CN107529243A - 线性恒功率led驱动电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性恒功率LED驱动电路及方法，线性恒功率LED驱动电路包括：电压输入模块、LED负载、功率开关管、输入电压检测模块、输出电压检测模块、占空比生成模块、基准电压设定模块、控制模块、采样电阻及比较模块。本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法通过占空比的控制可以实现交流周期内平均电流的控制，利用高压降电流实现宽输入电压范围内的恒功率输出，并减少系统在高输入电压的情况下的发热；本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法，整个系统的控制结构简单，实现外围电路最简化。

Description

线性恒功率LED驱动电路及方法

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种线性恒功率LED驱动电路及方法。

背景技术

LED是一种能发光的半导体电子元件，这种电子元件早期只能发出低光度的红光，随着技术的不断进步，现在已发展到能发出可见光、红外线及紫外线的程度，光度也有了很大的提高。LED具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点，已被广泛应用于指示灯、显示器及照明领域。

如图1所示为线性LED驱动常见的结构，交流电压AC通过整流桥后转化为输入电压V_IN，并向LED灯段供电，所述LED灯段由n个LED灯串联形成，所述LED灯段的输出端连接恒流控制芯片，通过恒流控制芯片内的恒流控制管的开关实现恒流控制，电容C和电阻R并联于输入电压的两端，为可调器件。当输入电压高于LED电压时，LED有恒定电流流过，当输入交流电压不断变化时，由于整个交流周期内LED流过电流的时间会不同，从而造成输出平均电流不同。当输入交流电压越高时，输出电流会越大，同时，由于是线性系统，效率损失也会增加，从而会造成系统发热更加厉害，影响系统的性能及安全。

为了减小高输入电压时的输出电流及发热，在输入电压高于LED电压一定值时，可以根据输入电压按一定比例降低输出电流，从而减少系统的发热。然而，该方法输出的平均电流无法跟随输入电压的变化做到一致，只是在一个小范围内近似保持不变，一旦输入电压过高，输出平均电流会很快下降。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线性恒功率LED驱动电路及方法，用于解决现有技术中线性LED驱动电路在输入电压较高时，输出电流随之增大，无法实现恒功率输出，而导致系统发热的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性恒功率LED驱动电路，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：

电压输入模块，适于提供输入电压；

LED负载，与所述电压输入模块的输出端相连接，由所述电压输入模块供电；

功率开关管，所述功率开关管的漏极与所述LED负载的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载的恒功率控制；

输入电压检测模块，与所述电压输入模块相连接，适于采集所述电压输入模块输入的电压；

输出电压检测模块，与所述LED负载的输入端及输出端相连接，适于采集所述LED负载两端的电压；

占空比生成模块，与所述输入电压检测模块及所述输出电压检测模块相连接，适于依据采集的所述电压输入模块输入的电压及所述LED负载两端的电压生成LED负载的导通占空比；

基准电压设定模块，适于设定基准电压；

控制模块，与所述占空比生成模块及所述基准电压设定模块相连接，适于依据所述导通占空比及所述基准电压生成一参考电压以限制流经所述功率开关管的峰值电流；

采样电阻，一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；

比较模块，与所述采样电阻、所述控制模块及所述功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电阻采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

优选地，所述输入电压检测模块包括第一电阻、第二电阻及滤波电容；

所述第一电阻与所述第二电阻串联为串联结构，所述串联结构一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于对输入电压进行分压；

所述滤波电容一端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间，另一端接地，适于依据分压得到一检测电压，并依据所述检测电压得到输入电压。

优选地，所述LED负载、所述功率开关管、所述输出电压检测模块及所述比较模块均为多个；

多个所述LED负载依次串接后与所述电压输入模块的输出端相连接；

多个所述功率开关管与所述LED负载一一对应设置，所述功率开关管的漏极与与其相对应的所述LED负载的输出端相连接；

多个所述输出电压检测模块与所述LED负载一一对应设置，所述输出电压检测模块与与其相对应的所述LED负载的输入端及输出端相连接，且多个所述输出电压检测模块均与所述占空比生成模块相连接；

多个所述比较模块与所述功率开关管一一对应设置，多个所述比较模块均与所述采样电阻及所述控制模块相连接，且所述比较模块与与其相对应的所述功率开关管的栅极相连接；

所述占空比生成模块依据所述电压输入模块输入的电压及不同的所述LED负载两端的电压生成多个不同的LED负载的导通占空比；所述控制模块依据所述导通占空比及所述基准电压生成多个参考电压。

优选地，所述控制模块产生的多个参考电压的大小不同。

优选地，所述控制模块产生的多个参考电压依次增大。

优选地，所述线性恒功率LED驱动电路还包括一工作电压产生电路，所述工作电压产生电路的一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压。

优选地，所述工作电压产生电路包括工作电压产生模块及储能电容；所述工作电压产生模块与所述电压输入模块的输出端相连接；所述储能电容一端与所述工作电压产生模块相连接，另一端接地。

本发明还提供一种线性恒功率LED驱动电路的驱动方法，所述线性恒功率LED驱动电路的驱动方法至少包括：

采集所述线性恒功率LED驱动电路的输入电压及LED负载输入端及输出端两端的输出电压，依据所述输入电压及所述输出电压生成LED负载的导通占空比；

依据所述导通占空比及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成参考电压；

采集流经所述LED负载及所述功率开关管的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

本发明还提供一种线性恒功率LED驱动电路，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：

电压输入模块，适于提供输入电压；

LED负载，与所述电压输入模块的输出端相连接，由所述电压输入模块供电；

功率开关管，所述功率开关管的漏极与所述LED负载的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载的恒功率控制；

基准电压设定模块，适于设定基准电压；

采样电阻，一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；

占空比生成模块，与所述基准电压设定模块及所述采样电阻相连接，适于依据所述基准电压及所述采样电流生成LED负载的导通占空比；

控制模块，与所述占空比生成模块相连接，适于依据所述导通占空比生成一参考电压以限制流经所述功率开关管的峰值电流；

比较模块，与所述采样电阻、所述控制模块及所述功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电阻采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

优选地，所述LED负载、所述功率开关管及所述比较模块均为多个；

多个所述LED负载依次串接后与所述电压输入模块的输出端相连接；

多个所述功率开关管与所述LED负载一一对应设置，所述功率开关管的漏极与与其相对应的所述LED负载的输出端相连接；

多个所述比较模块与所述功率开关管一一对应设置，多个所述比较模块均与所述采样电阻及所述控制模块相连接，且所述比较模块与与其相对应的所述功率开关管的栅极相连接；

所述控制模块依据所述导通占空比生成多个参考电压。

优选地，所述控制模块产生的多个参考电压的大小不同。

优选地，所述控制模块产生的多个参考电压依次增大。

优选地，所述线性恒功率LED驱动电路还包括一工作电压产生电路，所述工作电压产生电路的一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压。

优选地，所述工作电压产生电路包括工作电压产生模块及储能电容；所述工作电压产生模块与所述电压输入模块的输出端相连接；所述储能电容一端与所述工作电压产生模块相连接，另一端接地。

本发明还提供一种恒功率LED驱动电路的驱动方法，所述线性恒功率LED驱动电路的驱动方法至少包括：

采集流经LED负载及功率开关管的输出电流，依据所述输出电流及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成LED负载的导通占空比；

依据所述导通占空比生成参考电压；

采集流经所述LED负载及所述功率开关管的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

如上所述，本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法，具有以下有益效果：

1、本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法通过占空比的控制可以实现交流周期内平均电流的控制，利用高压降电流实现宽输入电压范围内的恒功率输出，并减少系统在高输入电压的情况下的发热。

2、本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法，整个系统的控制结构简单，实现外围电路最简化。

附图说明

图1显示为现有技术中的线性LED驱动结构示意图。

图2及图3显示为本发明实施例一中提供的线性恒功率LED驱动电路示意图。

图4显示为本发明实施例二中提供的线性恒功率LED驱动电路的驱动方法的流程图。

图5及图6显示为本发明实施例三中提供的线性恒功率LED驱动电路示意图。

图7显示为本发明实施例四中提供的线性恒功率LED驱动电路的驱动方法的流程图。

元件标号说明

10 电压输入模块

11 LED负载

12 输入电压检测模块

13 输出电压检测模块

14 占空比生成模块

15 基准电压设定模块

16 控制模块

17 比较模块

18 工作电压产生电路

181 工作电压产生模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本发明提供一种线性恒功率LED驱动电路，在一示例中，所述线性恒功率LED驱动电路为单段式驱动电路，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：电压输入模块10，所述电压输入模块10适于提供输入电压；LED负载11，所述LED负载11与所述电压输入模块10的输出端相连接，由所述电压输入模块10供电；功率开关管M，所述功率开关管M的漏极与所述LED负载11的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载11的恒功率控制；输入电压检测模块12，所述输入电压检测模块12与所述电压输入模块10相连接，适于采集所述电压输入模块10输入的电压；输出电压检测模块13，所述输出电压检测模块13与所述LED负载11的输入端及输出端相连接，适于采集所述LED负载11两端的电压；占空比生成模块14，所述占空比生成模块14与所述输入电压检测模块12及所述输出电压检测模块13相连接，适于依据采集的所述电压输入模块12输入的电压及所述LED负载11两端的电压生成LED负载11的导通占空比；基准电压设定模块15，所述基准电压设定模块15适于设定基准电压Vref；控制模块16，所述控制模块16与所述占空比生成模块14及所述基准电压设定模块15相连接，适于依据所述导通占空比及所述基准电压Vref生成一参考电压以限制流经所述功率开关管M的峰值电流；采样电阻Rcs，所述采样电阻Rcs一端与所述功率开关管M的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管M的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；比较模块17，所述比较模块17与所述采样电阻Rcs、所述控制模块16及所述功率开关管M的栅极相连接，适于将所述采样电阻Rcs采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管M开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

作为示例，如图2所示，所述电压输入模块10为芯片外部器件，包括一交流电源AC、一保险丝F1及一整流单元BD1，所述整流单元BD1包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流电源AC经所述保险丝F1后连接于各二极管组的两个二极管之间，所述电压输入模块10提供所述输入电压V_in，所述输入电压V_in为连续增大或连续减小的正弦电压整流后的整流电压。

作为示例，如图2所示，所述LED负载11为芯片外部器件，包括串联的多个LED灯，所述LED负载11也可以是多个LED灯的串并联结构，不以本实施例为限。所述电压输入模块10为所述LED负载11供电，当所述LED负载11两端的电压达到其导通电压时，所述LED负载11中的LED点亮，起到照明的作用。

作为示例，如图2所示，在本实施例中，所述功率开关管M为N型MOS管，在实际使用时，所述功率开关管的类型不限。所述功率开关管M为芯片内部器件，通过S1端口实现所述功率开关管M的漏端与芯片外部器件的连接。

作为示例，如图2所示，所述输入电压检测模块12为芯片外部器件，包括第一电阻R1、第二电阻R2及滤波电容C1；所述第一电阻R1与所述第二电阻R2串联为串联结构，所述串联结构一端与所述电压输入模块10的输出端相连接，另一端接地，适于对输入电压进行分压；所述滤波电容C1一端连接于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间，另一端接地，适于依据分压得到一检测电压VLN，依据所述检测电压VLN得到输入电压Vin，所述检测电压VLN与所述输入电压Vin之间的关系式为：

VLN＝Vin×R2/(R1+R2)

其中，R1及R2分别为第一电阻R1及第二电阻R2的阻值。由上式可知，R1及R2确定之后，检测到所述检测电压VLN之后即可以确定所述输入电压Vin。

作为示例，如图2所示，所述输出电压检测模块13为芯片内部器件，所述输出电压检测模块13通过HV端口及S1端口分别连接于所述LED负载11的输入端及输出端，适于采集所述LED负载11两端的输出电压Vo。

作为示例，如图2所示，所述占空比生成模块14为芯片的内部器件，与所述输入电压检测模块12及所述输出电压检测模块13相连接，适于依据依据采集的所述电压输入模块12输入的电压Vin及所述LED负载11两端的输出电压Vo生成LED负载11的导通占空比Duty，具体的公式为：

作为示例，如图2所示，所述基准电压设定模块15为芯片的内部器件，与所述控制模块16相连接，适于设定芯片内部的基准电压Vref，并将所述基准电压Vref提供给所述控制模块16。

作为示例，如图2所示，所述控制模块16为芯片内部器件，与所述占空比生成模块14、所述基准电压设定模块15及所述比较模块17相连接，适于依据所述导通占空比Duty及所述基准电压Vref生成一参考电压Vcontrol以限制流经所述功率开关管M的峰值电流，依据所述导通占空比Duty及所述基准电压Vref生成所述参考电压Vcontrol的公式为：

通过所述参考电压Vcontrol以实现在不同输入电压周期内电流平均值恒定，进而实现宽输入电压范围内的恒功率输出。

作为示例，如图2所示，所述采样电阻Rcs为芯片外部器件，通过Rcs端与芯片内部的功率开关管M的源端及所述比较模块17相连接。

作为示例，如图2所示，所述比较模块17为芯片内部器件，在本实施例中，所述比较模块17为一比较器，所述比较器的正相输入端与所述控制模块16相连接，反相输入端与所述采样电阻Rcs相连接，所述比较器的输出端与所述功率开关管M的栅极相连接，当所述采样电压Vcs大于所述参考电压Vcontrol时，所述比较器输出低电平，驱动所述功率开关管M关断，以减小流经所述LED负载11的电流；当所述采样电压Vcs小于所述参考电压Vcontrol时，所述比较器输出高电平，驱动所述功率开关管M打开，以增大流经所述LED负载11的电流。通过所述功率开关管M的导通和截止实现所述LED负载11的恒流控制。

作为示例，如图2所示，所述线性恒功率LED驱动电路还包括一工作电压产生电路18，所述工作电压产生电路18的一端与所述电压输入模块10的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压；所述工作电压产生电路18的一端连接所述电压输入模块10的输出端，另一端通过一储能电容Cvcc接地。

作为示例，所述工作电压产生电路18包括工作电压产生模块181及储能电容Cvcc；所述工作电压产生模块181与所述电压输入模块10的输出端相连接；所述储能电容Cvcc一端与所述工作电压产生模块181相连接，另一端接地。

作为示例，如图2所示，所述工作电压产生模块181为芯片内部器件，其一端通过HV端口连接所述电压输入模块10的输出端，从所述电压输入模块10获取电能，另一端通过VCC端口与芯片外部储能电容Cvcc连接后接地。所述工作电压产生模块181将产生的电压VCC保存于所述储能电容Cvcc上，保证即使在所述输入电压V_IN_ac位于谷底时仍有足够能量维持各模块工作。

如图3所示，在另一示例中，所述线性恒功率LED驱动电路为多段式驱动电路，此时，所述线性恒功率LED驱动电路与上述单段式驱动电路的结构大致相同，二者的不同之处在于：所述LED负载11、所述功率开关管M、所述输出电压检测模块13及所述比较模块17均为多个；多个所述LED负载11依次串接后与所述电压输入模块12的输出端相连接；多个所述功率开关管M与所述LED负载11一一对应设置，所述功率开关管M的漏极与与其相对应的所述LED负载11的输出端相连接；多个所述输出电压检测模块13与所述LED负载11一一对应设置，所述输出电压检测模块13与与其相对应的所述LED负载11的输入端及输出端相连接，且多个所述输出电压检测模块13均与所述占空比生成模块14相连接；多个所述比较模块17与所述功率开关管M一一对应设置，多个所述比较模块17均与所述采样电阻Rcs及所述控制模块16相连接，且所述比较模块17与与其相对应的所述功率开关管M的栅极相连接；所述占空比生成模块14依据所述电压输入模块12输入的电压及不同的所述LED负载11两端的电压生成多个不同的LED负载11的导通占空比；所述控制模块16依据所述导通占空比及所述基准电压生成多个参考电压。

作为示例，所述LED负载11、所述功率开关管M、所述输出电压检测模块13及所述比较模块17的数量可以根据实际需要进行设定，图3中以所述LED负载11、所述功率开关管M、所述输出电压检测模块13及所述比较模块17的数量均为三个作为示例，但实际中并不依次为限，所述LED负载11、所述功率开关管M、所述输出电压检测模块13及所述比较模块17的数量还可以均为两个、四个、五个甚至更多个。以图3为例，自所述电压输入模块10向右将三个所述LED负载11依次记为第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3；同样，自所述控制模块16向右的三个功率开关管M分别记为第一功率开关管M1、第二功率开关管M2及第三功率开关管M3；自所述控制模块16向右的三个输出电压检测模块13依次分别记为第一输出电压检测模块、第二输出电压检测模块及第三输出电压检测模块；自所述控制模块16向右的三个比较模块17依次记为第一比较模块、第二比较模块及第三比较模块，则所述第一功率开关管的漏极与所述第一LED负载LED1的输出端相连接，所述第二功率开关管的漏极与所述第二LED负载LED2的输出端相连接，所述第三功率开关管的漏极与所述第三LED负载LED3的输出端相连接；所述第一输出电压检测模块与所述第一LED负载LED1的输入端及输出端相连接，所述第二输出电压检测模块与所述第二LED负载LED2的输入端及输出端相连接，所述第三输出电压检测模块与所述第三LED负载LED3的输入端及输出端相连接，具体的，所述第一输出电压检测模块通过HV端口与所述第一LED负载LED1的输入端相连接，并通过S1端口与所述第一LED负载LED1的输出端相连接，所述第二输出电压检测模块通过S1端口与所述第二LED负载LED2的输入端相连接，通过S2端口与所述第二LED负载LED2的输出端相连接，所述第三输出电压检测模块通过S2端口与所述第三LED负载LED3的输入端相连接，通过S3端口与所述第三LED负载LED3的输出端相连接；所述比较模块17的输入端与所述采样电阻Rcs及所述控制模块16相连接，所述第一比较模块的输出端与所述第一功率开关管M1的栅极相连接，所述第二比较模块的输出端与所述第二功率开关管M2的栅极相连接，所述第三比较模块的输出端与所述第三功率开关管M3的栅极相连接。

作为示例，所述控制模块16产生的多个参考电压的大小不同；优选地，如图3所示，本实施例中，所述控制模块16产生的多个参考电压Vref1、Vref2及Vref3依次增大，以确保所述第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3依次导通与关断。

如上所述，本发明的线性恒功率LED驱动电路，具有以下有益效果：

1、本发明的线性恒功率LED驱动电路通过采集输入电压及输出端得到导通占空比，依据导通占空比的控制可以实现交流周期内平均电流的控制，利用高压降电流实现宽输入电压范围内的恒功率输出，并减少系统在高输入电压的情况下的发热。

2、本发明的线性恒功率LED驱动电路，整个系统的控制结构简单，实现外围电路最简化。

实施例二

如图4所示，本发明还提供一种线性恒功率LED驱动电路的驱动方法，所述驱动方法基于实施例一中所述的单段式及多段式线性恒功率LED驱动电路，所述线性恒功率LED驱动方法至少包括：

S1：利用实施例一中所述的输入电压检测模块12采集所述线性恒功率LED驱动电路的输入电压，并利用实施例一中所述的输出电压检测模块13采集LED负载11输入端及输出端两端的输出电压，并利用实施例一中所述的占空比生成模块14依据所述输入电压及所述输出电压生成LED负载11的导通占空比；

S2：利用实施例一中所述的控制模块16依据所述导通占空比及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成参考电压；

S3：利用实施例一中所述的采样电阻Rcs采集流经所述LED负载11及所述功率开关管M的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

S4：利用实施例一中所述的比较模块17将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管M开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

需要说明的是，当所述线性恒功率LED驱动电路为多段式驱动电路时，所述占空比生成模块14依据所述电压输入模块12输入的电压及不同的所述LED负载11两端的电压生成多个不同的LED负载11的导通占空比；所述控制模块16依据所述导通占空比及所述基准电压生成多个参考电压。优选地，生成的多个参考电压的大小不同；更为优选地，如图3所示，本实施例中，所述控制模块16产生的多个参考电压Vref1、Vref2及Vref3依次增大，以确保所述第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3依次导通与关断。

实施例三

如图5所示，本发明还提供一种线性恒功率LED驱动电路，所述线性恒功率LED驱动电路为单段式驱动电路，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：电压输入模块10，所述电压输入模块10适于提供输入电压；LED负载11，所述LED负载11与所述电压输入模块10的输出端相连接，由所述电压输入模块10供电；功率开关管M，所述功率开关管M的漏极与所述LED负载11的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载11的恒功率控制；基准电压设定模块15，所述基准电压设定模块15适于设定基准电压Vref；采样电阻Rcs，所述采样电阻Rcs一端与所述功率开关管M的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管M的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；占空比生成模块14，所述占空比生成模块14与所述基准电压设定模块15及所述采样电阻Rcs相连接，适于依据所述基准电压及所述采样电流生成LED负载11的导通占空比；控制模块16，所述控制模块16与所述占空比生成模块14相连接，适于依据所述导通占空比生成一参考电压以限制流经所述功率开关管M的峰值电流；比较模块17，所述比较模块17与所述采样电阻Rcs、所述控制模块16及所述功率开关管M的栅极相连接，适于将所述采样电阻Rcs采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管M开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

作为示例，如图5所示，所述电压输入模块10为芯片外部器件，包括一交流电源AC、一保险丝F1及一整流单元BD1，所述整流单元BD1包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流电源AC经所述保险丝F1后连接于各二极管组的两个二极管之间，所述电压输入模块10提供所述输入电压V_in，所述输入电压V_in为连续增大或连续减小的正弦电压整流后的整流电压。

作为示例，如图5所示，所述LED负载11为芯片外部器件，包括串联的多个LED灯，所述LED负载11也可以是多个LED灯的串并联结构，不以本实施例为限。所述电压输入模块10为所述LED负载11供电，当所述LED负载11两端的电压达到其导通电压时，所述LED负载11中的LED点亮，起到照明的作用。

作为示例，如图5所示，在本实施例中，所述功率开关管M为N型MOS管，在实际使用时，所述功率开关管的类型不限。所述功率开关管M为芯片内部器件，通过S1端口实现所述功率开关管M的漏端与芯片外部器件的连接。

作为示例，如图5所示，所述基准电压设定模块15为芯片的内部器件，与所述占空比生成模块14相连接，适于设定芯片内部的基准电压Vref，并将所述基准电压Vref提供给所述占空比生成模块14。

作为示例，如图5所示，所述采样电阻Rcs为芯片外部器件，通过Rcs端与芯片内部的功率开关管M的源端、所述占空比生成模块14及所述比较模块17相连接。

作为示例，如图5所示，所述占空比生成模块14为芯片的内部器件，与所述基准电压设定模块15及所述采样电阻Rcs相连接，适于依据所述基准电压Vref、所述采样电流ILED及所述采样电阻Rcs生成LED负载11的导通占空比，具体的公式为：

作为示例，如图5所示，所述控制模块16为芯片内部器件，与所述占空比生成模块14及所述比较模块17相连接，适于依据所述导通占空比Duty生成一参考电压以限制流经所述功率开关管M的峰值电流。通过所述参考电压可以实现在不同输入电压周期内电流平均值恒定，进而实现宽输入电压范围内的恒功率输出。

作为示例，如图5所示，所述比较模块17为芯片内部器件，在本实施例中，所述比较模块17为一比较器，所述比较器的正相输入端与所述控制模块16相连接，反相输入端与所述采样电阻Rcs相连接，所述比较器的输出端与所述功率开关管M的栅极相连接，当所述采样电压Vcs大于所述参考电压时，所述比较器输出低电平，驱动所述功率开关管M关断，以减小流经所述LED负载11的电流；当所述采样电压Vcs小于所述参考电压时，所述比较器输出高电平，驱动所述功率开关管M打开，以增大流经所述LED负载11的电流。通过所述功率开关管M的导通和截止实现所述LED负载11的恒流控制。

作为示例，如图5所示，所述线性恒功率LED驱动电路还包括一工作电压产生电路18，所述工作电压产生电路18的一端与所述电压输入模块10的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压；所述工作电压产生电路18的一端连接所述电压输入模块10的输出端，另一端通过一储能电容Cvcc接地。

作为示例，如图5所示，所述工作电压产生模块181为芯片内部器件，其一端通过HV端口连接所述电压输入模块10的输出端，从所述电压输入模块10获取电能，另一端通过VCC端口与芯片外部储能电容Cvcc连接后接地。所述工作电压产生模块181将产生的电压VCC保存于所述储能电容Cvcc上，保证即使在所述输入电压V_IN_ac位于谷底时仍有足够能量维持各模块工作。

如图6所示，在另一示例中，所述线性恒功率LED驱动电路为多段式驱动电路，此时，所述线性恒功率LED驱动电路与上述单段式驱动电路的结构大致相同，二者的不同之处在于：所述LED负载11、所述功率开关管M及所述比较模块17均为多个；多个所述LED负载11依次串接后与所述电压输入模块10的输出端相连接；多个所述功率开关管M与所述LED负载11一一对应设置，所述功率开关管M的漏极与与其相对应的所述LED负载11的输出端相连接；多个所述比较模块17与所述功率开关管M一一对应设置，多个所述比较模块17均与所述采样电阻Rcs及所述控制模块16相连接，且所述比较模块17与与其相对应的所述功率开关管M的栅极相连接；所述控制模块16依据所述导通占空比生成多个参考电压。

作为示例，所述LED负载11、所述功率开关管M及所述比较模块17的数量可以根据实际需要进行设定，图6中以所述LED负载11、所述功率开关管M及所述比较模块17的数量均为三个作为示例，但实际中并不以此为限，所述LED负载11、所述功率开关管M及所述比较模块17的数量还可以均为两个、四个、五个甚至更多个。以图6为例，自所述电压输入模块10向右将三个所述LED负载11依次记为第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3；同样，自所述控制模块16向右的三个功率开关管M分别记为第一功率开关管M1、第二功率开关管M2及第三功率开关管M3；自所述控制模块16向右的三个比较模块17依次记为第一比较模块、第二比较模块及第三比较模块，则所述第一功率开关管的漏极与所述第一LED负载LED1的输出端相连接，所述第二功率开关管的漏极与所述第二LED负载LED2的输出端相连接，所述第三功率开关管的漏极与所述第三LED负载LED3的输出端相连接；所述比较模块17的输入端与所述采样电阻Rcs及所述控制模块16相连接，所述第一比较模块的输出端与所述第一功率开关管M1的栅极相连接，所述第二比较模块的输出端与所述第二功率开关管M2的栅极相连接，所述第三比较模块的输出端与所述第三功率开关管M3的栅极相连接。

作为示例，所述控制模块16产生的多个参考电压的大小不同；优选地，如图6所示，本实施例中，所述控制模块16产生的多个参考电压Vref1、Vref2及Vref3依次增大，以确保所述第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3依次导通与关断。

实施例四

如图7所示，本发明还提供一种线性恒功率LED驱动电路的驱动方法，所述驱动方法基于实施例三中所述的单段式及多段式线性恒功率LED驱动电路，所述线性恒功率LED驱动方法至少包括：

S1：利用实施例三中所述的采样电阻Rcs采集流经所述LED负载11及所述功率开关管M的输出电流，依据所述输出电流及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成LED负载11的导通占空比；

S2：利用实施例三中所述的控制模块16依据所述导通占空比生成参考电压；

S3：利用实施例三中所述的采样电阻Rcs采集流经所述LED负载及所述功率开关管的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

S4：利用实施例三中所述的比较模块17将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管M开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

需要说明的是，当所述线性恒功率LED驱动电路为多段式驱动电路时，所述控制模块16依据所述导通占空比生成多个参考电压。优选地，生成的多个参考电压的大小不同；更为优选地，如图6所示，本实施例中，所述控制模块16产生的多个参考电压Vref1、Vref2及Vref3依次增大，以确保所述第一LED负载LED1、第二LED负载LED2及第三LED负载LED3依次导通与关断。

综上所述，本发明提供一种线性恒功率LED驱动电路及方法，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：电压输入模块，适于提供输入电压；LED负载，与所述电压输入模块的输出端相连接，由所述电压输入模块供电；功率开关管，所述功率开关管的漏极与所述LED负载的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载的恒功率控制；输入电压检测模块，与所述电压输入模块相连接，适于采集所述电压输入模块输入的电压；输出电压检测模块，与所述LED负载的输入端及输出端相连接，适于采集所述LED负载两端的电压；占空比生成模块，与所述输入电压检测模块及所述输出电压检测模块相连接，适于依据采集的所述电压输入模块输入的电压及所述LED负载两端的电压生成LED负载的导通占空比；基准电压设定模块，适于设定基准电压；控制模块，与所述占空比生成模块及所述基准电压设定模块相连接，适于依据所述导通占空比及所述基准电压生成一参考电压以限制流经所述功率开关管的峰值电流；采样电阻，一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；比较模块，与所述采样电阻、所述控制模块及所述功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电阻采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法通过占空比的控制可以实现交流周期内平均电流的控制，利用高压降电流实现宽输入电压范围内的恒功率输出，并减少系统在高输入电压的情况下的发热；本发明的线性恒功率LED驱动电路及方法，整个系统的控制结构简单，实现外围电路最简化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种线性恒功率LED驱动电路，其特征在于，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：

电压输入模块，适于提供输入电压；

LED负载，与所述电压输入模块的输出端相连接，由所述电压输入模块供电；

功率开关管，所述功率开关管的漏极与所述LED负载的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载的恒功率控制；

输入电压检测模块，与所述电压输入模块相连接，适于采集所述电压输入模块输入的电压；

输出电压检测模块，与所述LED负载的输入端及输出端相连接，适于采集所述LED负载两端的电压；

占空比生成模块，与所述输入电压检测模块及所述输出电压检测模块相连接，适于依据采集的所述电压输入模块输入的电压及所述LED负载两端的电压生成LED负载的导通占空比；

基准电压设定模块，适于设定基准电压；

控制模块，与所述占空比生成模块及所述基准电压设定模块相连接，适于依据所述导通占空比及所述基准电压生成一参考电压以限制流经所述功率开关管的峰值电流；

采样电阻，一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；

比较模块，与所述采样电阻、所述控制模块及所述功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电阻采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

2.根据权利要求1所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述输入电压检测模块包括第一电阻、第二电阻及滤波电容；

所述第一电阻与所述第二电阻串联为串联结构，所述串联结构一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于对输入电压进行分压；

所述滤波电容一端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间，另一端接地，适于依据分压得到一检测电压，并依据所述检测电压得到输入电压。

3.根据权利要求1所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述LED负载、所述功率开关管、所述输出电压检测模块及所述比较模块均为多个；

多个所述LED负载依次串接后与所述电压输入模块的输出端相连接；

多个所述功率开关管与所述LED负载一一对应设置，所述功率开关管的漏极与与其相对应的所述LED负载的输出端相连接；

多个所述输出电压检测模块与所述LED负载一一对应设置，所述输出电压检测模块与与其相对应的所述LED负载的输入端及输出端相连接，且多个所述输出电压检测模块均与所述占空比生成模块相连接；

多个所述比较模块与所述功率开关管一一对应设置，多个所述比较模块均与所述采样电阻及所述控制模块相连接，且所述比较模块与与其相对应的所述功率开关管的栅极相连接；

所述占空比生成模块依据所述电压输入模块输入的电压及不同的所述LED负载两端的电压生成多个不同的LED负载的导通占空比；所述控制模块依据所述导通占空比及所述基准电压生成多个参考电压。

4.根据权利要求3所述的多段式线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述控制模块产生的多个参考电压的大小不同。

5.根据权利要求3所述的多段式线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述控制模块产生的多个参考电压依次增大。

6.根据权利要求1所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：还包括一工作电压产生电路，所述工作电压产生电路的一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压。

7.根据权利要求6所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述工作电压产生电路包括工作电压产生模块及储能电容；所述工作电压产生模块与所述电压输入模块的输出端相连接；所述储能电容一端与所述工作电压产生模块相连接，另一端接地。

8.一种线性恒功率LED驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述线性恒功率LED驱动电路的驱动方法至少包括：

采集所述线性恒功率LED驱动电路的输入电压及LED负载输入端及输出端两端的输出电压，依据所述输入电压及所述输出电压生成LED负载的导通占空比；

依据所述导通占空比及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成参考电压；

采集流经所述LED负载及所述功率开关管的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

9.一种线性恒功率LED驱动电路，其特征在于，所述线性恒功率LED驱动电路至少包括：

电压输入模块，适于提供输入电压；

LED负载，与所述电压输入模块的输出端相连接，由所述电压输入模块供电；

功率开关管，所述功率开关管的漏极与所述LED负载的输出端相连接，适于通过其自身的导通和截止实现所述LED负载的恒功率控制；

基准电压设定模块，适于设定基准电压；

采样电阻，一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端接地，适于对流经所述功率开关管的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压；

占空比生成模块，与所述基准电压设定模块及所述采样电阻相连接，适于依据所述基准电压及所述采样电流生成LED负载的导通占空比；

控制模块，与所述占空比生成模块相连接，适于依据所述导通占空比生成一参考电压以限制流经所述功率开关管的峰值电流；

比较模块，与所述采样电阻、所述控制模块及所述功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电阻采集的采样电压与所述参考电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。

10.根据权利要求9所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述LED负载、所述功率开关管及所述比较模块均为多个；

多个所述LED负载依次串接后与所述电压输入模块的输出端相连接；

多个所述功率开关管与所述LED负载一一对应设置，所述功率开关管的漏极与与其相对应的所述LED负载的输出端相连接；

多个所述比较模块与所述功率开关管一一对应设置，多个所述比较模块均与所述采样电阻及所述控制模块相连接，且所述比较模块与与其相对应的所述功率开关管的栅极相连接；

所述控制模块依据所述导通占空比生成多个参考电压。

11.根据权利要求10所述的多段式线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述控制模块产生的多个参考电压的大小不同。

12.根据权利要求10所述的多段式线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述控制模块产生的多个参考电压依次增大。

13.根据权利要求9所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：还包括一工作电压产生电路，所述工作电压产生电路的一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性恒功率LED驱动电路中各模块提供工作电压。

14.根据权利要求13所述的线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述工作电压产生电路包括工作电压产生模块及储能电容；所述工作电压产生模块与所述电压输入模块的输出端相连接；所述储能电容一端与所述工作电压产生模块相连接，另一端接地。

15.一种线性恒功率LED驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述线性恒功率LED驱动电路的驱动方法至少包括：

采集流经LED负载及功率开关管的输出电流，依据所述输出电流及所述线性恒功率LED驱动电路的基准电压生成LED负载的导通占空比；

依据所述导通占空比生成参考电压；

采集流经所述LED负载及所述功率开关管的输出电流，并将所述电流转化为采样电压；

将所述参考电压与所述采样电压进行比较，以产生控制所述功率开关管开关的控制信号，进而实现恒功率输出。