CN107801268A - 线性高效恒流无频闪led驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

线性高效恒流无频闪led驱动电路及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法，包括：电压输入模块、LED负载、第一储能电容、充电模块及恒流控制模块；所述充电模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于在输入电压大于所述第一储能电容的电压时为所述第一储能电容充电，且所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；所述第一储能电容经由所述恒流控制模块与所述LED负载相连接，适于在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。本发明的驱动电路可以在较宽输入电压范围内实现输出LED电流的恒流，并且在高输入电压时也能得到很高的效率，输出无频闪。

Description

线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法。
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所示为单段线性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VIN，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。
上述单段线性LED驱动中整体的效率由所述LED灯的导通电压与输入电压决定，即上述单段线性LED驱动中整体的效率其中，VLED为所述LED灯的导通电压，VIN为输入电压。然而，由于串联的所述LED灯的数目是固定的，因此在所述输入电压超过所述LED正向压降时多余的电压是由所述恒流控制芯片中的所述恒流控制管承担，VIN-VLED即为所述恒流控制管上的电压。由此可知，当所述输入电压越高时，所述单段线性LED驱动中整体的效率就越低。
针对上述问题，通常在单段线性LED驱动中通过提高所述LED灯的数目以提高输出电压，使得所述输出电压尽量接近所述输入电压，从而提高所述单段线性LED驱动中整体的效率；但同时带来的问题就是所述输入电压的范围会比较窄，而且，当所述输入电压较高时，所述单段线性LED驱动中整体的效率仍然比较低。
另外，可以采取高压降电流的技术以减少高压时带来的损耗，但该方法的恒流效果不好，且效率提升也有限，并且输出会有频闪。
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高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法，用于解决现有技术中单段线性LED驱动中整体的效率、输入电压范围较窄及输出由频闪的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路至少包括：电压输入模块、LED负载、第一储能电容、充电模块及恒流控制模块；
所述电压输入模块用于提供输入电压；
所述充电模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于在输入电压大于所述第一储能电容的电压时为所述第一储能电容充电，且所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；
所述第一储能电容经由所述恒流控制模块与所述LED负载相连接，适于在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。
优选地，所述充电模块包括：第一功率开关管、第一运算放大器、控制单元、积分电容及第一采样电阻；
所述第一功率开关管包括栅极、源极及漏极，所述第一功率开关管的漏极与所述电压输入模块的输出端相连接，适于通过自身的导通与截止实现对所述第一储能电容进行充电；
所述第一采样电阻一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于对流经所述第一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；
所述积分电容一端接地；
所述控制单元与所述积分电容的另一端及所述第一采样电阻相连接，适于接收所述采样电压，并对所述补偿电容进行积分，产生一控制信号以限定流经所述第一功率开关管的峰值电流，进而实现在不同输入电压周期内的充电电流平均值恒定；
所述第一运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的正相输入端与所述控制单元相连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一采样电阻相连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述控制信号进行比较，以产生控制所述第一功率开关管的开关信号。
优选地，所述恒流控制模块包括：第二采样电阻、第二运算放大器及第二功率开关管；
所述第二采样电阻一端与所述第一储能电容相连接，适于对流经所述第二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；
所述第二功率开关管包括栅极、源极及漏极，所述第二功率开关管的源极与所述第二采样电阻相连接，所述第二功率开关管的漏极与所述LED负载相连接；
所述第二运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的正相输入端与一参考电压相连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二采样电阻的另一端相连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述参考电压进行比较，并依据比较结果生成一控制信号控制所述第二功率开关管进行恒流输出，以控制所述第一储能电容对所述LED负载进行恒流放电。
可选地，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括工作电压产生模块，所述工作电压产生模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路中的各模块提供工作电压。
优选地，所述工作电压产生模块包括工作电压产生单元及第二储能电容；所述工作电压产生单元与所述电压输入模块的输出端相连接；所述第二储能电容一端与所述工作电压产生单元相连接，另一端接地。
可选地，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括反馈模块，所述反馈模块适于检测所述第一储能电容与所述LED负载的电压差，并将所述电压差与一预设定电压比较，当所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流。
优选地，所述反馈模块包括：第一电阻、第二电阻及第三运算放大器；
所述第一电阻一端与所述LED负载相连接，另一端与所述第三运算放大器相连接；
所述第二电阻一端与所述第一储能电容相连接，另一端与所述第三运算放大器相连接；
所述第三运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第三运算放大器的正相输入端与所述预设定电压相连接，所述第三运算放大器与所述第一电阻远离所述LED负载的一端及所述第二电阻远离所述第一储能电容的一端相连接，所述第三运算放大器的输出端与所述充电模块相连接，适于将所述第一电阻及所述第二电阻采集的所述第一储能电容与所述LED负载的电压差与所述预定电压比较，并在所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流。
更为优选地，所述反馈模块还包括二极管，所述二极管包括阳极及阴极，所述二极管的阳极与所述第一电阻远离所述LED负载的一端及所述第二电阻远离所述第一储能电容的一端相连接，所述二极管的阴极与所述充电模块相连接。
可选地，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括电流关断斜率控制模块，所述电流关断斜率控制模块与所述电压输入模块及所述充电模块相连接，当所述输入电压大于设定电压时，所述电流关断斜率控制模块输出关断信号以控制流经所述充电模块的充电电流线性关断，通过调节流经所述充电模块的充电电流的关断斜率实现效率和功率因数的折衷。
优选地，所述电流关断斜率控制模块包括第三电阻、第四电阻、恒流源以及过压检测单元；所述第三电阻的一端与所述电压输入模块的输出端相连接、另一端经由所述第四电阻后接地；所述恒流源的一端连接于所述第三电阻及所述第四电阻之间、另一端接地；所述过压检测单元一端连接于所述第三电阻及所述第四电阻之间，另一端与所述充电模块相连接，适于产生所述关断信号；通过所述第三电阻、所述第四电阻及所述恒流源调节流经所述充电模块的充电电流的关断斜率。
可选地，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括过温降电流点设定模块，所述过温降电流点设定模块一端与所述充电模块相连接，另一端接地，适于设定所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的过温降电流点；所述充电模块在线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时自动降低充电电流和输出电流以减少发热。
优选地，所述过温降电流点设定模块包括过温降电流点设定单元及第五电阻；
所述过温降电流点设定单元一端与所述充电模块相连接，另一端与所述第五电阻相连接；
所述第五电阻远离所述过温降电流点设定单元的一端接地，通过设定所述第五电阻的阻值可以设置不同的过温降电流点。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种上述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法至少包括：
当输入电压小于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块处于关断状态不为所述第一储能电容充电；所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波；
随着所述输入电压升高，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电，且确保所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；同时，所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下继续对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波；
随后所述输入电压下降，当所述输入电压小于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块处于关断状态，停止为所述第一储能电容充电；所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下继续对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。
优选地，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电的同时，还包括检测所述第一储能电容与所述LED负载的电压差，并将所述电压差与一预设定电压比较，当所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流的步骤。
优选地，所述充电模块为所述第一储能电容充电的过程中，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压且小于第一设定电压时，所述充电模块以恒定的充电电流为所述第一储能电容充电；随着所述输入电压的继续升高，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于第二设定电压时，所述充电模块的充电电流线性下降；当所述输入电压大于所述第二设定电压时，所述充电模块停止对所述第一储能电容充电；随后所述输入电压下降，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于所述第二设定电压时，所述充电模块的充电电流线性上升，所述充电模块继续为所述第一储能电容充电；当所述输入电压小于所述第一设定电压且大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块停止为所述第一储能电容充电。
优选地，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电的同时，还包括设置过温降电流点，并实时监测所述线性高效恒流无频闪LED驱动的电路的温度，当线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时降低所述充电模块的充电电流和输出电流以减少发热的步骤。
如上所述，本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法，具有以下有益效果：
1、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以在较宽输入电压范围内实现输出LED电流的恒流，并且在高输入电压时也能得到很高的效率，输出无频闪。
2、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的充电模块中的第一功率开关管的峰值电流受控制，可以减小所述第一共功率开关管的导通损耗。
3、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以通过外部电阻设定调整所述第一功率开关管的关断电压及关断斜率，使得系统性能得到优化。
4、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路通过反馈模块使得高于设定值的纹波电压能自动反馈并限制输出电压及功率，提高效率并保护系统电路不受高压损坏，低于设定值的纹波电压不会影响环路工作状态。
5、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路结构简单，外围控制电路可以达到最优化。
附图说明
图1显示为现有技术中的单段线性LED驱动结构示意图。
图2显示为本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的电路结构示意图。
图3显示为本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的时序图。
元件标号说明
1 电压输入模块
2 LED负载
3 充电模块
31 第一运算放大器
32 控制单元
4 恒流控制模块
41 第二运算放大器
5 工作电压产生模块
51 工作电压产生单元
6 反馈模块
61 第三运算放大器
7 电流关断斜率控制模块
71 过压检测单元
8 过温降电流设定模块
81 过温降电流设定单元
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3。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。
如图2所示，本发明提供一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路至少包括：电压输入模块1、LED负载2、第一储能电容Co、充电模块3及恒流控制模块4；所述电压输入模块1用于提供输入电压VIN_ac；所述充电模块3一端与所述电压输入模块1的输出端相连接，另一端与所述第一储能电容Co相连接，适于在输入电压大于所述第一储能电容Co的电压时为所述第一储能电容Co充电，且所述充电模块3在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；所述第一储能电容Co经由所述恒流控制模块4与所述LED负载2相连接，适于在所述恒流控制模块4的控制下对所述LED负载2进行恒流放电，以确保所述LED负载2电流无纹波。本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路通过所述充电模块3在未所述第一储能电容Co充电的过程中控制在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定，以及通过所述横流模块4对所述LED负载2进行恒流放电，可以在较宽输入电压范围内实现输出LED电流的恒流，并且在高输入电压时也能得到很高的效率，输出无频闪。
作为示例，如图2所示，所述电压输入模块1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，所述整流单元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1提供所述输入电压VIN_ac，所述输入电压VIN_ac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2为芯片外部器件，所述LED负载2通过LEDx端口与位于芯片内部的所述恒流控制模块4相连接；所述LED负载2可以为一个LED灯，也可以包括串联的多个LED灯，所述LED负载2也可以是多个LED灯的串并联结构，不以本实施例为限。所述第一储能电容Co为所述LED负载2供电，当所述LED负载2两端的电压达到其导通电压时，所述LED负载2中的LED点亮，起到照明的作用。
需要说明的是，如图2所示，所述第一储能电容Co为芯片外部器件，图2中的电阻R0为所述第一储能电容Co的放电电阻。
作为示例，如图2所示，所述充电模块3包括：第一功率开关管Q1、第一运算放大器31、控制单元32、积分电容Comp及第一采样电阻R1；所述第一功率开关管Q1包括栅极、源极及漏极，所述第一功率开关管Q1的漏极与所述电压输入模块1的输出端相连接，适于通过自身的导通与截止实现对所述第一储能电容Co进行充电；所述第一功率开关管Q1可以为PMOS管或NMOS管，优选地，本实施例中，所述第一功率开关管Q1为NMOS管；所述第一采样电阻R1一端与所述功率开关管Q1的源极相连接，另一端与所述第一储能电容Co相连接，适于对流经所述第一功率开关管Q1的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压，本实施例中，所述第一采样电阻R1为芯片外部器件，所述第一采样电阻R1通过Rs端口与位于芯片内部的所述第一功率开关管Q1相连接；所述积分电容Comp一端接地，本实施例中，所述积分电容Ccomp为芯片外部器件，所述积分电容Ccomp通过comp端口与位于芯片内部的所述控制单元32相连接；所述控制单元32与所述积分电容Ccomp的另一端及所述第一采样电阻R1相连接，适于接收所述采样电压，并对所述补偿电容Ccomp进行积分，产生一控制信号以限定流经所述第一功率开关管Q1的峰值电流，进而实现在不同输入电压周期内的充电电流平均值恒定；所述第一运算放大器31包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第一运算放大器31的正相输入端与所述控制单元32相连接，所述第一运算放大器31的反相输入端与所述第一采样电阻R1相连接，所述第一运算放大器31的输出端与所述第一功率开关管Q1的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述控制信号进行比较，以产生控制所述第一功率开关管Q1的开关信号。
作为示例，所述恒流控制模块4包括：第二采样电阻R2、第二运算放大器41及第二功率开关管Q2；所述第二采样电阻R2一端与所述第一储能电容Co相连接，适于对流经所述第二功率开关管Q2的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压，所述第二采样电阻R2为芯片外部器件，所述第二采样电阻R2通过RCS端口与芯片内部的所述第二运算放大器41及所述第二功率开关管Q2相连接；所述第二功率开关管Q2包括栅极、源极及漏极，所述第二功率开关管Q2的源极与所述第二采样电阻R2相连接，所述第二功率开关管Q2的漏极与所述LED负载2相连接；所述第二功率开关管Q2可以为PMOS管，也可以为NMOS管，优选地，本实施例中，所述第二功率开关管Q2为PMOS管；所述第二运算放大器41包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第二运算放大器41的正相输入端与一参考电压Vref相连接，所述第二运算放大器41的反相输入端与所述第二采样电阻R2的另一端相连接，所述第二运算放大器41的输出端与所述第二功率开关管Q2的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述参考电压Vref进行比较，并依据比较结果生成一控制信号控制所述第二功率开关管Q2进行恒流输出，以控制所述第一储能电容Co对所述LED负载2进行恒流放电。
作为示例，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括工作电压产生模块5，所述工作电压产生模块5一端与所述电压输入模块1的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路中的各模块提供工作电压。
作为示例，如图2所示，所述工作电压产生模块5包括工作电压产生单元51及第二储能电容Cvcc；所述工作电压产生单元51为芯片内部器件，所述工作电压产生单元51的一端通过HV端口与所述电压输入模块1的输出端相连接，另一端通过VCC端口与位于芯片外部的所述第二储能电容Cvcc相连接；所述第二储能电容Cvcc远离所述电压输入模块1的一端接地。所述工作电压产生模块5将产生的电压VCC保存于所述第二储能电容Cvcc上，保证即使在所述输入电压VIN_ac位于谷底时仍有足够能量维持各模块工作。
作为示例，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括反馈模块6，所述反馈模块6适于检测所述第一储能电容Co与所述LED负载2的电压差，并将所述电压差与一预设定电压Vds比较，当所述电压差大于所述与设定电压Vds时，向所述充电模块3反馈信号以降低所述充电模块3的充电电流。所述反馈模块6可以防止所述第一储能电容Co的充电电压过高而导致所述第二功率开关管Q2的损耗，也可以保护所述第二功率开关管Q2不被击穿。
作为示例，所述反馈模块6包括：第一电阻Rup、第二电阻Rdown及第三运算放大器61；所述第一电阻Rup一端与所述LED负载2相连接，另一端与所述第三运算放大器61相连接；所述第二电阻Rdown一端与所述第一储能电容Co相连接，另一端与所述第三运算放大器61相连接；所述第三运算放大器61包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第三运算放大器61的正相输入端与所述预设定电压Vds相连接，所述第三运算放大器61与所述第一电阻Rup远离所述LED负载2的一端及所述第二电阻Rdown远离所述第一储能电容Co的一端相连接，所述第三运算放大器61的输出端与所述充电模块3中的所述控制单元32相连接，适于将所述第一电阻Rup及所述第二电阻Rdown采集的所述第一储能电容Co与所述LED负载2的电压差与所述预定电压Vds比较，并在所述电压差大于所述与设定电压Vds时，向所述控制单元32反馈信号，并由所述控制单元32降低所述充电模块3的充电电流。
作为示例，所述反馈模块6还包括二极管D1，所述二极管D1包括阳极及阴极，所述二极管D1的阳极与所述第一电阻Rup远离所述LED负载2的一端及所述第二电阻Rdown远离所述第一储能电容Co的一端相连接，所述二极管D1的阴极与所述充电模块3中的所述控制单元32相连接。当LED负载2的电压太高时(即高于设定电压时)，所述二极管D1箱所述控制单元32反馈信号，以降低流经所述第一功率开关管Q1的充电电流，从而降低所述驱动电路的输出电流，一方面提高了效率，另一方也可以防止各元件参数设置不当损坏器件。需要说明的是，当所述LED负载2的电压较低时(即低于设定电压时)不会向所述控制单元32反馈信号，以确保所述驱动电路输出功率的恒定。
作为示例，如图2所示，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括电流关断斜率控制模块7，所述电流关断斜率控制模块7与所述电压输入模块1及所述充电模块3相连接，当所述输入电压大于设定电压时，所述电流关断斜率控制模块7输出关断信号以控制流经所述充电模块3中的所述第一功率开关管Q1的充电电流线性关断，通过调节流经所述第一功率开关管Q1的充电电流的关断斜率实现效率和功率因数的折衷。
作为示例，所述电流关断斜率控制模块7包括第三电阻R3、第四电阻R4、恒流源I1以及过压检测单元71；所述第三电阻R3的一端与所述电压输入模块1的输出端相连接、另一端经由所述第四电阻R4后接地，所述第三电阻R3及所述第四电阻R4均为芯片外部器件，所述第三电阻R3及所述电阻R4通过OV端口与芯片内部的所述电流源I1及所述过压检测单元71相连接；所述恒流源I1的一端连接于所述第三电阻R3及所述第四电阻R4之间、另一端接地；所述过压检测单元71一端连接于所述第三电阻R3及所述第四电阻R4之间，另一端与所述充电模块3中的所述控制单元32相连接，适于产生所述关断信号；通过所述第三电阻R3、所述第四电阻R4及所述恒流源I1检测所述第一功率开关管Q1两端的电压，并得到检测电压Vov。所述过压检测单元71将所述检测电压Vov与内部的参考电压(此处的所述参考电压为所述设定电压通过所述所述第三电阻R3、所述第四电阻R4及所述恒流源I1分压得到)作比较，进而得到所述关断信号并作用于所述恒流控制单元I1。在本实施例中，当所述第一功率开关管Q1两端的电压为VLED_DEC时，开始有电流流过所述电流关断斜率控制模块7，所述检测电压Vov开始从零上升，所述关断信号开始起效，其幅值与所述检测电压Vov有关，并控制所述控制模块32开始减小流经所述第一功率开关管Q1的充电电流；当所述第一功率开关管Q1两端的电压为VLED_OFF时，所述检测电压Vov达到所述过压检测单元71内部的参考电压，所述关断信号控制所述控制单元32以完全关断流经所述第一功率开光管Q1的充电电流。在本实施例中，VLED_DEC设定为I1*R3，VLED_OFF设定为(VOV/R4+I1)*(R3+R4)，其中，I1为所述恒流源I1的恒定电流，R3为所述第三电阻R3的阻值，R4为所述第四电阻R4的阻值，可通过改变所述第三电阻R3、所述第四电阻R4及所述恒流源I1的值来改变流经所述第一功率开光管Q1的充电电流的下降点、关断点，调节效率和功率因数的灵活性大大提高，具体数值可根据系统应用环境做具体设定，在此不一一限定。下降点和关断点决定了流经所述第一功率开关管Q1的充电电流的关断斜率，该斜率可根据具体电路做具体设定，不同的斜率体现了不同的效率和功率因数。
作为示例，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括过温降电流点设定模块8，所述过温降电流点设定模块8一端与所述充电模块3中的所述控制单元32相连接，另一端接地，适于设定所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的过温降电流点；所述充电模块3在线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时自动降低流经所述第一功率开关管Q1的充电电流和输出电流以减少发热。
作为示例，所述过温降电流点设定模块8包括过温降电流点设定单元81及第五电阻R5；所述过温降电流点设定单元81一端与所述充电模块3中的所述控制单元32相连接，另一端与所述第五电阻R5相连接；所述第五电阻R5远离所述过温降电流点设定单元32的一端接地，所述第五电阻R5为芯片外部器件，所述第五电阻R5通过TSC端口与位于芯片内部的所述过温降电流设定单元81相连接。由于所述第五电阻R5外置于芯片外部，通过设定所述第五电阻R5的阻值可以设置不同的过温降电流点，以适应不同的应用条件以提高所述驱动电路的可靠性。
所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的工作原理如下：
当输入电压小于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3处于关断状态不为所述第一储能电容Co充电；所述第一储能电容Co在所述恒流控制模块4的控制下对所述LED负载2进行恒流放电，以确保所述LED负载2电流无纹波；
随着所述输入电压升高，当所述输入电压大于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3为所述第一储能电容Co充电，且确保所述充电模块3在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；同时，所述第一储能电容Co在所述恒流控制模块4的控制下继续对所述LED负载2进行恒流放电，以确保所述LED负载电流2无纹波；
随后所述输入电压下降，当所述输入电压小于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3处于关断状态，停止为所述第一储能电容Co充电；所述第一储能电容Co在所述恒流控制模块4的控制下继续对所述LED负载2进行恒流放电，以确保所述LED负载2电流无纹波。
作为示例，当所述输入电压大于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3为所述第一储能电容Co充电的同时，还包括检测所述第一储能电容Co与所述LED负载2的电压差，并将所述电压差与一预设定电压比较，当所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块3反馈信号以降低所述充电模块2的充电电流的步骤。
作为示例，所述充电模块3为所述第一储能电容Co充电的过程中，当所述输入电压大于所述第一储能电容Co的电压且小于第一设定电压时，所述充电模块3以恒定的充电电流为所述第一储能电容Co充电；随着所述输入电压的继续升高，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于第二设定电压时，所述充电模块3的充电电流线性下降；当所述输入电压大于所述第二设定电压时，所述充电模块3停止对所述第一储能电容Co充电；随后所述输入电压下降，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于所述第二设定电压时，所述充电模块3的充电电流线性上升，所述充电模块3继续为所述第一储能电容Co充电；当所述输入电压小于所述第一设定电压且大于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3停止为所述第一储能电容充电。
作为示例，当所述输入电压大于所述第一储能电容Co的电压时，所述充电模块3为所述第一储能电容Co充电的同时，还包括设置过温降电流点，并实时监测所述线性高效恒流无频闪LED驱动的电路的温度，当线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时降低所述充电模块的充电电流和输出电流以减少发热的步骤。
如图3所示，所述LED驱动电路的驱动方法，在不同的输入电压周期内具体工作过程如下：
在t0～t1时刻，输入电压VIN_ac<所述第一储能电容Co的VCo，所述第一功率开关管Q1没有电流流过，所述第一储能电容Co不充电，但是所述第一储能电容Co经由所述第二功率开关管Q2对所述LED负载2进行恒流放电。t1时刻后，VIN_ac>VCo，所述第一功率开关管Q1对所述第一储能电容Co充电，峰值电流由所述积分电容Ccomp决定，t1到t2时刻，VCo<VIN_ac<VCo+VLED_DEC，所述第一功率开关管Q1电流保持不变对，在此期间，所述第一储能电容Co对所述LED负载2经由所述第二功率开关管Q2进行恒流放电。t2时刻后VIN_ac>VCo+VLED_DEC，所述第一功率开关管Q1电流开始线性下降，继续对所述第一储能电容Co进行充电，直到到t3时刻VIN_ac＝VCo+VLED_OFF，所述第一功率开关管Q1电流降为零，在此期间，所述第一储能电容Co仍经由所述第二功率开关管Q2对所述LED负载2恒流放电。t3到t4时刻，VIN_ac一直大于VCo+VLED_OFF，所述第一功率开关管Q1一直被关断，在此期间，所述第一储能电容Co一直经由所述第二功率开关管Q2对所述LED负载2恒流放电。t4到t5时刻VCo+VLED_DEC<VIN_ac<VCo+VLED_OFF，所述第一功率开关管Q1电流开始导通并线性上升，对所述第一储能电容Co充电，所述第一储能电容Co同时经由所述第二功率开关管Q2对所述LED负载2恒流放电。t5到t6时刻，VCo<Vin_ac<＝VCo+VLED_DEC，所述第一功率开关管Q1峰值电流重新被所述积分电容Ccomp钳位住，继续对所述第一储能电容Co充电，同时所述第一储能电容Co经由所述第二功率开关管Q2对所述LED负载2恒流放电。t6时刻后VIN_ac<VCo，所述第一功率开关管Q1不再导通，所述第一储能电容Co停止充电，但保持对所述LED负载2放电，直到t7时刻一个周期结束。在t0～t7时刻，所述第一功率开关管Q1充电电流由所述电容积分Ccomp控制，保持平均值恒定不变，从而保证输出功率恒定。
如上所述，本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法，具有以下有益效果：
1、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以在较宽输入电压范围内实现输出LED电流的恒流，并且在高输入电压时也能得到很高的效率，输出无频闪。
2、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的充电模块中的第一功率开关管的峰值电流受控制，可以减小所述第一共功率开关管的导通损耗。
3、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以通过外部电阻设定调整所述第一功率开关管的关断电压及关断斜率，使得系统性能得到优化。
4、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路通过反馈模块使得高于设定值的纹波电压能自动反馈并限制输出电压及功率，提高效率并保护系统电路不受高压损坏，低于设定值的纹波电压不会影响环路工作状态。
5、本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路结构简单，外围控制电路可以达到最优化。
综上所述，本发明提供一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路及其驱动方法，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路至少包括：电压输入模块、LED负载、第一储能电容、充电模块及恒流控制模块；所述电压输入模块用于提供输入电压；所述充电模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于在输入电压大于所述第一储能电容的电压时为所述第一储能电容充电，且所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；所述第一储能电容经由所述恒流控制模块与所述LED负载相连接，适于在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以在较宽输入电压范围内实现输出LED电流的恒流，并且在高输入电压时也能得到很高的效率，输出无频闪；本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的充电模块中的第一功率开关管的峰值电流受控制，可以减小所述第一功率开关管的导通损耗；本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路可以通过外部电阻设定调整所述第一功率开关管的关断电压及关断斜率，使得系统性能得到优化；本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路通过反馈模块使得高于设定值的纹波电压能自动反馈并限制输出电压及功率，提高效率并保护系统电路不受高压损坏，低于设定值的纹波电压不会影响环路工作状态；本发明的线性高效恒流无频闪LED驱动电路结构简单，外围控制电路可以达到最优化。
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 (16)

1.一种线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路至少包括：电压输入模块、LED负载、第一储能电容、充电模块及恒流控制模块；
所述电压输入模块用于提供输入电压；
所述充电模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于在输入电压大于所述第一储能电容的电压时为所述第一储能电容充电，且所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；
所述第一储能电容经由所述恒流控制模块与所述LED负载相连接，适于在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。
2.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述充电模块包括：第一功率开关管、第一运算放大器、控制单元、积分电容及第一采样电阻；
所述第一功率开关管包括栅极、源极及漏极，所述第一功率开关管的漏极与所述电压输入模块的输出端相连接，适于通过自身的导通与截止实现对所述第一储能电容进行充电；
所述第一采样电阻一端与所述功率开关管的源极相连接，另一端与所述第一储能电容相连接，适于对流经所述第一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；
所述积分电容一端接地；
所述控制单元与所述积分电容的另一端及所述第一采样电阻相连接，适于接收所述采样电压，并对所述补偿电容进行积分，产生一控制信号以限定流经所述第一功率开关管的峰值电流，进而实现在不同输入电压周期内的充电电流平均值恒定；
所述第一运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的正相输入端与所述控制单元相连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一采样电阻相连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述控制信号进行比较，以产生控制所述第一功率开关管的开关信号。
3.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述恒流控制模块包括：第二采样电阻、第二运算放大器及第二功率开关管；
所述第二采样电阻一端与所述第一储能电容相连接，适于对流经所述第二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；
所述第二功率开关管包括栅极、源极及漏极，所述第二功率开关管的源极与所述第二采样电阻相连接，所述第二功率开关管的漏极与所述LED负载相连接；
所述第二运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的正相输入端与一参考电压相连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二采样电阻的另一端相连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二功率开关管的栅极相连接，适于将所述采样电压与所述参考电压进行比较，并依据比较结果生成一控制信号控制所述第二功率开关管进行恒流输出，以控制所述第一储能电容对所述LED负载进行恒流放电。
4.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括工作电压产生模块，所述工作电压产生模块一端与所述电压输入模块的输出端相连接，另一端接地，适于为所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路中的各模块提供工作电压。
5.根据权利要求4所述的单段式线性恒功率LED驱动电路，其特征在于：所述工作电压产生模块包括工作电压产生单元及第二储能电容；所述工作电压产生单元与所述电压输入模块的输出端相连接；所述第二储能电容一端与所述工作电压产生单元相连接，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括反馈模块，所述反馈模块适于检测所述第一储能电容与所述LED负载的电压差，并将所述电压差与一预设定电压比较，当所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流。
7.根据权利要求6所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述反馈模块包括：第一电阻、第二电阻及第三运算放大器；
所述第一电阻一端与所述LED负载相连接，另一端与所述第三运算放大器相连接；
所述第二电阻一端与所述第一储能电容相连接，另一端与所述第三运算放大器相连接；
所述第三运算放大器包括正相输入端、反相输入端及输出端，所述第三运算放大器的正相输入端与所述预设定电压相连接，所述第三运算放大器与所述第一电阻远离所述LED负载的一端及所述第二电阻远离所述第一储能电容的一端相连接，所述第三运算放大器的输出端与所述充电模块相连接，适于将所述第一电阻及所述第二电阻采集的所述第一储能电容与所述LED负载的电压差与所述预定电压比较，并在所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流。
8.根据权利要求7所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述反馈模块还包括二极管，所述二极管包括阳极及阴极，所述二极管的阳极与所述第一电阻远离所述LED负载的一端及所述第二电阻远离所述第一储能电容的一端相连接，所述二极管的阴极与所述充电模块相连接。
9.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括电流关断斜率控制模块，所述电流关断斜率控制模块与所述电压输入模块及所述充电模块相连接，当所述输入电压大于设定电压时，所述电流关断斜率控制模块输出关断信号以控制流经所述充电模块的充电电流线性关断，通过调节流经所述充电模块的充电电流的关断斜率实现效率和功率因数的折衷。
10.根据权利要求9所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述电流关断斜率控制单元包括第三电阻、第四电阻、恒流源以及过压检测单元；所述第三电阻的一端与所述电压输入模块的输出端相连接、另一端经由所述第四电阻后接地；所述恒流源的一端连接于所述第三电阻及所述第四电阻之间、另一端接地；所述过压检测单元一端连接于所述第三电阻及所述第四电阻之间，另一端与所述充电模块相连接，适于产生所述关断信号；通过所述第三电阻、所述第四电阻及所述恒流源调节流经所述充电模块的充电电流的关断斜率。
11.根据权利要求1所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路还包括过温降电流点设定模块，所述过温降电流点设定模块一端与所述充电模块相连接，另一端接地，适于设定所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的过温降电流点；所述充电模块在线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时自动降低充电电流和输出电流以减少发热。
12.根据权利要求11所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路，其特征在于：所述过温降电流点设定模块包括过温降电流点设定单元及第五电阻；
所述过温降电流点设定单元一端与所述充电模块相连接，另一端与所述第五电阻相连接；
所述第五电阻远离所述过温降电流点设定单元的一端接地，通过设定所述第五电阻的阻值可以设置不同的过温降电流点。
13.一种如权利要求1至12中任一项线性高效恒流无频闪LED电路的驱动方法，其特征在于，所述线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法至少包括：
当输入电压小于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块处于关断状态不为所述第一储能电容充电；所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波；
随着所述输入电压升高，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电，且确保所述充电模块在不同的输入电压周期内的充电电流平均值恒定；同时，所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下继续对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波；
随后所述输入电压下降，当所述输入电压小于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块处于关断状态，停止为所述第一储能电容充电；所述第一储能电容在所述恒流控制模块的控制下继续对所述LED负载进行恒流放电，以确保所述LED负载电流无纹波。
14.根据权利要求13所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电的同时，还包括检测所述第一储能电容与所述LED负载的电压差，并将所述电压差与一预设定电压比较，当所述电压差大于所述与设定电压时，向所述充电模块反馈信号以降低所述充电模块的充电电流的步骤。
15.根据权利要求13所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述充电模块为所述第一储能电容充电的过程中，当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压且小于第一设定电压时，所述充电模块以恒定的充电电流为所述第一储能电容充电；随着所述输入电压的继续升高，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于第二设定电压时，所述充电模块的充电电流线性下降；当所述输入电压大于所述第二设定电压时，所述充电模块停止对所述第一储能电容充电；随后所述输入电压下降，当所述输入电压大于所述第一设定电压且小于所述第二设定电压时，所述充电模块的充电电流线性上升，所述充电模块继续为所述第一储能电容充电；当所述输入电压小于所述第一设定电压且大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块停止为所述第一储能电容充电。
16.根据权利要求13所述的线性高效恒流无频闪LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：当所述输入电压大于所述第一储能电容的电压时，所述充电模块为所述第一储能电容充电的同时，还包括设置过温降电流点，并实时监测所述线性高效恒流无频闪LED驱动的电路的温度，当线性高效恒流无频闪LED驱动电路的温度高于所述过温降电流点温度时降低所述充电模块的充电电流和输出电流以减少发热的步骤。
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