CN107734745A - 一种高效率半压led线性驱动电路 - Google Patents

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张义
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Abstract

本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，整流桥的两个输入端连接输入交流电；储能电容的一端与整流桥的正输出端连接，另一端分别与第一二极管的正极、第二二极管的负极连接；第一MOS管的漏极与第一二极管的负极连接；输出电流设定电阻的一端与第一MOS管的源极连接，另一端与LED负载的正极连接；LED负载的负极分别与第二二极管的正极、整流桥的负输出端连接；第二MOS管的漏极与整流桥的正输出端连接；维持电流设定电阻的一端与第二MOS管的源极连接，另一端与第一MOS管的源极连接。其优点在于当LED负载压降低于一半的输入电压的峰值情况下，系统的效率并不会降低。

Description

一种高效率半压LED线性驱动电路
技术领域
本发明涉及一种LED线性恒流驱动电路，特别涉及一种高效率半压LED线性驱动电路。
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。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。
根据LED的负载特性，需要有一种可控恒流源来控制。使用高频开关电源实现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)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。2)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。
传统的线性LED驱动电路，如图1所示，由驱动电路组成。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，当输入整流电压Vin高于LED负载压降Vled时，驱动电路开始工作，于是输出电流保持为：
此时MOS管M的功耗PM为：
从上述分析中可以看出，当使用较少数目的LED灯串来减少系统成本时，Vled值较小，从而造成MOS管M1的功耗会变得较高，从而降低整个系统的效率。
发明内容
本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，当LED负载压降低于一半的输入电压的峰值情况下，系统的效率并不会降低；克服现有技术的缺陷，解决上述技术问题。
本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，包括，整流桥、储能电容C2、第一二极管D1、第一驱动电路、LED负载、第二二极管D2和第二驱动电路；第一驱动电路包括第一MOS管M1和输出电流设定电阻Rcs_1；第二驱动电路包括第二MOS管M2和维持电流设定电阻Rcs_2；整流桥的两个输入端连接输入交流电ACin；储能电容C2的一端与整流桥的正输出端连接，另一端分别与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极连接；第一MOS管M1的漏极与第一二极管D1的负极连接；输出电流设定电阻Rcs_1的一端与第一MOS管M1的源极连接，另一端与LED负载的正极连接；LED负载的负极分别与第二二极管D2的正极、整流桥的负输出端连接；第二MOS管M2的漏极与整流桥的正输出端连接；维持电流设定电阻Rcs_2的一端与第二MOS管M2的源极连接，另一端与第一MOS管M1的源极连接。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：第一驱动电路还包括第一运算放大器OTA1；第一运算放大器OTA1的正相输入端于基准电压Vref连接，反相输入端与第一MOS管M1的源极连接，输出端与第一MOS管M1的栅极连接。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：第二驱动电路还包括第二运算放大器OTA2；第二运算放大器OTA2的正相输入端于基准电压Vref连接，反相输入端与第二MOS管M2的源极连接，输出端与第二MOS管M2的栅极连接。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：还包括负载电容C1,并联在LED负载上。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：整流桥的负输出端接地。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：当整流电压高于储能电容C2两端的压降和LED负载压降之和时，整流电压通过第一驱动电路给LED负载供电，同时给储能电容C2充电。
进一步，本发明提供了一种高效率半压LED线性驱动电路，还具有以下特征：当整流电压小于储能电容C2两端的压降时，整流电压停止供电，储能电容C2通过第二驱动电路给LED负载供电。
附图说明
图1是传统线性LED驱动电路。
图1附图标记：
Rcs――输出电流设定电阻
Iout――LED负载输出电流
Vref――基准电压
ACin――输入交流电压
Vin――整流电压
Vled――LED负载压降
Vcs――驱动电路反馈回路电压
M――MOS管
OTA――运算放大器
C――负载电容
图2是本发明的高效率半压LED线性驱动电路图。
图2附图标记：
Rcs_1――输出电流设定电阻
Rcs_2――维持电流设定电阻
Vref――基准电压
ACin――输入交流电压
Vin――整流电压
Vcs_1――第一驱动电路反馈回路电压
Vcs_2――第二驱动电路电流设定电压
C1――负载电容
C2――储能电容
D1――第一二极管
D2――第二二极管
OTA1――第一运算放大器
OTA2――第二运算放大器
M1――第一MOS管
M2――第二MOS管
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。
图2是本发明的高效率半压LED线性驱动电路图。
如图2所示，高效率半压LED线性驱动电路，包括：整流桥、储能电容C2、第一二极管D1、第一驱动电路、LED负载、第二二极管D2、第二驱动电路和负载电容C1。
第一驱动电路包括：第一MOS管M1、第一运算放大器OTA1和输出电流设定电阻Rcs_1。第二驱动电路包括：第二MOS管M2、第二运算放大器OTA2和维持电流设定电阻Rcs_2。
整流桥的两个输入端连接输入交流电ACin，整流桥的负输出端接地。
储能电容C2的一端与整流桥的正输出端连接，另一端分别与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极连接。
第一MOS管M1的漏极与第一二极管D1的负极连接。输出电流设定电阻Rcs_1的一端与第一MOS管M1的源极连接，另一端与LED负载的正极连接。
第一运算放大器OTA1的正相输入端于基准电压Vref连接，反相输入端与第一MOS管M1的源极连接，输出端与第一MOS管M1的栅极连接。
LED负载的负极分别与第二二极管D2的正极、整流桥的负输出端连接。负载电容C1的两端分别与LED负载的两端连接,即并联在LED负载上。
第二MOS管M2的漏极与整流桥的正输出端连接。第二运算放大器OTA2的正相输入端于基准电压Vref连接，反相输入端与第二MOS管M2的源极连接，输出端与第二MOS管M2的栅极连接。
维持电流设定电阻Rcs_2的一端与第二MOS管M2的源极连接，另一端与第一MOS管M1的源极连接。
高效率半压LED线性驱动电路的工作原理：
本发明提供了一种全新的驱动电路结构，从而在当LED负载压降Vled低于一半的输入整流电压Vin的峰值情况下，系统的效率并不会降低。
当整流电压Vin高于储能电容C2两端的压降Vc2和LED负载压降Vled之和时，整流电压Vin通过第一驱动电路给LED负载供电，同时给储能电容C2充电。由于反馈回路的存在，使得：第一驱动电路反馈回路电压Vcs_1＝第二驱动电路电流设定电压Vcs_2＝基准电压Vref，所以没有电流流入第二驱动电路。
所以电流路径为：整流电压Vin–储能电容C2–第一二极管D1–第一MOS管M1–输出电流设定电阻Rcs_1–LED负载-整流电压Vin。
此时的输出电流为：
第一MOS管M1的功耗PM1为：
当整流电压Vin小于储能电容C2两端的压降时，由于第二二极管D2的单向导通特性，整流电压Vin停止供电，改由储能电容C2来给LED负载供电。
电流路径为：储能电容C2–第二MOS管M2–维持电流设定电阻Rcs_2–输出电流设定电阻Rcs_1–LED负载–第二二极管D2–储能电容C2。
此时的输出电流为：
在整流电压Vin给LED负载供电并给储能电容充电的相位区间内，第一MOS管M1两端的压降变为Vin-Vc2-Vled，虽然Vled减小了一倍，但由于串联了储能电容C2，从而使得第一MOS管M1两端的压降并没有变大，从而在减半LED负载灯串数目的情况下没有增大系统的功耗。
同时由上述分析可知，在一个输入交流电压正弦波周期内，流经LED负载的电流频率是整流电压Vin频率的2倍，即输入正弦波频率的4倍，因此输出频闪的问题也改善了1倍。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：包括，整流桥、储能电容(C2)、第一二极管(D1)、第一驱动电路、LED负载、第二二极管(D2)和第二驱动电路；
其中，第一驱动电路包括第一MOS管(M1)和输出电流设定电阻(Rcs_1)；第二驱动电路包括第二MOS管(M2)和维持电流设定电阻(Rcs_2)；
整流桥的两个输入端连接输入交流电(ACin)；
储能电容(C2)的一端与整流桥的正输出端连接，另一端分别与第一二极管(D1)的正极、第二二极管(D2)的负极连接；
第一MOS管(M1)的漏极与第一二极管(D1)的负极连接；
输出电流设定电阻(Rcs_1)的一端与第一MOS管(M1)的源极连接，另一端与LED负载的正极连接；
LED负载的负极分别与第二二极管(D2)的正极、整流桥的负输出端连接；
第二MOS管(M2)的漏极与整流桥的正输出端连接；
维持电流设定电阻(Rcs_2)的一端与第二MOS管(M2)的源极连接，另一端与第一MOS管(M1)的源极连接。
2.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：第一驱动电路还包括第一运算放大器(OTA1)；
第一运算放大器(OTA1)的正相输入端于基准电压(Vref)连接，反相输入端与第一MOS管(M1)的源极连接，输出端与第一MOS管(M1)的栅极连接。
3.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：第二驱动电路还包括第二运算放大器(OTA2)；
第二运算放大器(OTA2)的正相输入端于基准电压(Vref)连接，反相输入端与第二MOS管(M2)的源极连接，输出端与第二MOS管(M2)的栅极连接。
4.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：还包括负载电容(C1),并联在LED负载上。
5.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：整流桥的负输出端接地。
6.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：当整流电压高于储能电容(C2)两端的压降和LED负载压降之和时，整流电压通过第一驱动电路给LED负载供电，同时给储能电容(C2)充电。
7.如权利要求1所述的高效率半压LED线性驱动电路，其特征在于：当整流电压小于储能电容(C2)两端的压降时，整流电压停止供电，储能电容(C2)通过第二驱动电路给LED负载供电。
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