CN106954293A - 高效率的可控硅调光线性led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，包括，包括，可控硅调光器、整流桥、二极管、LED负载、第一驱动电路、第二驱动电路、反馈回路；输入交流电压通过可控硅调光器后，接入整流桥的输入端；整流桥的输出端与二极管、LED负载串联后，与第一驱动电路相连；第一驱动电路调制LED负载的输出电路；第一驱动电路通过反馈回路与第二驱动电路连接；第二驱动电路给可控硅调光器提供电流；第二驱动电路具有第一偏置电阻和第二偏置电阻；反馈回路通过第二驱动电路与整流桥的输出端相连。其优点在于通过调整线性调光方案控制模式，可以使整机效率大幅提高。

Description

高效率的可控硅调光线性LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种线性LED驱动电路，特别涉及一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路。

背景技术

近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。在一些应用中，希望在某些情况下可调节灯光的亮度，以便进一步节能和提供舒适的照明。可控硅调光器在传统的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可控硅调光器的性能和规格相差不大。

现今由于LED照明的飞速发展，原来几十瓦的白炽灯，可在直接用几瓦的LED球泡灯替代了，这样就可以节约大量的能源。白炽灯的调光方式很多采用可控硅调光器进行切相调光。传统白炽灯由于是一纯阻性负载，所以可以直接用可控硅调光器对其进行切相调光。由于传统白炽灯多为几十至几百瓦，可控硅调光器的设计都是以此为负载而设计的。但如果用这种可控硅调光器直接对几瓦的LED灯进行调光，由于LED灯不是纯电阻负载，所以会带来严重的闪烁等问题。

根据LED的负载特性，需要有一种可控恒流源来控制。高频开关电源做恒流控制是一种常见的办法。但性能提高的同时，成本也大大增加。

与高频开关电源相比，线性高压方案的优点主要有：1)省去了输入电解电容，电解电容寿命是电源寿命的瓶颈，省去了电解电容，驱动电源寿命就延长了。2)电路工作在工频线性模式，而不是工作在高频模式，省去了高频电感，不存在EMI的问题，省去了EMC电路。3)省去了高频电感等外围元件，进一步降低了成本。

线性高压驱动方案，是一条不容忽视的重要选择。主要特点是线路简单，只需很少的外围元件就可以实现较好的恒流调光特性。相比于开关电源省略电感、输入电容等器件，适用于体积、成本要求苛刻的非隔离兼容可控硅调光器的LED恒流驱动电源系统。在降成本的同时，提供了系统可靠性，延长了电源的寿命，而且实现较高的PF。同时由于线路不工作在高频开关状态，也就省略了解决EMI问题的线路。这符合了LED驱动电源简单化的趋势，将日益为市场所接受。

相比于开关调光方案，线性方案器件少，体积小，成本低，所以在MR16，GU10，或者E12，E26灯头小尺寸应用中普遍采用。另外，线性方案调光兼容性高，调光范围更宽，光色变化更加柔和等特点也开始广泛应用于球泡，灯具等。目前线性调光方案唯一问题是整机效率普遍较低，这势必要求提高线性芯片散热条件，增加成本，以及不能满足一些光效的硬性指标。

发明内容

本发明的提供的一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，通过调整线性调光方案控制模式，可以使整机效率大幅提高，以克服上述现有技术的缺陷,从而解决上述问题。

本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，包括，包括，可控硅调光器、整流桥、二极管、LED负载、第一驱动电路、第二驱动电路、反馈回路；输入交流电压通过可控硅调光器后，接入整流桥的输入端；整流桥的输出端与二极管、LED负载串联后，与第一驱动电路相连；第一驱动电路调制LED负载的输出电路；第一驱动电路通过反馈回路与第二驱动电路连接；第二驱动电路给可控硅调光器提供电流；第二驱动电路具有第一偏置电阻和第二偏置电阻；反馈回路通过第二驱动电路与整流桥的输出端相连。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：反馈回路包括，维持电流设定电阻和第二电容；维持电流设定电阻的两端分别与第一驱动电路、第二驱动电路连接；第一偏置电阻与第二偏置电阻串联；第一偏置电阻的另一端与整流桥的输出端相连；第二偏置电阻的另一端与维持电流设定电阻与第二驱动电路的连接点相连；第二电容与维持电流设定电阻并联。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：还第二驱动电路包括，第二功率管和第二运算放大器；第二运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端通过第一偏置电阻与整流桥输出端相连；第二功率管的第一端与第二运算放大器的输出端相连；第二端与整流桥的输出端相连；第三端通过第二偏置电阻与第二运算放大器的反相输入端相连，第三端还通过维持电流设定电阻与第一驱动电路相连。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第二功率管为场效应管，第一端为栅极，第二端为漏极，第三端为源极。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一驱动电路包括，第一场功率管、第一运算放大器和输出电流设定电阻；第一运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端通过维持电流设定电阻与第二驱动电阻相连；第一功率管的第一端与第一运算放大器的输出端相连；第二端与LED负载相连；第三端与第一运算放大器的反相输入端相连；输出电流设定电阻的一端与第一功率管的第三端相连，另一端接地。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一功率管为场效应管，第一端为栅极，第二端为漏极，第三端为源极。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一偏置电阻的阻值大于第二偏置电阻的阻值。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值比大于20。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值比大于100。

进一步，本发明提供一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，还可以具有这样的特征：还包括第一电容，并联在LED负载的两端。

附图说明

图1是高效率的可控硅调光线性LED驱动电路图。

附图标记：

Rcs_1――输出电流设定电阻Rcs_1

Rcs_2――维持电流设定电阻Rcs_2

Iout――LED负载输出电流

Is――可控硅调光器维持电流

Vref――基准电压Vref

ACin――输入交流电压

Vin――整流电压

Vled――LED负载压降

Vcs_1――驱动电路1反馈回路电压

Vcs_2――驱动电路2电流设定电压

Vinv――驱动电路2反馈回路电压

PM2――MOS管M2的功耗

R1――第二驱动电路的第一偏置电阻R1

R2――第二驱动电路的第二偏置电阻

D――二极管

C1――第一电容

M1――第一场效应管

M2――第二场效应管

OTA1――第一运算放大器OTA1

OTA2――第二运算放大器OTA2

C2――第二电容

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。

高效率的可控硅调光线性LED驱动电路包括：可控硅调光器、整流桥、二极管D、LED负载、第一驱动电路、第二驱动电路、反馈回路和第一电容C1。

整流桥由四个二极D1、D2、D3、D4组成。输入交流电压ACin通过可控硅调光器后，接入整流桥的输入端。整流桥的输入端输入交流电压ACin，输出端与二极管D、LED负载串联后，与第一驱动电路相连。整流桥还与公共相连。第一电容C1并联在LED负载的两端。

第一驱动电路调制LED负载的输出电路。第一驱动电路通过反馈回路与第二驱动电路连接。第二驱动电路给可控硅调光器提供维持电流。反馈回路通过第二驱动电路与整流桥的输出端相连。

第一驱动电路包括：第一场效应管M1、第一运算放大器OTA1OTA1和输出电流设定电阻Rcs_1Rcs_2。

第二驱动电路包括：第二场效应管M2、第二运算放大器OTA2OTA2、第一偏置电阻R1R1和第二偏置电阻R2。

反馈回路包括：维持电流设定电阻Rcs_2Rcs_2和第二电容C2。

第一运算放大器OTA1的同相输入端接入基准电压Vref。

第一场效应管M1的栅极与第一运算放大器OTA1的输出端相连，漏极与LED负载相连；源极与第一运算放大器OTA1的反相输入端相连。

输出电流设定电阻Rcs_1的一端与第一场效应管M1的源极相连，另一端接地。

第二运算放大器OTA2的同相输入端接入基准电压Vref。

第二场效应管M2的栅极与第二运算放大器OTA2的输出端相连；漏极与整流桥的输出端相连；源极通过第二偏置电阻R2与第二运算放大器OTA2的反相输入端相连。第三端还通过维持电流设定电阻Rcs_2与第一驱动电路相连。

维持电流设定电阻Rcs_2的一端与第一运算放大器OTA1的反相输入端及第一场效应管M1的源极相连；另一端与第二运算放大器OTA2的源极相连。

第一偏置电阻R1的一端与第一运算放大器OTA1的反相输入端相连，另一端与整流桥输出端相连。

第二电容C2与维持电流设定电阻Rcs_2并联。

其中，第一偏置电阻R1的阻值远大于第二偏置电阻的阻值。当输入交流电压ACin为12V或24V时，第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值比>20。当输入交流电压ACin为220V时，第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值比>100。当输入交流电压ACin的电压越高，第一偏置电阻与第二偏置电阻的比值越大。

高效率的可控硅调光线性LED驱动电路的工作原理：

第一驱动电路用来调制LED负载的输出电流(Iout)，由于反馈回路的存在，当输入电压(Vin)高于LED负载压降(VLed)时，第一驱动电路开始工作，于是输出电流保持为

第二驱动电路用来给可控硅开关提供维持电流，偏置电阻R1和R2被加入反馈环路中。其中R1用来感知Vin的大小，R2用来设定Vcs_2的值。维持电流为：

由于反馈回路的存在，Vinv和Vref保持一致。当Vin升高时，流过电阻R1的电流会增大，从而导致Vcs_2减小；当Vin降低时，流过电阻R1的电流会减小，从而导致Vcs_2增大。由于反馈回路的存在，Vinv和Vref保持一致，所以可以得到如下等式

进一步可以得到

由于R1阻值远大于R2阻值，所以

维持电流为

MOS管M2的功耗(PM2)为：

从上述分析中可以看出，在驱动电路2工作时，随着维持电流(Is)会随着Vin的升高而降低，从而使得MOS管M2的功耗在驱动电路2工作时大大降低，从而提高整个系统的效率。

普通的可控硅调光线性LED驱动电路，由于驱动电路中没有偏置电阻，所以：当输入电压(Vin)高于LED负载压降(VLed)时，第一驱动电路开始工作，于是输出电流保持为

第二驱动电路用来给可控硅开关提供维持电流，当Vin小于Vled时，第一驱动电路不能输出电流，由于反馈回路的存在，第二驱动电路开始工作，于是维持电流保持为

MOS管M2的功耗(PM2)为：

当Vin等于Vled时，第二驱动电路开始工作，由于反馈回路的存在，Vcs_1＝Vcs_2＝Vref，此时维持电流降为0。由此可以看出，当第一驱动电路不能输出电流时，第二驱动电路为可控硅提供维持电流，防止LED闪烁。当第一驱动电路可以输出电流时，第二驱动电路不工作，降低芯片的功耗。

从上述分析中可以看出，当Vled比较高时，MOS管M2的功耗在第二驱动电路工作时会变得较高，从而降低整个系统的效率。

由上述普通的可控硅调光线性LED驱动电路的工作原理可知，本发明提供的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路更有效地降低芯片的功耗，可以使整机效率大幅提高。

Claims (10)

1.一种高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

包括，可控硅调光器、整流桥、二极管、LED负载、第一驱动电路、第二驱动电路、反馈回路；

输入交流电压通过所述可控硅调光器后，接入所述整流桥的输入端；

所述整流桥的输出端与所述二极管、LED负载串联后，与所述第一驱动电路相连；

所述第一驱动电路调制LED负载的输出电路；

所述第一驱动电路通过反馈回路与所述第二驱动电路连接；

所述第二驱动电路给所述可控硅调光器提供电流；所述第二驱动电路具有第一偏置电阻和第二偏置电阻；

所述反馈回路通过所述第二驱动电路与所述整流桥的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，反馈回路包括，维持电流设定电阻和第二电容；

所述维持电流设定电阻的两端分别与第一驱动电路、第二驱动电路连接；

所述第一偏置电阻与所述第二偏置电阻串联；所述第一偏置电阻的另一端与所述整流桥的输出端相连；所述第二偏置电阻的另一端与所述维持电流设定电阻与所述第二驱动电路的连接点相连；

所述第二电容与所述维持电流设定电阻并联。

3.根据权利要求2所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述还第二驱动电路包括，第二功率管和第二运算放大器；

所述第二运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端通过所述第一偏置电阻与所述整流桥输出端相连；

所述第二功率管的第一端与所述第二运算放大器的输出端相连；第二端与所述整流桥的输出端相连；第三端通过所述第二偏置电阻与所述第二运算放大器的反相输入端相连，第三端还通过所述维持电流设定电阻与所述第一驱动电路相连。

4.根据权利要求3所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述第二功率管为场效应管，所述第一端为栅极，所述第二端为漏极，所述第三端为源极。

5.根据权利要求2所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，第一驱动电路包括，第一场功率管、第一运算放大器和输出电流设定电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端通过所述维持电流设定电阻与所述第二驱动电阻相连；

所述第一功率管的第一端与所述第一运算放大器的输出端相连；第二端与LED负载相连；第三端与所述第一运算放大器的反相输入端相连；

所述输出电流设定电阻的一端与所述第一功率管的第三端相连，另一端接地。

6.根据权利要求5所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述第一功率管为场效应管，第一端为栅极，第二端为漏极，第三端为源极。

7.根据权利要求2所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述第一偏置电阻的阻值大于所述第二偏置电阻的阻值。

8.根据权利要求7所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述第一偏置电阻与所述第二偏置电阻的阻值比大于20。

9.根据权利要求7所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：

其中，所述第一偏置电阻与所述第二偏置电阻的阻值比大于100。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的高效率的可控硅调光线性LED驱动电路，其特征在于：还包括第一电容，并联在所述LED负载的两端。