CN107911907B - Led驱动电路、功率变换器和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种LED驱动电路、功率变换器以及控制方法。本公开实施例在电路中设置在整流输出端到LED负载和电容的电流通路的功率开关，通过控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在功率开关的两个功率端压差较小的时间段并保持输出电流恒定，由此，可以减小导通期间功率开关上的电压降，降低损耗，提高系统效率。

Description

LED驱动电路、功率变换器和控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种LED驱动电路、功率变换器和控制方法。

背景技术

发光二极管(LED)具有光效高、寿命长和功耗低等特点，因而广泛地被用作光源。作为一种恒流负载，LED负载需要由能够输出恒定电流的驱动电路来驱动。如图1所示，部分现有的功率变换器采用线性驱动方案，通过和LED负载串联一个晶体管Q，并控制晶体管Q工作于线性状态，就可以控制流过LED负载的电流保持恒定。线性驱动方案器件少，控制简单，并且具有较高的功率因数。但是，由于整流电路输出的为正弦半波信号，其周期性地上下波动。在输入电压较低时，流过晶体管的电流会降低，线性调整率变差，这使得为了得到恒定的电流需要增大电容C的电容值。而在输入电压变化到较高时，则会导致晶体管Q的损耗变大，降低系统的效率。

如图2所示，部分现有技术采样设置多个并联的晶体管的方式来减小每个晶体管的热损耗。如图3所示，还有一些现有技术将LED负载分段，每一段对应一个或多个晶体管，由此减小每个晶体管的两端压差，降低晶体管的损耗。但是，这类方案均会增加控制的复杂程度，同时，由于需要部署多个晶体管，电路规模和成本均会增加。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种LED驱动电路、功率变换器和控制方法，以在保证电路规模不大幅增加的前提下，减小电路损耗，提高系统效率。

第一方面，提供一种功率变换器，包括：

输入端，适于连接到整流电路输出端；

输出端口，适于连接到LED负载；

电容；

功率开关，用于控制所述输入端到所述电容和所述输出端口的电流通路；以及

控制电路，用于控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在所述功率开关的两个功率端的压差较小的时间段并保持输出电流恒定。

优选地，所述控制电路被配置为在所述功率开关的两个功率端的压差小于预设值时，根据流过所述LED负载的电流的平均值和电流期望值之间的误差调节所述功率开关的导通时间，以使得流过所述LED负载的电流的平均值与所述电流期望值一致。

优选地，所述控制电路被配置为在所述功率开关的两个功率端的压差大于所述预设值时，控制所述功率开关关断以使得所述输入电流为零。

优选地，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在输入采样电压上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述输入采样电压用于表征所述输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述输入采样电压通过对整流电路的输入交流电压或输入端口的输入电压采样获得。

优选地，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述差值采样电压通过对所述功率开关靠近输出端口的端电压采样获得。

优选地，所述第一时间被设置为使得所述功率开关再次导通时整流电路的输入交流电压的绝对值低于所述功率变换器输入端的电压。

优选地，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在输入采样电压下降到小于补偿信号时关断第二时间，所述输入采样电压用于表征输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第二时间，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述第二时间被设置为使得所述功率开关在下一个半波周期中输入电压的下降部分才能再次导通。

优选地，所述控制电路包括：

补偿信号生成电路，用于根据参考电压和电流采样信号生成补偿信号，所述电流采样信号用于表征负载电流或输入电流；

比较器，一个输入端输入所述输入采样信号或差值采样信号，另一个输入端输入所述补偿信号；以及

单触发电路，用于响应于所述比较器的输出信号的上升沿或下降沿输出控制信号。

优选地，所述功率变换器还包括：

晶体管，与所述输出端口串联，用于控制流过输出端口的电流；

其中，所述控制电路还被配置为控制所述晶体管。

优选地，所述控制电路被配置为控制所述晶体管工作于线性模式，并根据流过所述LED负载的电流和所述电流期望值之间的误差，来控制所述晶体管的控制端和一功率端之间的压差，以调节流过所述LED负载的电流。

第二方面，提供一种LED驱动电路，包括：

整流电路；以及

如第一方面所述的功率变换器，与所述整流电路的输出端口连接。

第三方面，提供一种功率变换器的控制方法，所述功率变换器包括用于控制输入端到电容和LED负载的电流通路的功率开关，其中，所述控制方法包括：

控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在所述功率开关的两个功率端的压差较小的时间段并保持输出电流恒定。

优选地，在所述功率开关的两个功率端的压差小于预设值时，根据流过所述LED负载的电流的平均值和电流期望值之间的误差调节所述功率开关的导通时间，以使得流过所述LED负载的电流的平均值与所述电流期望值一致。

优选地，在所述功率开关的两个功率端的压差大于所述预设值时，控制所述功率开关关断以使得所述输入电流为零。

优选地，控制所述功率开关在输入采样电压或差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述输入采样电压用于表征所述输入电压，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述输入采样电压通过对整流电路的输入交流电压或输入端口的输入电压采样获得；

所述差值采样电压通过对所述功率开关靠近输出端口的端电压采样获得。

优选地，所述第一时间被设置为使得所述功率开关再次导通时整流电路的输入交流电压的绝对值低于所述功率变换器输入端的电压。

优选地，控制所述功率开关在输入采样电压下降到小于补偿信号时关断第二时间，所述输入采样电压用于表征输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，控制所述功率开关在差值信号上升到大于补偿信号时关断第二时间，所述差值信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

优选地，所述第二时间被设置为使得所述功率开关在下一个半波周期中母线电压的下降部分才能再次导通。

本公开实施例通过设置控制整流输出端到LED负载和电容的电流通路的功率开关，控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在输入电压和输出电压差值较小的时间段并保持输出电流恒定，由此，可以有效地减小导通期间功率开关上的电压降，降低损耗，提高系统效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是采用线性驱动方案的LED驱动电路的电路图；

图2是现有技术的LED驱动电路的电流图；

图3是现有技术的LED驱动电路的电路图；

图4是本公开实施例的LED驱动电路的电路图；

图5是本公开实施例的原理波形图；

图6是本公开实施例的另一个原理波形图；

图7是本公开第一实施例的LED驱动电路的电路图；

图8是本公开第一实施例的LED驱动电路的工作波形图；

图9是本公开第二实施例的LED驱动电路的电路图；

图10是本公开第三实施例的LED驱动电路的电路图；

图11是本公开第三实施例的一个可选实现方式的电路图；

图12是图11所示电路的工作波形图；

图13是本发明实施例的LED控制方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图4是本公开实施例的LED驱动电路的电路图。如图4所示，本实施例的LED驱动电路包括整流电路和功率变换器。其中，功率变换器包括输出端口o1和o2、电容C1、功率开关Q1和控制电路1。其中，输出端口o1和o2适于连接到LED负载3。电容C1与LED负载3并联。功率开关Q1设置在整流电路2的输出端口上，控制流向电容C1和LED负载3的电流通路的通断。控制电路1与功率开关Q1的控制端连接，用于控制所述功率开关Q1在导通关断之间切换。

图5是本公开实施例的原理波形图。如图5所示，|Vac|整流电路2输入端的输入交流电压的绝对值，也可以代表整流电路2的理论输出波形。Vbus为输入电压，也即，整流电路2输出端口处的电压。Vled为LED负载3的两端电压。Iin为输入到电容C1和LED负载3的电流。在功率开关Q1导通期间，电容C1、LED负载3和功率开关Q1形成电流通路，整流电路2向电容C1和LED负载3输出电流Iin。电流Iin一部分流过电容C1，对电容C1充电，这使得LED负载3的两端电压Vled上升。另一部分流过LED负载3，驱动LED负载3发光。在流过电容C1和LED负载3后，电流Iin通过导通状态的功率开关Q1流向接地端。在功率开关Q1关断期间，整流电路2和电容C1以及LED负载3之间的电流通路被切断。电流Iin下降为零。在此期间，通过电容C1放电来向LED负载3提供驱动电流，驱动其继续发光。这会使得电容C1两端的电压，也即，输出电压Vled下降。同时，功率变换器的输入电压Vbus受到整流电路2的输入交流电压Vac以及后续电路中功率开关Q1导通关断的共同影响，具有基本跟随正弦半波信号周期性变化的波形。如上所述，如果功率开关Q1在整个正弦半波周期的绝大部分时间都导通，则一方面在整流电路2的输入交流电压Vac较大时，LED负载3的两端电压Vled(也即输出电压)与输入电压Vbus差值较大，功率开关Q1上的电压降较大，使得功率开关Q1发热严重，另一方面在输入电压Vbus跟随正弦半波波形变化下降到较小时，LED负载3无法点亮，线性调整率差。在本实施例，通过控制使得功率开关Q1在每个工频半波周期内关断预定时间。所述关断触发的时机和所述预定时间的长度被设置和调整以使得输入电流Iin集中功率开关导通压降较小的时间段内，即输入电压Vbus和输出电压Vled差值较小的时间段，并且保持输出电流恒定。由此，由于输入电流流过LED负载3以及功率开关Q1的时间段内，输入电压和输出电压(LED负载3的两端电压)的差值较小，对应地施加在功率开关Q1上的电压较小，由于电流Iin平均值基本恒定，因此，功率开关Q1的功耗降低，这一方面可以降低功率开关Q1的发热量，另一方面可以降低整个系统的损耗。如图5所示，输入电流Iin的输入时间段可以在集中正弦半波的上升阶段。如图6所示，输入电流Iin的输入时间段也可以集中在正弦半波的下降阶段。

本公开实施例在电路中设置在整流输出端到LED负载和电容的电流通路的功率开关，通过控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中功率开关导通压降较小，也即输入电压和输出电压差值较小的时间段，并保持输出电流恒定，由此，可以降低损耗，提高系统效率。

图7是本公开第一实施例的LED驱动电路功率变换器的电路图。如图7所示，本实施例的功率变换器与整流电路2连接。所述功率变换器包括输出端口o1和o2、电容C1、功率开关Q1和控制电路1。其中，输出端口o1和o2适于连接到LED负载3。电容C1与LED负载3并联。功率开关Q1连接在LED负载3和电容C1的并联电路和接地端之间，控制整流电路2的输出端到接地端之间的电流通路的通断。在本实施例中，功率开关Q1采用金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)，并由控制电路1控制该MOSFET工作在开关模式。应理解，其它的电控开关器件，例如双极性晶体管(BJT)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，也可以作为本发明的功率开关。

在本实施例中，控制电路1用于控制所述功率开关Q1在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流Iin集中功率开关Q1导通压降较小，也即输入电压和输出电压差值较小的时间段并保持输出电流Iled恒定。控制电路1被配置为在功率开关Q1的两个功率端的压差小于预设值时，根据流过LED负载3的电流的平均值和电流期望值之间的误差调节功率开关的导通时间，以使得流过所述LED负载的电流的平均值与所述电流期望值一致，实现对于恒流的控制。另一方面，控制电路1被配置为在所述功率开关的两个功率端的压差大于所述预设值时，控制所述功率开关关断以使得所述输入电流为零，从而实现对于电流分布区间的控制，提高效率。

具体地，控制电路1在输入采样电压Vbus1上升到大于补偿信号Vc时关断第一时间T1。输入采样电压Vbus1用于表征所述输入电压Vbus。补偿信号Vc用于表征流过LED负载3的电流Iled的平均值与电流期望值Iref的误差，或者输入电流Iin的平均值与电流期望值Iref的误差。其中，第一时间T1被设置为使得功率开关Q1再次导通时整流电路的输入交流电压的绝对值|Vac|低于功率变换器输入端的电压Vbus。

如图7所示，控制电路1包括补偿信号生成电路11、比较器CMP1和单触发电路OS1。补偿信号生成电路11用于根据参考电压Vref和负载电流采样信号Vs生成补偿信号Vc。在图7中，补偿信号生成电路11包括采样电阻Rs、误差放大器EA1和用于构成补偿电路的电容C2。采样电阻Rs连接在功率开关Q1和接地端之间。由此，采样电阻Rs可以对流过功率开关Q1的电流采样，将其转换为电压信号Vs。电压Vs作为电流采样信号可以表征输入电流Iin。误差放大器EA1的一个输入端输入电流采样信号Vs，另一个输入端输入表征电流期望值Iref的参考电压Vref。误差放大器EA1的输出信号(所述输出信号可以为电压或电流)经由补偿电路处理后形成为可以表征流过LED负载的电流Iin的平均值与电流期望值Iref的误差。在图7中，补偿电路包括电容C2，通过电容C2来对误差放大器EA1输出的误差信号进行平均。应理解，补偿电路根据误差放大器输出信号类型的不同以及参数的不同，还可以附加电阻、电感和/或其它电容器件。

比较器CMP1的一个输入端施加输入采样信号Vbus1，另一个输入端输入补偿信号Vc，输出端连接到单触发电路OS1。比较器CMP1用于比较输入采样信号Vbus1和补偿信号Vc。在本实施例中，功率变换器还包括一个输入电压采样电路4，其用于根据输入电压Vbus采样获取输入采样信号Vbus1。在图7中，输入电压采样电路4是一个电阻分压电路，其通过电阻R1和R2将输入电压Vbus分压为适于比较器CMP1处理的电压Vbus1。可选地，输入电压采样电路4也可以为其它各种类型对电压进行实时或周期性采样的电路。

单触发电路OS1用于响应于比较器CMP1的输出信号的上升沿或下降沿输出控制信号。单触发电路OS1响应于输入信号的上升沿动作还是响应于输入信号的下降沿动作取决于比较器CMP1的输出信号在输入采样电压Vbus1上升到大于补偿信号Vc时的跳变方向。一旦被触发，单触发电路OS1输出一个具有第一时间长度T1的高/低电平脉冲，从而控制功率开关Q1关断预定的时间。在单触发电路OS1输出的脉冲信号结束后，功率开关Q1又重新导通，直至下一次的脉冲信号到来。如有必要时，单触发电路OS1和功率开关Q1的控制端之间可以设置如图7所示的逻辑电路来增强电平的强度以及进行高低电平的转换。

图8是本公开第一实施例的LED驱动电路功率变换器的工作波形图。如图8所示，在时刻t0之前，控制信号Vg为高电平，这使得功率开关Q1保持导通，当电压|Vac|大于输出电压Vled时，整流电路2向后续电路输出电流Iin。电流Iin跟随正弦半波波形上升，同时，LED负载3的两端电压Vled也上升。输入电压Vbus则基本跟随正弦半波信号的波形。在此期间，电压Vled与输入电压Vbus之间的差值较小，因此，功率开关Q1的损耗较小。同时，输入采样信号Vbus1跟随输入电压Vbus近似以正弦半波信号的波形上升。而补偿信号Vc则基本保持恒定。

在时刻t0，采样信号Vbus1上升到大于补偿信号Vc。控制电路1开始切换输出一个时间长度为T1的低电平脉冲。在时刻t0-t1之间，功率开关Q1逐步关断，输入电流Iin逐步下降至零，而LED负载两端电压Vled和流过LED负载的电流Iled则仍保持上升。在时刻t1，控制信号Vg下降到低电平，功率开关Q1完全关断，输入电流Iin下降到零。同时，电容C1开始对LED负载3放电驱动其发光，这使得LED负载3的两端电压(也即，输出电压Vled)下降。在时刻t1至时刻t2之间，驱动电流Iled持续下降，输入电流Iin保持为零，LED负载3两端的输出电压持续下降。这会影响使得输入电压Vbus偏离标准的半波信号波形。在时刻t2，其距离时刻t0的时间为T1，低电平脉冲结束。控制信号Vg切换回高电平，功率开关Q1恢复导通。在本实施例中，根据工频半波周期以及其它的参数设置T1的长度，可以使得功率开关Q1恢复导通时，整流电路2的输入交流电压的绝对值|Vac|低于输入端的电压Vbus。由此，在时刻t2，虽然功率开关Q1恢复导通，但是由于电压Vac的绝对值低于LED负载3输入端口的电压Vbus，整流电路2无法对LED负载3以及电容C1输出电流，因此，输入电流Iin仍然保持为零。输出电压Vled和驱动电流Iled继续下降，直至时刻t3。在时刻t3，输出电压Vled下降到小于输入交流电压的绝对值|Vac|，由此，整流电路2开始对电容C1以及LED负载3输出电流Iin。同时，由于整流电路2输入端的交流输入信号的影响，输入电压Vbus持续地上升，这使得输出电压Vled和输出电流Iled持续上升。对应地，跟随输入电压Vbus的输入电压采样信号Vbus1也持续上升。到了时刻t4，输入电压采样信号Vbus1上升到大于补偿信号Vc，从而再次触发单触发电路OS1输出时间长度为T1的低电平信号控制功率开关Q1在时刻t5完全关断，如此循环。

由此，输入电流集中在t3-t5之间，通过设置单触发电路输出的脉冲信号的时间长度，可以使得在此期间输出电压Vled和输入电压Vbus基本相同，由此，可以大幅减低功率开关Q1的导通压降导致的发热和损耗。同时，通过补偿信号Vc和输入采样信号Vbus1的比较来控制关断时机，一方面可以保证驱动电流的平均值保持恒定，另一方面可以保证在输出电压Vled和输入电压Vbus的差值较大时及时断开功率开关Q1，减小损耗，在保持恒流以及减小损耗之间达到平衡。同时，通过电流闭环控制，可以有效地改善系统的线性调整率。

图9是本公开第二实施例的LED驱动电路的电路图。在图9中，功率变换器通过与功率开关Q1的漏极连接的分压网络R3和R4(也即，差值采样电路5)对漏极电压Vd进行采样以获得差值采样信号Vbus2。如图9所示，功率开关Q1的漏极电压(也即，功率开关Q1靠近输出端口o2一侧的电压)实际上可以表征输入电压Vbus和输出电压Vled的差值。通过在该差值采样信号上升到补偿信号时控制功率开关Q1关断时间T1，从而可以实现与上述第一实施例相同的目的。在图9中，除了通过采集功率开关Q1漏极的电压作为表征输出电压和输入电压差值的信号外，控制电路1的电流环路以及通断控制环路的结构与第一实施例相同。在实际的设计中，根据差值采样信号和输入采样信号的不同调整采样电阻Rs、参考电压Vref以及补偿电路的参数即可。

应理解，也可以基于如6所示的原理图，通过构建反馈环路，控制功率开关Q1在输入采样电压Vbus1下降到小于补偿信号Vc时关断第二时间T2。所述第二时间T2被设置为使得所述功率开关Q1在下一个半波周期中母线电压的下降部分才能再次导通。由此，在功率开关Q1导通后，整流电路2立即向电容C1和LED负载3输出电流Iin直至输入采样电压Vbus1下降到低于输出采样电压下降到小于补偿信号，或者差值采样信号Vbus2上升到大于补偿信号。由此，一方面使得输入电流Iin集中在输入电压Vbus和输出电压Vled相差不大的时间段，降低功率开关Q1的发热和功耗。另一方面，可以保持输出电流Vled的平均值恒定。

图10是本公开第三实施例的LED驱动电路的电路图。如图10所示，在本实施例中，在输出端口o2和功率开关Q1之间，还设置有晶体管Q2。晶体管Q2与LED负载3串联。功率开关Q1则仍然设置在输入端口到电容C1以及LED负载两个支路的电流通路上。晶体管Q2可以受控工作于线性状态，控制流过LED负载3的电流Iled。在本实施例的电路中，晶体管Q2和输出端口o1、o2形成的串联电路与电容C1并联。控制电路1’除了控制功率开关Q1近似于周期性地导通和关断外，还用于控制晶体管Q2。

由此，通过增加晶体管Q2来控制流过LED负载3的电流，可以有效地减小输出电流的电流纹波。

图11是本公开第三实施例的一个可选实现方式的电路图。如图11所示，控制电路1’用于控制功率开关Q1导通和关断的部分与第一实施例相同，在此不再赘述。同时，控制电路1’被配置为根据补偿信号Vc控制施加到晶体管Q2控制极的电压Vg2，以使得晶体管Q2保持流过的电流基本恒定。这可以通过设置由补偿信号Vc控制的受控电压源来实现。当然，也可以采用其它类似的方式来实现，只要使得晶体管Q2呈现为一个受控的电流源即可。由此，晶体管Q2可以根据补偿信号Vc的控制工作于可变电阻区，从而限制LED负载3的最大电流，减小输出电流Iled的纹波。如果必要的话，还可设置与晶体管Q2串联的电阻R5增强电路对于电流的限制和调节功能。

图12是图11所示电路的工作波形图。如图12所示，控制电路1’通过控制功率开关Q1在每个工频半波周期关断预定时间。由此，输入电流Iin被集中在输入电压Vbus和输出电压Vled差值较小的时间区间内，即功率开关Q1导通压降较小的时间区间内。同时，控制电路1’控制晶体管Q2工作在线性状态，从而维持流过的电流基本保持恒定。晶体管Q2在电容放电期间可以调节驱动电流Iled的大小，从而使得大部分时间内，驱动电流Iled恒定在一个预定的值。对应地，输出电压在电容C1放电期间，也基本恒定。

应理解，对于本实施例，除了如图11所示采用对输入电压(也即直流母线电压)采样来控制功率开关Q1的导通和关断，也可以基于功率开关Q1的漏极电压(其可以表征功率开关Q1两个功率端源极和漏极的压差)来控制功率开关Q1的导通和关断。

图13是本发明实施例的LED控制方法的流程图。如图13所示，本实施例的方法用于控制功率变换器，所述功率变换器包括用于控制整流输出端到电容和LED负载的电流通路的功率开关。所述控制方法包括：

步骤S100、获取表征输入电压和输出电压的差值或输入电压的信息。

步骤S200、控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在功率开关的两个功率端之间的压差较小的时间段并保持输出电流恒定。

进一步地，可以控制所述功率开关在输入采样电压或差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述输入采样电压用于表征所述输入电压，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

进一步地，所述第一时间被设置为使得所述功率开关再次导通时与所述功率变换器连接的整流电路的输入交流电压的绝对值低于所述功率变换器输入端口的电压。

进一步地，控制所述功率开关在输入采样电压下降到小于补偿信号时关断第二时间，所述输入采样电压用于表征输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

进一步地，控制所述功率开关在差值信号上升到大于补偿信号时关断第二时间，所述差值信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

进一步地，所述第二时间被设置为使得所述功率开关在下一个半波周期中母线电压的下降部分才能再次导通。

本公开实施例通过设置控制整流输出端到LED负载和电容的电流通路的功率开关，控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断预定时间以使得输入电流集中在输入电压和输出电压差值较小的时间段并保持输出电流恒定，由此，可以有效地减小导通期间功率开关上的电压降，降低损耗，提高系统效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种功率变换器，包括：

输入端，适于连接到整流电路输出端；

输出端口，适于连接到LED负载；

电容；

功率开关，用于控制所述输入端到所述电容和所述输出端口的电流通路；以及

控制电路，用于控制所述功率开关在导通和关断状态之间切换，并控制所述功率开关在导通时处于饱和状态；

所述控制电路还用于控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断第一时间以使得输入电流集中在所述功率开关的两个功率端的压差较小的时间段并保持输出电流恒定；所述时间段为一个位于所述工频半波周期的前半段或后半段的连续时间段；

其中，控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断第一时间，以使得在除所述时间段之外的所述每个工频半波周期内流过所述功率开关的电流为0。

2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为在所述功率开关的两个功率端的压差小于预设值时，根据流过所述LED负载的电流的平均值和电流期望值之间的误差调节所述功率开关的导通时间，以使得流过所述LED负载的电流的平均值与所述电流期望值一致。

3.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为在所述功率开关的两个功率端的压差大于预设值时，控制所述功率开关关断以使得所述输入电流为零。

4.根据权利要求3所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在输入采样电压上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述输入采样电压用于表征所述功率变换器的输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

5.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述输入采样电压通过对整流电路的输入交流电压或输入端口的输入电压采样获得。

6.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述差值采样信号通过对所述功率开关靠近输出端口的端电压采样获得。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一时间被设置为使得所述功率开关再次导通时整流电路的输入交流电压的绝对值低于所述功率变换器输入端的电压。

9.根据权利要求3所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在输入采样电压下降到小于补偿信号时关断第二时间，所述输入采样电压用于表征所述功率变换器的输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

10.根据权利要求3所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为控制所述功率开关在差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第二时间，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

11.根据权利要求9或10所述的功率变换器，其特征在于，所述第二时间被设置为使得所述功率开关在下一个半波周期中输入电压的下降部分才能再次导通。

12.根据权利要求2所述功率变换器，其特征在于，所述控制电路包括：

补偿信号生成电路，用于根据参考电压和电流采样信号生成补偿信号，所述电流采样信号用于表征负载电流或输入电流；

比较器，一个输入端输入输入采样电压或差值采样信号，另一个输入端输入补偿信号，所述输入采样电压用于表征所述功率变换器的输入电压，所述差值采样信号用于表征所述功率开关的两个功率端压差；以及

单触发电路，用于响应于所述比较器的输出信号的上升沿或下降沿输出控制信号。

13.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括：

晶体管，与所述LED负载串联，用于控制流过所述LED负载的电流；

其中，所述控制电路还被配置为控制所述晶体管。

14.根据权利要求13所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路被配置为控制所述晶体管工作于线性模式，并根据流过所述LED负载的电流和电流期望值之间的误差，来控制所述晶体管的控制端和一功率端之间的压差，以调节流过所述LED负载的电流。

15.一种LED驱动电路，包括：

整流电路；以及

如权利要求1-14任一项所述的功率变换器，与所述整流电路的输出端口连接。

16.一种功率变换器的控制方法，所述功率变换器包括用于控制输入端到电容和LED负载的电流通路的功率开关，所述功率变换器的输入端连接到整流电路输出端，其中，所述控制方法包括：

控制所述功率开关在导通和关断状态之间切换，并控制所述功率开关在导通时处于饱和状态；

控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断第一时间以使得输入电流集中所述功率开关的两个功率端的压差较小的时间段并保持输出电流恒定，所述时间段为一个位于所述工频半波周期的前半段或后半段的连续时间段；

其中，控制所述功率开关在每个工频半波周期内关断第一时间，以使得在除所述时间段之外的所述每个工频半波周期内流过所述功率开关的电流为0。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述功率开关的两个功率端的压差小于预设值时，根据流过所述LED负载的电流的平均值和电流期望值之间的误差调节所述功率开关的导通时间，以使得流过所述LED负载的电流的平均值与所述电流期望值一致。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述功率开关的两个功率端的压差大于预设值时，控制所述功率开关关断以使得所述输入电流为零。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，控制所述功率开关在输入采样电压或差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第一时间，所述输入采样电压用于表征所述功率变换器的输入电压，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述输入采样电压通过对整流电路的输入交流电压或输入端口的输入电压采样获得；

所述差值采样信号通过对所述功率开关靠近输出端口的端电压采样获得。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一时间被设置为使得所述功率开关再次导通时整流电路的输入交流电压的绝对值低于所述功率变换器输入端的电压。

22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，控制所述功率开关在输入采样电压下降到小于补偿信号时关断第二时间，所述输入采样电压用于表征所述功率变换器的输入电压，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，控制所述功率开关在差值采样信号上升到大于补偿信号时关断第二时间，所述差值采样信号用于表征所述压差，所述补偿信号用于表征流过LED负载的电流与电流期望值的误差。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述第二时间被设置为使得所述功率开关在下一个半波周期中母线电压的下降部分才能再次导通。

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