CN104093253B - 一种无频闪隔离型led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路，包括交流源、整流桥、滤波电容、恒流驱动单元和频闪消除单元；频闪消除单元包括基准电压产生模块、电压补偿模块、电压钳位模块、采样电阻、开关管、采样电容、运算放大器和启动模块。本发明LED恒流驱动电路，控制了LED驱动电路的电流，使得LED负载的电流等于恒流驱动模块输出电流的平均值，使开关管上的电压跟随滤波电容上的电压纹波成分，这样LED负载上的电压为一近似无纹波的直流电压，LED负载上的电流为一近似无纹波的直流电流，从而达到LED无频闪的目的。

Description

一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路

技术领域

本发明属于LED恒流驱动技术领域，具体涉及一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路。

背景技术

LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是典型的电流型器件，其理想的供电方式是恒流供电，对工作电流的稳定性要求很高。传统的有频闪LED恒流驱动电路的简单示意图如图1所示，包括一AC输入源，一整流桥，一恒流驱动模块1，一滤波电容C1和一LED负载，LED负载和滤波电容C1直接并联。恒流驱动模块1包括：一变压器，一控制模块11，一功率管M，一电阻R。为了达到高功率因数的要求，恒流驱动模块1输出的电流含有工频纹波分量，例如AC输入源频率为50Hz，则恒流驱动模块输出的电流含有100Hz的纹波，滤波电容C1上的电压也含有100Hz的纹波。同时，流过LED负载的电流也含有100Hz的纹波，导致LED的光输出含有100Hz的频闪。

传统的有频闪LED恒流驱动电路的工作典型波形图如图2所示，假定该电路的功率因数为1，当交流源AC的V_in为正弦波时，则该交流源的输入电流I_in为正弦波。此时，瞬时输入功率P_in是正弦平方形式的脉动功率，而输出功率P_o是平直的功率，LED负载两端的电压可认为是平直电压，则流过LED负载的电流I_LED中含100Hz的交流分量，该频率下的光频闪不但会造成人的视觉神经疲劳，危害人体健康，也会影响到LED的发光效率和色彩，缩短LED的使用寿命，因此急需一种能够消除LED频闪的电路。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路，通过消除LED负载的纹波电压，从而实现LED负载无频闪。

一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路，包括：交流源、整流桥、滤波电容、恒流驱动单元和频闪消除单元；其中：

整流桥的交流侧与交流源连接，直流侧正端与恒流驱动单元的输入端相连，直流侧负端接地；恒流驱动单元的输出端与滤波电容的一端、LED的阳极以及频闪消除单元的采样端相连，滤波电容的另一端接地，LED的阴极通过频闪消除单元接地；

所述的恒流驱动单元包括隔离变压器、功率管、采样电阻R1和控制模块；其中，隔离变压器原边绕组的同名端与整流桥直流侧正端相连，原边绕组的异名端与功率管的漏极相连，副边绕组的异名端与滤波电容的一端、LED的阳极以及频闪消除单元的采样端相连，副边绕组的同名端接地；功率管的源极与采样电阻R1的一端相连，采样电阻R1的另一端接地，控制模块以采样电阻R1的电压作为反馈向功率管的栅极提供驱动信号；

所述的频闪消除单元用于采集滤波电容的纹波电压，并使LED的阴极通过一开关管接地，利用钳位使该开关管的源漏两端电压跟随所述的纹波电压，从而使得LED两端电压近似为直流电压，实现LED无频闪。

所述的频闪消除单元包括基准电压产生模块、电压补偿模块、电压钳位模块、采样电阻R2、开关管、采样电容、运算放大器和启动模块；其中：

采样电容的一端作为频闪消除单元的采样端与滤波电容的一端相连，另一端与采样电阻R2的一端和运算放大器的反相输入端相连；采样电阻R2的另一端接地，采样电阻R2的电压即为滤波电容的纹波电压；

开关管的漏极与LED的阴极以及运算放大器的正相输入端相连，源极接地，栅极与启动模块连接；

启动模块与运算放大器的输出端相连，其用于在所述的LED恒流驱动电路上电后，迅速抬升开关管的栅极电压以使开关管及时导通；

基准电压产生模块用于为电压补偿模块提供基准电压；

电压补偿模块与运算放大器的反相输入端相连，其用于采集开关管的栅极电压作为反馈，当采样电阻R2的电压低于下限值时以抬升采样电阻R2的电压，使得开关管工作在饱和区；

电压钳位模块与运算放大器的反相输入端相连，其用于对采样电阻R2的电压进行钳位。

所述的电压补偿模块包括比较器、PMOS管M1和电阻R3；其中，比较器的正相输入端接收基准电压产生模块提供的基准电压，反相输入端与开关管的栅极相连，输出端与PMOS管M1的栅极相连；PMOS管M1的源极接电源电压VDD，漏极与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与运算放大器的反相输入端相连。

所述的电压钳位模块由PMOS管M2构成，PMOS管M2的源极和栅极共连并接电源电压VDD，漏极与运算放大器的反相输入端相连。

所述的启动模块包括PMOS管M3、电阻R4和电阻R5；其中，PMOS管M3的源极与运算放大器的正相输入端相连，栅极和漏极共连并接电阻R4的一端；电阻R4的另一端与电阻R5的一端以及开关管的栅极相连，电阻R5的另一端与运算放大器的输出端相连。

与现有技术相比较，本发明LED恒流驱动电路，控制了LED驱动电路的电流，使得LED负载的电流等于恒流驱动模块输出电流的平均值，使开关管上的电压跟随滤波电容上的电压纹波成分，这样LED负载上的电压为一近似无纹波的直流电压，LED负载上的电流为一近似无纹波的直流电流，从而达到LED无频闪的目的。

附图说明

图1为传统有频闪隔离型LED恒流驱动电路的结构示意图。

图2为传统有频闪隔离型LED恒流驱动电路的工作波形示意图。

图3为本发明LED恒流驱动电路的结构示意图。

图4为LED频闪消除模块的结构示意图。

图5为本发明LED恒流驱动电路的工作波形示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

一种无频闪的隔离型照明LED恒流驱动电路如图3所示，包括：一AC输入源，一整流桥DB，一恒流驱动模块1，一滤波电容C1，一LED负载和一LED频闪消除模块2。其中：AC输入源的两端连接整流桥DB的交流侧，整流桥DB的直流侧正极连接恒流驱动模块1的a端，整流桥DB的直流侧负极连接原边的地；恒流驱动模块1的b端连接滤波电容C1的正端、LED负载的正端和LED频闪消除模块2的g端，恒流驱动模块1的c端连接副边的地，恒流驱动模块1的d端连接原边的地，恒流驱动模块1从b端输出含有纹波的电流；滤波电容C1、LED负载的正端和LED频闪消除模块2的g端直接并联，滤波电容C1另一端接副边的地；LED负载的负端连接LED频闪消除模块2的h端；LED频闪消除模块2的i端接副边的地。

恒流驱动模块1包括：一变压器，一控制模块11，一功率管M，一电阻R。变压器原边的同名端连接恒流驱动模块1的a端，变压器原边的另一端连接功率管M的漏端；功率管M的源端连接电阻R的上端，功率管M的栅端连接控制模块11的e端；控制模块11的f端连接电阻R的上端；电阻R的下端连接恒流驱动模块1的d端；变压器副边的同名端连接恒流驱动模块1的c端，变压器副边的另一端连接恒流驱动模块1的b端。

如图4所示，LED频闪消除模块2包括功率管M1，纹波采样电容C2，纹波采样电阻R1，运放OPA7，基准产生模块3，纹波采样电压补偿模块4，电压钳位模块5，启动模块6。

纹波采样电容C2正端连接LED频闪消除模块2的g端，纹波采样电容C2的负端连接纹波采样电阻R1一端，纹波采样电阻R1的另一端接地。纹波采样电阻R1的上端连接OPA7的负输入端、电压钳位模块5和纹波采样电压补偿模块4的右端。选择合适的纹波采样电容C2和纹波采样电阻R1的值，可以在纹波采样电阻R1上采样得到滤波电容C1上的纹波电压。

运放OPA7的正输入端连接功率管M1的漏端和启动模块6的上端，OPA7的负端连接纹波采样电阻R1的上端，OPA7的输出端连接启动模块6的左端。OPA7控制功率管M1的导通状态，使功率管M1的漏端电压跟随纹波采样电阻R1上端的电压，从而使LED负载两端的电压近似为一直流电压。

基准产生模块3连接纹波采样电压补偿模块4，基准产生模块3产生并输出纹波采样电压补偿模块所需的电压基准Vref，该电压是一个磁滞电压基准。由于磁滞电压基准的产生原理和方法比较常规，这里不再赘述。

纹波采样电压补偿模块4中的比较器CMP的负输入端连接功率管M1的栅端和启动模块6的右端，比较器CMP的正输入端连接基准产生模块3提供的Vref，比较器CMP的输出端连接M4管的栅端；M4管的源端连接供电电源VDD，漏端连接限流电阻R4；限流电阻R4的另一端连接纹波采样电阻R1的上端和电压钳位模块的下端。当纹波采样电阻R1上采样得到的纹波电压过小时，会使功率管M1上的栅端在一个比较高的电位，当功率管M1栅端的电压超过电压基准Vref时，CMP的输出会从1翻转到0，从而开通M4管对纹波采样电阻R1充电，使采样得到的纹波电压上升、功率管M1栅端的电压下降，从而使功率管M1始终工作在饱和区。

电压钳位模块4中包括M3管，M3管的栅端和源端连接供电电源VDD，M3管的漏端连接纹波采样电阻R1的上端。当纹波采样电阻R1上采样得到的纹波电压过大时，M3管通过PN结将采样得到的纹波电压限制在VDD+Vpn。

启动模块6中的电阻R2的一端连接OPA7的输出端，电阻R2的另一端连接电阻R3和功率管M1管的栅端；电阻R3的另一端连接M2管的源端和栅端；M2的漏端连接功率管M1管的漏端和OPA7的正输入端。当系统上电时，启动模块拉高功率管M1的栅端电压，使得电路能够正常启动。

本实施方式LED恒流驱动电路的工作典型波形图如图5所示，滤波电容C1上的电压V_C1含有100Hz电压纹波，采样电容C2和采样电阻R1通过采样获得滤波电容C1上的纹波电压V_R1，运放OPA通过控制功率管M1，使得功率管M1的漏端电压V_DS1跟随纹波电压V_R1。因为滤波电容C1上的电压V_C1等于LED负载的电压与功率管M1的漏端电压之和，而功率管M1的漏端电压跟随滤波电容C1上的纹波电压，使得LED负载两端的电压近似为一无纹波的直流电压，所以LED负载的电流也近似为一无纹波的直流电流。其平均值等于恒流驱动模块输出电流的平均值。

以上所示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 (1)

1.一种无频闪隔离型LED恒流驱动电路，其特征在于：包括交流源、整流桥、滤波电容、恒流驱动单元和频闪消除单元；其中：

整流桥的交流侧与交流源连接，直流侧正端与恒流驱动单元的输入端相连，直流侧负端接地；恒流驱动单元的输出端与滤波电容的一端、LED的阳极以及频闪消除单元的采样端相连，滤波电容的另一端接地，LED的阴极通过频闪消除单元接地；

所述的恒流驱动单元包括隔离变压器、功率管、采样电阻R和控制模块；其中，隔离变压器原边绕组的同名端与整流桥直流侧正端相连，原边绕组的异名端与功率管的漏极相连，副边绕组的异名端与滤波电容的一端、LED的阳极以及频闪消除单元的采样端相连，副边绕组的同名端接地；功率管的源极与采样电阻R的一端相连，采样电阻R的另一端接地，控制模块以采样电阻R的电压作为反馈向功率管的栅极提供驱动信号；

所述的频闪消除单元用于采集滤波电容的纹波电压，并使LED的阴极通过一开关管接地，利用钳位使该开关管的源漏两端电压跟随所述的纹波电压，从而使得LED两端电压近似为直流电压，实现LED无频闪；

所述的频闪消除单元包括基准电压产生模块、电压补偿模块、电压钳位模块、采样电阻R1、开关管M1、采样电容、运算放大器和启动模块；其中：

采样电容的一端作为频闪消除单元的采样端与滤波电容的一端相连，另一端与采样电阻R1的一端和运算放大器的反相输入端相连；采样电阻R1的另一端接地，采样电阻R1的电压即为滤波电容的纹波电压；

开关管M1的漏极与LED的阴极以及运算放大器的正相输入端相连，源极接地，栅极与启动模块连接；

启动模块与运算放大器的输出端相连，其用于在所述的LED恒流驱动电路上电后，迅速抬升开关管M1的栅极电压以使开关管M1及时导通；

基准电压产生模块用于为电压补偿模块提供基准电压；

电压补偿模块与运算放大器的反相输入端相连，其用于采集开关管M1的栅极电压作为反馈，当采样电阻R1的电压低于下限值时以抬升采样电阻R1的电压，使得开关管M1工作在饱和区；

电压钳位模块与运算放大器的反相输入端相连，其用于对采样电阻R1的电压进行钳位；

所述的电压补偿模块包括比较器、PMOS管M4和电阻R4；其中，比较器的正相输入端接收基准电压产生模块提供的基准电压，反相输入端与开关管M1的栅极相连，输出端与PMOS管M4的栅极相连；PMOS管M4的源极接电源电压VDD，漏极与电阻R4的一端相连；电阻R4的另一端与运算放大器的反相输入端相连；

所述的电压钳位模块由PMOS管M3构成，PMOS管M3的源极和栅极共连并接电源电压VDD，漏极与运算放大器的反相输入端相连；

所述的启动模块包括PMOS管M2、电阻R3和电阻R2；其中，PMOS管M2的漏极与运算放大器的正相输入端相连，栅极和源极共连并接电阻R3的一端；电阻R3的另一端与电阻R2的一端以及开关管M1的栅极相连，电阻R2的另一端与运算放大器的输出端相连。