CN105282934A - 一种兼容可控硅调光器的线性恒流led驱动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，由市电供电，可控硅调光器串联于市电中，包括一整流桥、一LED单元和一组合电流源，其中，LED单元至少包含一组LED，组合电流源包含三个端子；LED单元的正极与整流桥的输出正极相连，负极与组合电流源的第三端相连，组合电流源的第一端连接到整流桥的正极，第二端与整流桥的负极相连。其优点在于有效地控制了市电电流下降的斜率，避免了可控硅调光器自谐振造成的可控硅误关断现象，改善了线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
Description
技术领域
本发明涉及供电电路和方法，具体涉及一种兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路和方法。
背景技术
LED照明在取代白炽灯应用中，很多场合需要解决与传统的可控硅调光器兼容的问题。同白炽灯的纯电阻性负载不同，LED照明驱动对市电电流的需求是不连续的，这造成了可控硅调光器在电流断续的时候会误关断，从而造成LED灯具出现亮度跳跃，闪烁等不兼容问题。
线性恒流驱动方案因其电路简洁，成本低廉的优势，正在扩大其市场份额。
当前的兼容可控硅调光器的线性恒流驱动方案，如图1所示，市电经可控硅调光器与整流桥DB1的输入端相连，整流桥DB1的输出端并联一负载电路；LED单元、LED电流源和电阻Rs串联后也并联在整流桥DB1的输出端；电阻Rs两端电压与基准电压Vs作为比较器COMP的输入端，比较器COMP的输出端连接到负载电路的控制端。
如图1a所示，LED单元内部包含一组LED，或者在一些场合，为平滑LED上的电流纹波，LED单元还包括一滤波电容C和一用于阻止电容C对外部电路放电的二极管D。
图1的工作波形如图2a或图2b，图2a的工作原理为：
在t0时刻，正弦波处于正负交越点，电压幅值为0，可控硅调光器因为电流方向正负交越而关断，整流电压VREC小于LED导通阈值，LED电流源电流为0，电阻Rs两端电压低于基准电压Vs，比较器COMP输出高电平，负载电路开启，流经市电或者整流桥的电流为可控硅调光器内部触发电路的漏电流，直至t1时刻。
在t1时刻，可控硅调光器导通，整流电压VREC仍小于LED导通阈值，LED电流源电流为0，电阻Rs两端电压低于基准电压Vs，比较器COMP输出高电平，负载电路开启，流经市电或者整流桥的电流为负载电路限制的电流值I2，直至t2时刻。
在t2时刻，整流电压VREC大于LED导通阈值，LED电流源使得电阻R1两端电压大于基准电压Vs，比较器COMP输出低电平，负载电路关断，流经市电或者整流桥的电流为LED电流源限制的电流值I1，直至t3时刻。
在t3时刻，整流电压VREC下降到小于LED导通阈值，LED电流源电流为0，电阻Rs两端电压低于基准电压Vs，比较器COMP输出高电平，负载电路开启，流经市电或者整流桥的电流为负载电路限制的电流值I2，直至t4时刻，正弦波处于正负交越点，新的工作周期开始。
图2b的工作原理为：
在t0时刻，正弦波处于正负交越点，电压幅值为0，可控硅调光器因为电流方向正负交越而关断，整流电压VREC小于LED导通阈值，LED电流源电流为0，电阻Rs两端电压低于基准电压Vs，比较器COMP输出高电平，负载电路开启，流经市电或者整流桥的电流为可控硅调光器内部触发电路的漏电流，直至t1，t2时刻。
在t1，t2时刻，可控硅调光器导通，整流电压VREC大于LED导通阈值，LED电流源使得电阻Rs两端电压大于基准电压Vs，比较器COMP输出低电平，负载电路关断，流经市电或者整流桥的电流为LED电流源限制的电流值I1，直至t3时刻。
在t3时刻，整流电压VREC下降到小于LED导通阈值，LED电流源电流为0，电阻Rs两端电压低于基准电压Vs，比较器COMP输出高电平，负载电路开启，流经市电或者整流桥的电流为负载电路限制的电流值I2，直至t4时刻，正弦波处于正负交越点，新的工作周期开始。
该方案的缺点是：从t3时刻开始，整流电压VREC幅值开始小于LED单元的阈值电压，流经市电的电流以较大斜率从I1迅速下降到I2，尤其是当LED单元内的LED两端并联电容(如图1a)以平滑LED电流波形时更是如此，这将导致可控硅内部的电气线路自谐振，谐振幅值过大时，会使可控硅调光器误关断，当谐振幅值处于临界状态时，可控硅调光器误关断将会无规律的随机发生，造成可控硅调光器对负载的控制失效，进一步地，会造成与可控硅调光器相连的LED闪烁。
因此，需要一种能够在上述时刻避免可控硅调光器误关断的线性LED驱动电路和方法，以改善线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种动态控制市电电流下降的线性恒流驱动电路和方法，有效地改善了线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，由市电供电，可控硅调光器串联于市电中，包括一整流桥、一LED单元和一组合电流源，其中，LED单元至少包含一组LED，组合电流源包含三个端子；LED单元的正极与整流桥的输出正极相连，负极与组合电流源的第三端相连，组合电流源的第一端连接到整流桥的正极，第二端与整流桥的负极相连。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：组合电流源包含LED电流源、动态电流源、电流检测电路和检流电阻；LED电流源限制流经LED单元的电流，一端与组合电流源的第三端相连，另一端经由检流电阻与组合电流源的第二端相连；动态电流源控制流经可控硅调光器的电流波形，一端与组合电流源的第一端相连，另一端连接到LED电流源与检流电阻的交汇处，动态电流源受控于电流检测电路；电流检测电路的输入信号来自于检流电阻的电压；动态电流源依据电流检测电路的控制，对应至少四个电流状态：电流截止、第一电流、第二电流和以设定斜率从第一电流下降到第二电流的电流过渡。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：检流电阻上的电流不小于第一电流时，动态电流源截止；当检流电阻上的电流小于第一电流时，动态电流源控制检流电阻上的电流以第一电流开始导通，经电流过渡后维持在第二电流，直到检流电阻上流过的电流大于第一电流。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一电流不大于LED电流源设定的电流值。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：电流检测电路包括比较器、第一信号基准和控制开关；比较器的反相输入端经由检流电阻连接到组合电流源的第二端，同相输入端连接到第一信号基准的正极，输出控制开关；控制开关的一端与动态电流源相连，另一端与第一基准信号的负极的正极相连；第一基准信号的负极连接到组合电流源的第二端。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：LED电流源包括第二晶体管、第二运放和第二基准信号；第二晶体管的门极与第二运放的输出相连，漏极连接到组合电流源的第三端，源极经由检流电阻连接到组合电流源的第二端；第二运放的同相输入端连接到第二基准信号的正极，反相输入端连接到第二晶体管的源极；第二基准信号的负极连接到组合电流源的第二端。
进一步，本发明提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，还可以具有这样的特征：LED单元还包含一储能电容和一二极管，储能电容与并联于LED两端，二极管的阴极与LED的阳极相连，二极管的阳极作为LED单元的正极，LED的阴极作为LED单元的负极。
另外，本发明还提供一种兼容可控硅调光器的LED驱动方法，动态电流源的电流受控于检流电阻上的电流值，当检流电阻上的电流不小于第一电流时，动态电流源截止；当检流电阻上的电流小于第一电流时，动态电流源导通，控制检流电阻上流过的电流以第一电流开始，经电流过渡后维持在第二电流，直到检流电阻上流过的电流大于第一电流。
由以上技术方案可见，本发明有效地控制了市电电流下降的斜率，避免了可控硅调光器自谐振造成的可控硅误关断现象，改善了线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
附图说明
图1为当前的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路图。
图1a为改善LED电流纹波的LED单元电路图。
图2a为当前的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路的一种波形图。
图2b为当前的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路的一种波形图。
图3为本发明提出的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路框图。
图4为本发明提出的组合电流源的电路框图。
图5为实施例一的组合电流源的电路图。
图6a为本发明提出的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路的一种波形图。
图6b为本发明提出的兼容可控硅调光器的线性恒流LED驱动电路的一种波形图。
图7为实施例二的组合电流源的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例而非全部。
实施例一
如图3所示，一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，由市电供电，可控硅调光器串联于市电中，包括一整流桥DB、一LED单元和一组合电流源。组合电流源包含三个端子。LED单元的正极与整流桥的输出正极相连，负极与组合电流源的第三端相连，组合电流源的第一端连接到整流桥的正极，第二端与整流桥的负极相连。
如图1a所示，LED单元至少包含一组LED、一储能电容和一二极管。储能电容与并联于LED两端，二极管的阴极与LED的阳极相连，二极管的阳极作为LED单元的正极，LED的阴极作为LED单元的负极。
如图4所示，组合电流源包含LED电流源、动态电流源、电流检测电路和检流电阻。
LED电流源限制流经LED单元的电流，一端与组合电流源的第三端相连，另一端经由检流电阻与组合电流源的第二端相连。
动态电流源控制流经可控硅调光器的电流波形，一端与组合电流源的第一端相连，另一端连接到LED电流源与检流电阻的交汇处，动态电流源受控于电流检测电路；电流检测电路的输入信号来自于检流电阻的电压。
动态电流源依据电流检测电路的控制，对应至少四个电流状态：电流截止、第一电流、第二电流和以设定斜率从第一电流下降到第二电流的电流过渡。
检流电阻上的电流不小于第一电流时，动态电流源截止；当检流电阻上的电流小于第一电流时，动态电流源导通，控制检流电阻上流过的电流以第一电流开始，经电流过渡后维持在第二电流，直到检流电阻上流过的电流大于第一电流。第一电流不大于LED电流源设定的电流值。
如图5所示，电流检测电路包括比较器COMP1-1、第一信号基准V1-1和开关S1-1。LED电流源包括第二晶体管Q2-1、第二运放EA2-1和第二基准信号V2-1。LED电流源和检测电阻Rn-1，限制组合电流源第三端的电流值。动态电流源包括第三晶体管Q3-1、第三运放EA3-1、第一电阻R1、第二电阻R2-1和第二电容C2-1，控制流经检流电阻Rn-1上的电流值。
第二晶体管Q2-1的门极与第二运放EA2-1的输出相连，漏极连接到组合电流源的第三端，源极经由检流电阻Rn-1连接到组合电流源的第二端；第二运放EA2-1的同相输入端连接到第二基准信号V2-1的正极，反相输入端连接到第二晶体管Q2-1的源极。
第三晶体管Q3-1的门极与第三运放EA3-1的输出相连，漏极连接到组合电流源的第一端，源极经由第二电阻R2-1连接到检流电阻Rn-1和第二晶体管Q3-1的交汇处；第二电容C2-1并联在第二电阻R2-1两端；第三运放EA3-1的反相输入端连接到第三晶体管Q3-1的源极，同相输入端经由开关S1-1连接到第一信号基准V1-1的正极。比较器COMP1-1的反相输入端连接到第二运放EA2-1的反相输入端，同相输入端连接到第一信号基准V1-1的正极，输出控制开关S1-1。
第一电阻R1的一端与第三运放EA3-1的同相输入端相连，另一端与第一基准信号V1-1和第二基准信号V2-1的负极均连接到组合电流源的第二端。
在不同的时刻，动态电流源分别处于不同的状态，分别是：电流截止、第一电流、第二电流和从第一电流下降到第二电流的电流过渡。
当整流电压大于LED单元的电压时，LED电流源导通，检流电阻Rn-1的电流为:
I1＝V2-1/Rn-1；
设定第二信号基准V2-1不小于第一信号基准V1-1，则此时检流电阻Rn-1上的电压不小于第一信号基准V1-1的电压，比较器COMP1-1的输出控制开关S1-1断开，第三运放EA3-1同相输入端的电压为零，动态电流源处于电流截止状态；
当整流电压小于LED单元的电压时，检流电阻Rn-1上的电压小于第一信号基准V1-1的电压，比较器COMP1-1的输出控制开关S1-1导通，第三运放EA3-1同相输入端的电压为第一信号基准V1-1，动态电流源上流过的电流由第一信号基准V1-1，检流电阻Rn-1、电阻R2-1、电容C2-1和第二晶体管Q2-1源极电流共同决定，初时，电容C2-1的两端电压为零，动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流处于第一电流状态，第一电流为：
I(t3)＝V1-1/Rn-1；
随后，动态电流源进入电流过渡状态，C2-1上的电压逐渐升高，动态电流源的电流逐渐下降，直至动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流处于第二电流状态，第二电流为：
I2＝V1-1/(R2-1+Rn-1)
动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流从第一电流下降到第二电流的斜率由电容C2-1的容量设定。
图6a和图6b为图5实施例的波形图。与图2a和图2b的区别是，
在t3时刻,整流电压VREC幅值开始小于LED单元的阈值电压，流经市电的电流以设定斜率从I1下降到I2，直至t3’时刻，稳定在I2，有效地控制了市电电流下降的斜率，可以避免可控硅调光器自谐振造成的可控硅误关断现象，改善了线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
实施例二
实施例二中，除了组合电流源中动态电流源的电路结构与实施一不同，其他电路结构和工作原理相同，不再重复叙述。
如图4所示，本实施例中组合电流源同样包含LED电流源、动态电流源、电流检测电路和检流电阻，具体结构如下：
如图7所示，电流检测电路包括比较器COMP1-2、第一信号基准V1-2和开关S1-2。LED电流源包括第二晶体管Q2-2、第二运放EA2-2和第二基准信号V2-2。LED电流源和检测电阻Rn-2，限制组合电流源第三端的电流值。。动态电流源包括第三晶体管Q3-2、第三运放EA3-2、第三信号基准3-2、第二电阻R2-1和第二电容C2-2，控制流经检流电阻Rn-2上的电流值。
第二晶体管Q2-2的门极与第二运放EA2-2的输出相连，漏极连接到组合电流源的第三端，源极经由检流电阻Rn-2连接到组合电流源的第二端；第二运放EA2-2的同相输入端连接到第二基准信号V2-2的正极，反相输入端连接到第二晶体管Q2-2的源极。
第三晶体管Q3-2的门极与第三运放EA3-2的输出相连，漏极连接到组合电流源的第一端，源极连接到检流电阻Rn-2和第三晶体管Q3-2的交汇处。第三运放EA3-2的反相输入端连接到第三晶体管Q3-2的源极，同相输入端经由开关S1-2连接到第一信号基准V1-2的正极。比较器COMP1-2的同相输入端连接到第二运放EA2-2的反相输入端，反相输入端连接到第一信号基准V1-2的正极，输出控制开关S1-2。
第二电阻R2-2一端与第三运放Q3-2的同相输出端相连，另一端与第三基准信号V3-2的正极相连。
第一基准信号V1-2、第二基准信号V2-2和第三基准信号V3-2的负极均连接到组合电流源的第二端。第二电容C2-2的一端与第三晶体管Q3-2的同相输出端相连，另一端与第三基准信号V3-2的负极相连。
在不同的时刻，动态电流源分别处于不同的状态，分别是：电流截止、第一电流、第二电流和从第一电流下降到第二电流的电流过渡。
当整流电压大于LED单元的电压时，LED电流源导通，检流电阻Rn-2的电流为:
I1＝V2-2/Rn-2；
设定第二信号基准V2-2不小于第一信号基准V1-2，则此时比较器COMP1-2的输出控制开关S1-2导通，第三运放EA3-2同相输入端的电压为V1-2，反相输入端的电压为V2-2，第三运放EA3-2控制第三晶体管Q3-2截止；动态电流源处于电流截止状态。
当整流电压小于LED单元的电压时，检流电阻Rn-2上的电压小于第一信号基准V1-2的电压，比较器COMP1-2的输出控制开关S1-2断开，第三运放EA3-2同相输入端的电压为电容C2-2两端的电压，，初时，该电压等于第一信号基准V1-2，动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流处于第一电流状态，第一电流为：
I(t3)＝V1-2/Rn-2；
随后，动态电流源进入电流过渡状态，C2-2上的电荷逐渐释放，动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流逐渐下降，直至动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流处于第二电流状态，第二电流为：
I2＝V3-2/Rn-2
动态电流源控制检流电阻Rn-1上的电流从第一电流下降到第二电流的斜率由电容C2-2的容量设定。
图6a和图6b为本实施例的波形图。与图2a和图2b的区别是，
在t3时刻,整流电压VREC幅值开始小于LED单元的阈值电压，流经市电的电流以设定斜率从I1下降到I2，直至t3’时刻，稳定在I2，有效地控制了市电电流下降的斜率，可以避免可控硅调光器自谐振造成的可控硅误关断现象，改善了线性LED驱动方案在配合可控硅调光器供电应用中的兼容问题。
上述实施例是为了说明而不是限制本发明，在不脱离所附权利要求的保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本发明要求保护的范围内。词语“包含”或“包括”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同元件或步骤的存在，元件“一”或“一个”不排除多个元件的存在，在列举几种电路的权利要求中，这些电路中的几个可以由一个来表现，电子器件项也是同样，仅仅因为某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。
Claims (8)
1.一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，由市电供电，所述可控硅调光器串联于市电中，其特征在于：
包括一整流桥、一LED单元和一组合电流源，其中，所述LED单元至少包含一组LED，所述组合电流源包含三个端子；
所述LED单元的正极与所述整流桥的输出正极相连，负极与所述组合电流源的第三端相连，所述组合电流源的第一端连接到所述整流桥的正极，第二端与所述整流桥的负极相连。
2.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：
所述组合电流源包含LED电流源、动态电流源、电流检测电路和检流电阻；
LED电流源限制流经所述LED单元的电流，一端与组合电流源的第三端相连，另一端经由所述检流电阻与所述组合电流源的第二端相连；
所述动态电流源控制流经所述可控硅调光器的电流波形，一端与所述组合电流源的第一端相连，另一端连接到所述LED电流源与所述检流电阻的交汇处，所述动态电流源受控于所述电流检测电路；所述电流检测电路的输入信号来自于所述检流电阻的电压；
所述动态电流源依据所述电流检测电路的控制，对应至少四个电流状态：电流截止、第一电流、第二电流和以设定斜率从所述第一电流下降到所述第二电流的电流过渡。
3.根据权利要求2所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：所述检流电阻上的电流不小于所述第一电流时，所述动态电流源截止；当所述检流电阻上的电流小于所述第一电流时，所述动态电流源控制所述检流电阻上的电流以所述第一电流开始导通，经所述电流过渡后维持在所述第二电流，直到所述检流电阻上流过的电流大于所述第一电流。
4.根据权利要求2或3所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：所述第一电流不大于所述LED电流源设定的电流值。
5.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：所述电流检测电路包括比较器、第一信号基准和开关；比较器的反相输入端经由检流电阻连接到所述组合电流源的第二端，同相输入端连接到第一信号基准的正极，输出控制所述开关；所述开关的一端与所述动态电流源相连，另一端与所述第一基准信号的正极相连；第一基准信号的负极连接到所述组合电流源的第二端。
6.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：所述LED电流源包括第二晶体管、第二运放和第二基准信号；所述第二晶体管的门极与第二运放的输出相连，漏极连接到所述组合电流源的第三端，源极经由检流电阻连接到所述组合电流源的第二端；第二运放的同相输入端连接到第二基准信号的正极，反相输入端连接到第二晶体管的源极；第二基准信号的负极连接到所述组合电流源的第二端。
7.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于：所述LED单元还包含一储能电容和一二极管，所述储能电容与并联于LED两端，所述二极管的阴极与所述LED的阳极相连，所述二极管的阳极作为LED单元的正极，所述LED的阴极作为LED单元的负极。
8.一种利用权利要求2所述的兼容可控硅调光器的LED驱动方法，其特征在于：所述动态电流源的电流受控于所述检流电阻上的电流值，当所述检流电阻上的电流不小于所述第一电流时，所述动态电流源截止；当所述检流电阻上的电流小于第一电流时，所述动态电流源导通，控制所述检流电阻上流过的电流以所述第一电流开始，经所述电流过渡后维持在所述第二电流，直到所述检流电阻上流过的电流大于所述第一电流。
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