CN106304512A - 一种用于可控硅调光的线性led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,本发明涉及LED驱动电路技术领域,解决现有技术在开启时刻的过冲闪烁和在临界电压达到时反复地切换通道造成的开关闪烁等技术问题。本发明主要包括电源、可控硅开关电路和整流桥,构成可控硅驱动电源电路;积分电路,包括电压值依次降低的电源电位点和取样电位点,整流桥输出端连接至电源电位点;驱动电路,包括开关控制处理电路,开关控制处理电路通过取样电位点电压控制驱动电路泄放通道的第一开关晶体管和驱动电路LED通道的第二开关晶体管导通或截止;所述的开关控制处理电路,包括滞回比较器,滞回比较器输入端连接至取样电位点;LED灯,其最高电位点连接整流桥输出端。本发明用于LED驱动电路设计。
Description
技术领域
本发明涉及LED驱动电路技术领域,具体涉及一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路。
背景技术
在LED线性驱动结构中,用于可控硅调光的电路常见如图12所示。可控硅泄放电路通常是一路单独的泄放电路,经由BLD通道泄放,而LED电流则经过另外一个通道。当可控硅开关打开后,由于母线电压上面的电压不够高,LED通道不能导通,此时BLD通道是导通的,用于提供可控硅开关的维持电流。随着可控硅开关的导通角增加,当母线电压足够高后,LED通道开始导通。IC内部一般会设置VREF1电压比VREF2电压低,因此当LED通道的电流足够大,CS电压比VREF1高后,BLD泄放通路将被动关闭,后续LED电流将由LED通道控制。
传统的用于可控硅调光的线性LED驱动结构,可控硅维持电流电路与LED恒流控制电路的切换,是通过母线电压的高低被动改变的,母线电压高于LED电压,LED通路自然开启,同时可控硅维持电流电路将被动关闭;母线电压低于LED电压,则LED通路自然关闭,同时可控硅维持电流电路将被动开启。
母线电压的波动,将很容易导致可控硅维持电流和LED恒流控制电路之间的反复开启/关闭,最终体现在LED灯上就会看到灯不稳定的现象,具体体现在当可控硅开关打开一瞬间,LED灯会瞬间亮下再灭掉,当旋转可控硅开关调光时,在LED稍微开启阶段,很容易出现LED灯闪烁。
用于可控硅调光的这种线性驱动结构,优点是线路简单,但有两处明显的缺点:
1)在可控硅开关打开的一瞬间,由于可控硅特性,母线电压上面会有一瞬间的过冲电压,而用于提供可控硅维持电流的BLD通道反应速度以及泄放能力的原因,导致能量不能及时泄放,此时LED通道会被动打开,LED开始发光。当能量被泄放完后,LED又会灭掉,BLD通道正常提供维持电流。这样会导致用户在开启的一瞬间,看到灯闪亮一下后又灭掉。
2)在可控硅调光过程中,当处于泄放通道BLD与LED通道转换过程中时,由于母线电压的不稳定,泄放通路和LED通道可能会反复开启关闭,会看到LED灯闪烁的现象。
用于可控硅调光的多段式线性驱动结构,也面临上述的同样问题。
发明内容
针对上述现有技术,本发明目的在于提供一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,解决现有技术在开启时刻的过冲闪烁和在临界电压达到时反复地切换通道造成的开关闪烁等技术问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,包括
电源、可控硅开关电路和整流桥,构成可控硅驱动电源电路;
积分电路,包括电压值依次降低的电源电位点和取样电位点,整流桥输出端连接至电源电位点;
驱动电路,包括开关控制处理电路,开关控制处理电路通过取样电位点电压控制驱动电路泄放通道的第一开关晶体管和驱动电路LED通道的第二开关晶体管导通或截止;
所述的开关控制处理电路,包括滞回比较器,滞回比较器输入端连接至取样电位点;
LED灯,其最高电位点连接整流桥输出端且由驱动电路的第二开关晶体管控制。
上述方案中,所述的积分电路,包括电压值依次降低的电源电位点、取样电位点和接地点,该三个电位点依次通过与整流桥输出端连接的分压电阻设置,取样电位点还连接有电容,电容另一端连接至接地点。
上述方案中,所述的第一开关晶体管或第二开关晶体管,选用NMOS场效应管,第二开关晶体管的漏极连接LED灯的最低电位点。
上述方案中,所述的驱动电路,其泄放通道或LED通道均包括一个运算放大器;
所述运算放大器的同相输入端分别设有不同参考电压,其反相输入端分别检测第一开关晶体管和第二开关晶体管的源极电压或者均检测第二开关晶体管的源极电压,且其输出端分别连接至第一开关晶体管的栅极和第二开关晶体管的栅极;
所述第一开关晶体管的漏极连接LED灯的最高电位点且其源极通过负载电阻接地,构成泄放通道;
所述的第二开关晶体管的源极也通过所述负载电阻或另一个负载电阻接地,构成LED通道。
上述方案中,所述的LED灯,采用LED灯串或LED阵列。
上述方案中,所述的驱动电路,还包括
第三开关晶体管,其漏极连接电压相对低于LED灯最高电位点电压且相对高于LED最低电位点电压的LED灯中间电位点,其源极通过所述负载电阻或独立的负载电阻接地;
中间级运算放大器,其输出端连接至所述第三开关晶体管的栅极,该中间级运算放大器的同相输入端设置有另一个参考电压,且反相输入端检测第二开关晶体管的源极电压或者检测第三开关晶体管的源极电压,所述第三开关晶体管和中间级运算放大器构成中间级泄放通道。
上述方案中,所述中间级泄放通道,包括至少两个中间级泄放通道,所述至少两个中间级泄放通道,与第二开关晶体管、第二开关晶体管所连接的运算放大器共同构成LED恒流控制电路。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
由于采样积分电路的存在,可控硅开启瞬间的上冲毛刺电压将被有效滤掉,积分后的电压LN仍将比较低,控制电路只会让可控硅维持电流电路导通,而LED电路始终处于关闭状态,不会看到开启一瞬间的闪亮现象;
当可控硅旋转到LED通路开启的边界时,由于开关控制处理电路有滞回比较,LED灯的开启点和关闭点是不同的,这样也就避免了在切换过程中可能出现的反复开关现象(灯闪烁现象),在开启时刻的过冲闪烁和在临界电压达到时反复地切换通道造成的开关闪烁;
本发明将使LED驱动电路在没有增加线路的复杂度情况下,实现优异的可控硅调光效果,可控硅开启及调光过程中,LED灯没有闪烁现象,调光效果将更平缓。
附图说明
图1为本发明的基本电路原理示意图;
图2为本发明实施例中的积分电路示意图;
图3为本发明实施例中的另一种积分电路示意图;
图4为本发明实施例中多中间级的驱动电路模块示意图;
图5为本发明实施例中多个负载电阻的驱动电路模块示意图;
图6为本发明实施例中对应LED灯串的多中间级的驱动电路模块示意图;
图7为本发明实施例中单中间级的驱动电路模块示意图;
图8为本发明不同电位点电压变化示意图;
图9为对应图7实施例中本发明电路中电压变化示意图;
图10为对应图7实施例中本发明电路的中间级泄放通道工作时电流方向;
图11为对应图7实施例中本发明电路的LED通道工作时电流方向;
图12为现有技术示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明:
实施例1
本发明所采用的主体电路包括母线电压采样积分电路、母线电压信号处理电路、可控硅维持电流电路、LED恒流控制电路。
如图1所示,R1/R2/C1组成母线电压采样积分电路。该电路主要功能是将母线电压分压后,通过RC积分,得到一个平稳的直流电压送入LN端,信号LN将会用于控制可控硅维持电流电路与LED恒流控制电路的切换控制。采用积分电路的好处是可以有效避免可控硅开启一瞬间的上冲电压导致的LED灯误开启,容易看到灯闪亮现象。同时在调光过程中,如果没有积分电路的处理,LED灯也会出现闪烁不稳的现象。
积分电路也可以采用如下图2、图3的实现方式,应用线路将更简化。图2的积分电路在IC内部实现,通过R1/R2电阻取样的信号,在IC内部积分处理成直流信号再使用。图3的积分电路是把取样电阻R1/R2也省略掉,因为BLD端也是母线电压,IC内部将对此电压处理采样积分,得到一个直流电压LN再使用。
经过积分处理的信号LN,送入开关控制处理电路中。该模块主要是将LN信号与内部参考电压作比较,以决定BLD和LED通路的开启/关闭。当采样积分电压LN低于参考电压VREF时,信号CTR0将BLD通路开启,可控硅维持电流由BLD通路提供。此时信号CTR1将LED通道关闭,LED不导通,即使母线电压有瞬间较高的电压,LED也不会出现瞬间点亮现象。当采样积分电压LN电压高于参考电压VREF时,信号CTR0将BLD通路关闭,信号CTR1将LED通路开启,LED灯开启。采样积分电压LN与参考电压VREF的比较可采用滞回比较器实现,可有效避免因干扰信号造成的BLD通道与LED通道频繁开启/关闭现象,进而避免LED灯闪烁现象。
当LED通道有n个时,开关控制处理电路将LN与多个参考电压VREFn比较,产生多个控制信号CTRn。如图4所示,VREF1~VREFn电压依次升高,当LN电压低于VREF1时,控制信号CTR0将BLD通道开启,CTR1~CTRn将LED1~LEDn关闭。当LN电压高于VREF1而低于VREF2时,CTR0将BLD通道关闭,CTR1将LED1通道开启,CTR2~CTRn将LED2~LEDn关闭。随着LN电压升高,LED各通道将依次开启。BLD通道与LED1~LEDn通道,当其中一个导通开启时,其它通道均关闭,不存在两个通道同时开启现象。LN电压由高到低变化时,各通道开启/关闭顺序则刚好相反。
可控硅维持电流电路由NMOS0/OPAMP0/RCS组成,内部参考电压VCS0与外部取样电阻RCS决定可控硅维持电流值大小,IBLD=VCS0/RCS。通常可控硅维持电流的设置电阻可以与LED电流设置电阻共用,也可以单独使用设置电阻,如图5所示。其参考电压VCS0可以比LED参考电压高,也可以低。
LED恒流控制电路由NMOS1/OPAMP1/RCS组成,内部参考电压VCS1与外部取样电阻RCS决定LED电流值大小,ILED=VCS1/RCS。当LED通路是多路时,如图6所示,各段LED电流值由各段OPAMP的参考电压决定,通常参考电压VCS1~VCSn的设定由小到大。
以图7一个实际应用为例,该电路用于可控硅调光,LED驱动结构是2段线性驱动。本发明的核心组成部分为母线电压采样积分电路、开关控制处理电路、可控硅维持电流电路、LED恒流控制电路。
母线电压采样积分电路由R1/R2/C1组成,R1/R2分压电阻将母线电压分压得到一个适合IC处理的低压信号LN。经过可控硅开关的母线电压信号是削减了一定相位角的AC信号,需要经过C1滤波后,得到一个比较平稳的直流信号LN。LN的幅值大小,代表了经过可控硅后母线电压的相位角大小。图8所示为110V/AC应用,经过采样积分电路后得到一个LN电压的波形。图2/图3采样积分电路,同样为得到一个低压直流信号LN,具体实施过程将不再叙述。
得到的低压直流信号LN,经过开关控制处理电路,与内部参考电压VREF1/VREF2作比较,进而得到控制信号CTR0/CTR1/CTR2去控制NMOS0/NMOS1/NMOS2的状态。在开关控制处理电路中,VREF1/VREF2可在IC内部预先设定好,VREF1<VREF2。当可控硅刚开始开启时,由于导通角比较小,传递过来的能量比较少,母线电压的幅值也比较小。经过积分后的电压LN也是比较低的,此时LN电压小于VREF1电压。输出逻辑控制信号CTR0将使可控硅维持电流电路保持工作,NMOS0导通,受控的维持电流将使可控硅保持正常的导通状态。同时,CTR1/CTR2将使LED恒流控制电路关闭,NMOS1/NMOS2都处于关闭状态。在此情况下,即使可控硅开启瞬间有上冲电压,LED灯也不会瞬间开启,有效的避免了可控硅开启瞬间闪灯现象。随着可控硅导通角的增加,LN电压也会升高。当LN电压高于VREF1后,同时LN仍低于VREF2。在此状态下,CTR0将改变状态,进而可控硅维持电流电路关闭,NMOS0关闭。同时,CTR1也改变状态,使LED1通道工作,第一段LED将导通。而此时CTR2仍将控制LED2通道处于关闭状态。当可控硅导通角继续增加,LN电压继续升高,高于VREF2后,CTR1状态改变,使LED通道关闭。同时,CTR2状态也改变,使LED2通道工作,第一段LED和第二段LED通过LED2通道保持开启状态。上述过程是从可控硅开启到旋转到最大导通角过程中,开关控制处理的逻辑变化过程。当可控硅由最大导通角逐渐回旋减小时,变化过程将刚好反过来。LN与VREF1/VREF2的比较将采用滞回比较器,因此在LN降低过程中,比较点将略低于LN上升过程的比较点。R1/R2/C1的采样积分电路,将有效滤除杂波信号,同时开关控制处理电路中的滞回比较,进一步避免了杂波引起的CTRx的逻辑反复变化。这样的处理,可以有效避免在调光过程中,处于通道切换临界时,容易出现的闪烁现象。图9将展示可控硅调光由最小角到最大角以及回旋的过程中,电路的控制变化过程。
可控硅维持电流由OPAMP0/NMOS0/RCS电路控制,当OPAMP正常工作后,通过OPAMP的负反馈控制,流经NMOS的维持电流IBLD=VCS0/RCS。在可控硅导通角比较小,母线电压不够高时,通过此电路来提供给可控硅维持电流,以保证可控硅能够正常工作。此电路的开启与关闭,由CTR0决定。
LED恒流控制电路由OPAMP1/NMOS1/OPAMP2/NMOS2/RCS组成,对于单段线性应用,只需一组OPAMP与NMOS的组合,如果需要N段,则需要N组。在此电路只展示2段LED应用,当LED1通道导通时,电流从母线正极经过第一组LED到LED1通道,如图10所示红线路径,LED的电流ILED=VCS1/RCS。当LED2通道导通时,电流从母线正极经过第一组LED到第二组LED再到LED2通道,如图11所示蓝线路径,LED的电流ILED=VCS2/RCS。为得到较好的功率因素和THD,通常VCS1<VCS2。LED的电流经过OPAMP的控制后,恒流稳定性较好,只要满足NMOS工作在饱和区,LED的电流不随母线电压变化而变化。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本发明领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,包括
电源、可控硅开关电路和整流桥,构成可控硅驱动电源电路;
积分电路,包括电压值依次降低的电源电位点和取样电位点,整流桥输出端连接至电源电位点;
驱动电路,包括开关控制处理电路,开关控制处理电路通过取样电位点电压控制驱动电路泄放通道的第一开关晶体管和驱动电路LED通道的第二开关晶体管导通或截止;
所述的开关控制处理电路,包括滞回比较器,滞回比较器输入端连接至取样电位点;
LED灯,其最高电位点连接整流桥输出端且由驱动电路的第二开关晶体管控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述的积分电路,包括电压值依次降低的电源电位点、取样电位点和接地点,该三个电位点依次通过与整流桥输出端连接的分压电阻设置,取样电位点还连接有电容,电容另一端连接至接地点。
3.根据权利要求1所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述的第一开关晶体管或第二开关晶体管,选用NMOS场效应管,第二开关晶体管的漏极连接LED灯的最低电位点。
4.根据权利要求3所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述的驱动电路,其泄放通道或LED通道均包括一个运算放大器;
所述运算放大器的同相输入端分别设有不同参考电压,其反相输入端分别检测第一开关晶体管和第二开关晶体管的源极电压或者均检测第二开关晶体管的源极电压,且其输出端分别连接至第一开关晶体管的栅极和第二开关晶体管的栅极;
所述第一开关晶体管的漏极连接LED灯的最高电位点且其源极通过负载电阻接地,构成泄放通道;
所述的第二开关晶体管的源极也通过所述负载电阻或另一个负载电阻接地,构成LED通道。
5.根据权利要求4中任意一项权利要求所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述的LED灯,采用LED灯串或LED阵列。
6.根据权利要求5所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述的驱动电路,还包括
第三开关晶体管,其漏极连接电压相对低于LED灯最高电位点电压且相对高于LED最低电位点电压的LED灯中间电位点,其源极通过所述负载电阻或独立的负载电阻接地;
中间级运算放大器,其输出端连接至所述第三开关晶体管的栅极,该中间级运算放大器的同相输入端设置有另一个参考电压,且反相输入端检测第二开关晶体管的源极电压或者检测第三开关晶体管的源极电压,所述第三开关晶体管和中间级运算放大器构成中间级泄放通道。
7.根据权利要求6所述的一种用于可控硅调光的线性LED驱动电路,其特征在于,所述中间级泄放通道,包括至少两个中间级泄放通道,所述至少两个中间级泄放通道,与第二开关晶体管、第二开关晶体管所连接的运算放大器共同构成LED恒流控制电路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180330 Termination date: 20201103 |