CN105101543B - Led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED驱动电路，通过使功率变换器给LED灯串组提供一恒定的驱动电流，调色控制电路根据脉宽信号发生器产生的一组调色脉宽信号产生一组开关控制信号，所述开关控制信号控制与LED灯串组串联连接的控制开关组的开关状态，从而调节所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。此外，脉宽信号发生器输出的调光脉宽信号还可使恒流控制电路去调节所述驱动电流的大小，实现调光功能。因此，所述LED驱动电路，无需每一路LED灯串需要配备独立的恒流驱动电路以及恒流控制电路来实现调光和调色，电路结构相对简单且易于集成，所用的外围器件较小，体积下，生产成本低。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及LED驱动电路。

背景技术

LED照明作为一种新型的照明工具，具有高光效，长寿命，环保等优点，因此也越来越被广泛应用于各种照明领域。LED的调光方式分为直流调光和PWM调光两种。由于PWM调光具有光色不变，低亮度时稳定性较好等优点，而被本领域技术人员所广为采用。

对于一些特殊光源环境，不仅需要对LED灯具的亮度进行调节，还需要对LED灯具的色温进行调节。参考图1，所示为采用现有技术的一种LED驱动电路。在该实现方式中，交流电压Vac经过整流滤波电路01后输出电压Vin，功率变换器02接收电压Vin，并在恒压控制电路的控制下输出恒定电压Vout，该恒定电压用于作为第一恒流驱动电路03和第二恒流驱动电路04的输入电压。第一恒流控制电路控制第一恒流驱动电路03向冷色LED灯串LED1输出恒流驱动电流，第二恒流控制电路控制第二恒流驱动电路04向暖色LED灯串LED2输出恒流驱动电流，且第一恒流驱动电路03、第二恒流驱动电路04分别接收脉宽信号发生器输出的脉宽信号PWM1、PWM2来控制灯串LED1、LED2的平均电流，从而实现LED灯的调光和调色。

由上可见，现有技术实现这种LED驱动电路需要独立的恒流驱动电路来驱动相应色光的LED灯串，以及每一恒流驱动电路均需配备恒流驱动控制电路，这样的实现方式，电路结构过于复杂。此外，由于恒流驱动电路中通常由储能元件等较多的器件搭建而成，因此实现这种调光调色电路所需要的电子元器件较多，成产成本高，且系统的体积非常庞大，不利于集成。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种LED驱动电路，以降低电路的复杂度、减少电路的外围器件、提高集成度以及降低生产成本。

一种LED驱动电路，用于驱动由N路LED灯串组成LED灯串组，N为不小于2的正整数，其特征在于，包括：

功率变换器，具有功率开关管；

恒流控制电路，控制所述功率开关管的开关状态，使所述功率变换器向所述LED灯串组输出所述驱动电流；

N个控制开关，分别与N路所述LED灯串串联连接；

脉宽信号发生器，用于输出N个调色脉宽信号；

调色控制电路，用于根据N个所述调色脉宽信号相应的输出N个开关控制信号，以分别控制N个所述控制开关的开关状态，调节流过所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。

优选的，所述驱动电流的输出端处的第一电压通过一供电电路给所述脉宽信号发生器提供供电电压。

优选的，所述功率变换器还包括：

变压器，具有原边绕组和第一副边绕组，所述原边绕组与所述功率开关管串联连接；

恒流控制电路连接在所述第一副边绕组两端的第一输出电路，用于将所述第一副边绕组两端上的能量转换成所述驱动电流。

优选的，所述功率变换器还包括第二副边绕组，

以及连接在所述第二副边绕组两端的第二输出电路，用于将所述第二副边绕组上的能量转换成第二电压，

且所述第二电压通过一供电电路给所述脉宽信号发生器提供供电电压。

优选的，所述脉宽信号发生器还用于输出调光脉宽信号，所述恒流控制电路根据所述调光脉宽信号去控制所述功率开关管的开关状态，以改变所述驱动电流的大小，从而调节所述LED灯串组的亮度。

优选的，所述的LED驱动电路还包括整流滤波电路，用于接收一交流电压，并向所述功率变换器输出一直流电压。

优选的，所述的LED驱动电路还包括N个输出二极管，分别连接在N路所述LED灯串和N个所述控制开关之间，以防止电流由所述控制开关流向所述LED灯串。

优选的，所述的LED驱动电路还包括分别与N个所述LED灯串并联连接的N个输出电容。

优选的，所述恒流控制电路的接地端、功率开关管的接地端、每一个所述控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端均连接到同一个参考地端共地连接。

优选的，所述恒流控制电路的接地端和功率开关管的接地端共同连接到第一参考地端，而每一个所述控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端均共同连接到第二参考地端。

由上，本发明提供的LED驱动电路，通过使功率变换器给LED灯串组提供一恒定的驱动电流，然后再使调色控制电路根据脉宽信号发生器产生的一组调色脉宽信号产生一组开关控制信号，然后使所述开关控制信号去控制与LED灯串组串联连接的控制开关组的开关状态，从而调节所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。此外，所述脉宽信号发生器输出的调光脉宽信号还可使恒流控制电路去调节所述驱动电流的大小，从而使得所述LED驱动电路还具有调光的功能。因此，所述LED驱动电路，无需每一路LED灯串需要配备独立的恒流驱动电路以及恒流控制电路来实现调光和调色，电路结构相对简单且便于集成，所用的外围器件较小，体积下，生产成本低。

附图说明

图1为采用现有技术的一种LED驱动电路；

图2为本依据本发明的一种LED驱动电路的电路框图；

图3为另一种依据本发明的LED驱动电路的电路框图；

图4为依据本发明的LED驱动电路的工作波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图2为本依据本发明的一种LED驱动电路的电路框图，所述的LED驱动电路用于驱动由N路LED灯串组成的LED灯串组，N为不小于2的正整数，所述LED驱动电路包括功率变换器、调色控制电路、脉宽信号发生器、与分别与N个所述LED灯串串联连接的N个控制开关。

所述功率变换器用于向所述LED灯串组输出一恒定的驱动电流Iout。如图2所示，在本实施例中，所述LED驱动电路还包括整流滤波电路1。功率变换器2中具有功率开关管，其开关状态由恒流控制电路控制，从而使功率变换器2输出驱动电流Iout。所述整流滤波电路用于接收一交流电压Vac，并向所述功率变换器2输出一直流电压Vin，功率变换器2将直流电压Vin变换成所述驱动电流输出。所述功率变换器2可以选择隔离式、非隔离式中的一种，例如本实施例为非隔离反激式功率变换器，即功率变换器2中的所有接地端共连接。所述功率变换器2进一步包括变压器T，其具有原边绕组Np和第一副边绕组Ns，所述原边绕组Np与所述功率开关管S1、连接在所述第一副边绕组Ns两端的第一输出电路，所述第一输出电路用于将所述第一副边绕组Ns两端上的能量转换成所述驱动电流Iout。所述恒流控制电路通过控制功率开关管S1的导通和关断状态，使得所述第一输出电路输出所述驱动电流Iout。恒流控制电路控制功率开关管S1的开关状态，使得功率变换器2输出恒定的驱动电流的控制方式在本申请中不做限定，可采用现有技术任意一种恒流控制方式实现，例如通恒流控制电路可根据过流过原边绕组Np上的电流的采样信号控制恒流输出。如图2所示，第一输出电路可以由二极管D0和电容C0构成，二极管D0的阳极端与第一副边绕组的能量输出端相连，阴极端输通过电容C0接地，二极管D0与电容C0的相连处与LED灯串组相连，以向所述LED灯串组输出所述驱动电流Iout。

LED灯串组可以包括两路或两路以上不同色温的LED灯串，各个灯串进行并联连接，例如在本实施例中，LED灯串组由冷色温LED灯串LED1与暖色温LED灯串LED2构成，则流过灯串LED1的电流Iled1与流过灯串LED2的电流Iled2这两个电流的和为驱动电流Iout。控制开关则包括与冷色温LED灯串LED1串联连接的第一控制开关M1、与暖色温LED灯串LED2串联连接的第二控制开关M2。

进一步的，在本实施例中，LED驱动电路，还包括N个分别连接在LED灯串和控制开关之间的输出二极管，以防止电流由所述控制开关流向所述LED灯串。这样二极管组可防止电流从控制开关组流流向LED灯串组，从而防止LED灯串上的压差。如图2所示，输出二极管可包括连接在冷色温LED灯串LED1与第一控制开关M1之间的第一输出二极管D1，以及连接在暖色温LED灯串LED2与第二控制开关M2之间的第二输出二极管D2。

此外，为了滤除所述LED灯串组中各个灯串中电流的文波成分，所述LED驱动电路还包括N个分别与N个所述LED灯串并联连接的输出电容组。如图2所示，输出电容可包括与冷色温LED灯串LED1并联连接的第一输出电容C1，以及与暖色温LED灯串LED2并联连接的的第二输出电容C2。

脉宽信号发生器用于输出N个调色脉宽调制信号，以控制所述调色控制电路输出N个开关控制信号，分别用于控制N个所述控制开关的开关状态，以调节所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。脉宽信号发生器可以采用可编程PWM芯片或单片机实现，也可采用不可编程的PWM信号来实现，脉宽信号发生器的实现方式在本申请中不做限定。调色脉宽信号的个数通常与LED灯串组中LED灯串的路数有关，例如在本实施例中，LED灯串组包括冷色温LED灯串LED1与暖色温LED灯串LED2，则调色脉宽调制信号由脉宽信号PWM1、PWM2构成。调色控制电路根据脉宽信号PWM1、PWM2输出开关控制信号DPWM1、DPWM2。关控制信号DPWM1、DPWM2通过分别控制第一控制开关M1、第二控制开关M2的导通和关断状态，来分别调节冷色温灯串LED1的电流Iled1、暖色温灯串LED2的电流Iled2占驱动电流Iout的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。关控制信号DPWM1、DPWM2的占空比通常分别等于调色脉宽信号PWM1、PWM2的占空比，因为调色控制电路只是接收调色脉宽信号PWM1、PWM2，并将二者所对应的电压转换成能够驱动控制开关M1、M2的电压所对应的开关控制信号而已，即调色脉宽信号与其对应的开关控制信号的占空比一样，但是所对应的电压不同。本实施例所提供的LED驱动电路的调色原理和过程在后续将结合工作波形图做详细说明。

请继续参考图2所示，所述驱动电流输出端处的第一电压Vout1，可通过一供电电压给所述脉宽信号发生器提供供电电压，因此，所述LED驱动电路还可包括一供电电电路3。具体的供电电路3可进一步包括三极管Qz、稳压管Dz、电阻Rz以及电容Cz，其连接关系如图2所示。当第一电压Vout1不大于稳压二极管Dz的击穿电压时，三极管Qz处于导通状态，则第一电压Vout1通过三极管Qz给电容Cz充电，以在电容Cz上形成脉宽信号发生器的供电电压Vcc。稳压管Dz在此用于防止第一电压Vout1过大时烧坏脉宽信号发生器。需要说明的是，供电电路不局限与本实施例的实现方式，可通过现有技术的任何一种实现方式实现，在本申请中不做限定。

在另一实施例中，如图3所示的另一种依据本发明的LED驱动电路的电路框图，其与图2所示的LED驱动电路的不同之处在于，为脉宽信号发生器供电的方式不一样。在本实施例中，功率变换器2在上一实施例的基础上还可进一步包括第二副边绕组Nd，以及连接在所述第二副边绕组Nd两端的第二输出电路。所述第二输出电路用于将所述第二副边绕组上的能量转换成第二电压Vout2。在本实施例中，为脉宽信号发生器提供供电电压的供电电路并非像上一个实施例中那样接收第一电压Vout1来产生供电电压，而是通过接收第二电压Vout2来产生供电电压。具体的，如图3所示，所述第二输出电路可以由二极管D3和电容C0构成，二极管D0的阳极端与第一副边绕组的能量输出端相连，阴极端输通过电容C3接地，二极管D3与电容C3的相连处与用于为所述脉宽信号发生器提供供电电压的供电电路3相连。在本实施例中，供电电路的实现方式可以与上一实施例中的相同。通过第二副边绕组Nd来获得原边的输入能量，并利用第二输出电路将第二副边绕组Nd上的能量转换成第二电压Vout1作为供电电路3的输入电压，从而为脉宽信号发生器提供供电电压，这种供电方式不受恒流输出的影响，供电方式更加优化。

在上述各实施例所示的LED驱动电路中，脉宽信号发生器还可用于输出调光脉宽信号，例如图2、图3中的脉宽信号PWM3，该信号被传递至所述恒流控制电路中，可通过光耦来实现该信号的传递，也可直接传递。所述恒流控制电路根据所述调光脉宽调制信号改变所述驱动电流Iout的大小，以调节所述LED灯串组的亮度。因此，本发明提供的LED驱动电路还具有调光功能。

此外，在本发明提供的LED驱动电路中，无需采用独立的恒流驱动电路给每一LED灯串提供恒流驱动电路，从而除功率变换器中外无需再用到无法集成的电感、或功率开关管，只是通过恒流控制电路控制LED灯串组的驱动电流恒定，通过色温控制电路来调节每一LED灯串的电流占总的驱动电流电流的比例来实现调色，并可进一步使恒流控制电路控制驱动电流值的改变来实现调光。进一步的，本发明提供的这种LED驱动电路中可使恒流控制电路的接地端、功率开关管的接地端、N个控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端均共同连接到同一个参考地端，这样便可使恒流控制电路、功率开关管、N个控制开关、供电电路以及调色控制电路集成于同一芯片中，从而可通过一块这样的集成芯片便可实现LED灯串组色温与亮度的调节，从而增加了电路的集成度，降低电路在PBC板上所占的面积。当然在其它实施例中，所述LED驱动电路中的接地端的连接情况也可以为：恒流控制电路的接地端和功率开关管的接地端共同连接到第一参考地端，而N个控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端共同连接到第二参考地端。

图4为依据本发明的LED驱动电路的工作波形图。

结合图4以及上述的图2、图3来进一步说明本发明的LED驱动电路的工作原理。当需要将LED灯串组的色温调低时，使脉宽信号发生器发出的调色脉宽信号PWM1的占空比增加，调色脉宽信号PWM2的占空比减少，则开关控制信号DPWM1的占空比增加，开关控制信号DPWM2的占空比减小，从而从而使得冷色温LED灯串LED1的电流Iled1占驱动电流Iout的比例增加，而暖色温LED灯串LED2的电流Iled2占驱动电流Iout的比例减少，从而使得LED灯串组的色温降低，反之，通过使开关控制信号DPWM1的占空比减小，开关控制信号DPWM2的占空比增加，从而从而使得冷色温LED灯串LED1的电流Iled1占驱动电流Iout的比例减小，而暖色温LED灯串LED2的电流Iled2占驱动电流Iout的比例增加，从而使得LED灯串组的色温升高。如图4所示，Iled1、Iled2的占空比分别等于开关信号DPWM1、DPWM2的占空比，因而可通过改变每一所述开关信号占空比，来改变每一路LED灯串的电流占总的驱动电路Iout的比例，从而获得需要的色温值。

此外，由于本发明提供的LED驱动电路还具有调节LED灯串组亮度的功能。当需要调节亮度时，使脉宽信号发生器发出调光脉宽信号PWM3，恒流控制电路根据该信号来调节驱动电流Iout的大小，从而实现调光目的。例如一种可实现的方式为，当需要使LED灯串组的亮度调大时，可使脉宽信号发生器发出的调光脉宽信号PWM3的占空比增加，从而使恒流控制电路控制功率变换器输出的驱动电流Iout增加，反之，使脉宽信号发生器发出的调光脉宽信号PWM3的占空比减小，从而使恒流控制电路控制功率变换器输出的驱动电流Iout减小，进而使得LED灯串组的亮度降低。

由上，本发明提供的LED驱动电路，通过使功率变换器给LED灯串组提供一恒定的驱动电流，然后再使调色控制电路根据脉宽信号发生器产生的一组调色脉宽信号产生一组开关控制信号，然后使所述开关控制信号去控制与LED灯串组串联连接的控制开关组的开关状态，从而调节所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温。此外，所述脉宽信号发生器输出的调光脉宽信号还可使恒流控制电路去调节所述驱动电流的大小，从而使得所述LED驱动电路还具有调光的功能。因此，所述LED驱动电路，无需每一路LED灯串需要配备独立的恒流驱动电路以及恒流控制电路来实现调光和调色，电路结构相对简单且便于集成，所用的外围器件较小，体积下，生产成本低。

以上对依据本发明的优选实施例的LED驱动电路进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的实施例。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路，用于驱动由N路LED灯串组成LED灯串组，N为不小于2的正整数，其特征在于，包括：

功率变换器，具有功率开关管；

恒流控制电路，控制所述功率开关管的开关状态，使所述功率变换器向所述LED灯串组输出一恒定的驱动电流；

N个控制开关，分别与N路所述LED灯串串联连接；

脉宽信号发生器，用于输出N个调色脉宽信号；

调色控制电路，用于根据N个所述调色脉宽信号相应的输出N个开关控制信号，以分别控制N个所述控制开关的开关状态，调节流过所述LED灯串组中每一LED灯串的电流占所述驱动电流的比例，从而调节所述LED灯串组的色温，每个所述开关控制信号的占空比与对应的所述调色脉宽信号的占空比相同。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动电流的输出端处的第一电压通过一供电电路给所述脉宽信号发生器提供供电电压。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率变换器还包括：

变压器，具有原边绕组和第一副边绕组，所述原边绕组与所述功率开关管串联连接；

恒流控制电路连接在所述第一副边绕组两端的第一输出电路，用于将所述第一副边绕组两端上的能量转换成所述驱动电流。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率变换器还包括第二副边绕组，

以及连接在所述第二副边绕组两端的第二输出电路，用于将所述第二副边绕组上的能量转换成第二电压，

且所述第二电压通过一供电电路给所述脉宽信号发生器提供供电电压。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述脉宽信号发生器还用于输出调光脉宽信号，所述恒流控制电路根据所述调光脉宽信号去控制所述功率开关管的开关状态，以改变所述驱动电流的大小，从而调节所述LED灯串组的亮度。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括整流滤波电路，用于接收一交流电压，并向所述功率变换器输出一直流电压。

7.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括N个输出二极管，分别连接在N路所述LED灯串和N个所述控制开关之间，以防止电流由所述控制开关流向所述LED灯串。

8.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括分别与N个所述LED灯串并联连接的N个输出电容。

9.根据权利要求1中所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流控制电路的接地端、功率开关管的接地端、每一个所述控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端均连接到同一个参考地端共地连接。

10.根据权利要求2或4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流控制电路的接地端和功率开关管的接地端共同连接到第一参考地端，而每一个所述控制开关的接地端、供电电路的接地端以及调色控制电路的接地端均共同连接到第二参考地端。