CN107454706A - 一种集成电路和线性恒流驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成电路和线性恒流驱动电路，包括市电、整流桥、LED串和集成电路；集成电路，具有三个脚，第一脚为高压端，第二脚为地，第三脚为控制端，内部电路包括可控电流源、欠压检测电路和供电电路，所述供电电路从所述高压端取电，为集成电路内部供电和提供信号基准；整流桥的输入端与市电相连，输出正极与LED阳极相连，输出负极接地；LED串的阴极与高压端相连。其优点在于在市电电压较高时，抑制输入功率增大；在市电电压较低时，降低LED电流以抑制LED的电流纹波；在市电电压正常时维持LED电流恒定。

Description

一种集成电路和线性恒流驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及LED驱动电路和集成电路的实现方法，具体涉及一种线性恒流驱动电路及其控制方法，尤其涉及到能够使用低成本专用集成电路实现的线性恒流驱动方案。

背景技术

当前的LED驱动方案以传统的高频开关电源为主，该方案使用高频开关电路，电路复杂，成本高，使得众多厂商开始研究简单、可靠和廉价的线性恒流驱动方案。

图1为目前使用的一种线性恒流驱动电路,包含一市电VAC，一整流桥DB、一储能电容C、一LED串，一集成电路U和一电阻Rs。

整流桥DB的输入端与市电VAC相连，输出端正极与LED串的阳极相连，负极接地，储能电容C并联在整流桥的输出两端用以平滑整流电压的纹波；集成电路U有3个脚：第一脚为高压端，连接到LED串的阴极；第二脚为电流检测端，经电阻Rs接地；第三脚接地。

集成电路U1内部包含一供电电路和一压控电流源VCCS：供电电路的输入端连接到集成电路U的高压端，输出为集成电路内部供电和提供电压基准；压控电流源VCCS包含两个控制端和两个功率端，第一控制端连接到电压基准Vref，第一功率端连接到集成电路U的高压端，第二控制端和第二功率端都连接到集成电路的电流检测端。集成电路U的电流设置值为：I＝Vref/Rs，LED串上流过的电流也是一样。

该方案中，储能电容C两端的最高电压为市电正弦波的峰值，最低电压与集成电路U的电流设置值有关，也就是说，储能电容C两端的最高电压和最低电压都随着市电的变化而变化，同时储能电容C两端的平均电压也随着市电的变化而变化，这带来了两个问题：

首先，当市电电压升高时，储能电容C两端的电压平均值升高，集成电路U的第一脚的电压平均值也升高，导致电路的效率降低和集成电路U的功耗增大，另一方面，市电电压升高时效率的降低，也使得市电的输入功率随着市电电压的升高而增加。

其次，当市电电压降低时，储能电容C两端的最低电压和集成电路U1的第一脚的电压也会降低，当集成电路U的第一脚的电压下降到足够低时，集成电路U上流过的电流将不再恒定，此时LED串上流过的电流具有工频纹波，LED发光也将出现工频闪烁。

该方案的另一个缺点是：该集成电路的第三脚直接流过LED电流，因此无法使用微处理器，电位器等对LED串的电流进行直接控制或调节，即不方便使用外部控制信号对LED调光。

综合以上，需要一种在市电电压较高时稳定输入功率、在市电电压较低时抑制LED电流纹波的线性恒流驱动方案，并且该线性恒流驱动方案方便外部信号对其控制。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种集成电路、线性恒流驱动电路及其控制方法，具体技术方案如下：

本发明提供一种用于线性恒流驱动电路中的集成电路，具有三个脚，第一脚为高压端，第二脚为地，第三脚为控制端，集成电路包括可控电流源、欠压检测电路和供电电路，供电电路从高压端取电，为集成电路内部供电和提供信号基准。

作为优选，可控电流源具有两个功率端和一个电流设定端，两个功率端中的第一功率端接地，第二功率端连接到高压端，电流设定端连接到控制端。

作为优选，第二功率端的电流随电流设定端的电流增加而增加。

作为优选，第二功率端的电流随控制端的电压升高而降低。

作为优选，可控电流源包含一信号基准和一电压控制电流源，电压控制电流源包括两个信号端和两个电流端，其中一个信号端与信号基准相连，另一个信号端连接到电流设定端，两个电流端分别连接到可控电流源的两个功率端。

作为优选，可控电流源包含一信号基准和一电流控制电流源，电流控制电流源包括两个信号端和两个电流端，其中一个信号端与信号基准相连，另一个信号端连接到电流设定端，两个电流端分别连接到可控电流源的两个功率端。

作为优选，欠压检测电路包含一输入端和一输出端，输出端连接至控制端，还包括一预设门限，用以设置市电的欠压门限，当输入端信号低于预设门限时，欠压检测电路处于动作状态，输出端输出一补偿电流；当输入端信号高于预设门限时，欠压检测电路处于非动作状态，输出端呈高阻态。

作为优选，欠压检测电路的输入端检测高压端的电压、流经高压端的电流、供电电路的输出电压中的任意一个或多个。

另外，本发明还提供一种线性恒流驱动电路，包括市电、整流桥、LED串和上述的集成电路；整流桥的输入端与市电相连，输出正极与LED阳极相连，输出负极接地；LED串的阴极与高压端相连。

作为优选，线性恒流驱动电路还包含设定电阻，用以设定LED串的电流，设定电阻的两端分别连接到控制端和地。

作为优选，线性恒流驱动电路还包含一信号源，用以控制LED串的电流，信号源的两端分别连接到控制端和地。

作为优选，线性恒流驱动电路还包含一滤波电容，并联在设定电阻的两端。

作为优选，线性恒流驱动电路还包括一储能电容，储能电容的一端与整流桥的输出正极相连，另一端接地。

作为优选，线性恒流驱动电路还包含一过压检测电路；过压检测电路的输入端检测LED串中任意一个LED的一端的电压，过压检测电路的输出端连接到控制端。

作为优选，过压检测电路的输出端的电流随着市电的增加而增加。

作为优选，过压检测电路还包含一偏置门限，用以设定市电的过压门限，当市电电压低于过压门限时，偏置门限截止，过压检测电路的输出端无电流输出；当市电电压超过过压门限时，偏置门限导通，过压检测电路的输出端的电流随着市电电压的增加而增加。

作为优选，偏置门限为一二极管。

本发明还提供一种线性恒流驱动电路，包括市电、整流桥、LED串和集成电路、过压检测电路、设定电阻、滤波电容和储能电容；整流桥的输入端与市电相连，输出正极与LED阳极相连，输出负极接地；LED串的阴极与高压端相连；储能电容并联在整流桥的输出正极和负极两端；设定电阻的一端与控制端相连，另一端接地；滤波电容的一端与控制端相连，另一端接地；过压检测电路的输入端检测LED串中任意一个LED的一端的电压，过压检测电路的输出端连接到控制端；过压检测电路包含一偏置门限，用以设定市电的过压门限，当市电电压低于过压门限时，偏置门限截止，过压检测电路的输出端无电流输出；当市电电压超过过压门限时，偏置门限导通，过压检测电路的输出端的电流随着市电电压的增加而增加。

作为优选，当市电电压低于的欠压门限时，线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的降低而降低；反之，线性恒流驱动电路控制LED的电流恒定。

作为优选，当市电电压高于的欠压门限时，线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的升高而降低。

作为优选，当市电电压高于过压门限时，线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的增加而降低；当市电电压在过压门限和欠压门限之间时，线性恒流驱动电路控制LED的电流恒定。

本发明提供了一种集成电路和线性恒流驱动电路具有以下优点：

1)在市电电压变化时，输入功率的变化较小。

2)在市电电压变化时，LED的电流纹波较小。

3)在市电电压较高时，抑制输入功率增大；在市电电压较低时，降低LED电流以抑制LED的电流纹波；在市电电压正常时维持LED电流恒定。

4)可以使用外部信号调节LED的电流，实现对LED的调光。

5)可以使用3引脚封装外形的集成电路实现上述功能。

附图说明

图1为目前使用的一种线性恒流驱动电路。

图2是实施例一的线性恒流驱动电路图。

图3是实施例二的线性恒流驱动电路图。

图4是实施例三的线性恒流驱动电路图。

图5是实施例四的线性恒流驱动电路图。

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。

实施例一

图2是实施例一的线性恒流驱动电路图。

如图2所示，线性恒流驱动电路包括：市电VAC1、整流桥DB1、储能电容CE1、LED串LED1、设定电阻RS1、滤波电容CF1、集成电路U1。

整流桥DB1的输入端与市电VAC1相连，输出正极与LED串LED1的阳极相连，输出负极接地。

储能电容CE1并联在整流桥的输出两端，用以平滑整流桥DB1的输出电压。

集成电路U1具有三个脚，第一脚1为高压端，与LED串的阴极相连；第二脚2为接地端，与地相连；第三脚3为控制端，经设定电阻RS1接地，滤波电容CF1并联在RS1的两端。

集成电路内部电路包括可控电流源、欠压检测电路和供电电路。

供电电路从高压端1取电，为集成电路内部供电和提供信号基准。

可控电流源包含两个功率端和一个电流设定端，两个功率端中的第一功率端接地，第二功率端连接到高压端1，电流设定端连接到控制端3，第二功率端的电流随电流设定端的电流增加而增加，或者第二功率端的电流随控制端的电压升高而降低。

欠压检测电路具有一输入端和一输出端，输出端连接到控制端，欠压检测电路内部还包括一预设门限，用以设定市电的欠压门限，当输入端信号低于预设门限时，欠压检测电路处于动作状态，输出一补偿电流至控制端3；当输入端信号高于预设门限时，欠压检测电路处于非动作状态，输出端呈高阻态。

如图2中虚线所示，欠压检测电路的输入端检测供电电路的输出电压、高压端的电压以及流经高压端的电流中的任意一个或多个。

下面描述图2所示线性恒流驱动电路的工作原理：

在市电VAC1处于正常电压范围时，储能电容CE1两端的最低电压在克服LED串LED1的压降后，仍可以为集成电路U1提供足够的电压，因此流经LED串LED1和集成电路U1的电流是恒定不变的。在此条件下，欠压检测电路处于非动作状态，其输出不影响集成电路U1的控制端的信号，U1控制端的信号由设定电阻RS1决定，因此，设定电阻RS1的阻值设定了LED串LED1的电流。

如果市电VAC1电压逐渐下降，储能电容CE1两端的最低电压也会逐渐下降，在克服LED串LED1的压降后，集成电路U1高压端的电压也逐渐下降，当供电电路的输出电压、高压端的电压以及流经高压端的电流中的一个或多个低于预设门限时，市电低于欠压门限，欠压检测电路处于动作状态，输出一补偿电流至控制端，经滤波电容CF1滤波后，控制端的电压升高，流经电流设定端的电流下降，因此流经LED串LED1和集成电路U1的电流也开始下降，这一过程使得集成电路U1中供电电路的输出电压、高压端的电压以及流经高压端的电流中的一个或多个参数的下限被控制，其结果是：当市电低于欠压门限时，随着市电VAC1电压的逐渐下降，流经LED串LED1的电流也随之下降，另外，由于滤波电容CF1的滤波作用，控制端的电压纹波较小，使得流经LED串LED1的电流纹波也较小。

本实施例实现了当市电电压低于的欠压门限时，线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的降低而降低，抑制了LED的电流纹波；反之，线性恒流驱动电路控制LED的电流恒定。

实施例二

图3是实施例二的线性恒流驱动电路图。

如图3所示，实施例二在实施例一中的线性恒流驱动电路所有功能的基础上，增加了信号源S2。

本实施例中，线性恒流驱动电路包括：市电VAC2、整流桥DB2、储能电容CE2、LED串LED2、设定电阻RS2、滤波电容CF2、集成电路U2和信号源S2。其中，信号源S2并联在设定电阻RS2的两端，其他元件的连接方式和工作原理与实施例一中相同，不再赘述。

改变信号源S2的输出信号幅度，则集成电路U2的控制端电压以及流经电流设定端的电流信号随之改变，流经LED串LED2和集成电路U2的电流也随之改变。

本实施例中，通过控制信号源S2的输出信号，可实现对LED的调光控制。

实施例三

图4是实施例三的线性恒流驱动电路图。

如图4所示，实施例三在实施例一中的线性恒流驱动电路所有功能的基础上，增加了过压检测电路OVD3，检测LED串LED3中任意一个LED的一端的电压。

本实施例中，线性恒流驱动电路包括：市电VAC3、整流桥DB3、储能电容CE3、LED串LED3、设定电阻RS3、滤波电容CF3、集成电路U3和过压检测电路OVD3。其中，过压检测电路的输出端连接到集成电路U3的控制端3，其他元件的连接方式和工作原理与实施例一中相同，不再赘述。

过压检测电路OVD3的内部至少包含一电阻，过压检测电路OVD3的输出端的电流随着市电VAC3电压的增加而增加。当过压检测电路OVD3的输出端的电流增加时，集成电路U3的控制端电压升高，流经电流设定端的电流信号减小，流经LED串LED3和集成电路U3的电流也随之减小；反之亦然。

由于滤波电容CF3的滤波作用，控制端的电压纹波较小，使得流经LED串LED3的电流纹波不受储能电容电压纹波的影响。

该过压检测电路实现了：当市电电压高于欠压门限时，LED的电流随着市电电压的升高而降低。

过压检测电路OVD3内部还可以包含一偏置门限，用以设定市电VAC3的过压门限，当市电VAC3电压低于过压门限时，偏置门限截止，过压检测电路OVD3的输出端无电流输出，过压检测电路OVD3不起作用；当市电VAC3电压超过过压门限时，偏置门限导通，过压检测电路OVD3的输出端的电流随着市电VAC3电压的增加而增加。当过压检测电路OVD3的输出端的电流增加时，集成电路U3的控制端电压升高，流经电流设定端的电流信号减小，流经LED串LED3和集成电路U3的电流也随之减小；反之亦然。

由于滤波电容CF3的滤波作用，控制端的电压纹波较小，使得流经LED串LED3的电流纹波不受储能电容电压纹波的影响。

该过压检测电路实现了：当市电电压高于过压门限时，LED的电流随着市电电压的增加而降低；当市电电压不超过过压门限时，LED的电流不受过压检测电路影响。

本实施例可以实现两种不同的积极效果：

一、当市电电压高于欠压门限时，LED的电流随着市电电压的升高而降低，补偿了输入功率的变化；反之，LED的电流随着市电电压的降低而降低，抑制了LED的电流纹波。

二、当市电电压高于过压门限时，LED的电流随着市电电压的升高而降低，补偿了输入功率的变化；当市电电压低于欠压门限时，LED的电流随着市电电压的降低而降低，抑制了LED的电流纹波；当市电电压在过压门限和欠压门限之间时，LED的电流恒定。

实施例四

图5是实施例四的线性恒流驱动电路图。

如图5所示，线性恒流驱动电路包括：市电VAC4、整流桥DB4、储能电容CE4、LED串LED4、设定电阻RS4、滤波电容CF4、集成电路U4和过压检测电路OVD4。

整流桥DB4的输入端与市电VAC4相连，输出正极与LED串LED4的阳极相连，输出负极接地。

储能电容CE4并联在整流桥DB4的输出两端，用以平滑整流桥DB4的输出电压。

LED串LED4为若干个LED串并联组合而成。

集成电路U4具有三个脚，第一脚为高压端1，与LED串LED3的阴极相连；第二脚为接地端2，与地相连；第三脚3为控制端，经设定电阻RS4接地，滤波电容CF4并联在RS4的两端。

集成电路内部电路包括可控电流源CCS4、欠压检测电路UVD4和供电电路。

供电电路从高压端1取电，为集成电路内部供电和提供信号基准。

可控电流源CCS4具有两个功率端和一个电流设定端，两个功率端中的第一功率端接地，第二功率端连接到高压端1，电流设定端连接到控制端3。

可控电流源CCS4内部包含一信号基准V2和一电流控制电流源，电流控制电流源包含两个信号端和两个控制端，两个控制端分别与信号基准V2和电流设定端相连，两个功率端分别连接到可控电流源CCS4的两个功率端。

欠压检测电路UVD4内部包含预设门限V1、第一电阻R1、第二电阻R2和三极管Q1，三极管Q1的集电极作为欠压检测电路UVD4的输出，与集成电路U3的控制端3相连，发射极接预设门限V1，基极经由第一电阻R1连接到欠压检测电路UVD4的输入端，该输入端检测供电电路的输出电压，第二电阻R2一端接三极管Q1的基极，另一端接地。

过压检测电路OVD4包含过压检测电阻RC4和齐纳二极管VB4，过压检测电阻RC4的一端连接到整流桥DB4的正极，另一端与齐纳二极管VB4的阴极相连，齐纳二极管VB4的阳极连接到集成电路U4的控制端3。

在市电VAC4处于正常电压范围时，过压检测电路OVD4和欠压检测电路UVD4的输出均为高阻状态，对集成电路U4的控制端没有影响，可控电流源CCS4的电流仅由设定电阻RS4的阻值决定，LED串LED4的电流为恒定值，线性恒流驱动电路运行在恒流模式；当市电VAC4电压高于齐纳二极管VB4所设置的过压门限时，齐纳二极管VB4导通，市电VAC4经由过压检测电阻RC4和齐纳二极管VB4向集成电路U4的控制端注入电流，线性恒流驱动电路运行在过压保护模式，LED串LED4的电流随着市电VAC4电压的升高而降低；当市电VAC4电压降低时，储能电容CE4两端的最低电压、集成电路U4高压端的最低电压和供电电路的最低输出电压也随之降低，当供电电路的输出电压经第一电阻R1和第二电阻R2分压后低于预设门限V1时，三极管Q1导通，输出一补偿电流至控制端，线性恒流驱动电路运行在欠压保护模式，LED串LED4的电流随着市电VAC4电压的降低而降低。无论是运行在过压保护模式，还是运行在欠压保护模式，滤波电容CF4都确保了集成电路U4的控制端信号具有较低的纹波，这使得本实施例的线性恒流驱动电路在上述任何模式下，均能实现LED串LED4上的电流具有较低的纹波。

本实施例可以实现的的积极效果是：

当市电电压高于过压门限时，LED的电流随着市电电压的升高而降低，补偿了输入功率的变化；当市电电压低于欠压门限时，LED的电流随着市电电压的降低而降低，抑制了LED的电流纹波；当市电电压在过压门限和欠压门限之间时，LED的电流恒定。

上述实施例是为了说明而不是限制本发明，在不脱离所附权利要求的保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本发明要求保护的范围内。词语“包含”或“包括”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同元件或步骤的存在，元件“一”或“一个”不排除多个元件的存在，在列举几种电路的权利要求中，这些电路中的几个可以由一个来表现，电子器件项也是同样，仅仅因为某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。

Claims (21)

1.一种用于线性恒流驱动电路中的集成电路，其特征是：具有三个脚，第一脚为高压端，第二脚为地，第三脚为控制端，所述集成电路包括可控电流源、欠压检测电路和供电电路，所述供电电路从所述高压端取电，为集成电路内部供电和提供信号基准。

2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征是：所述可控电流源具有两个功率端和一个电流设定端，所述两个功率端中的第一功率端接地，第二功率端连接到所述高压端，所述电流设定端连接到所述控制端。

3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征是：所述第二功率端的电流随所述电流设定端的电流增加而增加。

4.根据权利要求2所述的集成电路，其特征是：所述第二功率端的电流随所述控制端的电压升高而降低。

5.根据权利要求2所述的集成电路，其特征是：所述可控电流源包含一信号基准和一电压控制电流源，所述电压控制电流源包括两个信号端和两个电流端，其中一个信号端与所述信号基准相连，另一个信号端连接到电流设定端，所述两个电流端分别连接到所述可控电流源的两个功率端。

6.根据权利要求2所述的集成电路，其特征是：所述可控电流源包含一信号基准和一电流控制电流源，所述电流控制电流源包括两个信号端和两个电流端，其中一个信号端与所述信号基准相连，另一个信号端连接到电流设定端，所述两个电流端分别连接到所述可控电流源的两个功率端。

7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征是：所述欠压检测电路包含一输入端和一输出端，输出端连接至所述控制端，还包括一预设门限，用以设置市电的欠压门限，当输入端信号低于所述预设门限时，所述欠压检测电路处于动作状态，输出端输出一补偿电流；当输入端信号高于所述预设门限时，所述欠压检测电路处于非动作状态，输出端呈高阻态。

8.根据权利要求7所述的集成电路，其特征是：所述欠压检测电路的输入端检测所述高压端的电压、流经所述高压端的电流、所述供电电路的输出电压中的任意一个或多个。

9.一种线性恒流驱动电路，其特征是：包括市电、整流桥、LED串和如权利要求1至8中任意一项所述的集成电路；

所述整流桥的输入端与所述市电相连，输出正极与所述LED阳极相连，输出负极接地；LED串的阴极与所述高压端相连。

10.根据权利要求9所述的线性恒流驱动电路，其特征是：还包含设定电阻，用以设定所述LED串的电流，所述设定电阻的两端分别连接到所述控制端和地。

11.根据权利要求9所述的线性恒流驱动电路，其特征是：还包含一信号源，用以控制所述LED串的电流，所述信号源的两端分别连接到所述控制端和地。

12.根据权利要求9所述的线性恒流驱动电路，其特征是：还包含一滤波电容，并联在所述设定电阻的两端。

13.根据权利要求9所述的线性恒流驱动电路，其特征是：还包括一储能电容，所述储能电容的一端与所述整流桥的输出正极相连，另一端接地。

14.根据权利要求9所述的线性恒流驱动电路，其特征是：还包含一过压检测电路；所述过压检测电路的输入端检测所述LED串中任意一个LED的一端的电压，所述过压检测电路的输出端连接到所述控制端。

15.根据权利要求14所述的线性恒流驱动电路，其特征是：所述过压检测电路的输出端的电流随着市电的增加而增加。

16.根据权利要求14所述的线性恒流驱动电路，其特征是：所述过压检测电路还包含一偏置门限，用以设定市电的过压门限，当市电电压低于所述过压门限时，偏置门限截止，所述过压检测电路的输出端无电流输出；当市电电压超过所述过压门限时，偏置门限导通，所述过压检测电路的输出端的电流随着市电电压的增加而增加。

17.根据权利要求16所述的线性恒流驱动电路，其特征是：所述偏置门限为一二极管。

18.一种线性恒流驱动电路，其特征是：包括市电、整流桥、LED串和如权利要求7所述的集成电路、过压检测电路、设定电阻、滤波电容和储能电容；

所述整流桥的输入端与所述市电相连，输出正极与所述LED阳极相连，输出负极接地；LED串的阴极与所述高压端相连；

所述储能电容并联在所述整流桥的输出正极和负极两端；

所述设定电阻的一端与所述控制端相连，另一端接地；

所述滤波电容的一端与所述控制端相连，另一端接地；

所述过压检测电路的输入端检测所述LED串中任意一个LED的一端的电压，所述过压检测电路的输出端连接到所述控制端；

所述过压检测电路包含一偏置门限，用以设定市电的过压门限，当市电电压低于所述过压门限时，偏置门限截止，所述过压检测电路的输出端无电流输出；当市电电压超过所述过压门限时，偏置门限导通，所述过压检测电路的输出端的电流随着市电电压的增加而增加。

19.一种利用权利要求18所述的线性恒流驱动电路的控制方法，其特征是：当市电电压低于所述的欠压门限时，所述线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的降低而降低；反之，所述线性恒流驱动电路控制LED的电流恒定。

20.根据权利要求18所述的线性恒流驱动电路的控制方法，其特征是：当市电电压高于所述的欠压门限时，所述线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的升高而降低。

21.根据权利要求18所述的线性恒流驱动电路的控制方法，其特征是：当市电电压高于所述过压门限时，所述线性恒流驱动电路控制LED的电流随着市电电压的增加而降低；当市电电压在所述过压门限和所述欠压门限之间时，所述线性恒流驱动电路控制LED的电流恒定。