CN105979630B

CN105979630B - Led驱动电路

Info

Publication number: CN105979630B
Application number: CN201610406886.9A
Authority: CN
Inventors: 查振旭; 张军明; 白浪; 黄必亮; 任远程; 周逊伟
Original assignee: Joulwatt Technology Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Joulwatt Technology Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: CN105979630A

Abstract

本发明公开了一种LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电；所述的输入电压与LED负载两端电压的压差小于阈值电压时，则调节流经LED负载的电流为第一电流，输入电压与LED负载两端电压的压差大于阈值电压时，则调节流经LED负载的电流为第二电流，所述的第一电流大于所述的第二电流。本发明降低了线性调节管的功耗，提高了系统效率。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种LED驱动电路。

背景技术

现有技术的线性LED驱动电路，包括整流电路、线性调节管和用于控制线性调节管的控制电路。如图1所示，交流输入电压经过由D1-D4组成的整流桥得到整流后的电压VIN，电压VIN和地之间接LED负载和线性调节管M01，所述的LED负载和线性调节管M01串联，线性调节管M01的源极和地之间连接输出电流采样电阻R01。所述控制电路包括运放U01，运放U01通过调节线性调节管M01的栅极电压，使得Iout*R01的平均值等于参考电压VREF，从而实现输出恒流。

电压VIN、LED两端电压VLED和输出电流波形如图2所示，电压VIN为正弦波状，在工频周期内，越靠近电压VIN波形的峰值位置，电压VIN与LED负载两端电压VLED之压差就越大。线性调节管M01上的功耗为(VIN-VLED)*Iout，即当电压VIN比LED两端电压VLED大越多，则线性调节管M01上的功耗越大，系统效率就越低，进而影响系统可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降低线性调节管功耗的LED驱动电路，用以解决现有技术存在的线性调节管上的功耗大，系统效率低的技术问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，

所述的输入电压与LED负载两端电压的压差小于阈值电压时，则调节流经LED负载的电流为第一电流，所述的输入电压与LED负载两端电压的压差大于阈值电压时，则调节流经LED负载的电流为第二电流，所述的第一电流大于所述的第二电流。

优选地，采样电阻采样流经LED负载的电流，得到表征输出电流的第一电压采样信号；所述的控制电路，接收所述的第一电压采样信号，所述的第一电压采样信号与表征参考输出电流的第一参考信号进行误差处理，得到补偿信号；根据所述的补偿信号，以调节所述的线性调节管使得LED负载的平均输出电流趋于恒定。

优选地，所述的控制电路包括第一级控制电路和第二级控制电路，所述的第一级控制电路接收所述第一电压采样信号与所述第一参考信号，输出所述补偿信号；所述的第二级控制电路接收所述的补偿信号，所述的第二级控制电路根据所述的补偿信号，以调节第一电流的持续时间和第二电流的持续时间，第二级控制电路的输出端与线性调节管的控制端连接。

优选地，所述的第一级电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的两个输入端分别接收所述第一电压采样信号与所述第一参考信号，第一运算放大器的输出端输出所述补偿信号。

优选地，在所述的第一运算放大器的输出端连接有滤波电路，以滤除工频纹波。

优选地，所述的第二级控制电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的第一端接收所述的第一电压采样信号；当所述的输入电压与LED负载两端电压的压差小于阈值电压时，所述第二运算放大器的第二端接收表征第一电流的第二参考信号，当所述的输入电压与LED负载两端电压的压差大于阈值电压时，所述第二运算放大器的第二端接收表征第二电流的第三参考信号。

优选地，所述的控制电路还包括逻辑电路，所述的逻辑电路接收所述的补偿信号，所述的逻辑电路根据所述的补偿信号判断第一电压采样信号与所述第一参考信号的大小；当第一电压采样信号小于所述第一参考信号时，则延长第一电流的时间，缩短第二电流的时间，当第一电压采样信号大于所述第一参考信号时，则延长第二电流的时间，缩短第一电流的时间。

优选地，所述的逻辑电路包括计时电路，在半个工频周期内，自LED负载开始有电流流过时，所述计时电路开始计时工作，计时区间包括第一计时区间、第二计时区间和第三计时区间，所述的第一计时区间和第三计时区间流经负载的电流为第一电流，所述的第二计时区间流经负载的电流为第二电流。

优选地，所述的第一计时区间与第三计时区间成正比例关系。

优选地，所述的控制电路还包括比较电路和输入电压采样电路，所述的输入电压采样电路采样所述输入电压，得到第二电压采样信号，所述的比较电路的两个输入端分别接收所述的第二电压采样信号和所述补偿信号，所述的比较电路的输出端输出比较信号，根据所述的比较信号调节所述第一电流的持续时间和所述第二电流的持续时间。

优选地，当第二电压采样信号低于所述补偿信号时，则所述的第一电压采样信号以表征第一电流的第二参考信号为参考，使得流经负载的电流趋于第一电流；当第二电压采样信号高于所述补偿信号时，则所述的第一电压采样信号以表征第二电流的第三参考信号为参考，使得流经LED负载的电流趋于第二电流。

采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：本发明在保持输出电流恒流的前提下，输入电压和LED负载两端电压的压差的大小决定了线性调节管上的功耗，根据输入电压和LED负载两端电压的压差，当低于阈值电压时，则采用第一电流，当高于阈值电压时，则采用第二电流，所述的阈值电压可以进行预设，并施以自适应调节，也可以通过系统稳态来寻找。实现本发明之目的的方案可以不需要采样输入电压，设置了三个参考，分别为平均输出电流的参考、第一电流的参考和第二电流的参考，且通过两个运放实现了多级的反馈调节，从而实现在压差较大时负载的低瞬时电流，降低了线性调节管的功耗，提高了系统效率。

附图说明

图1为现有技术LED驱动电路的电路结构图；

图2为与图1对应的现有技术的工作波形图；

图3为本发明实施例一中LED驱动电路的电路结构图；

图4为本发明LED驱动电路的工作波形图；

图5为实施例二中LED驱动电路的电路结构图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的基本实现方案如下：本发明的LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，

基于上述基本实现方案，采用两个实施例予以详细说明。图3和图5分别示意图实施例一和二的电路结构，二者的主要区别在于：是否进行输入电压的采样，若进行输入电压采样则可省去逻辑电路中的计时电路。可根据使用场合来选用本发明之技术方案。总之，这两个实施例基于同一发明构思，但具体电路实现上有所不同。

参考图3所示，示意了无需进行输入电压采样的LED线性驱动电路，作为实施例一进行阐述。采样电阻R01采样输出电流，当输入电压VIN(由交流输入电源经整流桥整流后得到)和LED负载电压VLED之压差小于阈值电压时，采样电阻电压VS(即第一电压采样信号)的瞬时值等于第二参考信号VREF2，即I1*R01＝VREF2，其中I1为此时的LED输出电流；当输入电压VIN和LED负载电压VLED之压差大于阈值电压时，采样电阻电压VS的瞬时值等于第三参考信号VREF3，即I2*R01＝VREF3，其中I2为此时的LED输出电流。其中VREF3<VREF2，VREF3可以为0。输入电压VIN、LED电压VLED和输出电流波形如图4所示。

在输入电压VIN较低时的输出电流瞬时值大，输入电压VIN比VLED高一定值时，输出电流的瞬时值小，从而大大降低了线性功率管M01上的功耗，以提高系统效率。

所述的阈值电压可以预设，根据输入电压VIN的波形为半个正弦波，为中间大两边小，因此在与其波形对应的输出电流波形图中，两边工作于第一电流，中间工作于第二电流。根据采样电阻电压VS与第一参考信号VREF1大小，可以调节第一电流和第二电流持续的时长，在调节的过程中，实际上就改变了所述的阈值电压，因此阈值电压在电路工作过程中可变，在系统稳态后，则保持基本恒定。由此可见，阈值电压也可以不预设阈值电压，直接根据采样电阻电压VS与第一参考信号VREF1在运算放大器U11进行运算后的补偿信号VC，来逐步调节第一电流和第二电流的持续时间，形成三个工作区间，在两相邻工作区间的转换点处，便可知实际的阈值电压。当然，阈值电压还可以第一电流和第二电流的值有关。总之，虽在本发明方案中存在阈值电压，但在方案实施过程中，并不一定直接调节阈值电压，也可通过其他参数和系统稳态调节阈值电压。

两个实施例均采用两级分别调节平均输出电流和瞬时输出电流。在第一级中，采用第一控制电路，主要包括运算放大器U11，采样电阻R01采样输出电流，使得采样电阻上电压VS的平均值等于第一参考信号VREF1，所述的运算放大器U11分别接收VS和第一参考信号VREF1，从而实现输出恒流。当VS比VREF1大时，则运算放大器U11所输出的补偿信号VC减小；当VS比VREF1大时，则运算放大器U11所输出的补偿VC增加。VC到地可以接一电容，滤除工频纹波，也可以由逻辑电路U12进行数字的工频滤波。进行工频滤波后，VC的变化速度远低于工频。LED负载上并联电容C10，从而减小LED负载上的冲击电流。

在第二级中，通过第二控制电路，主要包括运算放大器U16(即第二运算放大器)，所述运算放大器U16的第一端接收所述的采样电阻电压VS；运算放大器U16的第二端接收表征第一电流的第二参考信号VREF2或者接收表征第二电流的第三参考信号VREF3，在输入电压与LED负载两端电压的压差较小时，则接收第二参考信号VREF2，以使流经LED负载的电流为第一电流，在输入电压与LED负载两端电压的压差较大时，则接收第三参考信号VREF2，以使流经LED负载的电流为第二电流，第二电流小于第一电流，从而降低系统功耗。

本实施例的控制电路还包括逻辑电路U12，U12可设置计时电路，对t1、t2、t3进行计时。逻辑电路根据VC的值来调整采样电压VS的瞬时参考电压VREF2和VREF3的时间，即调整逻辑电路输出为高电平和低电平的时间。当逻辑电路输出为高电平时，传输门U13导通，U14关断，运算放大器U16的参考电压为VREF2；当逻辑电路输出为低电平时，传输门U14导通，U13关断，运算放大器U16的参考电压为VREF3。VC增大，则逻辑电路输出高电平的时间增加，低电平的时间减小，即VS瞬时参考电压为VREF2的时间加长，为VREF3的时间缩短；VC减小，则逻辑电路输出高电平的时间减小，低电平的时间增加，即VS瞬时参考电压为VREF3的时间加长，为VREF2的时间缩短。

参考图4所示，示意了本发明实施例的工作波形图。在半个工频周期中，LED负载的瞬时工作电流分为三个工作区间：t1、t2、t3，由本发明的控制电路(主要由控制电路中的逻辑电路实现)对t1、t2、t3进行计时，当输出电流的平均值小于VREF1/R01时，则控制电路使得参考信号为VREF2的时间加长，VREF3的时间缩短，因此t1和t3(第一电流的工作时间)加长，t2(第二电流的工作时间)缩短，以保持输出恒流。当输出电流的平均值大于VREF1/R01时，则控制电路使得参考信号为VREF3的时间加长，VREF2的时间缩短，因此t1和t3缩短，t2加长。

参考图3和图4所示，对于工作区间的控制和调节，本实施例给出了更具体的如下实施方法：

当VIN小于VLED时，负载LED上没有电流，VSREF＝VREF2，逻辑电路中的计时电路不计时；当VIN大于VLED时，负载LED上有电流，在半个工频周期内，逻辑电路U12中的计时电路对该时间进行计时，该时间计时为T。由于t1和t3存在一定程度的对称性，则可控制t3＝k*t1，则逻辑电路通过VC来调节t1。即当VS比VREF1大时，则运算放大器U11的输出VC减小，则t1减小；当VS比VREF1小时，则运算放大器U11的输出VC增大，则t1增大。逻辑电路控制t2＝T-(1+k)t1，即控制VSREF＝VREF3的时间为T-(1+k)t1，则可实现t3＝k*t1。当k＝1时，则逻辑电路通过VC来调节t1，并控制t2＝T-2t1，则可实现t1＝t3。

参考图5所示，示意了需进行输入电压采样的LED线性驱动电路，作为实施例二进行阐述，实施例二中与实施例一相同的技术特征部分，可参照实施例一的相关描述，同时，对于实施例二的工作波形则参考图4。因此，对于图5所示的实施例二的内容，主要以阐述其不同于实施例一的部分。

分压电阻R21和R22组成分压采样电路，采样输入电压VIN，得到输入电压采样信号FB(即第二电压采样信号)。采样电阻R01采样输出电流，输出电流采样电压VS连接到运放U11的负输入端，运算放大器U11的正输入端连接第一参考电压VREF1。当VS比VREF1大时，则运算放大器U11的输出VC减小；当VS比VREF1小时，则运算放大器U11的输出VC增加。VC到地可以接一电容，滤除工频纹波，也可以由进行数字的工频滤波。进行工频滤波后，VC的变化速度远低于工频。

FB接到比较器U22的负输入端，VC接到比较器U22(作为比较电路)的正输入端。当FB电压低于VC时，比较器U22的输出为正，传输门U13导通，U14关断，VS的瞬时参考值为VREF2；当FB电压高于VC时，比较器U22的输出为正，传输门U14导通，U13关断，VS的瞬时参考值为VREF3。控制电路通过采样输出电流，来调节VC的值，使得在一定的VIN电压下，VS的瞬时参考值VREF2、VREF3进行切换，实现输出恒流。该方法需要采样输入电压VIN，相对不需要采样输入电压的方法来说，控制电路的外围电路会增加VIN采样元件R21和R22。

由于第一电流和第二电流的参考信号是预先设置的，即为固定的，就是通过第一电流和第二电流的切换点，来调整输出电流的大小。所以，在本实施例中，FB和VC比较，一般不能采用固定参考电压。若FB和固定的REF比，那么I1，I2中必须有个参数是可以调节的，否则没法实现恒流，这种方式也可以作为拓展的实施方式。在本实施例中，只需看输入电压，也就是FB电压，当输入电压大于一定值时，切换U16的参考电压(即VC)，具体切换的点由VC控制。VC的值会根据系统的输出电流，自动调整到合适的值。

在实施例二中，实际上将输入电压VIN与LED负载两端电压的压差和阈值电压的比较，转换为输入电压VIN与补偿信号VC的比较，作为第一电流和第二电流的切换点。

需要注意的是，本发明实施例中，虽然仅记载了输出恒流的情况，但是根据本发明的技术方案，还可以用于非恒流的电路当中，例如，系统中可以不加入运放U11，即电压VC为一固定电压，则在图3中逻辑电路U12为一固定输入，则在某一输入输出情况下，第一电流和第二电流的切换点和时间都固定，输出电流会随着输入电压的变化而变化；在图5中，比较器U22的正输入端电压固定，则在某一输入输出情况下，第一电流和第二电流的切换点和时间都固定，输出电流会随着输入电压的变化而变化。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：采样电阻采样流经LED负载的电流，得到表征输出电流的第一电压采样信号；所述的控制电路，接收所述的第一电压采样信号，所述的第一电压采样信号与表征参考输出电流的第一参考信号进行误差处理，得到补偿信号；根据所述的补偿信号，以调节所述的线性调节管使得LED负载的平均输出电流趋于恒定。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的控制电路包括第一级控制电路和第二级控制电路，所述的第一级控制电路接收所述第一电压采样信号与所述第一参考信号，输出所述补偿信号；所述的第二级控制电路接收所述的补偿信号，所述的第二级控制电路根据所述的补偿信号，以调节第一电流的持续时间和第二电流的持续时间，第二级控制电路的输出端与线性调节管的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的第一级控制电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的两个输入端分别接收所述第一电压采样信号与所述第一参考信号，第一运算放大器的输出端输出所述补偿信号。

5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于：在所述的第一运算放大器的输出端连接有滤波电路，以滤除工频纹波。

6.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的第二级控制电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的第一端接收所述的第一电压采样信号；当所述的输入电压与LED负载两端电压的压差小于所述阈值电压时，所述第二运算放大器的第二端接收表征第一电流的第二参考信号，当所述的输入电压与LED负载两端电压的压差大于所述阈值电压时，所述第二运算放大器的第二端接收表征第二电流的第三参考信号。

7.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的控制电路还包括逻辑电路，所述的逻辑电路接收所述的补偿信号，所述的逻辑电路根据所述的补偿信号判断第一电压采样信号与所述第一参考信号的大小；当第一电压采样信号小于所述第一参考信号时，则延长第一电流的时间，缩短第二电流的时间，当第一电压采样信号大于所述第一参考信号时，则延长第二电流的时间，缩短第一电流的时间。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的逻辑电路包括计时电路，在半个工频周期内，自LED负载开始有电流流过时，所述计时电路开始计时工作，计时区间包括第一计时区间、第二计时区间和第三计时区间，所述的第一计时区间和第三计时区间流经负载的电流为第一电流，所述的第二计时区间流经负载的电流为第二电流。

9.根据权利要求3、4、5或6任意一项所述的LED驱动电路，其特征在于：所述的控制电路还包括比较电路和输入电压采样电路，所述的输入电压采样电路采样所述输入电压，得到第二电压采样信号，所述的比较电路的两个输入端分别接收所述的第二电压采样信号和所述补偿信号，所述的比较电路的输出端输出比较信号，根据所述的比较信号调节所述第一电流的持续时间和所述第二电流的持续时间。

10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于：当第二电压采样信号低于所述补偿信号时，则所述的第一电压采样信号以表征第一电流的第二参考信号为参考，使得流经负载的电流趋于第一电流；当第二电压采样信号高于所述补偿信号时，则所述的第一电压采样信号以表征第二电流的第三参考信号为参考，使得流经LED负载的电流趋于第二电流。