CN104703329A - 一种led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED恒流驱动电路，所述LED恒流驱动电路至少包括：电压输入模块，所述电压输入模块包括高压交流电源、电子变压器或可控硅TRIAC调光器及整流单元；连接于所述电压输入模块的LED模块；连接于所述LED模块的恒流控制模块；连接于所述电压输入模块的调节电阻；连接于所述调节电阻的功率管，通过调整功率管来使流过电子变压器或可控硅TRIAC调光器的电流大于其保持电流；对检测电压进行滤波的滤波器；将滤波器输出的电压和参考电压做比较的比较器；根据比较结果判断输出信号为脉冲信号还是低电平的控制电路；用于驱动所述功率管门电压的驱动电路。本发明的LED恒流驱动电路能够和电子变压器或可控硅TRIAC调光器兼容，不会出现LED灯闪烁的现象。

Description

一种LED恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动控制技术领域，特别是涉及一种LED恒流驱动电路。

背景技术

LED是一种低压直流条件下工作的半导体器件。对照明应用而言，LED因其节能以及寿命长而越来越受到广泛的关注，LED的高流明度使得其被广泛应用于替代不同类型的MR16杯灯，但是在现有的替代MR16杯灯的高频电子变压器LED驱动电路中普遍存在着一个问题，那就是和电子变压器无法可靠的兼容。

图1所示为现市面上比较普遍的替代MR16杯灯的Buck型LED驱动电路1，由于电子变压器输出的是12vrms的高频交流信号，因此需要通过整流桥将交流电压转换成直流电压以满足LED的工作条件，同时又因为Buck电路对于最低工作电压有要求，整流后的电压必须大于LED灯串的阈值电压Vf，因此整流单元之后还必须增加一个电容量较大的电解电容C来滤波并提高最小电压，正因为该电解电容C的存在，使得电子变压器在工频周期中的一小段时间内就能将该电解电容C充满，其他时间并没有电流从电子变压器中流过，而电子变压器需要在触发后能够擎住电流，且在触发后的导通期间能够维持其保持电流。如果不能满足这两个条件，电子变压器会出现误触发，因此较大的电解电容C的存在就会导致电子变压器无法正常工作，出现间歇性输出，实际表现出来的就是LED照明闪烁。同样的问题也出现在TRIAC调光器的使用中。

LED驱动电路和高频电子变压器或TRIAC调光器不兼容、容易出现LED灯闪烁是现有LED驱动方案面临的重大问题，是现在LED驱动技术领域亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED恒流驱动电路，用于解决现有技术中LED驱动电路和高频电子变压器或TRIAC调光器不兼容，容易出现LED灯闪烁的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED恒流驱动电路，所述LED恒流驱动电路至少包括：

电压输入模块，所述电压输入模块包括高压交流电源、连接于所述高压交流电源输出端的电子变压器或TRIAC调光器以及连接于所述电子变压器或TRIAC调光器输出端的整流单元；

LED模块，连接于所述电压输入模块；

LED恒流控制模块，连接于所述LED模块，用于实现所述LED模块的恒流控制；

调节电阻，连接于所述电压输入模块，通过所述调节电阻的导通或关断来调节流过所述电子变压器或TRIAC调光器的电流，使该电流不小于保持电流；

功率管，连接于所述调节电阻，用于控制所述调节电阻的导通或关断；

滤波器，用于对一检测电压进行滤波并输出电压，其中，所述检测电压的大小由所述电压输入模块的输出电压或输出电流大小决定；

比较器，连接于所述滤波器的输出端，用于将所述滤波器的输出电压和参考电压进行比较，并输出一个比较结果；

控制电路，连接于所述比较器输出端并与一脉冲信号相连接，根据所述比较器的比较结果决定所述控制电路的输出结果是跟随所述脉冲信号还是直接输出低电平；

驱动电路，连接于所述控制电路和所述功率管的控制端之间，用于根据所述控制电路的输出信号来驱动所述功率管的门电压。

优选地，所述整流单元包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述电子变压器或TRIAC调光器的两极分别连接于各二极管组的两个二极管之间。

优选地，所述电压输入模块输出的电压为连续增大或连续减小。

优选地，还包括一滤波电容，所述滤波电容一端与所述电压输入模块的输出端相连，另一端接地。

优选地，还包括检测电路，所述检测电路连接于所述电压输入模块，用于检测所述电压输入模块的输出电压或输出电流大小并输出检测电压，所述检测电路包括：检测电阻；连接于所述检测电阻两端的电压转电流电路，用于将所述检测电阻两端的电压降转换为电流信号；连接于所述电压转电流电路的电流转电压电路，用于将所述电压转电流电路的输出电流转换为以地为参考电平的检测电压。

优选地，所述参考电压为预设的定值或变化值。

优选地，还包括振荡器，所述振荡器连接于所述控制电路的输入端，用于提供控制所述功率管开关的脉冲信号。

优选地，所述控制电路的输出信号由所述比较器输出的比较结果决定，当比较结果为高电平时，所述控制电路的输出信号为所述振荡器产生的脉冲信号；当比较结果为低电平时，所述控制电路的输出信号为低电平。

优选地，还包括一滤波电容，所述滤波电容并联于所述LED模块。

优选地，所述控制电路为逻辑与门。

如上所述，本发明的LED恒流驱动电路，具有以下有益效果：本发明的LED恒流驱动电路能够和大多数的电子变压器或TRIAC调光器兼容，不会出现LED灯闪烁的现象，特别是在替换现有MR16杯灯的应用中，可以不需要改装现有的电路，直接替换MR16杯灯，省去了更换电子变压器或TRIAC调光器以及改装其他电路的麻烦，经济有效。

附图说明

图1显示为现有技术中的Buck型LED驱动电路示意图。

图2显示为本发明的LED恒流驱动电路示意图。

图3显示为本发明的LED恒流驱动电路的LED恒流控制模块为开关和线性结合的拓扑结构的电路示意图。

图4显示为本发明的LED恒流驱动电路的整流后的输入电压Vin的波形示意图。

图5显示为本发明的LED恒流驱动电路的检测电压Vcs、滤波器输出端的电压Vfb及参考电压Vref1的波形示意图。

图6显示为本发明的LED恒流驱动电路的比较器输出电压Vo。

图7显示为本发明的LED恒流驱动电路的功率管M1门电压Vg1的波形示意图。

图8显示为本发明的LED恒流驱动电路的功率管M2门电压Vg2的波形示意图。

图9显示为本发明的LED恒流驱动电路的检测电压Vcs由检测电路产生的电路示意图。

元件标号说明

1                      Buck型LED驱动电路

2                      LED恒流驱动电路

21                     电压输入模块

211                    高压交流电源

212                    电子变压器

213                    整流单元

22                     LED模块

23                     LED恒流控制模块

24                     滤波器

25                     比较器

26                     控制电路

27                     驱动电路

28                     振荡器

29                     检测电路

291                    电压转电流电路

292                    电流转电压电路

M1                     功率管

M2                     功率管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本发明提供一种LED恒流驱动电路2，所述LED恒流驱动电路2至少包括：

电压输入模块21，LED模块22，LED恒流控制模块23,调节电阻Rbleed,功率管M1，滤波器24，比较器25，控制电路26，驱动电路27。

如图2所示，所述电压输入模块21包括高压交流电源211、连接于所述高压交流电源输出端的电子变压器212，本实施例为了便于说明仅以电子变压器212为例，在实际应用中TRIAC调光器也适用于本发明。以及连接于所述电子变压器212输出端的整流单元213，所述整流单元213包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述电子变压器212的两极分别连接于各二极管组的两个二极管之间。所述电压输入模块21输出的电压为连续增大或连续减小的正弦电压整流后的整流电压。

所述电压输入模块21的输出端可以接滤波电容也可以不接滤波电容，如图2所示，本实施例中电压输入模块21的输出端连接有滤波电容C2，所述滤波电容C2一端与所述电压输入模块21的输出端相连，另一端接地。

所述LED模块22连接于所述电压输入模块，作为照明设备。

如图2所示，所述LED模块22由3个串联的LED灯组成，所述LED模块22的两端并联有滤波电容C1，所述滤波电容C1用于防止浪涌现象，保护LED模块工作在稳定状态下。

如图2所示，所述LED恒流控制模块23连接于所述LED模块22，用于实现所述LED模块22的恒流控制，所述LED恒流控制模块23可以是任意拓扑结构的LED恒流控制模块。

如图2所示，所述调节电阻Rbleed连接于所述电压输入模块21，通过所述调节电阻Rbleed的导通或关断来调节流过所述电子变压器212的电流，使该电流不小于保持电流，所述调节电阻Rbleed可以是可变电阻也可以是定值电阻，如图2所示，本实施例中，调节电阻Rbleed为预先设定的定值电阻。

如图2所示，所述功率管M1连接于所述调节电阻Rbleed，受所述驱动电路27输出的电压控制，通过调整所述功率管M1的门电压来控制所述调节电阻Rbleed的导通或关断，从而保证流过所述电子变压器212的电流大于其保持电流，达到LED驱动电路和所述电子变压器212相匹配的目的。

如图2所示，所述滤波器24用于对检测电压Vcs进行滤波，所述检测电压Vcs可以是从外部检测电路检测得到，也可以是从LED内部通路检测得到。

如图2所示，所述比较器25连接于所述滤波器24的输出端，用于将所述滤波器24的输出电压Vfb和参考电压Vref1进行比较，并输出一个比较结果Vo。所述参考电压Vref1可以是预设的定值也可以是变化值。

如图2所示，所述控制电路26连接于所述比较器25的输出端并与一脉冲信号Vosc相连接，根据所述比较器25的比较结果决定所述控制电路26的输出结果是跟随所述脉冲信号还是直接输出低电平。如图2所示，本实施例中所述控制电路26为逻辑与门，当所述比较器25输出结果为高电平时，高电平与所述脉冲信号做与运算，输出结果跟随脉冲信号；当所述比较器25输出结果为低电平时，低电平与所述脉冲信号做与运算的结果是低电平，即当流过所述电子变压器212的电流小于他们的保持电流时，使所述功率管M1受所述脉冲信号Vosc的控制去拉高流过所述电子变压器212的电流以满足其工作要求，当流过所述电子变压器212的电流大于他们的保持电流时，使所述功率管M1关断。所述脉冲信号Vosc的占空比可以是固定不变的值，也可以是随某一控制信号不断变化的值。

如图2所示，所示驱动电路27连接于所述控制电路26和所述功率管M1的控制端之间，用于根据所述控制电路26的输出信号来驱动所述功率管M1的门电压。

上述LED恒流驱动电路2的工作原理如下：

如图2所示，当内部电源电压正常工作以后，输入电压Vin不断增大，检测电压Vcs可以是从外部检测电路检测得到，也可以是从LED内部通路检测得到，该电压Vcs与电压输入模块的输出电流Iin有关，将该检测电压Vcs通过滤波器24进行滤波，得到滤波器24的输出电压Vfb，滤波器24的输出电压Vfb通过比较器与参考电压Vref1进行比较。当流过电子变压器212的电流较小时，相应的Vcs和Vfb也较小，即Vfb小于Vref1，那么比较结果Vo输出为高电平，控制电路26的输出信号为随Vosc变化的脉冲信号，再经由驱动电路27驱动该脉冲信号控制功率管M1的导通和关断，此时，输入电压Vin较小还不足以导通LED模块22，LED模块22上没有电流流过，流过电子变压器212的电流等于流过功率管M1的电流；当流过电子变压器212的电流足够大时，相应的Vcs和Vfb也足够大，即Vfb大于参考电压Vref1，那么比较结果Vo输出为低电平，控制电路26的输出信号为低，通过驱动电路后该低信号将功率管M1关断，Rbleed和功率管M1的支路断路，没有电流流过，此时流过电子变压器212的电流等于流过LED模块22的电流，流过LED模块22的电流足以使电子变压器212正常工作。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种LED恒流驱动电路，其基本电路结构如实施例一，其中，与实施例一的不同之处在于：

1、本实施例的电压输入模块21的输出端不接滤波电容，如图4所示，输入电压Vin为正弦交流电压整流后不带大容量的滤波电容的输出电压，该电压以正弦信号的前半周期为一个周期。

2、本实施例的LED恒流控制模块23为开关和线性结合的拓扑结构，所述LED恒流控制模块23包括：连接于LED模块22的功率管M2，通过调节所述功率管M2的导通电阻能实现LED模块22的恒流；采样电阻Rcs1，通过所述采样电阻Rcs1上电压Vcs的大小来判断流过所述LED模块22的电流大小；恒流控制电路231，连接于所述功率管M2的输出端，根据检测电压Vcs的值来产生不同占空比的开关信号以控制所述功率管M2的导通或关断。

3、本实施例中的检测电压Vcs是从LED内部通路检测得到，该检测电压Vcs与所述LED恒流控制模块23中控制恒流的检测电压一致。

4、本实施例中的脉冲信号Vosc为占空比不断变化的信号，该脉冲信号Vosc与LED恒流控制模块23中控制功率管M2导通或关断的开关信号Vg2一致。

本实施例的LED恒流驱动电路的工作原理如下：

如图3所示，检测电压Vcs为从LED恒流控制模块23的通路中检测到的与输入电压Vin有关的电压，如图5所示，检测电压Vcs反映了流过LED模块22的电流变化，呈现类似LED电流波形的电压波形，由于控制功率管M2门电压的信号是具有一定占空比的脉冲信号，因此，检测电压Vcs为具有类似输入电压包络的脉冲式检测电压。当输入电压Vin未达到LED的阈值电压Vf时，功率管M2受开关信号Vg2控制做开关动作，如图8所示，Vg2为具有一定占空比的脉冲信号。此时LED模块22没有导通，因此没有电流流过功率管M2和采样电阻Rcs1，那么Vcs的值为0。Vcs经过滤波器24得到Vfb，如图5所示，Vfb为具有一定纹波，和输入电压的频率一致的低频信号。此时Vfb仍为0，再通过比较器25和参考电压Vref1进行比较，如图5所示，参考电压Vref1为预先设定的一个定值。由于Vfb小于参考电压Vref1，得到的比较结果Vo为高电平，如图6所示。由于此时Vosc与功率管M2的门电压Vg2保持一致，因此得到功率管M1的门电压Vg1和功率管M2的门电压Vg2一致，如图7所示。功率管M1和功率管M2以相同的频率进行开关动作，从电子变压器212抽取电流，并可通过调节电阻Rbleed来调整该电流，使其大于电子变压器212的保持电流，从而使得电子变压器212保持正常工作状态。当输入电压Vin略高于LED的阈值电压Vf，此时流过LED的电流比较小时，Vcs通过滤波器24得到的电压Vfb依旧小于参考电压Vref1，此时的比较结果Vo也依旧为高电平，因此功率管M1的开关动作依旧和Vin小于Vf时一样。当输入电压Vin大于LED的阈值电压Vf时，此时流过LED的电流比较大，Vcs通过滤波器24得到的电压Vfb大于参考电压Vref1，此时的比较结果Vo变为低电平，如图6所示。经过控制电路26后，直接输出低电平，因此功率管M1的门电压Vg1也是低电平，与脉冲信号Vosc无关，如图7所示。此时，功率管M1关闭，没有电流流过功率管M1和调节电阻Rbleed的支路，此时流过LED模块22的电流也就是流过电子变压器212的电流，远远大于电子变压器212的保持电流，电子变压器212保持正常工作状态。

以上是单个周期10ms以内的工作过程。其他的时间是重复这个周期的工作。本发明从Vcs开始，通过恒流控制电路231以及功率管M1形成的环路保证在10ms的周期内流过LED的电流保持恒定在Vref2/Rcs1。

实施例三

如图9所示，本实施例提供一种LED恒流驱动电路，其基本电路结构如实施例一，其中，与实施例一的不同之处在于：

1、本实施例的电压输入模块21的输出端不接滤波电容。

2、脉冲信号Vosc通过振荡器28产生。

3、检测电压Vcs通过检测电路29得到，所述检测电路29包括：检测电阻Rcs2；连接于所述检测电阻Rcs2两端的电压转电流电路291，所述电压转电流电路291将Rcs2两端的电压降转换为电流信号；连接于所述电压转电流电路291的电流转电压电路292，所述电流转电压电路292将该电流信号转换为以地为参考电平的检测电压。

本实施例的LED恒流驱动电路的工作原理如下：

本实施例通过在电压输入模块21后增加一个检测电阻Rcs2来实时监测从电子变压器212中抽取的电流大小，再将Rcs2上的压降ΔV转换成电流，再通过电流转电压电路292将该电流转换成以地为参考电平的检测电压Vfb。设置合适的Rcs2阻值，使得从电子变压器212流出的电流略小于保持电流，即Vfb略小于Vref1时，Vo跳变成高电平，振荡器28的输出信号直接传输到Vg1，控制功率管M1，抽取电子变压器212的电流，通过调整Rbleed阻值来调整该电流大于保持电流，从而保证电子变压器212保持在正常的工作状态，避免出现LED闪烁的现象。当从电子变压器212流出的电流大于保持电流，即Vfb大于Vref1时，Vo跳变成低电平，功率管M1被关断，流过LED模块22的电流足以使电子变压器212正常工作。

综上所述，本发明的LED恒流驱动电路，通过直接或间接地检测从电子变压器抽取的电流大小，在该电流小于电子变压器的保持电流时，开启专门用于泄流的功率管M1，使得从电子变压器中抽取的电流大于保持电流，从而保证电子变压器一直处于正常的工作的状态，避免出现LED闪烁。同时，本发明同样适用于解决TRIAC调光的兼容性问题，因为TRIAC调光器同样需要一个最小的保持电流才能维持正常工作状态，不然就会出现LED灯闪烁的现象。本发明的LED恒流驱动电路能够和所有的电子变压器或TRIAC调光器兼容，不会出现LED灯闪烁的现象，特别是在替换现有MR16杯灯的应用中，可以不需要改装现有的电路，直接替换MR16杯灯，省去了更换电子变压器或TRIAC调光器和改装其他电路的麻烦，经济有效。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED恒流驱动电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路至少包括：

电压输入模块，所述电压输入模块包括高压交流电源、连接于所述高压交流电源输出端的电子变压器或TRIAC调光器以及连接于所述电子变压器或TRIAC调光器输出端的整流单元；

LED模块，连接于所述电压输入模块；

LED恒流控制模块，连接于所述LED模块，用于实现所述LED模块的恒流控制；

调节电阻，连接于所述电压输入模块，通过所述调节电阻的导通或关断来调节流过所述电子变压器或TRIAC调光器的电流，使该电流不小于保持电流；

功率管，连接于所述调节电阻，用于控制所述调节电阻的导通或关断；

滤波器，用于对一检测电压进行滤波并输出电压，其中，所述检测电压的大小由所述电压输入模块的输出电压或输出电流决定；

比较器，连接于所述滤波器的输出端，用于将所述滤波器的输出电压和参考电压进行比较，并输出一个比较结果；

控制电路，连接于所述比较器的输出端并与一脉冲信号相连接，根据所述比较器的比较结果决定所述控制电路的输出信号是跟随所述脉冲信号还是输出低电平；

驱动电路，连接于所述控制电路和所述功率管的控制端之间，用于根据所述控制电路的输出信号来驱动所述功率管的门电压。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述整流单元包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述电子变压器或TRIAC调光器的两极分别连接于各二极管组的两个二极管之间。

3.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述电压输入模块输出的电压为连续增大或连续减小。

4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：还包括一滤波电容，所述滤波电容一端与所述电压输入模块的输出端相连，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：还包括检测电路，所述检测电路连接于所述电压输入模块，用于检测所述电压输入模块的输出电压或输出电流大小并输出检测电压，所述检测电路包括：检测电阻；连接于所述检测电阻两端的电压转电流电路，用于将所述检测电阻两端的电压降转换为电流信号；连接于所述电压转电流电路的电流转电压电路，用于将所述电压转电流电路的输出电流转换为以地为参考电平的检测电压。

6.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述参考电压为预设的定值或变化值。

7.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：还包括振荡器，所述振荡器连接于所述控制电路的输入端，用于提供控制所述功率管开关的脉冲信号。

8.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述控制电路的输出信号由所述比较器输出的比较结果决定，当比较结果为高电平时，所述控制电路的输出信号为所述振荡器产生的脉冲信号；当比较结果为低电平时，所述控制电路的输出信号为低电平。

9.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：还包括一滤波电容，所述滤波电容并联于所述LED模块。

10.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于：所述控制电路为逻辑与门。