CN104754792B - 一种无桥led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动电路，其包括，开关管（Q1）、开关管（Q2），输入电源（V1）、二极管（D1）、二极管（D2）、电感（L1）。所述开关管（Q1）漏极与所述二极管（D1）正极连接，且所述开关管（Q1）漏极通过电感（L1）与所述输入电源（V1）的第一端连接；所述开关管（Q2）漏极与所述二极管（D2）正极连接，且所述开关管（Q2）漏极通过电感（L1）与所述输入电源（V1）的第二端连接；还包括峰值控制电路，所述峰值控制电路配置为采样所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）的峰值电流，并通过所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）的栅极控制所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）导通或闭合。

Description

一种无桥LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路，尤其涉及一种无桥LED驱动电路。

背景技术

在照明应用中，LED由于其具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种灯具中。现有的LED灯具大部分采用低压直流电，如12V、24V。为了能够使用市电220V交流电，在它们之间就需要加入变压器和驱动电路，用以驱动LED。变压器，分为线性变压器和电子变压器，而驱动电路则由整流桥和直流变换电路组成，整流桥会带来一定的导通电量损耗，尤其是电子变压器越来越多地被使用在LED中，由于电子变压器输出的是高频交流方波，整流桥需要高频切换工作，同时为了维持电子变压器正常振荡输入，流进整流桥的电流必须保证有一个最小的幅值。在这种情况下，整流桥的导通损耗就更加明显，在3.5W功率LED灯的实际例子中，整流桥的应用会带来8%的效率下降。

如图1所示，为现有技术中使用整流桥的LED电路系统方框图，LED电路接收外部交流电源，一般情况下，该交流电源为220V或110V市电，然后通过电子变压器或者线性变压器进行变压，将220V、110V交流电源变为低压，如12V，24V等。当通过线性变压器进行变压时，线性变压器输出的电压为市电同频率、同相位的正弦波，而当通过电子变压器进行变压时，电子变压器输出的电压为高频交流方波。图1中二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的整流桥电路，将输入电源V1从交流电转化为直流电，并且通过连接的直流变换电路输出给LED光源。

如图2所示，为现有技术中使用单电感的无桥电路示意图，图中输入电源V1第一端通过一电感L1连接二极管D1的正极，加入电感主要是为了在开关管Q1、Q2工作的时候起到储存能量和释放能量的作用，电感L1是升压电感。

如图3所示，为现有技术中使用耦合电感的无桥电路示意图。图中输入电源V1的一端通过一电感L1连接该二极管D1的正极，该输入电源V1的第二端通过一电感L2连接该二极管D2的正极，该电感L1和该电感L2耦合在一起，组成共模电感。

现有技术的无桥LED驱动电路都是需要反馈输入电压和输入电流的，这样反馈电路非常繁琐，复杂。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种无整流桥结构的LED驱动电路可以降低电路的发热并提高效率。

本发明公开了一种LED驱动电路，包括，开关管（Q1）、开关管（Q2），输入电源（V1）、二极管（D1）、二极管（D2）、电感（L1）,所述开关管（Q1）漏极与所述二极管（D1）正极连接，且所述开关管（Q1）漏极通过电感（L1）与所述输入电源（V1）的第一端连接；所述开关管（Q2）漏极与所述二极管（D2）正极连接，且所述开关管（Q2）漏极通过电感（L1）与所述输入电源（V1）的第二端连接；还包括峰值控制电路，所述峰值控制电路配置为采样所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）的峰值电流，并通过所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）的栅极控制所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）导通或闭合。

优选地，在本发明中所述峰值控制电路包括采样电路、控制电路，所述采样电路配置为采样所述开关管（Q1）和所述开关管（Q2）的峰值电流，并传送给所述控制电路，所述控制电路接收所述峰值电流并根据所述峰值电流控制所述开关管（Q1）、开关管（Q2）导通或闭合。

优选地，在本发明中所述采样电路包括采样电阻（Rs1）、采样电阻（Rs2）、二极管（D3），二极管（D4）；所述采样电阻（Rs1）第一端连接所述开关管（Q1）源极，所述采样电阻（Rs1）第二端接地；所述采样电阻（Rs2）第一端连接所述开关管（Q2）源极，所述采样电阻（Rs2）第二端接地；所述二极管（D3）正极与所述采样电阻（Rs1）第一端连接，所述二极管（D3）负极与所述控制电路连接；所述二极管（D4）正极与所述采样电阻（Rs2）第一端连接，所述二极管（D4）负极与所述控制电路连接。

优选地，在本发明中所述控制电路包括运算放大器（U1）、运算放大器（U2）、电阻（Z1）、电阻（Z2）、电阻（Z3）,基准源，触发电路，所述运算放大器（U1）的负极通过所述电阻（Z1）与所述二极管（D1）的负极连接，且同时通过所述电阻Z2接地，所述运算放大器（U1）的正极连接所述基准源；所述运算放大器（U2）的负极连接所述运算放大器（U1）的输出端，所述运算放大器（U2）的正极连接所述二极管（D3）的负极，且同时通过电阻（Z3）接地；所述运算放大器（U2）的输出端与所述触发电路连接。

优选地，在本发明中所述触发电路包括RS触发器，时钟信号，驱动，

所述RS触发器R端与所述运算放大器（U2）的输出端连接，所述RS触发器S端与所述时钟信号连接，所述RS触发器Q端通过所述驱动与所述开关管（Q1）栅极和所述开关管（Q2）栅极连接。

优选地，在本发明中所述控制电路还包括电阻（Z4）、电容（C1），所述电阻（Z4）第一端与所述运算放大器（U1）的输出端连接，所述电阻（Z4）的第二端通过所述电容（C1）与所述运算放大器（U1）的负极连接，组成补偿网络。

优选地，在本发明中至少所述采样电路与控制电路集成到一个芯片内。

优选地，在本发明中所述采样电路同时连接所述开关管（Q1）漏极，开关管（Q2）漏极，且所述控制电路还包括一PWM装置，用于输出高、低电平信号。

优选地，在本发明中所述控制电路配置为，当PWM装置输出高电平信号时，所述控制电路开启所述开关管（Q1）、所述开关管（Q2），且所述控制电路接收所述采样电路反馈信号；当PWM装置输出低电平信号时，所述控制电路关闭所述开关管（Q1）、所述开关管（Q2），且所述控制电路不接收所述采样电路反馈信号。

优选地，在本发明中至少所述采样电路与控制电路集成到一个芯片内。

优选地，在本发明中所述采样电路包括第一镜像电流源电路，第二镜像电流源电路，所述第一镜像电流源电路配置为以一定比例镜像复制流经所述开关管（Q1）的电流，并输出；所述第二镜像电流源电路配置为以一定比例镜像复制流经所述开关管（Q2）的电流，并输出。

优选地，在本发明中所述采样电路还包括采样电阻（Rs3），二极管（D3），二极管（D4），所述第一镜像电流源电路的输出端与所述二极管（D3）正极连接；所述第二镜像电流源电路的输出端与所述二极管（D4）正极连接；所述采样电阻（Rs3）第一端与所述二极管（D3）、所述二极管（D4）负极同时连接，所述采样电阻（Rs3）第二端接地；所述控制电路通过所述采样电阻（Rs3）第一端与所述采样电路连接。

优选地，在本发明中所述采样电路、控制电路，开关管（Q1）、开关管（Q2）集成到一个芯片内。

优选地，在本发明中所述输入电源（V1）的第二端通过一电感（L2）连接所述二极管（D2）的正极，所述电感（L1）和所述电感（L2）耦合在一起或互相独立。

优选地，在本发明中所述输入电源（V1）由电子变压器或线性变压器提供。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.提高LED驱动电路效率；

2.减小电路体积和元器件数目；

3.降低成本和设计难度。

附图说明

图1为现有技术中使用整流桥的LED电路系统方框图；

图2为现有技术中使用单电感的无桥电路示意图；

图3为现有技术中使用耦合电感的无桥电路示意图;

图4为本发明第一实施例LED驱动电路的示意图；

图5为本发明第一实施例的使用电子变压器时的工作波形图；

图6为本发明第二实施例LED驱动电路的示意图；

图7为本发明第三实施例LED驱动电路的示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例以及附图进一步阐述本发明的优点。

如图4所示，为本发明第一实施例LED驱动电路的示意图。

本发明LED驱动电路包括了无桥电路和峰值控制电路。无桥电路包括了开关管Q1、开关管Q2、输入电源V1、二极管D1、二极管D2、电感L1及输出电容C。输入电源V1为低压交流电，输入电源V1第一端通过电感L1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与输出电容C第一端连接。该输入电源V1第二端连接二极管D2的正极,该二极管D2的负极与输出电容C第一端连接。开关管Q1的漏极与二极管D1正极连接，开关管Q2的漏极与二极管D2正极连接。

峰值控制电路包括了采样电路和控制电路。采样电路由采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、二极管D3、二极管D4组成。开关管Q1的源极通过一采样电阻Rs1与输出电容C第二端连接，开关管Q2的源极通过一采样电阻Rs2与输出电容C第二端连接。采样电阻Rs1、采样电阻Rs2分别为开关管Q1和开关管Q2的采样电阻，因电路中需要对开关管Q1和开关管Q2的电流进行采样，最简单的方式就是直接串联采样电阻，又因为开关管Q1和开关管Q2会根据输入电源V1电压的正负交替使用，所以开关管Q1和开关管Q2的都需要串联采样电阻。电流二极管D1、二极管D2通常采用肖特基二极管，开关管Q1、开关管Q2使用低压场效应管。

控制电路，包括了触发电路、运算放大器U1、运算放大器U2、电阻Z1、电阻Z2及电阻Z3。其中触发电路包括了RS触发器、驱动、时钟信号。开关管Q1、开关管Q2的栅极同时通过驱动连接RS触发器的Q端，同时开关管Q1的源极连接二极管D3的正极、开关管Q2的源极连接二极管D4的正极，二极管D3、二极管D4的负极连接运算放大器U2的正极端。这样，开关管Q1和开关管Q2的采样电流经过二极管D3或者二极管D4直接反馈到控制电路内。二极管D3和二极管D4用于防止控制电路内的电流反向回流到开关管Q1和开关管Q2。运算放大器U2的输出端与RS触发器的R端连接，该RS触发器的S端连接一时钟信号，该运算放大器U2的正极端通过一电阻Z3接地，其负极端连接一运算放大器U1的输出端。运算放大器U1的输出端通过一电阻Z4和一电容C1连接至运算放大器U1的负极端，然后通过一电阻Z2接地。同时该运算放大器U1的负极端还通过一电阻Z1与输出电容C第一端连接，其正极端连接一基准源。输出电容C第一端连接输出电源Vo正极，其第二端连接输出电源Vo负极。在该实施例中输出电源Vo可以直接连接LED光源，或者通过一个恒流驱动电路再连接LED光源。开关管Q1、开关管Q2同时受到RS触发器的控制，输出电源Vo的电压经过电阻Z1和电阻Z2分压，反馈到运算放大器U1的负极端，同时电阻Z4和电容C1组成补偿网络，设计成低通滤波特性。运算放大器U1的输出值通过运算放大器U2作为开关管Q1和开关管Q2的电流峰值的参考值，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的反馈电压传送到运算放大器U2，电阻Z3作为泄放电阻，避免运算放大器U2正极端处电荷积累。当采样电阻Rs1或者采样电阻Rs2经过的电流足够大时，在运算放大器U2的正极端电压超过负极端电压，运算放大器U2输出为正，通过RS触发器断开开关管Q1和开关管Q2，时钟信号作为开启信号，通过RS触发器使开关管Q1和开关管Q2定时导通，本领域技术人员可以想到的是通过改变时钟信号的频率可以改变电路的工作频率。

如图5所示，为本发明第一实施例使用电子变压器时的工作波形图，由于电子变压器采用高频方波输出，电路的频率设置为高于电子变压器的输出频率。当输入电源V1电压为正，开关管Q1和开关管Q2导通时，电流从输入电源V1第一端处经过电感L1，开关管Q1，开关管Q2（包括其体内的寄生二极管）返回输入电源V1第二端，这时电感L1的电流线性上升，当开关管Q1和开关管Q2关闭时，由于电感L1的电流不能突变，电流从输入电源V1的第一端经过电感L1、二极管D1、输出电源Vo，开关管Q2（内部寄生二极管）返回输入电源V1，此时电感电流呈线性下降。同理，当输入电源V1电压为负值时，开关管Q1和开关管Q2导通时，电感L1的电流线性上升，但方向与输入电源V1的电压为正值时相反；当开关管Q1和开关管Q2关闭时，电感L1的电流线性下降，但方向与输入电源V1的电压为正值时相反。这样的设置与现有技术相比，可以有效的省去多余的器件，提高了转换效率，降低了温升。当使用电子变压器时，优选的，本发明可以采用固定频率峰值电流控制电路，为了确保电子变压器内部驱动磁性饱和得到正常振荡输出，电感电流必须达到一定的峰值。采用峰值电流控制电路可以方便的实现对电感电流最大值的控制。当开关管Q1和开关管Q2电流上升到设计值或者占空比到达最大值时，开关管Q1和开关管Q2断开。

如图6所示，为本发明第二实施例的电路示意图，本发明第二实施例的LED驱动电路包括无桥电路、控制电路和采样电路。开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极连接控制电路，同时开关管Q1的漏极和开关管Q2的漏极连接采样电路。采样电路将采样到的电流信号传送给控制电路。控制电路内还设有一PWM（脉冲宽度调制）装置，该PWM装置可以产生PWM信号，控制电路通过PWM信号控制采样电路和开关管Q1、开关管Q2。因为采样电阻在大电流应用中会增加电路的损耗，因此，针对这种情况可以利用开关管Q1和开关管Q2的导通电阻来进行电流的检测。由于开关管Q1和开关管Q2在导通时会有一定的导通电阻，而且阻值较小，通过采样电路可以把开关管Q1和开关管Q2导通时的漏极电压通过采样电路采样反馈到控制电路。开关管Q1和开关管Q2的漏极电压是一个高频开关的波形，在导通时其值等于电流和导通电阻的乘积，而在关闭时等于输出电源Vo的电压值。所以采样电路需要结合PWM信号，在PWM信号为高电平的时候，也即是开关管Q1、Q2导通的时候对开关管Q1和开关管Q2进行采样。当PWM信号为低电平的时候，也即是开关管Q1、Q2断开的时候，采样电路不反馈漏极电压。同样地，为了减少芯片端口，提高系统集成度，采样电路和控制电路可以集成到一个芯片内做成一个芯片，同时这样还能够提高采样的精度和避免其他信号的干扰。

如图7所示，为本发明第三实施例的电路示意图，本实施例中本发明的LED驱动电路包括无桥电路和峰值控制电路。所述峰值控制电路包括了采样电路及控制电路。采样电路由镜像电流源电路以及二极管D3、二极管D4及采样电阻Rs3组成。采用镜像电流源电路把流经开关管Q1和开关管Q2的电流以一定比例镜像出来。镜像电流源电路包括第一镜像电路及第二镜像电路。第一镜像电路用于镜像复制开关管Q1漏极的电流，第二镜像电路用于镜像复制开关管Q2漏极的电流。第一镜像电路输出端连接二极管D3的正极，第二镜像电路输出端连接二极管D4的正极，该二极管D3负极和该二极管D4负极连接采样电阻Rs3的第一端，采样电阻Rs3的第二端接地。二极管D3负极和二极管D4负极还同时连接控制电路，将采样到的电流反馈到控制电路内。利用镜像电路进行采样，可以有效降低采样电路Rs3上的损耗，因为镜像电流可以设计得比实际流经开关管Q1和开关管Q2的电流小很多。同样也可以将包含镜像电路的采样电路，开关管Q1和开关管Q2，控制电路整合到一块芯片中做成一个集成芯片。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种LED驱动电路，包括，

开关管Q1、开关管Q2，输入电源V1、二极管D1、二极管D2、电感L1,

所述开关管Q1漏极与所述二极管D1正极连接，且所述开关管Q1漏极通过电感L1与所述输入电源V1的第一端连接；

所述开关管Q2漏极与所述二极管D2正极连接，且所述开关管Q2漏极与所述输入电源V1的第二端连接；

其特征在于，

还包括峰值控制电路，所述峰值控制电路配置为可分别采样所述开关管Q1和所述开关管Q2的峰值电流，并通过所述开关管Q1和所述开关管Q2的栅极控制所述开关管Q1和所述开关管Q2导通或闭合；

所述峰值控制电路包括采样电路、控制电路；

所述采样电路配置为采样所述开关管Q1和所述开关管Q2的峰值电流，并传送给所述控制电路，所述控制电路接收所述峰值电流并根据所述峰值电流控制所述开关管Q1、开关管Q2导通或闭合；

其中，当开关管Q1和开关管Q2的电流上升到设计值或者占空比到达最大值时，开关管Q1和开关管Q2断开。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、二极管D3，二极管D4；

所述采样电阻Rs1第一端连接所述开关管Q1源极，所述采样电阻Rs1第二端接地；

所述采样电阻Rs2第一端连接所述开关管Q2源极，所述采样电阻Rs2第二端接地；

所述二极管D3正极与所述采样电阻Rs1第一端连接，所述二极管D3负极与所述控制电路连接；

所述二极管D4正极与所述采样电阻Rs2第一端连接，所述二极管D4负极与所述控制电路连接。

3.如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻Z1、电阻Z2、电阻Z3,基准源，触发电路，

所述运算放大器U1的负极通过所述电阻Z1与所述二极管D1的负极连接，且同时通过所述电阻Z2接地，所述运算放大器U1的正极连接所述基准源；

所述运算放大器U2的负极连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U2的正极连接所述二极管D3的负极，且同时通过电阻Z3接地；

所述运算放大器U2的输出端与所述触发电路连接。

4.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述触发电路包括RS触发器，时钟信号，驱动，

所述RS触发器R端与所述运算放大器U2的输出端连接，所述RS触发器S端与所述时钟信号连接，所述RS触发器Q端通过所述驱动与所述开关管Q1栅极和所述开关管Q2栅极连接。

5.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路还包括电阻Z4、电容C1，

所述电阻Z4第一端与所述运算放大器U1的输出端连接，所述电阻Z4的第二端通过所述电容C1与所述运算放大器U1的负极连接，组成补偿网络。

6.如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，至少所述采样电路与控制电路集成到一个芯片内。

7.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路同时连接所述开关管Q1漏极，开关管Q2漏极，且所述控制电路还包括一PWM装置，用于输出高、低电平信号。

8.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路配置为，

当PWM装置输出高电平信号时，所述控制电路开启所述开关管Q1、所述开关管Q2，且所述控制电路接收所述采样电路反馈信号；

当PWM装置输出低电平信号时，所述控制电路关闭所述开关管Q1、所述开关管Q2，且所述控制电路不接收所述采样电路反馈信号。

9.如权利要求8所述的LED驱动电路，其特征在于，至少所述采样电路与控制电路集成到一个芯片内。

10.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路包括第一镜像电流源电路，第二镜像电流源电路，

所述第一镜像电流源电路配置为以一定比例镜像复制流经所述开关管Q1的电流，并输出；

所述第二镜像电流源电路配置为以一定比例镜像复制流经所述开关管Q2的电流，并输出。

11.如权利要求10所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路还包括采样电阻Rs3，二极管D3，二极管D4，

所述第一镜像电流源电路的输出端与所述二极管D3正极连接；

所述第二镜像电流源电路的输出端与所述二极管D4正极连接；

所述采样电阻Rs3第一端与所述二极管D3、所述二极管D4负极同时连接，所述采样电阻Rs3第二端接地；

所述控制电路通过所述采样电阻Rs3第一端与所述采样电路连接。

12.如权利要求11所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路、控制电路，开关管Q1、开关管Q2集成到一个芯片内。

13.如权利要求1-12任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入电源V1的第二端通过一电感L2连接所述二极管D2的正极，所述电感L1和所述电感L2耦合在一起或互相独立。

14.如权利要求1-12任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入电源V1由电子变压器或线性变压器提供。