的正向导通电压比为20:21:22:23，即假设L0的正向导通电压为VD，则L1，L2,L3的正向导通电压分别为2VD，4VD，8VD。在其它实施例中，串联的LED个数可根据实际情况相应增加，然而本发明对此不作限定。
在图2中：Vcs为控制器Q2的输入端，表示检测电压；C[3:0]由4位二进制组成，代表Q2的逻辑输出端口；V_SIN为Q2的输出端，为模拟信号输出。
图3是本发明较佳实施例提供的电源电压Vin变化曲线图。如图3所示，电源Q1为控制器提供动态变化的电压，控制器根据电压的实时变化做出相应的输出调节。
图4是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动方法流程图。如图4所示，本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动方法包括步骤S1至S5。
步骤S1：控制器Q2判断V_CS电位是否大于VD+Vth，其中VD为一个单位LED串正向导通电压值，Vth为电压阈值。
具体而言，控制器的输入电压大小为V(V_CS)，控制器根据电源提供的电压监测自身输入电压V(V_CS)与VD+Vth的关系。
本步骤中，若V_SIN的电压大于VD+Vth，则继续执行步骤S2。
步骤S2：若S1为是，控制器Q2将控制变量C[3:0]减一，即增加LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压增加一个VD值；同时将V_SIN电位增加一个单位，即增大输出电流i_LED一个单位。
具体而言，当V(V_CS)>VD+Vth时，控制器通过减小逻辑输出改变I7-I10的控制，即可改变L0-L3之间的串接个数关系，从而增加VinVcs之间的LED正向导通电压值，同时增加V(V_SIN)的电压，即增加i_LED。
在C[3:0]的4位二进制数中，1表示高电位，0表示低电位。表1展示了C[3:0]与V_SIN之间的对应关系，本实施例中，4个LED可组合成16个不同方案。如表1所示，当C[3:0]越大时，V_SIN相应减小。其中，V_SIN的一个单位为VD，表示电压值;i_LED的一个单位为Iref，Iref=VD/R，R为I1的阻值。
表1
步骤S3：若S1为否，控制器Q2再判断V_CS电位是否大于Vth。
具体而言，本步骤中，若V_SIN电压小于VD+Vth,则继续执行步骤S5。
步骤S4：若S3为是，则控制器Q2的输出C[3:0]不变。
具体而言，当VD+Vth>=V(V_CS)>Vth时，控制器Q2的输出C[3:0]不变。
步骤S5：若S3为否，则控制器Q2将控制变量C[3:0]加一，即减小LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压减小一个VD；同时将V_SIN电位减小一个单位，即减小输出电流i_LED一个单位。
图5是本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动方法简要执行流程图。参见图5：当控制器Q2判断V(Vcs)>VD+Vth时，逐渐减小逻辑输出值，同时相应增加V_SIN的大小；当V(Ics)＜Vth时，逐渐增加逻辑输出值，同时相应减小V_SIN的大小。
图6a本发明较佳实施例提供的串联开关的LED电压利用率曲线图。图6b是本发明较佳实施例提供的串联开关方式与现有技术并联开关方式电压利用率曲线的对比图。如图6a及图6b所示，通过对比不难发现，本发明采用的线性串联开关LED照明驱动电路的LED电压利用率，可以保持与电压波形一致的电流波形变化，大大减小了电流波形的失真度；能够有效减小电压损耗，并提高系统效率。
综上所述，根据本发明较佳实施例提供的线性串联开关LED照明驱动电路及方法，将控制LED的开关设计为串联连接，并且串联的4个LED导通电压按照8：4：2：1的比例设置，组合成（0-15）共16个不同方案。由控制器动态调节后，能有效地依据市电正弦电压变化，自动选择最优的导通段，实现了根据LED串的电压来匹配控制器的输出电压的目的，减小了电压损耗。本发明所设计的电路能够取得与电压波形一致的电流，同时减小了电流波形的失真度。此外，电路中无电感元件及MOS开关的设置，有效减小了电磁干扰。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种LED照明驱动方法，其特征在于，包括步骤S1～S5：
S1、控制器Q2判断V_CS电位是否大于VD+Vth，其中VD为一个单位LED串正向导通电压值，Vth为电压阈值；且若V_SIN的电压大于VD+Vth，则继续执行步骤S2；
S2、若S1为是，控制器Q2将控制变量C[3:0]减一，即增加LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压增加一个VD值；同时将V_SIN电位增加一个单位，即增大输出电流i_LED一个单位；
S3、若S1为否，控制器Q2再判断V_CS电位是否大于Vth；且若V_SIN电压小于VD+Vth,则继续执行步骤S5；
S4、若S3为是，则控制器Q2的输出C[3:0]不变；
S5、若S3为否，则控制器Q2将控制变量C[3:0]加一，即减小LED串的串联个数，将LED串的正向导通电压减小一个VD；同时将V_SIN电位减小一个单位，即减小输出电流i_LED一个单位；
其中，V_CS为控制器Q2的输入端，表示检测电压；C[3:0]由4位二进制组成，代表Q2的逻辑输出端口；V_SIN为Q2的输出端，为模拟信号输出。
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