CN106961768B - 一种主动式填谷电路模式的led线性恒流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，包括整流桥、电容C1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、LED灯串和恒流模块。恒流模块包括NMOS管N1、第一运算放大器、NMOS管N2和第二运算放大器。在一个工频周期内，可以先通过LED灯串恒流对电容C1充电储能，然后再通过储存在电容C1里的能量恒流对LED灯串放电，进而保证在直流输入电压和LED灯串两端电压之间的压差较大的情况下，提高了整个线性恒流驱动电路的效率，并且流过LED灯串的电流具有更小的工频纹波。

Description

一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路
技术领域
本发明涉及一种LED驱动电路，特别是涉及一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路。
背景技术
LED线性恒流驱动电路，以其方案简单、成本低廉、无高频变压器和无EMC问题等优点得到越来越广泛的应用。
目前现有的LED线性恒流驱动电路如图1所示，输入交流源连接到整流桥101的输入端，整流桥101输出正端接LED灯串102的输入端，整流桥101的输出负端接地。恒流模块103由运算放大器104和NMOS管105构成。LED灯串102的输出端与NMOS管105的漏极相连，NMOS管105的栅极与运算放大器104的输出端相连，NMOS管105的源极分别与电流采样电阻106一端及运算放大器104的负输入端相连，电流采样电阻106的另一端接地，运算放大器104的正输入端接基准电压Vref。图2为电路的简化时序图。
假设整流之后的电压为Vin，LED灯串102两端的电压为Vled，那么当Vin大于Vled时，有电流从LED灯串102流过，并进入恒流模块103，并在电流采样电阻106上形成电压信号，运算放大器104通过比较正负输入端的信号，通过输出信号控制NMOS管105的栅极，使得NMOS管105的漏源极间电压动态调整，使得NMOS管105源极的电压信号与基准电压Vref相等，达到恒定流过LED灯串102电流的目的。
那么，假设电流采样电阻106阻值为Rcs，假设NMOS管105的电压为Vds，那么Vds＝Vin-Vled，NMOS管105功耗为假设Vds＝Vled的话，也就是输入电压Vin与LED灯串102两端电压Vled的压差为整个驱动电路效率约为50％。由此可见，这种线性恒流模式下，输入电压Vin与LED灯串102两端电压Vled之间压差越大，NMOS管105的功耗越大，那么整个驱动电路效率越低。
如果增加LED灯串102中LED灯的数量，就会降低输入电压Vin与LED灯串102两端电压Vled的压差，但是增加LED灯串102中LED灯的数量，会带来成本的增加，因此这不是一种提高效率的好方法。
因此，现有技术中存在的问题是当输入电压Vin与LED灯串102两端电压Vled的压差较大时，如何提高整个LED线性恒流驱动电路的效率。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种不需要降低输入电压与LED灯串102两端电压之间的压差，就能提高整个LED线性恒流驱动电路效率的主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路。
技术方案：本发明所述的主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，包括LED灯串，直流电压输入LED灯串的输入端，LED灯串的输出端分别连接二极管D1的阳极和NMOS管N1的漏极，二极管D1的阴极分别连接二极管D2的阳极和电容C1的一端，二极管D2的阴极连接LED灯串的输入端，NMOS管N1的栅极连接第一运算放大器O1的输出端，NMOS管N1的源极分别连接第一运算放大器O1的反相输入端和电阻R1的一端，电容C1的另一端分别连接二极管D3的阳极和二极管D4的阴极，二极管D3的阴极连接NMOS管N2的漏极，NMOS管N2的栅极连接第二运算放大器O2的输出端，NMOS管N2的源极分别连接第二运算放大器O2的反相输入端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端和二极管D4的阳极均接地；第一运算放大器O1通过比较它的同相输入端电压和反相输入端电压，输出电压信号控制NMOS管N1栅极的电压，动态调整NMOS管N1漏极和源极之间的电压；第二运算放大器O2通过比较它的同相输入端电压和反相输入端电压，输出电压信号控制NMOS管N2栅极的电压，动态调整NMOS管N2漏极和源极之间的电压；此外，第二运算放大器O2同相输入端电压高于第一运算放大器O1同相输入端电压。
进一步，还包括整流桥，所述整流桥用于将交流电压整流成直流电压后给LED灯串供电。
进一步，所述LED灯串包括多个串联的发光二极管。
有益效果：本发明公开了一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，在一个工频周期内，可以先通过LED灯串恒流对电容C1充电储能，然后再通过储存在电容C1里的能量恒流对LED灯串放电，进而保证在直流输入电压与LED灯串两端电压之间压差较大的情况下，提高了整个线性恒流驱动电路的效率，并且流过LED灯串的电流具有更小的工频纹波。
附图说明
图1为现有技术中的LED线性恒流驱动电路；
图2为图1所示电路的简化时序图；
图3为本发明具体实施方式中的LED线性恒流驱动电路；
图4为图3所示电路工作在阶段一时的电流路径；
图5为图3所示电路工作在阶段二时的电流路径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，如图3所示，包括整流桥201、LED灯串202和恒流模块203，LED灯串202包括多个串联的发光二极管，恒流模块203包括NMOS管N1、第一运算放大器O1、NMOS管N2和第二运算放大器O2。整流桥201的交流输入端接交流电源，直流输出端的正端连接LED灯串202的输入端，LED灯串202的输出端分别连接二极管D1的阳极和NMOS管N1的漏极，二极管D1的阴极分别连接二极管D2的阳极和电容C1的一端，二极管D2的阴极连接LED灯串202的输入端，NMOS管N1的栅极连接第一运算放大器O1的输出端，NMOS管N1的源极分别连接第一运算放大器O1的反相输入端和采样电阻R1的一端，电容C1的另一端分别连接二极管D3的阳极和二极管D4的阴极，二极管D3的阴极连接NMOS管N2的漏极，NMOS管N2的栅极连接第二运算放大器O2的输出端，NMOS管N2的源极分别连接第二运算放大器O2的反相输入端和采样电阻R1的一端，采样电阻R1的另一端和二极管D4的阳极均接地。第一运算放大器O1的同相输入端输入第一基准电压Vref1，第二运算放大器O2的同相输入端输入第二基准电压Vref2，且Vref2>Vref1。
当LED线性恒流驱动电路工作在阶段一时，如图4所示，电流通过LED灯串202进入电容C1，从电容C1流出后经过二极管D3进入NMOS管N2的漏极，从NMOS管N2的源极流出后经过采样电阻R1到地，并在采样电阻R1的一端形成电压信号Vcs2。第二运算放大器O2通过比较同相输入端和反相输入端电压后，通过输出信号控制NMOS管N2的栅极，从而使得Vcs2＝Vref2，达到恒流的目的。由于Vref2>Vref1，那么第一运算放大器O1反相输入端电压大于同相输入端电压，输出信号为低电平，NMOS管N1处于截止状态，没有电流流过。在阶段一中，一方面电流流过LED灯串202，另一方面对电容C1进行充电储能，Vin＝Vled+Vbulk，Vbulk为电容C1的电压，Vled为LED灯串202两端的电压。在NMOS管N2上并没有太多损耗，因此，在阶段一中，线性恒流驱动电路的效率接近100％。
当LED线性恒流驱动电路工作在阶段二时，如图5所示，电容C1放电形成电流，电流流过二极管D2后进入LED灯串202，从LED灯串202流出后流入NMOS管N1的漏极，从NMOS管N1的源极流出后，经过采样电阻R1到地，并在采样电阻R1的一端形成电压信号Vcs1。电流从采样电阻R1的另一端流出，经过二极管D4流回电容C1的另一端。第一运算放大器O1通过比较同相输入端和反相输入端的电压后，通过输出信号控制NMOS管N1的栅极，从而使得Vcs1＝Vref1，达到恒流的目的。由于二极管D3的反向阻断，并没有电流反向流过NMOS管N2。在阶段二中，假设NMOS管N1的漏源电压为Vds1，那么Vbulk＝Vled+Vds1。假设Vbulk＝2*Vled，那么Vin＝3*Vled，Vds1＝Vled。那么在阶段二中NMOS管N1的功耗等于LED灯串202的功率，也即线性恒流驱动电路的效率为50％。
因此，综合阶段一和阶段二即使整流桥201输出的直流电压Vin与LED灯串202两端的电压Vled之间的压差为时，整个线性恒流驱动电路的效率也大于50％。可见，相比于现有技术，本具体实施方式在不需要降低直流电压Vin与LED灯串202两端电压Vled之间的压差的情况下，能够提高电路效率。
如图6所示，在整个工频周期内都有电流流过LED灯串202，因此相比于现有技术，本具体实施方式具有更小的工频纹波。

Claims (3)

1.一种主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，包括LED灯串(202)，其特征在于：直流电压输入LED灯串(202)的输入端，LED灯串(202)的输出端分别连接二极管D1的阳极和NMOS管N1的漏极，二极管D1的阴极分别连接二极管D2的阳极和电容C1的一端，二极管D2的阴极连接LED灯串(202)的输入端，NMOS管N1的栅极连接第一运算放大器O1的输出端，NMOS管N1的源极分别连接第一运算放大器O1的反相输入端和电阻R1的一端，电容C1的另一端分别连接二极管D3的阳极和二极管D4的阴极，二极管D3的阴极连接NMOS管N2的漏极，NMOS管N2的栅极连接第二运算放大器O2的输出端，NMOS管N2的源极分别连接第二运算放大器O2的反相输入端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端和二极管D4的阳极均接地；第一运算放大器O1通过比较它的同相输入端电压和反相输入端电压，输出电压信号控制NMOS管N1栅极的电压，动态调整NMOS管N1漏极和源极之间的电压；第二运算放大器O2通过比较它的同相输入端电压和反相输入端电压，输出电压信号控制NMOS管N2栅极的电压，动态调整NMOS管N2漏极和源极之间的电压；此外，第二运算放大器O2同相输入端电压高于第一运算放大器O1同相输入端电压。
2.根据权利要求1所述的主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，其特征在于：还包括整流桥(201)，所述整流桥(201)用于将交流电压整流成直流电压后给LED灯串(202)供电。
3.根据权利要求1所述的主动式填谷电路模式的LED线性恒流驱动电路，其特征在于：所述LED灯串(202)包括多个串联的发光二极管。
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