CN105027681A - 交流led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在无闪烁(flicker?free)特性得到显著改善的同时,可实现良好的功率因数(power?factor)的交流LED驱动电路,本发明的交流LED驱动电路,包括:LED照明部,连接于电源供应部的输出端;电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;电压充电部,并联于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线以从上述电源供应部进行电压充电,而且,具有对上述LED照明部的切换功能以将充电电压选择性地供应给上述LED照明部;充电电压切换控制部,控制上述电压充电部的切换功能。
Description
技术领域
本发明涉及交流LED驱动电路,尤其涉及在无闪烁(flicker free)特性得到显著改善的同时,可实现良好的功率因数(power factor)的交流LED驱动电路。
背景技术
较之SMPS(Switched mode power supply)方式,作为在交流(AC)电源下驱动LED的方式的交流LED驱动电路具有制作过程简单,不良率低,寿命长的优点。
如图1所示,图1为现有的一般交流LED驱动电路示意图,而在这样的交流LED驱动电路中,基本原理是依次控制电流源。
但是,虽然较之SMPS型LED照明驱动器(driver),上述交流LED驱动电流具有高效率性和寿命、可靠性及可减少LED照明的大小等卓越优点,但在驱动方式导致的闪烁(flicker)方面存在缺点。即因交流LED驱动电路是根据变化的输入电压依次驱动电流的方式,因此,难以完全消除LED的阴影。
如图2所示,图2的(a)实际使用交流LED驱动电路的商用照明拍摄照片,而如图2的(b)所示,当电源以60Hz驱动时,发生以120Hz发生的周期性的LED闪灭。此时,因人们通常不能察觉80Hz以上的有规则的光的闪烁,因此肉眼观察时不存在任何问题,但若直接拍摄以如图2的(b)驱动的光源,则在照片及视频中出现如图2的(a)所示的水平或垂直的有规则的黑色条纹。这种有规则的黑色条纹产生现象称作频闪(stroboscopic)效应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种在无闪烁(flicker free)特性得到显著改善的同时,可实现良好的功率因数(power factor)的交流LED驱动电路。
为达到上述目的,本发明的交流LED驱动电路,包括:LED照明部,连接于电源供应部的输出端;电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;电压充电部,并联于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线以从上述电源供应部进行电压充电,而且,具有对上述LED照明部的切换功能以将充电电压选择性地供应给上述LED照明部;充电电压切换控制部,控制上述电压充电部的切换功能。
另外,若将上述电源供应部的供应电压值设为V1,并将上述LED照明部及电流通道切换部的正常运行所需的电压值设为VT,则在VT>V1时,上述充电电压切换控制部将上述电压充电部的切换功能转换为对上述LED照明部的接通状态。
另外,上述电压充电部,包括:充电单元,连接于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线;开关,设置于上述充电单元及LED照明部之间的连接线上并根据上述充电电压切换控制部的控制被断开及接通。
另外,若将上述电源供应部的供应电压值设为V1,并将上述LED照明部及电流通道切换部的正常运行所需的电压值设为VT,则上述开关在V1>VT时处于断开(open)状态,V1≤VT时处于接通状态,而在V1=VT时转换为接通状态。
另外,上述充电单元为电容器,而上述开关为MOS FET。
另外,上述充电电压切换控制部,包括:MOS FET,与上述开关的上述充电单元一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述开关的上述充电单元一侧的节点及上述MOS FET之间的连接线上;OP放大器,输出端连接于上述MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述MOS FET的输出电压;第二电阻,共同连接于上述MOS FET的输出端及上述电流通道切换部。
另外,上述电流通道切换部,包括:MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;OP放大器,输出端连接于上述电流通道切换部的MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述电流通道切换部的MOS FET的输出电压;其中,在输入上述切换控制部的OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的OP放大器的基准电压VREF2之间满足VREF1〈VREF2的条件。
另外,上述电流通道切换部,包括:MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;OP放大器,输出端连接于上述电流通道切换部的MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述电流通道切换部的MOS FET的输出电压;及第三电阻,设置于上述电流通道切换部的MOS FET的输出端及上述第二电阻的连接线上;其中,在输入上述充电电压切换控制部的OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的OP放大器的基准电压VREF2和第二电阻及第三电阻之间满足如下式的条件:
另外,上述充电电压切换控制部,包括:MOS FET,与上述开关的上述充电单元一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述MOS FET及上述开关的上述充电单元一侧的节点之间的连接线上;OP放大器,输出端连接于上述MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述MOSFET的输出电压;第二电阻,共同连接于上述MOS FET的输出端及上述电流通道切换部的输出端;第三电阻,设置于上述第二电阻及上述MOS FET的输出端之间的连接线上。
另外,上述电流通道切换部,包括:MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;OP放大器,输出端连接于上述电流通道切换部的MOS FET,而向输入端各被输入与上述充电电压切换控制部OP放大器的输入端的共同的基准电压及上述电流通道切换部的MOS FET的输出电压。
另外,上述电流通道切换部,包括:MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;OP放大器,输出端连接于上述电流通道切换部的MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述电流通道切换部的MOS FET的输出电压;其中,在输入上述充电电压切换控制部的OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的OP放大器的基准电压VREF2和第二电极及第三电阻之间满足如下式的条件:
另外,在上述电源供应部和充电单元之间的连接线及上述电源供应部和LED照明部之间的连接线上各设置二极管。
另外,上述电源供应部包括交流电源及上述交流电源的整流电路。
另外,上述LED照明部由单一的LED或串联于上述电源供应部和电流通道切换部之间的连接线上的多个LED构成。
根据本发明,交流LED驱动电路的无闪烁(flicker free)特性得到显著改善,而且,可实现交流LED驱动电路的良好的功率因数(powerfactor)。
附图说明
图1为现有的一般交流LED驱动电路示意图;
图2为在基本交流LED驱动电路中产生的AC频率2插补阴影及频闪(stroboscopic)效应示意图;
图3为本发明一实施例的交流LED驱动电路概念示意图;
图4为本发明一实施例的交流LED驱动电路的主要电压波形示意图;
图5为可与本发明一实施例的交流LED驱动电路进行比较的其他形式的交流LED驱动电路示意图;
图6为本发明一实施例的交流LED驱动电路和图5所示的交流LED驱动电路的输入电流波形的计算机模拟结果示意图;
图7至图10为本发明一实施例的交流LED驱动电路的具体实施例示意图。
具体实施方式
下面,结合附图对本发明一实施例的交流LED驱动电路进行详细说明。
图3为本发明一实施例的交流LED驱动电路概念示意图。
如图所示,本发明一实施例的交流LED驱动电路100包括电源供应部110、LED照明部120、电流通道切换部130、电压充电部140、充电电压切换控制部150。
电源供应部110向交流LED驱动电路供应电源,在本实施例中,以电源供应部110中包括交流电源111及该交流电源111的整流电路112的形式为例进行说明,但非限制。
LED照明部120连接于电源供应部110的输出端,而该LED照明部120可以是单一的LED或串联于电源供应部110和电流通道切换部130之间的连接线上的多个LED。
电流通道切换部130为形成LED照明部120的电流供应通道而连接于LED照明部120的输出端。
电压充电部140并联于电源供应部110及LED照明部120之间的连接线以从电源供应部110进行电压充电,另外,电压充电部140具备对LED照明部120的切换功能,从而选择性地将充电电压供应至LED照明部120。
上述电压供应部140可包括充电单元141及开关142。充电单元141连接于电源供应部110及LED照明部120之间的连接线,而开关142设置于充电单元141及LED照明部120之间的连接线上,以根据充电电压切换控制部150的控制被断开及接通。在本实施例中,以充电单元141为电容器,开关142为MOS FET的情况为例进行了说明,但非限制。
充电电压切换控制部150具备对电压充电部140的切换功能。
图4为本发明一实施例的交流LED驱动电路的主要电压波形示意图,而下面将结合图4对图3所示的实施例的交流LED驱动电路的工作原理进行说明。
首先,当电源供应部110的电源电压上升时,V1及V2同时上升,此时,因V1和V2的值相同,因此,开关142处于断开(open)或接通(close)状态均可以。
另外,从电压上升而达到电流通道切换部(ILED1)130和LED照明部(LED1)正常工作所需电压值VT的时间t0开始,LED照明部(LED1)120被点亮。
另外,当电源电压经过最高点之后减少时,V1随着电源电压的减少一同减少,但V2维持最高点的电压值。
另外,当V1电压值减少而低于上述VT电压值时,充电电压切换控制部150将电压充电部140的开关142转换为接通(close)状态。即开关142在V1〉VT时处于断开(open)状态,在V1≤VT时处于接通(close)状态,而在V1=VT时转换为接通状态。因此,通过预先充电于电压充电部140的充电单元141的V2电压值,确保维持电流通道切换部(ILED1)130和LED照明部(LED1)120正常工作所需电压。
即V1电压值下降之后,经下一个周期(cycle)重新达到上述VT为止可维持V2电压值,LED照明部(LED1)120不会熄灭而继续工作。此时,LED照明部(LED1)120的电流值可以是固定值,也可以具有可忽视闪烁(flicker)的小的变化。
从上述交流LED驱动电路100的工作原理可知,交流LED驱动电路100对全部周期(cycle)驱动电流通道切换部(ILED1)130及LED照明部(LED1)120,因此,很容易做到无闪烁(flicker free)。
另外,因交流LED驱动电路100使用电压充电部140的充电电压的时间延迟至非电压值V1、V2的最高点的电流通道切换部(ILED1)130及LED照明部(LED1)120需要电压的时间,因此,固定电流值使用更长时间,而这从电源供应部110一侧考虑时,电流的波形更与电压一致,从而显著改善功率因数(power factor)。
如图5所示,图5为可与本发明一实施例的交流LED驱动电路进行比较的其他形式的交流LED驱动电路示意图。
如图所示,交流LED驱动电路10利用二极管11和电容器12形成从电源供应部12供应的电源的缝制保持(peaking holding)电路。
V1电压值上升至电源的峰值(peak),而且,在AC电源减少的情况下要维持充电于电容器的电压值。
此时,若电容器12的大小大至可维持AC电源的下一个上升循环(cycle)为止驱动电流源ILED114的足够的电压,则LED115在整个循环(cycle)中不会发生闪灭或电流的变化,从而完全不会发生闪烁(flicker)。
但这只是解决闪烁(flicker)问题,存在如下致命的问题。
即因电容器12的大小过大,电容器12充电时间过快,因此,功率因数(power factor)特性非常不好,且THD特性也非常不好。尤其是,即使将LED实现为低电力、高效率,若功率因数(power factor)不佳,则是将电力供应负担转嫁至发电厂,从而必需进行改善。
与此相比,本发明一实施例的交流LED驱动电路100可完美解决图5所示的交流LED驱动电路10的缺点,下面将结合图6对其进行说明。
如图6所示,图6为本发明一实施例的交流LED驱动电路和图5所示的交流LED驱动电路的输入电流波形的计算机模拟结果示意图。
如图所示,图5所示的交流LED驱动电路10的A波形在充电时电流急速上升,而在其余区间没有电路,但本发明一实施例的交流LED驱动电路100的B波形可在经过电源电压的最高点之后也能维持固定电流值。这从AC电源的立场考虑时对改善功率因数(power factor)产生很大影响。
接着,结合图7至图9对为本发明一实施例的交流LED驱动电路的具体实施例进行说明。
在进行说明之前,如图7至图9所示的交流LED驱动电路200、300、400以图3所示的实施例的交流LED驱动电路100的结构为准包括电源供应部110、LED照明部120、电流通道切换部230、330、430、电压充电部240、充电电压切换控制部250、450。另外,因如图7至图9所示的交流LED驱动电路200、300、400的电源供应部110、LED照明部120的结构与图3所示的实施例的交流LED驱动电路100相同,因此省略详细说明并使用相同的标记,另外,以充电电压切换控制部250、450、电流通道切换部230、330、430、电压充电部240为中心进行说明。
首先,如图7所示,交流LED驱动电路200的充电电压切换控制部250包括第二MOS FET251、第一电阻252、第一OP放大器253、第二电阻254。
第二MOS FET251连接于作为电压充电部240的开关的第一MOSFET242的充电单元的电容器241一侧的连接点。
第一电阻252设置于第一MOS FET242的电容器241一侧的连接点及第二MOS FET251之间的连接线上。
第一OP放大器253的输出端连接于第二MOS FET251,而上述第一OP放大器253的输入端各被输入基准电压及第二MOS FET251的输出电压。
第二电阻254共同连接于第二MOS FET251的输出端及电流通道切换部230。
另外,电源通道切换部230,包括:第三MOS FET231,连接于LED照明部120的输出端;第二OP放大器232,输出端连接于上述电流通道切换部230的第三MOS FET231,而向输入端各被输入基准电压及第三MOS FET231的输出电压。
此时,输入充电电压切换控制部250的第一OP放大器253的基准电压VREF1及输入电流通道切换部230的第二OP放大器232的基准电压VREF2之间需满足VREF1〈VREF2的条件。
另外,在电源供应部110和作为充电单元的电容器241之间连接线及电源供应部110和LED照明部120之间的连接线上各设置有二极管。
根据上述结构,电流通道切换部230的第二OP放大器232和第三MOS FET231形成主电流源。另外,当电压V1低于主电流源及LED照明部(LED1)120的驱动所需的电压VT时,通过电压V2的充电电压驱动由充电电压切换控制部250的第一电阻R1252、第一OP放大器253、第二MOS FET251、第二电阻R2254构成的辅助电流源,从而在电流通道切换部230的第三MOS FET231的源极-门极之间产生电压差值。另外,当电流通道切换部230的第三MOS FET231的源极-门极件电压差值大于第三MOS FET231的阈值电压,则充电于电压充电部240的电容器241的电压施加于LED照明部120和电流通道切换部230以供应主电流源所需电压。
为此,输入充电电压切换控制部250的第一OP放大器253的基准电压VREF1及输入电流通道切换部230的第二OP放大器232的基准电压VREF2之间需满足VREF1〈VREF2的条件。
接着,如图8所示,较之图7所示实施例的交流LED驱动电路200,图8所示的交流LED驱动电路300在电流通道切换部330包括第三电阻333方面存在差异。因此,以包括第三电阻333的电流通道切换部330为中心进行说明,而其余结构参考图7所示的交流LED驱动电路200的相应结构即可,而且,附图标记也适用相同的标记。
即电源通道切换部330,包括:第三MOS FET331,连接于LED照明部120的输出端;第二OP放大器332,输出端连接于上述电流通道切换部330的第三MOS FET331,而向输入端各被输入基准电压及第三MOS FET331的输出电压;及第三电阻333,设置于电流通道切换部330的第三MOS FET331的输出端及第二电阻254之间的链接线上。
此时,输入充电电压切换控制部250的第一OP放大器253的基准电压VREF1及输入电流通道切换部330的第二OP放大器332的基准电压VREF2和第二电阻R2254及第三电阻R3333之间需满足如下条件:
接着,如图9所示,交流LED驱动电路400的充电电压切换控制部450包括第二MOS FET451、第一电阻452、第一OP放大器453、第二电阻454及第三电阻455。
第二MOS FET451连接于电压充电部240的第一MOS FET242的电容器241一侧的连接点。
第一电阻452设置于第一MOS FET242的电容器241一侧的连接点及第二MOS FET451之间的连接线上。
第一OP放大器453的输出端连接于第二MOS FET451,而上述第一OP放大器453的输入端各被输入基准电压及第二MOS FET451的输出电压。
第二电阻454共同连接于第二MOS FET451的输出端及电流通道切换部430的输出端。
第三电阻455设置于第二电阻454及第二MOS FET451的输出端之间的连接线上。
另外,电源通道切换部430,包括:第三MOS FET431,连接于LED照明部120的输出端;第二OP放大器432,输出端连接于第三MOS FET431,而向输入端各被输入与充电电压切换控制部450的第一OP放大器453的输入端的共同的基准电压及第三MOS FET431的输出电压。
另外,在电源供应部110和作为充电单元的电容器241之间连接线及电源供应部110和LED照明部120之间的连接线上各设置有二极管。
接着,如图10所示,较之图9所示实施例的交流LED驱动电路400,图10所示的交流LED驱动电路500在电流通道切换部530的第二OP放大器532的输入端输入另外的基准电压方面存在差异。即交流LED驱动电路500的电源通道切换部530,包括:第三MOS FET531,连接于LED照明部120的输出端;第二OP放大器532,输出端连接于第三MOS FET531,而向输入端各被输入基准电压及第三MOS FET531的输出电压。
在此,向充电电压切换控制部450的第一OP放大器453输入基准电压VREF1,而向电流通道切换部530的第二OP放大器532输入基准电压VREF2。
另外,输入充电电压切换控制部450的第一OP放大器453的基准电压VREF1及输入电流通道切换部530的第二OP放大器532的基准电压VREF2和第二电阻R2454及第三电阻R3455之间需满足如下条件:
另外,交流LED驱动电路500的电源供应部110、电源充电部240、LED照明部120等结构与图9所示的交流LED驱动电路400相同,因此,可参考图9所示的交流LED驱动电路400。
从如图3至图10的实施例可知,本发明的交流LED驱动电路的无闪烁(flicker free)特性得到显著改善,而且,可实现交流LED驱动电路的良好的功率因数(power factor)。
上述实施例仅用以说明实施本发明的交流LED驱动电路的一实施例而非限制,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明进行修改、变形或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
工业实用性
本发明可广泛用于LED驱动电路。
Claims (7)
1.一种交流LED驱动电路,包括:
LED照明部,连接于电源供应部的输出端;
电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;
电压充电部,包括:电容器,连接于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线;及第一MOS FET,设置于上述电容器及上述LED照明部之间的连接线上并起到切换功能;
充电电压切换控制部,包括:第二MOS FET,与上述第一MOS FET的上述电容器一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述第一MOS FET的上述电容器一侧的节点及上述第二MOS FET之间的连接线上;第一OP放大器,输出端连接于上述第二MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第二MOS FET的输出电压;及第二电阻,共同连接于上述电流通道切换部;
上述电流通道切换部,包括:第三MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;第二OP放大器,输出端连接于上述第三MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第三MOS FET的输出电压;
在输入上述充电电压切换控制部的第一OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的第二OP放大器的基准电压VREF2之间满足VREF1〈VREF2的条件;
另外,若将上述电源供应部的供应电压值设为V1,并将上述LED照明部及电流通道切换部的正常运行所需的电压值设为VT,则上述第一MOS FET在V1>VT时处于断开(open)状态,V1≤VT时处于接通状态,而在V1=VT时转换为接通状态。
2.一种交流LED驱动电路,包括:
LED照明部,连接于电源供应部的输出端;
电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;
电压充电部,包括:电容器,连接于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线;及第一MOS FET,设置于上述电容器及上述LED照明部之间的连接线上并起到切换功能;
充电电压切换控制部,包括:第二MOS FET,与上述第一MOS FET的上述电容器一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述第一MOS FET的上述电容器一侧的节点及上述第二MOS FET之间的连接线上;第一OP放大器,输出端连接于上述第二MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第二MOS FET的输出电压;及第二电阻,共同连接于上述电流通道切换部;
上述电流通道切换部,包括:第三MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;第二OP放大器,输出端连接于上述第三MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第三MOS FET的输出电压;及第三电阻,设置于上述第三MOS FET的输出端及上述充电电压切换控制部的第二电阻的连接线上;
在输入上述充电电压切换控制部的第一OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的第二OP放大器的基准电压VREF2和第二电阻及第三电阻之间满足如下式的条件:
3.一种交流LED驱动电路,包括:
LED照明部,连接于电源供应部的输出端;
电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;
电压充电部,包括:电容器,连接于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线;及第一MOS FET,设置于上述电容器及上述LED照明部之间的连接线上并起到切换功能;
充电电压切换控制部,包括:第二MOS FET,与上述第一MOS FET的上述电容器一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述第二MOS FET及上述第一MOS FET的上述电容器一侧的节点之间的连接线上;第一OP放大器,输出端连接于上述第二MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第二MOS FET的输出电压;第二电阻,共同连接于上述电流通道切换部的输出端;第三电阻,设置于上述第二电阻及上述第二MOS FET的输出端之间的连接线上;
上述电流通道切换部,包括:第三MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;第二OP放大器,输出端连接于上述第三MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第三MOS FET的输出电压;
在输入上述充电电压切换控制部的第一OP放大器的基准电压VREF1及输入上述电流通道切换部的第二OP放大器的基准电压VREF2和第二电阻及第三电阻之间满足如下式的条件:
4.一种交流LED驱动电路,包括:
LED照明部,连接于电源供应部的输出端;
电流通道切换部,为形成上述LED照明部的电流供应通道而连接于上述LED照明部的输出端;
电压充电部,包括:电容器,连接于上述电源供应部及LED照明部之间的连接线;及第一MOS FET,设置于上述电容器及上述LED照明部之间的连接线上并起到切换功能;
充电电压切换控制部,包括:第二MOS FET,与上述第一MOS FET的上述电容器一侧的接点连接;第一电阻,设置于上述第二MOS FET及上述第一MOS FET的上述电容器一侧的节点之间的连接线上;第一OP放大器,输出端连接于上述第二MOS FET,而向输入端各被输入基准电压及上述第二MOS FET的输出电压;第二电阻,共同连接于上述电流通道切换部的输出端;第三电阻,设置于上述第二电阻及上述第二MOS FET的输出端之间的连接线上;
上述电流通道切换部,包括:第三MOS FET,连接于上述LED照明部的输出端;第二OP放大器,输出端连接于上述第三MOS FET,而向输入端各被输入与上述充电电压切换控制部第一OP放大器的输入端的共同的基准电压及上述第三MOS FET的输出电压。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的交流LED驱动电路,其特征在于:在上述电源供应部和充电单元之间的连接线及上述电源供应部和LED照明部之间的连接线上各设置二极管。
6.根据权利要求1至4的任一项所述的交流LED驱动电路,其特征在于:上述电源供应部包括交流电源及上述交流电源的整流电路。
7.根据权利要求1至4的任一项所述的交流LED驱动电路,其特征在于:上述LED照明部由单一的LED或串联于上述电源供应部和电流通道切换部之间的连接线上的多个LED构成。
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