CN105992425B - 一种led驱动电路及led驱动器的电流输出控制方法 - Google Patents

Abstract

一种LED驱动电路及LED驱动器的电流输出控制方法，包括一个用于输出方波电压的半桥开关模块，一个与该半桥开关模块电性连接的串并联谐振模块，一个与该串并联谐振模块耦合的以输出直流电流的整流滤波模块，以及一个与半桥开关模块电性连接以用于控制电压输出而改变整流滤波模块的电流输出的控制模块。所述半桥开关模块将直流电压转变为幅值与该直流电压值相同的方波电压。所述串并联谐振模块将方波电压转变为正弦波以使得该正弦波电流有效值跟随方波电压的幅值线性变化。所述整流滤波模块将正弦波电压转变为直流电流以输出给LED负载。本发明LED驱动电路能够通过调节控制模块输出的电压而线性调节输出的直流电流，从而实现更高精度的对LED负载实现调光。

Description

一种LED驱动电路及LED驱动器的电流输出控制方法

技术领域

本发明涉及LED电源电路，特别是一种LED驱动电路及LED驱动器的电流输出控制方法。

背景技术

相比传统照明灯具，LED灯具具有节能环保等优点，因而LED灯具在居家照明和商业照明领域都取得极大发展。由于LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的发光特性，使得LED灯具需要在恒流或恒压环境中工作，因而对LED驱动电源的需求也与日俱增。随着照明需求的不断拓展，市场中产生了对LED灯具的亮度、颜色等参数进行调节以获得较佳照明感受的要求。因而，也就要求LED驱动电源具备相应的调光功能。由于基于LCC串并联谐振拓扑结构，LED驱动电源不需要变压器具有储能的功能，只需要变压器具有转换能量的功能，此时变压器尺寸较小，从而可以减小LED驱动电源的尺寸而具有更好地适应各种安装环境的能力。

如图1，其为现有技术中提供的一种LED驱动电源电路。该种LED驱动电源电路一般采用调节LCC串并联谐振电路的工作频率，以使得该LED驱动电源实现调节输出电流的功能。但是，该种调节频率方式只适用于在谐振频率附近较小频率范围内，而且此种调节方式频率与输出电流没有线性对应关系导致了调节精度不高而影响了LED负载的照明效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够通过改变电压而线性调节输出电流的LED驱动电路及LED驱动器的电流输出控制方法，以解决上述技术问题。

一种LED驱动电路，包括一个用于输出方波电压的半桥开关模块，一个与该半桥开关模块电性连接的串并联谐振模块，一个与该串并联谐振模块耦合的整流滤波模块，以及一个与所述整流滤波模块电性连接以用于控制电压输出而改变所述整流滤波模块的电流输出的控制模块。该控制模块包括一个与所述半桥开关模块电性连接以输出直流电压给该半桥开关模块的芯片控制单元，以及一个与该芯片控制单元电性连接以输出电压反馈信号的可调电阻反馈单元。所述芯片控制单元根据所述电压反馈信号而改变所述直流电压输出。所述可调电阻反馈单元用于改变分压以输出电压反馈信号给所述芯片控制单元。所述半桥开关模块将所述直流电压转变为幅值与该直流电压值相同的方波电压。所述串并联谐振模块将所述方波电压转变为正弦波电压且使得该正弦波电压的电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化。所述整流滤波模块将所述正弦波电压转变为直流电流以驱动LED负载。

一种LED驱动器的电流输出控制方法，包括如下步骤：提供一个用于控制直流电压输出的控制模块，该控制模块包括一个芯片控制单元，以及一个可调电阻反馈单元，改变所述可调电阻反馈单元的阻值而使得分压改变以输出电压反馈信号给所述芯片控制单元，所述芯片控制单元改变直流电压输出；

提供一个半桥开关模块，该半桥开关模块将所述直流电压转变为幅值与该直流电压值相同的方波电压以输出；

提供一个串并联谐振模块，该串并联谐振模块将所述方波电压转变为电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化的正弦波电压；

提供一个整流滤波模块，该整流滤波模块将所述正弦波电压转变为直流电流以驱动LED负载。

与现有技术相比，本发明LED驱动电路的半桥开关模块输出方波电压的幅值与所述控制模块输出的直流电压值相同，而所述串并联谐振模块将方波电压转变为电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化的正弦波电压，因而通过调节所述控制模块输出的直流电压值就能实现对所述整流滤波模块输出的直流电流的线性调节。因而，本发明LED驱动电路只要改变一个所述直流电压值就能线性对应一个所述直流电压值，具有较高的电流调节精度且调节范围较大。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为现有技术中的一种基于LCC串并联谐振拓扑结构的LED驱动电路的电路图。

图2为本发明提供的一种LED驱动电路的原理图。

图3为图2的LED驱动电路的电路图。

图4为图3的LED驱动电路的串并联谐振模块的简化图。

图5为图2的LED驱动电路的波形变化示意图。

图6为本发明提供的一种LED驱动器的电流控制方法的步骤图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

请参阅图2及图3，其为本发明提供的一种LED驱动电路100的原理图，包括一个半桥开关模块10，一个与该半桥开关模块10电性连接的串并联谐振模块20，一个与该串并联谐振模块20耦合的变压器30，一个与该串并联谐振模块30电性连接的整流滤波模块40，以及一个与所述半桥开关模块10电性连接的控制模块50。

请一并参阅图5，所述半桥开关模块10用于输出方波电压。所述半桥开关模块10包括两个并联的开关管Q3和Q2。所述开关管可以为三极管或MOS管(Metal-Oxide-semiconductor，金属氧化物半导体场效应管)。进一步地，所述三极管可以为NPN型三极管。所述MOS管可以为N沟道增强型MOS管。所述半桥开关模块10输出的方波电压的占空比为0.5，且该方波电压的幅值为V_dc。在本实施例中，所述控制模块50的芯片控制单元51为所述半桥开关模块10提供占空比信号。所述方波电压的幅值与所述控制模块50输出的直流电压值V_in相同。

请一并参阅图5，所述串并联谐振模块20与所述半桥开关模块10的输出端电性连接。所述串并联谐振模块20用于将所述半桥开关模块10输出的所述方波电压转变为正弦波电压且使得该正弦波电压的电流有效值跟随所述方波电压的幅值V_dc而线性变化。可以想到的是，所述串并联谐振模块20包括一个串联谐振电感Vs，一个串联谐振电容C_S，以及一个并联谐振电容C_P。对串并联谐振模块进行等效，

所述方波电压进行傅里叶变化，得到：因为，所述串并联谐振模块20的谐振腔的带宽很窄以使得基波通过。上式(1)可以简化为:

将电路图简化为如图4，令负载R_ac上的电流为I_O，计算负载R_ac和所述并联谐振电容C_P并联支路的等效阻抗R_//，得到：

根据电抗关系和电流电压方程，可以得到：其中X为交流支路中的等效电抗。

令根据上式(4)整理最终得到：

根据上式(5)，所述串并联谐振模块20发生谐振时，增益为实数，i_o和v_s同相位，此时即系统的自然谐振点。

此时，得到带入增益方程，得到：

将增益方程做另外的处理，得到：

可以看到，当增益时一个与R_ac无关的值。

此时，可以得到将等式带入增益方程，得到：G_iv＝jwC_P， (8)

也就是说，恒流点发生在谐振频率为L_s，C_P，C_S串联的固有频率时，此时无论回路Q值为多少，系统在负载端始终能得到恒定的电流增益。

在所述变压器30的输出端，可以得到:

上式中所述变压器30的匝数比为N，所述方波电压的幅值V_dc，所述串并联谐振模块20中的并联谐振电容值为C_P。由上式可以看出，改变工作频率和改变电压都能直接影响输出电流。但是，当工作频率改变时，上式不能成立。由此，可以看出所述正弦波电压的电流有效值跟随所述方波电压的幅值V_dc而线性变化，有利于提高电流输出调节精度。

请参阅图2、图3及图5，所述变压器30与所述串并联谐振模块20耦合，以用于改变该所述正弦波电压的峰值Vout。在本实施例中，所述变压器30的初级与次级的匝数比为N。在本实施例中，所述变压器30不要反激并储能，只需要进行能量转换，因而可以减小体积以缩减该变压器30的尺寸，以使得所述LED驱动电路100具有更大的设计空间。所述变压器30的规格、参数都为现有技术，在此就不再赘述。

所述整流滤波模块40与所述串并联谐振模块20耦合连接。在本实施例中，所述整流滤波模块40与所述变压器30的输出端耦合。所述整流滤波模块40可以包括一个用于将所述正弦波电压进行整流以输出脉动直流的整流单元，以及一个将脉动直流进行滤波以输出直流电流的滤波单元。所述整流单元可以采用四个二极管D11、D12、D13、D14组成的整流桥进行整流。所述滤波单元可以采用电感L5和电容C25组成的LC滤波电路进行滤波。所述整流滤波模块40的元器件选择及线路设置都为本领域技术人员所习知的技术，且不为本发明重点，在此就不再赘述。

请继续参阅图2、图3及图5，所述控制模块50与所述半桥开关模块10电性连接以用于控制电压输出而改变所述整流滤波模块40的电流输出。所述控制模块50包括一个与所述半桥开关模块10电性连接以输出直流电压V_in给该半桥开关模块10的芯片控制单元51，以及一个与该芯片控制单元52电性连接以输出电压反馈信号的可调电阻反馈单元52。所述芯片控制单元51根据所述电压反馈信号而改变所述直流电压输出。所述芯片控制单元51可以包括一个功率因数校正芯片N1，以及受该功率因数校正芯片N1控制的BOOST升压电路。所述芯片控制单元51采用BOOST升压电路的方式以在改变所述直流电压V_in输出时并进行功率因数校正。由于提高功率因数为本领域技术人员所习知的技术，且不为本发明重点，在此就不再赘述。在本实施例中，所述功率因数校正芯片的型号可以为IRS2548，以实现改变电压并控制所述半桥开关模块10的通断。所述可调电阻反馈单元52用于改变阻值而改变分压以输出所述电压反馈信号给所述芯片控制单元51。所述可调电阻反馈单元52包括至少一个限流电阻，至少两个并联之后再与所述限流电阻串联的采样电阻以及一个分别与该两个采样电阻串联的拨码开关。所述限流电阻用于降低电压以使得所述采样电阻上的分压符合所述功率因数校正芯片N1的采样要求。在本实施例中，所述限流电阻采用两个电阻R12、R13串联。所述拨码开关CN3用于通断所述两个采样电阻R47、R48与所述限流电阻之间的串并联连接关系而改变输出给所述芯片控制单元51的反馈电压。可以想到的是，所述拨码开关CN3可以多键以控制对应多个采样电阻的通断。在本实施例中，所述拨码开关CN3为至少为两键以分别对应控制所述至少两个采样电阻R47、R48的通断。可以想到的是，所述拨码开关CN3的控制方式有四种，因而可以使得所述控制模块50能够输出四种不同电压，进而使得所述整流滤波模块30输出四种线性对应的直流电流。所述可调电阻反馈单元52还可以包括一个电位器，从而可以实现连续线性调节输出的直流电流。

在本实施例中，所述控制模块50调节电压的原理如下：所述芯片控制单元51与所述采样电阻并联以采集该采样电阻的电压反馈信号，且预设一个固定电压值的比较电压信号，譬如1.5V的比较电压信号。人为调节拨码开关CN3，以改变该两个采样电阻R47、R48与所述限流电阻R12、R13之间的串并联连接关系而改变阻值。因而，所述拨码开关CN3通断而改变阻值，进而改变电压反馈信号时。所述电压反馈信号大于所述比较电压信号的电压值时，所述芯片控制单元51降低输出直流电压V_in直到所述电压反馈信号与所述比较电压信号相等时输出恒定直流电压V_in；所述电压反馈信号小于所述比较电压信号的电压值时，所述芯片控制单元51升高输出直流电压V_in直到所述电压反馈信号与所述比较电压信号相等时输出恒定直流电压V_in。因而，所述控制模块50调节电压不需要所述整流滤波模块40输出电流的进行反馈而形成一个开环控制，从而精简了布图设计并节约了成本。

所述LED驱动器的电流输出控制方法，其步骤如下：

S101：提供一个用于控制直流电压V_in输出的控制模块50，该控制模块50包括一个芯片控制单元51，以及一个可调电阻反馈单元52。改变所述可调电阻反馈单元52的阻值以使得分压改变以输出电压反馈信号给所述芯片控制单元52。所述芯片控制单元52改变直流电压V_in输出；

S102：提供一个半桥开关模块10，该半桥开关模块10将所述直流电压V_in转变为幅值与所述直流电压值V_in相同的方波电压；

S103：提供一个串并联谐振模块20，该串并联谐振模块20将所述方波电压转变为电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化的正弦波电压；

S104：提供一个整流滤波模块30，该整流滤波模块30将所述正弦波电压转变为直流电流以驱动LED负载工作。

进一步地，在步骤S101中，所述可调电阻反馈单元52包括至少一个限流电阻，至少两个相互并联之后再与该限流电阻串联的采样电阻，以及一个分别与所述采样电阻电性连接的拨码开关。通断所述拨码开关以调节阻值而改变分压以产生相应的电压反馈信号。

更进一步地，所述控制模块50调节直流电压值V_in与所述串并联谐振模块输出的正弦波电压的电流有效值之间的线性对应关系为：其中f为所述方波电压的频率，C_p为所述串并联谐振模块中的并联谐振电容值，N为变压器的匝数比。所述方波电压的幅值V_dc与所述控制模块50输出的直流电压值V_in相同，结合前述公式推导可以得出在此就不再赘述。

与现有技术相比，本发明LED驱动电路100的半桥开关模块10输出方波电压的幅值V_dc与所述控制模块50输出的直流电压值V_in相同，而所述串并联谐振模块20将方波电压转变为电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化的正弦波电压，因而通过调节所述控制模块10输出的直流电压值V_in就能实现对所述整流滤波模块输出的直流电流I_O的线性调节。因而，本发明LED驱动电路100只要改变一个所述直流电压值V_in就能线性对应一个所述直流电压值I_O，从而具有较高的电流调节精度且调节范围较大。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路，包括一个用于输出方波电压的半桥开关模块，一个与该半桥开关模块电性连接的串并联谐振模块，以及一个与该串并联谐振模块耦合的整流滤波模块，其特征在于：所述LED驱动电路还包括一个与所述半桥开关模块电性连接以用于控制电压输出而改变所述整流滤波模块的电流输出的控制模块，该控制模块包括一个与所述半桥开关模块电性连接以输出直流电压给该半桥开关模块的芯片控制单元，以及一个与该芯片控制单元电性连接以输出电压反馈信号的可调电阻反馈单元，所述芯片控制单元根据所述电压反馈信号而改变直流电压以输出给所述半桥开关模块，所述可调电阻反馈单元用于改变阻值而改变分压以输出所述电压反馈信号，所述半桥开关模块将所述直流电压转变为幅值与该直流电压值相同的方波电压，所述串并联谐振模块将所述方波电压转变为正弦波电压且使得该正弦波电压的电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化，所述整流滤波模块将所述正弦波电压转变为直流电流以输出给LED负载。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述可调电阻反馈单元包括至少一个限流电阻，至少两个相互并联之后再与所述限流电阻串联的采样电阻，以及一个分别与该采样电阻串联的拨码开关，所述至少两个采样电阻与所述芯片控制单元并联，所述拨码开关用于通断所述采样电阻以改变采样电阻与所述限流电阻之间的串并联关系而改变输出给所述芯片控制单元的所述电压反馈信号，或所述可调电阻反馈单元包括一个电位器。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述LED驱动电路还包括一个连接在所述串并联谐振模块和所述整流滤波模块之间且匝数比为N的变压器，该变压器用于改变所述半桥开关模块输出的所述正弦波电压的峰值。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述变压器输出的电流有效值为:

其中所述方波电压的频率为f，该方波电压的幅值为V_dc，所述串并联谐振模块中的并联谐振电容为C_p，变压器的匝数比为N。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述芯片控制单元包括一个功率因数校正芯片，及与该功率因数校正芯片配合的BOOST升压电路。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述半桥开关模块包括两个并联的开关管。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于：所述开关管为三极管或MOS管。

8.一种LED驱动器的电流输出控制方法，其特征在于：提供一个用于控制直流电压输出的控制模块，该控制模块包括一个芯片控制单元和一个可调电阻反馈单元，改变所述可调电阻反馈单元的阻值以使得分压改变以输出电压反馈信号给所述芯片控制单元，该芯片控制单元根据所述电压反馈信号而改变直流电压以输出；

提供一个半桥开关模块，该半桥开关模块将所述直流电压转变为幅值与该直流电压值相同的方波电压；

提供一个串并联谐振模块，该串并联谐振模块将所述方波电压转变为电流有效值跟随所述方波电压的幅值而线性变化的正弦波电压；

提供一个整流滤波模块，该整流滤波模块将所述正弦波电压转变为直流电流以驱动LED负载工作。

9.根据权利要求8所述的LED驱动器电流输出控制方法，其特征在于：所述可调电阻反馈单元包括至少一个限流电阻，至少两个相互并联之后再与该限流电阻串联的采样电阻，以及一个分别与所述采样电阻电性连接的拨码开关，通断所述拨码开关以调节阻值而改变分压以产生相应的电压反馈信号。

10.根据权利要求8所述的LED驱动器电流输出控制方法，其特征在于：所述控制模块调节直流电压值V_in与所述串并联谐振模块输出的正弦波电压的电流有效值之间的线性对应关系为：

其中f为所述方波电压的频率，C_p为所述串并联谐振模块中的并联谐振电容，N为变压器的匝数比。