CN105050275B - Led恒流驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED灯控制技术领域，本发明提供一种LED恒流驱动电路及其控制方法，LED恒流驱动电路包括输入电路、控制电路、驱动电路、开关器件、储能器件以及LED负载；控制电路用于获取输入电路的输入电压与储能器件的电压之间的第一差值电压，当第一差值电压小于第一基准电压时控制开关器件导通；控制电路还用于获取储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，当第二差值电压小于第二基准电压时控制开关器件断开，通过增加对输入电压进行调节的控制电路，实现了输入电压的宽电压输入，同时又降低了控制电路的功耗，满足低功耗和整个电路的高可靠性。

Description

LED恒流驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及LED灯控制技术领域，尤其涉及一种LED恒流驱动电路及其控制方法。

背景技术

目前，线性恒流方案以其简单的系统结构在中小功率LED恒流系统中广泛的使用，常见的线性恒流方案如图1所示，其恒流输出为Iout＝Vref/Rcs。上述常规的应用方案有以下缺陷，一是负载LED灯的正向导通电压必须接近线网输入电压，否则会使驱动电路部分功率偏高而导致损坏或者寿命减短，譬如线网输入电压为220Vac，峰值电压为311V，如果负载LED灯压降为260V，则驱动电路承受约60V电压，输出电流为30mA，则驱动电路功耗约1.8W，发热量很大，容易损坏驱动电路，因此在应用中需要更多的LED灯珠，增加了系统成本。二是要求应用环境中输入线网电压需要稳定，不能有较大的线网波动，否则输入电压高则使功耗增大，降低整个电路的可靠性，输入电压低则达不到负载LED灯的正向导通电压，导致LED灯闪烁。综上所述，现有技术中存在LED驱动电路中输入电压不稳定导致LED灯闪烁以及输入电压与LED灯上的电压存在差距导致驱动电路损坏的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED恒流驱动电路及其控制方法，旨在解决针对现有技术中存在LED驱动电路中输入电压不稳定导致LED灯闪烁以及输入电压与LED灯上的电压存在差距导致驱动电路损坏的问题。

本发明是这样实现的，本发明第一方面提供一种LED恒流驱动电路，其特征在于：所述LED恒流驱动电路包括输入电路、控制电路、驱动电路、开关器件、储能器件以及LED负载；

所述输入电路的电压输出端连接所述控制电路的电压输入端和所述开关器件的输入端，所述控制电路的输出端连接所述开关器件的控制端，所述开关器件的输出端连接所述驱动电路的输入端和所述储能器件的第一端，所述驱动电路的输出端连接所述LED负载的输入端和所述控制电路的电压采集端，所述储能器件的第二端与所述LED负载共地连接；

所述控制电路用于获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较，当所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通，使所述输入电路输出的直流电通过所述驱动电路供给所述LED负载，并使所述输入电路输出的直流电为所述储能器件充电；

所述控制电路还用于获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较，当所述第二差值电压小于所述第二基准电压时控制所述开关器件断开，使所述储能器件向所述驱动电路和所述LED负载进行放电，直至所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通。

结合第一方面，作为第一方面，所述控制电路包括第一比较单元、第二比较单元以及控制单元；

所述第一比较单元的第一输入端为所述控制电路的电压输入端，所述第一比较单元的第二输入端输入第一基准电压，所述第一比较单元的输出端连接所述控制单元的第一输入端，所述第二比较单元的第一输入端为所述控制电路的电压采集端，所述第二比较单元的第二输入端输入第二基准电压，所述第二比较单元的输出端连接所述控制单元的第二输入端，所述控制单元的输出端为所述控制电路的输出端；

所述第一比较单元获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较，并根据比较结果向所述控制单元输出导通控制信号；

所述第二比较单元用于获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较，并根据比较结果向所述控制单元输出断开控制信号；

所述控制单元根据所述导通控制信号和所述断开控制信号调节所述开关器件的开关频率。

进一步的，所述第一比较单元包括第一电阻、第二电阻以及第一比较器；

所述第一电阻的第一端为所述第一比较单元的第一输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，所述第一比较器的同相输入端为所述第一比较单元的第二输入端，所述第一比较器的输出端为所述第一比较单元的输出端。

进一步的，所述第二比较单元为第二比较器；

所述第二比较器的同相输入端为所述第二比较单元的第一输入端，所述第二比较器的反相输入端为所述第二比较单元的第二输入端，所述第二比较器的输出端为所述第二比较单元的输出端。

进一步的，所述控制单元包括与门；

所述与门的第一输入端连接所述第一比较单元的输出端，所述与门的第二输入端连接所述第二比较单元的输出端，所述与门的输出端为所述控制单元的输出端。

结合第一方面的第四种实施方式，作为第一方面的第五种实施方式，所述控制单元还包括第一非门和第二非门；

所述第一非门的输入端连接所述与门的输出端，所述第一非门的输出端连接所述第二非门的输入端，所述第二非门的输出端为所述控制单元的输出端。

进一步的，所述驱动电路包括运算放大器、场效应管以及采样电阻；

所述运算放大器的同相输入端连接第三基准电压，所述运算放大器的反相输入端连接场效应管的源极和所述采样电阻的第一端，所述运算放大器的输出端连接所述场效应管的栅极，所述场效应管的漏极为所述驱动电路的输入端，所述采样电阻的第二端为所述驱动电路的输出端。

本发明第二方面提供一种基于权利要求1所述的LED恒流驱动电路的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较；

当所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通，使所述输入电路输出的直流电通过所述驱动电路供给所述LED负载，并使所述输入电路输出的直流电为所述储能器件充电；

获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较；

当所述第二差值电压小于所述第二基准电压时控制所述开关器件断开，使所述储能器件向所述驱动电路和所述LED负载进行放电，直至所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通。

本发明一种LED恒流驱动电路及其控制方法，在现有LED驱动电路的基础上增加对输入电压进行调节的控制电路，通过控制开关器件的开启和关闭来控制储能器件上电压的大小，以保证输入电压既能够满足LED负载恒流输出的压降，同时使驱动电路的功耗不会随输入线网电压的波动以及负载LED的减少而升高，同时通过驱动电路控制恒流输出，既实现了恒流输出，又降低了控制电路的功耗，实现了输入电压的宽电压输入，且满足低功耗和整个电路的高可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中LED恒流驱动电路的结构示意图；

图2是本发明提供的一种LED恒流驱动电路的结构示意图；

图3是本发明提供的一种LED恒流驱动电路中的电路图；

图4是本发明提供的一种LED恒流驱动电路中的输入电压与储能器件的电压的波形图；

图5是本发明提供的一种LED恒流驱动电路中的场效应管的控制信号与输出电流波形图；

图6是本发明提供的一种LED恒流驱动电路的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明提供一种LED恒流驱动电路104，如图2所示，LED恒流驱动电路104包括输入电路101、控制电路102、驱动电路104、开关器件103、储能器件106以及LED负载105。

输入电路101的电压输出端连接控制电路102的电压输入端和开关器件103的输入端，控制电路102的输出端连接开关器件103的控制端，开关器件103的输出端连接驱动电路104的输入端和储能器件106的第一端，驱动电路104的输出端连接LED负载105的输入端和控制电路102的电压采集端，储能器件106的第二端与LED负载105共地连接。

控制电路102用于获取输入电路101的输入电压VIN与储能器件106的电压VD之间的第一差值电压，并将第一差值电压与第一基准电压V1进行比较，当所述第一差值电压小于第一基准电压V1时控制开关器件103导通，使输入电路101输出的直流电通过驱动电路104供给LED负载105，并使输入电路101输出的直流电为储能器件106充电。

控制电路102还用于获取储能器件106的电压VD与LED负载105的电压VLED之间的第二差值电压，并将第二差值电压与第二基准电压V2进行比较，当第二差值电压小于第二基准电压V2时控制开关器件103断开，使储能器件106向驱动电路104和LED负载105进行放电，直至第一差值电压小于第一基准电压V1时控制开关器件103导通。

本发明通过控制开关器件103的开启和关闭来控制储能器件106上电压的大小，以保证输入电压既能够满足LED负载105恒流输出的压降，同时使驱动电路104的功耗不会随输入线网电压的波动以及负载LED的减少而升高。

对于控制电路102，如图3所示，具体的，控制电路102包括第一比较单元1021、第二比较单元1022以及控制单元1023。

第一比较单元1021的第一输入端为控制电路102的电压输入端，第一比较单元1021的第二输入端输入第一基准电压V1，第一比较单元1021的输出端连接控制单元1023的第一输入端，第二比较单元1022的第一输入端为控制电路102的电压采集端，第二比较单元1022的第二输入端输入第二基准电压V2，第二比较单元1022的输出端连接控制单元1023的第二输入端，控制单元1023的输出端为控制电路102的输出端。

第一比较单元1021用于获取输入电路101的输入电压VIN与储能器件106的电压VD之间的第一差值电压，并将第一差值电压与第一基准电压V1进行比较，并根据比较结果向控制单元1023输出导通控制信号。

第二比较单元1022获取储能器件106的电压VD与LED负载105的电压VLED之间的第二差值电压，并将第二差值电压与第二基准电压V2进行比较，并根据比较结果向控制单元1023输出断开控制信号。

控制单元1023根据导通控制信号和断开控制信号调节开关器件103的开关频率。

对于开关器件103，可以采用场效应管、三极管以及IGBT等，本实施例中优选为场效应管N1。

对于第一比较单元1021，具体的，第一比较单元1021包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一比较器U1。

第一电阻R1的第一端为第一比较单元1021的第一输入端，第一电阻R1的第二端连接第一比较器U1的反相输入端和第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地，第一比较器U1的同相输入端为第一比较单元1021的第二输入端，第一比较器U1的输出端为第一比较单元1021的输出端。

其中，开关器件103的开启由第一电阻R1、第二电阻R2和第一比较器U1进行控制，第一电阻R1和第二电阻R2采样输入电压VIN和储能器件106的电压VD之间的差值并与第一基准电压V1进行比较控制场效应管N1的开启，即当VIN-VD<V1×(R1+R2)/R2时场效应管N1开启并对储能器件106充电。

对于第二比较单元1022，具体的，第二比较单元1022为第二比较器U2。

第二比较器U2的同相输入端为第二比较单元1022的第一输入端，第二比较器U2的反相输入端为第二比较单元1022的第二输入端，第二比较器U2的输出端为第二比较单元1022的输出端。

其中，开关器件103的关闭由第二比较器U2来控制，通过检测储能器件106的电压VD和LED负载105的电压VLED之间的差值，即驱动电路104的压降，通过第二比较器U2与第二基准电压V2进行比较控制开关器件103的关闭，即当VD-VLED<V2时(V2以储能器件106的电压VD为参考电位)，控制开关器件103关闭。

对于控制单元1023，具体的，控制单元1023包括与门M1，与门M1的第一输入端连接第一比较单元1021的输出端，与门M1的第二输入端连接第二比较单元1022的输出端，与门M1的输出端为控制单元1023的输出端。

其中，对于与门M1的控制方式，如图4和图5所示，当输入电路开始输出电压时，由于储能器件上没有电压，输入电压与储能器件的电压之间的第一差值电压小于第一基准电压，控制开关管导通，输入电路为储能器件充电，此时，输入电压的波形与储能器件上电压的波形相同，当对储能器件充电至储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压小于第二基准电压时控制开关器件断开，此时储能器件处于放电状态，其电压逐渐减小，直至开关管再次导通。

进一步的，控制单元1023还包括第一非门M2和第二非门M3，第一非门M2的输入端连接与门M1的输出端，第一非门M2的输出端连接第二非门M3的输入端，第二非门M3的输出端为控制单元1023的输出端。

对于驱动电路104，具体的，驱动电路104包括运算放大器U3、场效应管N2以及采样电阻Rcs。

运算放大器U3的同相输入端连接第三基准电压Vref，运算放大器U3的反相输入端连接场效应管N2的源极和采样电阻的第一端，运算放大器U3的输出端连接场效应管N2的栅极，场效应管N2的漏极为驱动电路104的输入端，采样电阻Rcs的第二端为驱动电路104的输出端。

本发明的工作过程如下：开关器件103的开启由第一电阻R1、第二电阻R2和第一比较器U1进行控制，第一电阻R1和第二电阻R2采样输入电压VIN和储能器件106的电压VD之间的差值并与第一基准电压V1进行比较以控制开关器件的开启，即当VIN-VD<V1×(R1+R2)/R2时场效应管N1开启并对储能器件106充电，通过调节第一电阻R1和第二电阻R2的比值以及第一基准电压V1的值可以实现开关器件103仅在输入电压和储能器件106电压的电压值比较接近时开启，即保证了开关器件103不会在输入电压高的时候开启。

开关器件103的关闭由第二比较器U2来控制，通过检测储能器件106的电压VD和LED负载105的电压VLED之间的差值，即驱动电路104的压降，通过第二比较器U2与第二基准电压V2进行比较控制开关器件103的关闭，即当VD-VLED<V2时(V2以储能器件106的电压VD为参考电位)，开关器件103关闭。通过调节第二基准电压V2可以控制储能电压VD和LED负载105电压VLED的最大差值，即控制了恒流驱动电路104的最大功耗。

在一个线网输入周期内，当输入电压较低时，输入电压和储能器件的电压比较接近，此时开关器件103开启，输入电压给储能器件106充电并为驱动电路104和负载LED提供电源，此时输入电压和储能器件106的电压同步上升；当储能器件106的电压上升到第二差值电压小于第二基准电压V2时，开关器件103关闭，此时储能器件106开始放电并给驱动电路104和LED负载105提供电源，同时储能器件106电压下降；当输入电压降低到VIN-VD<V1×(R1+R2)/R2时，开关器件103再次开启并为电容C1充电并提供后续电路电源，此时VIN与VD同步下降。在整个工作周期内，输出电流由驱动电路104控制，输入电压由控制电路102控制，既保证了恒流输出，同时又降低了控制电路的功耗。

本发明另一种实施例提供一种基于上述LED恒流驱动电路的控制方法，如图6所示，该控制方法包括以下步骤：

步骤S101.获取输入电路的输入电压与储能器件的电压之间的第一差值电压，并将第一差值电压与第一基准电压进行比较。

步骤S102.当第一差值电压小于第一基准电压时控制开关器件导通，使输入电路输出的直流电通过驱动电路供给LED负载，并使输入电路输出的直流电为储能器件充电。

步骤S103.获取储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将第二差值电压与第二基准电压进行比较。

步骤S104.当第二差值电压小于第二基准电压时控制开关器件断开，使储能器件向驱动电路和LED负载进行放电，直至第一差值电压小于第一基准电压时控制开关器件导通。

本发明一种LED恒流驱动电路及其控制方法，在现有LED驱动电路的基础上增加对输入电压进行调节的控制电路，通过控制开关器件的开启和关闭来控制储能器件上电压的大小，以保证输入电压既能够满足LED负载恒流输出的压降，同时使驱动电路的功耗不会随输入线网电压的波动以及负载LED的减少而升高，同时通过驱动电路控制恒流输出，既实现了恒流输出，又降低了控制电路的功耗，实现了输入电压的宽电压输入，且满足低功耗和整个电路的高可靠性。

以上内容是结合具体的应用实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种LED恒流驱动电路，其特征在于：所述LED恒流驱动电路包括输入电路、控制电路、驱动电路、开关器件、储能器件以及LED负载；

所述输入电路的电压输出端连接所述控制电路的电压输入端和所述开关器件的输入端，所述控制电路的输出端连接所述开关器件的控制端，所述开关器件的输出端连接所述驱动电路的输入端和所述储能器件的第一端，所述驱动电路的输出端连接所述LED负载的输入端和所述控制电路的电压采集端，所述储能器件的第二端与所述LED负载共地连接；

所述控制电路用于获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较，当所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通，使所述输入电路输出的直流电通过所述驱动电路供给所述LED负载，并使所述输入电路输出的直流电为所述储能器件充电；

所述控制电路还用于获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较，当所述第二差值电压小于所述第二基准电压时控制所述开关器件断开，使所述储能器件向所述驱动电路和所述LED负载进行放电，直至所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通。

2.如权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括第一比较单元、第二比较单元以及控制单元；

所述第一比较单元的第一输入端为所述控制电路的电压输入端，所述第一比较单元的第二输入端输入第一基准电压，所述第一比较单元的输出端连接所述控制单元的第一输入端，所述第二比较单元的第一输入端为所述控制电路的电压采集端，所述第二比较单元的第二输入端输入第二基准电压，所述第二比较单元的输出端连接所述控制单元的第二输入端，所述控制单元的输出端为所述控制电路的输出端；

所述第一比较单元用于获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较，并根据比较结果向所述控制单元输出导通控制信号；

所述第二比较单元用于获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较，并根据比较结果向所述控制单元输出断开控制信号；

所述控制单元根据所述导通控制信号和所述断开控制信号调节所述开关器件的开关频率。

3.如权利要求2所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述第一比较单元包括第一电阻、第二电阻以及第一比较器；

所述第一电阻的第一端为所述第一比较单元的第一输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，所述第一比较器的同相输入端为所述第一比较单元的第二输入端，所述第一比较器的输出端为所述第一比较单元的输出端。

4.如权利要求2所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述第二比较单元为第二比较器；

所述第二比较器的同相输入端为所述第二比较单元的第一输入端，所述第二比较器的反相输入端为所述第二比较单元的第二输入端，所述第二比较器的输出端为所述第二比较单元的输出端。

5.如权利要求2所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述控制单元包括与门；

所述与门的第一输入端连接所述第一比较单元的输出端，所述与门的第二输入端连接所述第二比较单元的输出端，所述与门的输出端为所述控制单元的输出端。

6.如权利要求5所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述控制单元还包括第一非门和第二非门；

所述第一非门的输入端连接所述与门的输出端，所述第一非门的输出端连接所述第二非门的输入端，所述第二非门的输出端为所述控制单元的输出端。

7.如权利要求5所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括运算放大器、场效应管以及采样电阻；

所述运算放大器的同相输入端连接第三基准电压，所述运算放大器的反相输入端连接场效应管的源极和所述采样电阻的第一端，所述运算放大器的输出端连接所述场效应管的栅极，所述场效应管的漏极为所述驱动电路的输入端，所述采样电阻的第二端为所述驱动电路的输出端。

8.一种基于权利要求1所述的LED恒流驱动电路的控制方法，其特征在于：

所述控制方法包括以下步骤：

获取所述输入电路的输入电压与所述储能器件的电压之间的第一差值电压，并将所述第一差值电压与第一基准电压进行比较；

当所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通，使所述输入电路输出的直流电通过所述驱动电路供给所述LED负载，并使所述输入电路输出的直流电为所述储能器件充电；

获取所述储能器件的电压与LED负载的电压之间的第二差值电压，并将所述第二差值电压与第二基准电压进行比较；

当所述第二差值电压小于所述第二基准电压时控制所述开关器件断开，使所述储能器件向所述驱动电路和所述LED负载进行放电，直至所述第一差值电压小于所述第一基准电压时控制所述开关器件导通。