CN105307312B - 一种高功率因子的线性led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于:所述高功率因子的线性LED驱动电路包括4个N型高压管,5个电阻,1个齐纳二极管,3个高压发光二极管,2个比较器,1个跨导运算放大器,1个控制逻辑电路及其电路连接结构,其中第二N型高压管MN2‑第四N型高压管MN4、第一比较器、第二比较器和跨导运算放大器依据输入电压的高低来进行控制第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的发光与不发光,第一N型高压管MN1设置在集成在LED驱动电路内部的高压启动电路。本发明提高了照明系统的PFC因子,减少了照明系统对电网的污染,提高了照明系统的可靠性,节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明驱动电路的技术领域,具体来说是一种高功率因子的线性LED驱动电路,主要应用于3W到18W功率范围内的景观照明,室内照明等半导体照明驱动的技术。
背景技术
LED光源是第四代照明光源,具有节能、环保、安全、寿命长等优点,已广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。随着成本的逐渐降低LED照明将逐渐取代传统照明成为照明的主流灯具。目前LED照明方案主要通过整流器与电力网相接,在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网,成为电力公害,而且方案复杂,可靠性差。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种提高照明系统的PFC因子,减少照明系统对电网的污染,同时降低成本,提高照明系统的可靠性,节能环保的高功率因子的线性LED驱动电路。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于:所述高功率因子的线性LED驱动电路包括三个N型高压管,即第二N型高压管MN2、N型高压管MN3、N型高压管MN4,第二N型高压管MN2的栅极、第三N型高压管MN3的栅极、第一比较器COMP1的输出端、第二比较器COMP2的输出端与控制逻辑电路Control Logic连接,第二N型高压管MN2的漏极与第一发光二极管L1的阴极、第二发光二极管L2的阳极连接;第二N型高压管MN2的源极与电阻R3的一端连接,电阻R3的另一端与地GND连接;第三N型高压管MN3的漏极与第二发光二极管L2的阴极、第三发光二极管L3的阳极连接,第三N型高压管MN3的源极、电阻R4的一端与第一比较器COMP1的反向输入端连接,电阻R4的另一端与地GND连接;第四N型高压管MN4的漏极与第三发光二极管L3的阴极连接;第四N型高压管MN4的源极、电阻R5的一端、一跨导运算放大器OTA的反向输入端、第二比较器COMP2的反向输入端连接,第四N型高压管MN4的栅极与跨导运算放大器OTA的输出端连接,跨导运算放大器OTA的正向输入端与基准电压Vref1连接,第一比较器COMP1的正向输入端、第二比较器COMP2的正向输入端与基准电压Vref2连接,电阻R5的另一端与地GND连接,所述三个N型高压管、第一比较器、第二比较器和跨导运算放大器依据输入电压的高低来进行控制第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的发光与不发光。
当输入电压低压时,电流从N型高压管MN2和电阻R3流走,此时只有第一发光二极管L1发光,当输入电压升高时,有一部分电流从N型高压管MN3和电阻R4流走;当该电流增大到一定程度时,通过第一比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN2关断,所有电流从N型高压管MN3和电阻R4流走,第一发光二极管和第二发光二极管发光;当输入电压继续升高,有一部分电流从N型高压管MN4和电阻R5流走,当该电流增大到一定程度时,通过第二比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN3关断,所有电流从第四N型高压管MN4和电阻R5流走,第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管都发光;当输入电压再增大时,通过跨导运算放大器的钳位作用,从N型高压管MN4和电阻R5流走的电流恒定,当输入电压HV_IN由高变低时,从第四N型高压管MN4和电阻R5流走的电流开始减小,再通过第二比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN3打开,第三发光二极管不发光;当输入电压继续变低时,通过第一比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN2打开,第二发光二极管不发光,只有第一发光二极管发光。根据权利要求1或2所述高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于,所述跨导运算放大器包括5个P型MOS管,4个N型MOS管,其连接方式为:第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;第二P型MOS管MP2的漏极与第一N型MOS管MN1的漏极、第一N型MOS管MN1的栅极、第三N型MOS管MN3的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极与第二N型MOS管MN2的漏极、第二N型MOS管MN2的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极连接;第四P型MOS管MP4的栅极、第四P型MOS管MP4的漏极、第五P型MOS管MP5的栅极与第三N型MOS管MN3的漏极连接;第五P型MOS管MP5的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该跨导运算放大器的输出端口Vout连接;第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb连接;第二P型MOS管MP2的栅极与该跨导运算放大器的同向输入端口VP连接;第三P型MOS管MP3的栅极与该跨导运算放大器的反向输入端口VN连接。第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接。第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、第三N型MOS管MN3的源极、第四N型MOS管MN4的源极与地GND连接。
所述比较器包括1个电流漏,5个P型MOS管和3个N型MOS管,其连接方式为:第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极均与第一P型MOS管MP1的栅极连接;第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;该运算放大器的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接;该运算放大器的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接;第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS管MN1的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极与第二N型MOS管MN2的栅极连接;第四P型MOS管MP4的漏极、第二N型MOS管MN2的漏极与运放的输出端Vout连接。第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接。第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接。
所述高功率因子的线性LED驱动电路还包括集成在一起的高压启动电路,高压启动电路包括第一N型高压管MN1和二极管D0,第一N型高压管MN1的栅极、电阻R1的一端与二极管D0的阴极连接,第一N型高压管MN1的源极、阻R2的一端与输出端口VDD连接,第一N型高压管MN1的漏极、电阻R1的另一端、第一发光二极管L1的阳极与电源HV_IN连接,第零二极管D0的阳极、电阻R2的另一端与地GND连接。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1)本发明所述高压启动的在线线性LED驱动电路,为分段线性恒流技术,将照明系统的工作电流与线电压呈分段线性变化,从而提高了照明系统的功率因子PFC,本发明中同时提供了高于0.95的PFC因子,大于功率因子指标PFC的节能的指标值即功率因子PFC之0.7,故可以起到有效的节能效果,而且减少了照明系统对电网的污染。
2)本发明同时内部集成高压启动电路,大大减小了系统的器件开销。
总之,本发明系统方案简单,可靠性高,可大大降低了系统的成本,而且降低了照明系统对电网的污染,提高了照明系统的可靠性,节能环保。
附图说明
图1为本发明高功率因子的线性LED驱动电路的电路结构图;
图2为本发明跨导运算放大器电路的电路结构图结构图;
图3为本发明比较器电路的电路结构图结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细描述。
如图1所示,本发明LED照明驱动电路,包括4个N型高压管,5个电阻,1个齐纳二极管,3个高压发光二极管,2个比较器,1个跨导运算放大器,1个控制逻辑电路,发光二极管的个数也可以根据实际情况进行设计。
第一N型高压管MN1的基极、电阻R1的一端与第零二极管D0的阴极连接;第一N型高压管MN1的源极、电阻R2一端与输出端口VDD连接;第二N型高压管MN2的栅极、第三N型高压管MN3的栅极、第一比较器COMP1的输出端、第二比较器COMP2的输出端与控制逻辑电路Control Logic连接;第二N型高压管MN2的漏极与第一发光二极管L1的阴极、第二发光二极管L2的阳极连接;第二N型高压管MN2的源极与电阻R3的一端连接;第三N型高压管MN3的漏极与第二发光二极管L2的阴极、第三发光二极管L3的阳极连接;第三N型高压管MN3的源极、电阻R4的一端与第一比较器COMP1的反向输入端连接;第四N型高压管MN4的漏极与第三发光二极管L3的阴极连接;第四N型高压管MN4的源极、电阻R5的一端、跨导运算放大器OTA的反向输入端、第二比较器COMP2的反向输入端连接;第四N型高压管MN4的栅极与跨导运算放大器OTA的输出端连接;跨导运算放大器OTA的正向输入端与基准电压Vref1连接;第一比较器COMP1的正向输入端、第二比较器COMP2的正向输入端与基准电压Vref2连接。
图1中的高压启动电路,包括第一N型高压管MN1和二极管D0,第一N型高压管MN1的基极、电阻R1的一端与二极管D0的阴极连接,第一N型高压管MN1的源极、阻R2的一端与输出端口VDD连接,第一N型高压管MN1的基极、电阻R1的一端以及第零二极管D0的阴极连接,第一N型高压管MN1的源极、电阻R2一端以及输出端口VDD连接,第一N型高压管MN1的漏极、电阻R1的另一端、第一发光二极管L1的阳极与电源HV_IN连接,第零二极管D0的阳极、电阻R2的另一端与地GND连接。
下面是控制原理:在本发明采用分段线性恒流技术,分为三段,从成本以及综合性方面考虑,设计为三段,当然如果不计成本,也可以多段设计,以满足其它方面的需求,如四段、五段等等。
该电路左边部分为HV Start-up电路,其将高压输入HV_IN转换为低压电源VDD;在右边部分中,三个高压管初始状态都为导通状态,当输入电压HV_IN较低时,电流从第二N型高压管MN2和电阻R3流走,此时只有第一发光二极管L1发光;当输入电压HV_IN升高时,有一部分电流从第三N型高压管MN3和电阻R4流走,当该电流增大到一定程度时,通过第一比较器COMP1和逻辑控制电路Control Logic将第二N型高压管MN2关断,所有电流从第三N型高压管MN3和电阻R4流走,第一发光二极管L1和第二发光二极管L2发光;当输入电压HV_IN继续升高,有一部分电流从第四N型高压管MN4和电阻R5流走,当该电流增大到一定程度时,通过第二比较器COMP2和逻辑控制电路Control Logic将第三N型高压管MN3关断,所有电流从第四N型高压管MN4和电阻R5流走,第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和第三发光二极管L3都发光;当输入电压HV_IN再增大时,通过跨导运算放大器OTA的钳位作用,从第四N型高压管MN4和电阻R5流走的电流恒定。当输入电压HV_IN由高变低时,从第四N型高压管MN4和电阻R5流走的电流开始减小,再通过第二比较器COMP2和逻辑控制电路Control Logic将第三N型高压管MN3打开,第三发光二极管L3不发光;当输入电压HV_IN继续变低时,通过第一比较器COMP1和逻辑控制电路Control Logic将第二N型高压管MN2打开,第二发光二极管L2不发光,只有第一发光二极管L1发光。
综上所述,随着输入电压HV_IN的变化,重复上述工作过程,最后得到一个跟随输入电压线性变化的驱动电流。可见本发明通过分段线性恒流技术,将照明系统的工作电流与线电压分段线性变化,通过本设计调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿,从而达到较高的功率因子,即提高照明系统的PFC因子,达到节能,减少照明系统对电网的污染的效果,同时内部集成高压启动电路,大大减小了系统的器件开销,降低了方案成本提高了照明系统的可靠性。
如图2所示,本发明跨导运算放大器,包括5个P型MOS管,4个N型MOS管,其连接方式为:第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;第二P型MOS管MP2的漏极与第一N型MOS管MN1的漏极、第一N型MOS管MN1的栅极、第三N型MOS管MN3的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极与第二N型MOS管MN2的漏极、第二N型MOS管MN2的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极连接;第四P型MOS管MP4的栅极、第四P型MOS管MP4的漏极、第五P型MOS管MP5的栅极与第三N型MOS管MN3的漏极连接;第五P型MOS管MP5的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该跨导运算放大器的输出端口Vout连接;第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb连接;第二P型MOS管MP2的栅极与该跨导运算放大器的同向输入端口VP连接;第三P型MOS管MP3的栅极与该跨导运算放大器的反向输入端口VN连接。第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接。第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、第三N型MOS管MN3的源极、第四N型MOS管MN4的源极与地GND连接。
如图3所示,本发明比较器,包括1个电流漏,5个P型MOS管和3个N型MOS管,其连接方式为:第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极均与第一P型MOS管MP1的栅极连接;第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;该运算放大器的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接;该运算放大器的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接;第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS管MN1的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极与第二N型MOS管MN2的栅极连接;第四P型MOS管MP4的漏极、第二N型MOS管MN2的漏极与运放的输出端Vout连接。第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接。第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接。
以上是对本发明的具体说明,本方案不仅仅局限在以上实施例中,针对在本方案发明构思下所做的任何改变都将落入本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于:所述高功率因子的线性LED驱动电路包括三个N型高压管,即第二N型高压管MN2、N型高压管MN3、N型高压管MN4,
第二N型高压管MN2的栅极、第三N型高压管MN3的栅极、第一比较器COMP1的输出端、第二比较器COMP2的输出端与控制逻辑电路Control Logic连接,第二N型高压管MN2的漏极与第一发光二极管L1的阴极、第二发光二极管L2的阳极连接;第二N型高压管MN2的源极与电阻R3的一端连接,电阻R3的另一端与地GND连接;
第三N型高压管MN3的漏极与第二发光二极管L2的阴极、第三发光二极管L3的阳极连接,第三N型高压管MN3的源极、电阻R4的一端与第一比较器COMP1的反向输入端连接,电阻R4的另一端与地GND连接;
第四N型高压管MN4的漏极与第三发光二极管L3的阴极连接;第四N型高压管MN4的源极、电阻R5的一端、一跨导运算放大器OTA的反向输入端、第二比较器COMP2的反向输入端连接,第四N型高压管MN4的栅极与跨导运算放大器OTA的输出端连接,跨导运算放大器OTA的正向输入端与基准电压Vref1连接,第一比较器COMP1的正向输入端、第二比较器COMP2的正向输入端与基准电压Vref2连接,电阻R5的另一端与地GND连接,
所述三个N型高压管、第一比较器、第二比较器和跨导运算放大器依据输入工作电流与线电压的分段线性变化来进行控制第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的发光与不发光。
2.根据权利要求1所述高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于:当输入电压低压时,电流从N型高压管MN2和电阻R3流走,此时只有第一发光二极管L1发光,当输入电压升高时,有一部分电流从N型高压管MN3和电阻R4流走;当该电流增大到一定程度时,通过第一比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN2关断,所有电流从N型高压管MN3和电阻R4流走,第一发光二极管和第二发光二极管发光;当输入电压继续升高,有一部分电流从N型高压管MN4和电阻R5流走,当该电流增大到一定程度时,通过第二比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN3关断,所有电流从第四N型高压管MN4和电阻R5流走,第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管都发光;当输入电压再增大时,通过跨导运算放大器的钳位作用,从N型高压管MN4和电阻R5流走的电流恒定,当输入电压HV_IN由高变低时,从第四N型高压管MN4和电阻R5流走的电流开始减小,再通过第二比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN3打开,第三发光二极管不发光;当输入电压继续变低时,通过第一比较器和逻辑控制电路将N型高压管MN2打开,第二发光二极管不发光,只有第一发光二极管发光。
3.根据权利要求1或2所述高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于,所述跨导运算放大器包括5个P型MOS管,4个N型MOS管,其连接方式为:第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;第二P型MOS管MP2的漏极与第一N型MOS管MN1的漏极、第一N型MOS管MN1的栅极、第三N型MOS管MN3的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极与第二N型MOS管MN2的漏极、第二N型MOS管MN2的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极连接;第四P型MOS管MP4的栅极、第四P型MOS管MP4的漏极、第五P型MOS管MP5的栅极与第三N型MOS管MN3的漏极连接;第五P型MOS管MP5的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该跨导运算放大器的输出端口Vout连接;第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb连接;第二P型MOS管MP2的栅极与该跨导运算放大器的同向输入端口VP连接;第三P型MOS管MP3的栅极与该跨导运算放大器的反向输入端口VN连接。第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接。第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、第三N型MOS管MN3的源极、第四N型MOS管MN4的源极与地GND连接。
4.根据权利要求1或2所述高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于,所述比较器包括1个电流漏,5个P型MOS管和3个N型MOS管,其连接方式为:第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极均与第一P型MOS管MP1的栅极连接;第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接;该运算放大器的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接;该运算放大器的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接;第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS 管MN1的栅极连接;第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极与第二N型MOS管MN2的栅极连接;第四P型MOS管MP4的漏极、第二N型MOS管MN2的漏极与运放的输出端Vout连接。第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接;第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接。
5.根据权利要求1或2所述高功率因子的线性LED驱动电路,其特征在于所述高功率因子的线性LED驱动电路还包括集成在所述LED驱动电路内部的高压启动电路,高压启动电路包括第一N型高压管MN1和二极管D0,第一N型高压管MN1的栅极、电阻R1的一端与二极管D0的阴极连接,第一N型高压管MN1的源极、电 阻R2的一端与输出端口VDD连接,第一N型高压管MN1的漏极、电阻R1的另一端、第一发光二极管L1的阳极与电源HV_IN连接,第零二极管D0的阳极、电阻R2的另一端与地GND连接。
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