CN107969054A - Led驱动电源、电源输出电压的控制方法及led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED驱动电源,包括AC‑DC变换电路、电压检测电路、电流检测电路和控制器，所述AC‑DC变换电路输出电压用于驱动LED光源模组，所述电压检测电路和电流检测电路接在AC‑DC变换电路和所述控制器之间，用于检测AC‑DC变换电路的输出电压和输出电流，所述控制器根据检测到的电压值的变化和电流值的变化控制所述AC‑DC变换电路输出和LED光源模组的电压相匹配的电压。

Description

LED驱动电源、电源输出电压的控制方法及LED灯具

技术领域

本发明涉及一种电源，特别是涉及一种LED驱动电源、驱动电源输出电压的控制方法及LED灯具。

背景技术

驱动电源包括交直流（AC-DC）变换电路，交流电输入通过交直流变换电路变成直流输出驱动多路LED光源模组。图1是一种传统的LED驱动电源架构，其中交直流（AC-DC）变换器包括功率因数校正电路（PFC），也可以不包括功率因数校正电路（PFC），驱动电源的输出为恒压，输出端连接多路负载，每一路负载包括线性电源30和LED光源40，其中LED光源由多个LED串接而成。此架构的好处是只要功率允许，可连接多个光源模组，每个光源模组内的电流由线性电源控制提供恒定的电流，解决了电流分配不均得问题。

上述电源架构中，每一路负载两端的电压差，即LED光源模组的正向电压加上线性电源两端的电压，接近LED驱动电源的输出电压。因为线性电源需要有一定电压差才能正常工作，如果电压太低则电流无法稳定。但另一方面，如果LED驱动电源输出电压过高，远超过LED的正向电压则会增加线性电源的功耗。图2示出了线性电源的功耗，参考图2，所增加的功耗都会转换成热量，使整个系统的效率下降。此外，如果输出电压太高也会损坏线性电源进而损坏 LED光源模组，比如光源模组用错，把24V光源模组用在电压输出为60V的电源上，则会损坏线性电源和LED光源模组，所以输出电压必须匹配LED光源模组，使线性电源两端的保持合理的电压差。

针对上述问题，现有技术方案是在每一路负载的线性电源上增加一条反馈线用于检测线性电源的电压差，控制器接受到反馈的信号后根据反馈的电压差值来控制AC-DC变换电路的输出电压，在线性电源正常工作后，把线性电源的压差控制在合理范围内。图3是现有的反馈控制方案的LED驱动电源架构示意图。

图3的方案虽然解决了电源的输出电压和光源模组匹配的问题，但由于在每一路LED光源模组上都有一个反馈线路进行电压检测，多路反馈增加了架构的复杂度；另外，从LED光源模组的支路进行电压检测会导致对光源模组中的电子线路进行重新设计，替换每个支路上LED光源模组中的电路的成本也比较高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种LED驱动电源、驱动电源输出电压的控制方法和一种LED灯具，驱动电源可以根据LED光源模组负载输出相匹配的电压值，不需要在每个LED光源模组的支路上增加反馈线。

依据本发明的一方面，提供了一种LED驱动电源, 包括AC-DC变换电路、电压检测电路、电流检测电路和控制器，AC-DC变换电路输出驱动LED光源模组的驱动电压，电压检测电路和电流检测电路连接在AC-DC变换电路和控制器之间，用于检测AC-DC变换电路的输出电压和输出电流，所述控制器根据检测到的电压值的变化和电流值的变化控制AC-DC变换电路输出和LED光源模组的电压相匹配的电压值。

优选地，控制器按预定频率计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压的变化值，以及第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流的变化值，并根据电压的变化值和电流的变化值控制所述AC-DC变换电路按预定步长提高或降低输出电压，其中N大于等于2。

优选地，当检测到的电流变化值小于第一阈值时，控制器控制AC-DC变换器输出的电压保持恒定。

优选地，电压检测电路包括串联的两个电阻和一个阻抗变换电路，所述阻抗变换电路的一个输入端与两个电阻的连接点连接。

优选地，控制器包括存储器，用于存储按预定频率从电压检测电路和电流检测电路的输出信号中采样得到的电流值和电压值。

依据本发明的另一方面，还提供了包括多个LED光源模组和以上所述的LED驱动电源，多个LED光源模组并联连接在LED驱动电源的输出端，LED驱动电源恒压输出与LED光源模组电压相匹配的驱动电压。

依据本发明的再一方面，还提供了一种电源输出电压的控制方法， 包括以下步骤：

电压检测电路检测AC-DC变换电路的输出电压；

电流检测电路检测AC-DC变换电路的输出电流；

按第一电压步长逐步调整LED驱动电源的输出电压达到LED光源模组的启动电压；

根据检测到的电压和电流的变化值计算出LED光源模组中线性电源的工作电压，以及线性电源在工作电压下的LED光源模组的电压值；

控制LED驱动电源的输出和LED光源模组的电压相匹配的驱动电压。

优选地，计算线性电源的在工作电压下的LED光源模组的电压值还包括以下步骤：

以预定频率采样检测到的电压和电流，并计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压之间的变化值，和第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流之间的变化值；

如果电流的变化值小于第一阈值，控制器控制AC-DC变换器的输出电压保持不变；否则

控制器根据电压的变化值和电流的变化值，按照第二电压步长控制逐步提高AC-DC变换器的输出电压，直到检测到电流的变化值小于第一阈值，控制器控制AC-DC变换器的输出电压保持不变。

优选地，电源输出电压的控制方法还包括以下步骤：

步骤3.1：控制LED驱动电源的输出电压值减少第三电压步长；

步骤3.2：电流检测电路检测LED驱动电源的输出电流；

步骤3.3：计算输出电压按第三电压步长改变前后检测到的两个电流的差值；

如果电流差值大于第一阈值，则控制LED驱动电源的输出电压提高第三电压步长，重复步骤3.2和步骤3.3；

如果电流变化值小于或等于第一阈值，控制LED驱动电源输出电压保持不变。；

本发明通过检测LED驱动电源输出端的电压和电流，来实现其输出电压匹配LED光源模组的电压，省去了在每个LED光源模组的支路上增加反馈线，减少了电路的复杂度。尤其是在LED花灯中，只需要改变花灯的已有的总的恒压电源，而不需要修改LED光源模组一端的电路，这样一来降低了花灯模组替换成本。

另外一方面，本发明的LED驱动电源根据不同的LED光源模组的电压值自适应的输出与之相匹配的驱动电压，即利用一种LED驱动电源可以适应不同负载，从而可以减少驱动电源的品类，降低了成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了传统的LED驱动电源架构示意图；

图2示出了线性电源的功耗示意图；

图3示出了现有的反馈控制方案的LED驱动电源架构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的LED驱动电源的结构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的利用线性电源的伏安特性计算LED驱动电源输出匹配电压的示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的控制LED驱动电源输出匹配电压的控制方法的流程图；

图7示出了根据本发明一个实施例的LED驱动电源的电路示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种控制方法，，其原理是通过检测LED驱动电源的输出电压和电流的变化来确定线性电源是否工作在一个合适的电压下，从而确定LED驱动电源的输出电压。本发明中“AC-DC变换电路”为“交直流变换电路”。

图4示出了根据本发明一个实施例的LED驱动电源的结构示意图。参照图4，LED驱动电源包括AC-DC变换电路10、电压检测电路60、电流检测电路50和一个由运算能力的控制器20，AC-DC变换电路10的输出电压用于驱动LED光源模组，电压检测电路连接在AC-DC变换电路的输出端和控制器的一个输入端之间，其中电压检测电路检测AC-DC变换电流输出电压，电流检测电路检测AC-DC变换电路输出电流，并把检测到的电压信号和电路信号传给控制器，控制器根据检测到的电压值的变化和电流值的变化控制AC-DC变换电路输出和LED光源模组的电压相匹配的电压。其中，LED光源模组由LED光源和线性电源串联组成。当电源上电时，控制器按预定频率计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压的变化值，和第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流的变化值，N大于等于2，并根据电压的变化值和电流的变化值控制所述AC-DC变换电路按预定的步长提高或降低输出电压，直到输出电压满足一个预设的临界条件，比如输出电压上升但电流不再变化或具有微小变化，即当检测到的电流变化值小于第一阈值时，则可以认定已经接近线性电源的最佳电压, 这时AC-DC变换器输出恒定的电压; 其中本实施例中第一阈值设为0.1mA，第一阈值也可以是其它可以认为电流近似相等的值如0.05mA等；预定频率为毫秒级，如在1ms和 10ms之间，其中1ms、2ms为优选；预定步长为3V，也可以为其它值如1V，如果要求快速检测到线性电压的工作点，则预定步长可以设为更大的值。另外预定步长也可以是变化的，比如在确定电流近似相等后减少预定步长值作以便进行精细调整LED驱动电源的输出电压。

控制器需要有一定的运算能力，如单片机或其它具有计算能力的MCU或DSP等。

图5根据本发明一个实施例的利用线性电源的伏安特性计算LED驱动电源输出匹配电压的示意图。参照图5，如线性电源的伏安特性所示，当电压从零开始上升，线性电源的伏安变化可以归为三个阶段：

第一阶段，驱动电源输出的电压还没有达到LED开启电压，只有近似为零的微小电流流过，此时随着LED光源模组支路的电压上升，LED光源模组中流经LED的电流基本上维持为零。

第二阶段，驱动电源的输出电压已经达到了LED的开启电压，此时线性电源两端压差为达到一定的值，但还未达到线性电源的正常工作电压，线性电源的状态等效于一个导通的三极管，此时LED光源模组的电流会随着驱动电压的上升而上升。

第三阶段，LED光源模组中的线性电源达到正常工作电压，线性电源开始工作，使LED光源模组中流经LED光源电流保持恒定。此时随着LED驱动电源的输出电压上升，线性电源两端的电压差也随之上升，但此时流经LED的电流维持恒定。本发明就是实时地识别第三阶段，求出LED光源模组的电压。

图5的实施例中得LED光源模组的正向电压为57V，只有当AC-DC变换器的输出电压超过电压差的要求，通常为2V~3V之间，即输出电压在60V左右时，线性电源进入工作状态后才能使LED光源模组的电流恒定

图6示出了根据本发明一个实施例的控制LED驱动电源输出匹配电压的控制方法的流程图。参照图6，自适应控制LED驱动电源输出电压的控制方法，包括步骤，

控制器设定初始电流值和初始电压值，比如设定初始电流值为零，初始电压值为零。

电压检测电路检测AC-DC变换电路的输出电压；

电流检测电路检测AC-DC变换电路的输出电流；

按第一电压步长逐步调整LED驱动电源的输出电压达到LED光源模组的启动电压，具体执行以下步骤：

控制器根据电流检测电路的输出的电流，判断检测到的电流值是否大于初始电流值，如果检测到的电流值小于或等于初始电流值，则按第一电压步长提高LED驱动电源的输出电压，本实施例中第一电压步长可以设置为3V，一次可以控制使LED驱动电源或AC-DC变换电路的输出电压增加3V；第一电压步长的值也可以设为其它值如1V，则启动LED光源时间更慢；如果想要更快速的启动LED光源，则需要设置更大的第一电压步长，比如5V。

这时如果检测到的电流值大于初始电流值，则比较本次检测到的电流值和上一次检测到电流值，当本次检测到的电流值不等于上一次的电流值，即电流差值大于第一阈值时，继续提升LED驱动电源的输出电压，控制使输出电压再增加一个第二电压步长值，比如3V或1V，当然第二电压步长可以等于第一电压步长；重复以上过程，以预定频率计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压的变化值，以及第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流的变化值，如果第N次检测到电流不等于第N-1次检测到的电流，即电流差值大于第一阈值，则控制器控制把LED驱动电源的输出电压增加一第二电压步长值，然后继续比较第N+1次检测到的电流值和N次检测到电流值，直到检测到的第N+1次检测到的电流值和第N检测到的电流差值小于第一阈值。

LED驱动电源输出电压的控制方法还进一步包括

步骤3.1：控制LED驱动电源的输出电压值减少第三电压步长，其中第三电压步长可以设置为小于第二电压步长，如设置为第二电压步长的二分之一或三分之一等等，此时如果第二电压步长为3V，则第三电压步长可以为1.5V或1V。

步骤3.2：电流检测电路检测LED驱动电源的输出电流；

步骤3.3 计算输出电压按第三电压步长调整后的输出电流和调整前的电流差值;

如果电流变化值小于或等于第一阈值，则此时AC-DC变换电路输出的电压值是和LED模组电压匹配的电压值，控制器要控制LED驱动电源恒压输出该匹配的电压值，即保持LED驱动电源的输出电压不变；

如果电流差值大于第一阈值，则控制LED驱动电源的输出电压提高第三电压步长值，重复步骤3.2和步骤3.3, 直到第N次检测到的电流和第N+1次检测到的电流值近似相等，即电流差值小于第一阈值，则第N次检测时驱动电源输出电压为LED光源模组的匹配电压值，即该电压为线性电源在工作电压下的LED光源模组的电压值，驱动电源的输出电压可以使线性电源工作在最佳工作点附近；

以上步骤实现了根据检测到的电压和电流的变化值计算出LED光源模组中线性电源的工作电压，以及线性电源在工作电压下的LED光源模组的电压值；并通过控制LED驱动电源的输出和LED光源模组的电压相匹配的驱动电压。

图7示出了根据本发明一个实施例的LED驱动电源的电路示意图。 参照图7， LED驱动电源为恒压源，其中电压检测电路（60）包括两个串联电阻R3和R4，一个运算放大器组成的阻抗变换电路，运算放大器的一个输入端与电阻R3和R4的串联的连接点连接；控制器包括微处理器和存储器，所述存储器存储在所述处理器上执行的计算机程序；其中，所述微处理器执行流程图所示的计算机程序用以实现上述的LED驱动电源输出电压的控制方法。线性电源30和LED光源串40串联构成一个光源模组，其中线性电源的作用是恒流源，用于控制流经LED光源的电流保持恒定。本发明通过检查输出电压和电流的变化来确定线性电源是否工作在合适的电压下，从而可以实时地根据不同光源模组输出了和光源模组匹配的驱动电压，做到了一个电源可以适用不同负载的要求，根据不同电压的LED光源模组改变输出电压以匹配LED光源模组，降低了电路的复杂性和光源模组的成本。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种LED驱动电源, 其特征在于包括AC-DC变换电路、电压检测电路、电流检测电路和控制器，所述AC-DC变换电路输出驱动LED光源模组的驱动电压，所述电压检测电路和电流检测电路连接在AC-DC变换电路和所述控制器之间，用于检测AC-DC变换电路的输出电压和输出电流，所述控制器根据检测到的电压值的变化和电流值的变化控制所述AC-DC变换电路输出和LED光源模组的电压相匹配的电压值。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电源，其特征在于所述控制器按预定频率计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压的变化值，和第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流的变化值，并根据电压的变化值和电流的变化值控制所述AC-DC变换电路按预定步长提高或降低输出电压，其中N大于等于2。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电源，其特征在于，当检测到的电流变化值小于第一阈值时，控制器控制AC-DC变换器输出的电压保持恒定。

4.根据权利要求1所述的LED 驱动电源，其特征在于，所述电压检测电路包括串联的两个电阻和一个阻抗变换电路，所述阻抗变换电路的一个输入端与所述两个电阻的连接点连接。

5.根据权利要求1所述的LED 驱动电源，其特征在于，所述控制器包括存储器，用于存储按预定频率从电压检测电路和电流检测电路的输出信号中采样得到的电流值和电压值。

6.一种LED灯具，其特征在于，包括多个LED光源模组和权利要求1-5任意所述的LED驱动电源，多个LED光源模组并联连接在所述LED驱动电源的输出端，所述LED驱动电源恒压输出与LED光源模组电压相匹配的驱动电压。

7.一种电源输出电压的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

电压检测电路检测AC-DC变换电路的输出电压；

电流检测电路检测AC-DC变换电路的输出电流；

按第一电压步长逐步调整LED驱动电源的输出电压达到LED光源模组的启动电压；

根据检测到的电压和电流的变化值计算出LED光源模组中线性电源的工作电压，以及线性电源在工作电压下的LED光源模组的电压值；

控制LED驱动电源的输出和LED光源模组的电压相匹配的驱动电压。

8.根据权利要求7所述的电源输出电压的控制方法，其特征在于，计算线性电源的在工作电压下的LED光源模组的电压值还包括以下步骤：

以预定频率采样检测到的电压和电流，并计算第N次检测到的电压和第N-1次检测到的电压之间的变化值，和第N次检测到的电流和第N-1次检测到的电流之间的变化值；

如果电流的变化值小于第一阈值，控制器控制AC-DC变换器的输出电压保持不变；否则

控制器根据电压的变化值和电流的变化值，按照第二电压步长控制逐步提高AC-DC变换器的输出电压，直到检测到电流的变化值小于第一阈值，控制器控制AC-DC变换器的输出电压保持不变。

9.根据权利要求8所述的电源输出电压的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤3.1：控制LED驱动电源的输出电压值减少第三电压步长；

步骤3.2：电流检测电路检测LED驱动电源的输出电流；

步骤3.3：计算输出电压按第三电压步长改变前后检测到的两个电流的差值；

如果电流差值大于第一阈值，则控制LED驱动电源的输出电压提高第三电压步长，重复步骤3.2和步骤3.3；

如果电流变化值小于或等于第一阈值，控制LED驱动电源输出电压保持不变。