CN108712801A - 一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路技术领域，提供了一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置，通过检测输入电压的变化，产生相应的PWM占空比，保证输入电压与PWM占空比的乘积不变，进而保证输入电压与输出电流的乘积不变，从而实现了恒功率驱动的效果，即装置输出功率不随输入电压的变化而变化，极大地提高了装置适应输入电压波动的能力，并且提高了LED灯的光效，解决了现有LED线性恒功率方案不能满足宽输入电压应用，存在系统电压的变化会导致驱动装置输出功率的变化，导致装置工作不稳定，进而影响系统的效率以及LED灯的光效问题。

Description

一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置。

背景技术

作为一种新型绿色光源，LED灯具有亮度强、能耗低、寿命长等优势，因此被广泛应用于各个领域。由于LED灯具有固定的正向导通压降，只有达到LED灯的正向导通压降时，LED灯才能发光；而LED灯导通后，正向导通压降随着流过LED灯的电流变化不明显。为了保证LED灯能够正常稳定地工作，需要对流过LED的电流进行控制。LED线性恒流方案由于具备简单的系统结构，而广泛应用于中小功率LED线性恒流系统。目前，常见的LED线性恒流恒功率方案如图1所示，LED线性恒流恒功率方案包括基准电压模块、输出电流控制模块、输出电流设定电阻Re以及LED灯组。输出电流控制模块通过基准电压模块提供的基准电压Vref、输出电流设定电阻Re，将输出电流恒定为Iout＝Vref/Re。该应用方案存在以下缺点：系统负载LED灯的数量严格决定于输入电压的大小，系统电压的变化会导致整个驱动装置输出功率的变化，从而影响系统的效率以及LED灯的光效。

综上所述，现有LED线性恒流恒功率方案不能满足宽输入电压应用，存在系统电压的变化会导致驱动装置输出功率的变化，进而影响系统的效率以及LED灯的光效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置，旨在解决现有LED线性恒流恒功率方案不能满足宽输入电压应用，存在系统电压的变化会导致驱动装置输出功率的变化，进而影响系统的效率以及LED灯的光效问题。

本发明第一方面提供了一种宽输入电压的恒功率驱动电路，与LED灯组相连接，所述LED灯组包括多个LED灯，所述恒功率驱动电路包括：

用于产生第一基准电压和第二基准电压的基准电压模块；

与所述LED灯组以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第一基准电压，并根据检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比的输入电压检测模块；

与所述LED灯组、所述输入电压检测模块以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第二基准电压，在所述输入电压驱动所述LED灯组时进行导通，并根据所述PWM占空比调节输出电流的输出电流控制模块；以及

与所述输出电流控制模块相连接，用于对所述输出电流进行限定的输出电流设定模块。

本发明第二方面提供了一种宽输入电压的恒功率驱动装置，包括LED灯组和恒功率驱动电路，所述LED灯组包括多个LED灯，所述恒功率驱动电路包括：

用于产生第一基准电压和第二基准电压的基准电压模块；

与所述LED灯组以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第一基准电压，并根据检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比的输入电压检测模块；

与所述LED灯组、所述输入电压检测模块以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第二基准电压，在所述输入电压驱动所述LED灯组时进行导通，并根据所述PWM占空比调节输出电流的输出电流控制模块；以及

与所述输出电流控制模块相连接，用于对所述输出电流进行限定的输出电流设定模块。

本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置，通过检测输入电压的变化，产生相应的PWM占空比，保证输入电压与PWM占空比的乘积不变，进而保证输入电压与输出电流的乘积不变，从而实现了恒功率驱动的效果，即装置输出功率不随输入电压的变化而变化，极大地提高了装置适应输入电压波动的能力，并且提高了LED灯的光效，解决了现有LED线性恒流恒功率方案不能满足宽输入电压应用，存在系统电压的变化会导致驱动装置输出功率的变化，进而影响系统的效率以及LED灯的光效问题。

附图说明

图1是现有技术提供的LED线性恒流恒功率方案的模块结构示意图。

图2是本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路的模块结构示意图。

图3是本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路中输出电流控制模块和输出电流设定模块的示例电路图。

图4是本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路中输入电压检测模块的示例电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置，该恒功率驱动电路包括基准电压模块、输出电流控制模块、输入电压检测模块以及输出电流设定模块，基准电压模块为输出电流控制模块、输入电压检测模块提供电压基准；输入电压检测模块检测输入电压Vout，并产生偏置电流Ibias，该偏置电流Ibias控制振荡器输出对应的PWM占空比D。当输入电压Vout不超过芯片工作电源VDD时，PWM占空比D＝100％；当输入电压Vout超过芯片工作电源VDD时，PWM占空比D与输入电压Vout成反比，二者的乘积为定值，即D*Vout＝C(其中C为常数)。输出电流控制模块、输出电流设定电阻Re，根据电压基准模块提供的基准电压Vref1，以及输入电压检测模块提供的PWM占空比D，产生对应的输出电流Iout＝D*Vref1/Re。其原理为输入电压检测模块通过检测输入电压的变化，产生对应的PWM占空比，使输入电压与PWM占空比的乘积不变，进而使输入电压与输出电流的乘积不变，从而实现恒功率的效果，即输出功率不随输入电压的变化而变化。

图2示出了本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种宽输入电压的恒功率驱动电路，与LED灯组100相连接，所述LED灯组包括多个LED灯，该恒功率驱动电路包括基准电压模块300、输入电压检测模块400、输出电流控制模块200以及输出电流设定模块500。

基准电压模块300用于产生第一基准电压和第二基准电压。其中，提供第一基准电压给输入电压检测模块400，以及提供第二基准电压给输出电流控制模块200。

输入电压检测模块400与LED灯组100以及基准电压模块300相连接，用于接收第一基准电压，并根据检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比。其中，检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比，使输入电压与PWM占空比的乘积不变。

输出电流控制模块200与LED灯组100、输入电压检测模块400以及基准电压模块300相连接，用于接收第二基准电压，在输入电压驱动LED灯组100时进行导通，并根据PWM占空比调节输出电流。

输出电流设定模块500与输出电流控制模块200相连接，用于对输出电流进行限定。

作为本发明一实施例，上述输入电压检测模块400检测输入电压Vout的变化，产生对应的偏置电流Ibias，该偏置电流Ibias控制振荡器产生对应的PWM占空比D，保证输入电压与PWM占空比的乘积不变。当输入电压Vout不超过芯片工作电源VDD时，PWM占空比D＝100％；当输入电压Vout超过芯片工作电源VDD时，PWM占空比D与输入电压Vout成反比，二者的乘积为定值，即D*Vout＝C(其中C为常数)。

作为本发明一实施例，当输入电压达到LED灯组的正向导通电压时，输出电流控制模块200会相应地导通，并且根据接收到的第二基准电压Vref1和PWM占空比D，产生相应的输出电流

图3示出了本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路中输出电流控制模块和输出电流设定模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述输出电流控制模块200包括第一运算放大器A1和第一开关管M1。

第一运算放大器A1的正相输入端接基准电压模块300，第一运算放大器A1的输出端接第一开关管M1的受控端，第一开关管M1的输入端为输出电流控制模块200的输入端，第一运算放大器A1的反相输入端与第一开关管M1的输出端共接并作为输出电流控制模块200的输出端。

具体地，上述第一开关管M1为N型场效应管或者三极管；

N型场效应管的栅极、漏极以及源极分别为第一开关管M1的受控端、输入端以及输出端；

三极管的基极、集电极以及发射极分别为第一开关管M1的受控端、输入端以及输出端。

作为本发明一实施例，上述输出电流设定模块500包括限流电阻Re，

限流电阻Re的第一端接输出电流控制模块200，限流电阻Re的第二端接地。

图4示出了本发明提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路中输入电压检测模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述输入电压检测模块400包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4以及振荡器OSC。

第一电阻R1的第一端接LED灯组，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端以及第二运算放大器A2的正相输入端共接，第二电阻R2的第二端接地，第二运算放大器A2的输出端接第二开关管M2的受控端，第二运算放大器A2的反相输入端与第二开关管M2的输出端以及第三电阻R3的第一端共接，第三电阻R3的第二端与第三运算放大器A3的输出端、第三运算放大器A3的反相输入端以及第四电阻R4的第一端共接，第三运算放大器A3的正相输入端接基准电压模块300，第四电阻的第二端接地，第三开关管M3的输入端和第四开关管M4的输入端接入工作电源VDD，第三开关管M3的受控端与输出端、第二开关管M2的输入端以及第四开关管M4的受控端共接，第四开关管M4的输出端接振荡器OSC的输入端，振荡器OSC的输出端接输出电流控制模块200。

具体地，上述第二开关管M2为N型场效应管或者三极管；

N型场效应管的栅极、漏极以及源极分别为第二开关管M2的受控端、输入端以及输出端；

三极管的基极、集电极以及发射极分别为第二开关管M2的受控端、输入端以及输出端。

具体地，上述第三开关管M3为P型场效应管或者三极管；

P型场效应管的栅极、源极以及漏极分别为第三开关管M3的受控端、输入端以及输出端；

三极管的基极、集电极以及发射极分别为第三开关管M3的受控端、输入端以及输出端。

具体地，上述第四开关管M4为P型场效应管或者三极管；

P型场效应管的栅极、源极以及漏极分别为第四开关管M4第四开关管M4的受控端、输入端以及输出端；

三极管的基极、集电极以及发射极分别为第四开关管M4的受控端、输入端以及输出端。

作为本发明一实施例，上述基准电压模块300包括第一输出端和第二输出端，

所述第一输出端接输入电压检测模块400，用于对输入电压检测模块400提供所述第一基准电压；

所述第二输出端接输出电流控制模块200，用于对输出电流控制模块200提供所述第二基准电压。

本发明还提供了一种宽输入电压的恒功率驱动装置，包括LED灯组和恒功率驱动电路，LED灯组包括多个LED灯，该恒功率驱动电路如上述所述。

本发明实现了在极少外围元件的前提下，输入电压检测模块400根据采样的输入电压Vout，产生偏置电流Ibias，进而产生相对应的PWM占空比D，使输入电压Vout与PWM占空比D的乘积不变。当输入电压Vout不超过芯片工作电源VDD时，PWM占空比D＝100％；当输入电压Vout超过芯片工作电源VDD时，输入电压Vout与PWM占空比D成反比例关系，即输入电压Vout越高，产生的PWM占空比D越小，确保输入电压Vout与PWM占空比D的乘积不变，进而使输入电压与输出电流的乘积不变，即装置输出功率保持不变，从而提高了驱动装置适应输入电压波动的能力。

以下结合图2-图4对上述一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置的工作原理进行描述如下：

上述第三开关管M3和第四开关管M4的宽长比相等，并联个数比为1：K，则第二运算放大器A2的同相输入端的电压为：

则第二运算放大器A2的反相输入端的电压，即第三电阻R3的第一端的电压为：

此外，第三运算放大器A3的同相输入端的电压为V_ref2，则第三运算放大器A3的反相输入端的电压、第三运算放大器A3的输出端的电压、第三电阻R3的第二端的电压均为V_ref2。

当V_out≤V_DD时，第三电阻R3两端的电压相等，即

第三电阻R3所在支路，即第三开关管M3产生的电流为零，根据电流镜像关系，第四开关管M4所在支路产生的电流也为零，振荡器OSC输出的PWM占空比为D＝100％。

当V_out＞V_DD时，第三电阻R3第一端的电压大于第三电阻R3第二端的电压，第三电阻R3所在支路，即第三开关管M3产生的电流为：

根据电流镜像关系，第四开关管M4所在支路产生的电流为：

I_bias＝KI_ref

该偏置电流I_bias控制振荡器OSC产生对应的PWM占空比D，保证输入电压V_out与PWM占空比D的乘积不变，即

DV_out＝C

其中，C为常数。

上述输入电压检测模块400与输出电流控制模块200、限流电阻Re，通过基准电压模块300提供的电压基准V_ref2，产生相应的输出电流

驱动装置的输出功率为：

P_out＝V_outI_out

即

故驱动装置输出功率不变，从而实现了宽输入电压的恒功率输出。

综上，本发明实施例提供的一种宽输入电压的恒功率驱动电路及装置，通过检测输入电压的变化，产生相应的PWM占空比，保证输入电压与PWM占空比的乘积不变，进而保证输入电压与输出电流的乘积不变，从而实现了恒功率驱动的效果，即驱动装置输出功率不随输入电压的变化而变化，极大地提高了装置适应输入电压波动的能力，并且提高了LED灯的光效，解决了现有LED线性恒流恒功率方案不能满足宽输入电压应用，存在系统电压的变化会导致驱动装置输出功率的变化，进而影响系统的效率以及LED灯的光效问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽输入电压的恒功率驱动电路，与LED灯组相连接，所述LED灯组包括多个LED灯，其特征在于，所述恒功率驱动电路包括：

用于产生第一基准电压和第二基准电压的基准电压模块；

与所述LED灯组以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第一基准电压，并根据检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比的输入电压检测模块；

与所述LED灯组、所述输入电压检测模块以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第二基准电压，在所述输入电压驱动所述LED灯组时进行导通，并根据所述PWM占空比调节输出电流的输出电流控制模块；以及

与所述输出电流控制模块相连接，用于对所述输出电流进行限定的输出电流设定模块。

2.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述输出电流控制模块包括：

第一运算放大器和第一开关管；

所述第一运算放大器的正相输入端接所述基准电压模块，所述第一运算放大器的输出端接所述第一开关管的受控端，所述第一开关管的输入端为所述输出电流控制模块的输入端，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一开关管的输出端共接并作为所述输出电流控制模块的输出端。

3.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述基准电压模块包括第一输出端和第二输出端，

所述第一输出端接所述输入电压检测模块，用于对所述输入电压检测模块提供所述第一基准电压；

所述第二输出端接所述输出电流控制模块，用于对所述输出电流控制模块提供所述第二基准电压。

4.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，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、第三电阻、第四电阻、第二运算放大器、第三运算放大器、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及振荡器；

所述第一电阻的第一端接所述LED灯组，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端以及所述第二运算放大器的正相输入端共接，所述第二电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出端接所述第二开关管的受控端，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二开关管的输出端以及所述第三电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端、所述第三运算放大器的反相输入端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第三运算放大器的正相输入端接所述基准电压模块，所述第四电阻的第二端接地，所述第三开关管的输入端和所述第四开关管的输入端接入工作电源，所述第三开关管的受控端与输出端、所述第二开关管的输入端以及所述第四开关管的受控端共接，所述第四开关管的输出端接所述振荡器的输入端，所述振荡器的输出端接所述输出电流控制模块。

5.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述输出电流设定模块包括限流电阻，

所述限流电阻的第一端接所述输出电流控制模块，所述限流电阻的第二端接地。

6.一种宽输入电压的恒功率驱动装置，包括LED灯组和恒功率驱动电路，所述LED灯组包括多个LED灯，其特征在于，所述恒功率驱动电路包括：

用于产生第一基准电压和第二基准电压的基准电压模块；

与所述LED灯组以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第一基准电压，并根据检测到输入电压的变化，产生对应的PWM占空比的输入电压检测模块；

与所述LED灯组、所述输入电压检测模块以及所述基准电压模块相连接，用于接收所述第二基准电压，在所述输入电压驱动所述LED灯组时进行导通，并根据所述PWM占空比调节输出电流的输出电流控制模块；以及

与所述输出电流控制模块相连接，用于对所述输出电流进行限定的输出电流设定模块。

7.如权利要求6所述的恒功率驱动装置，其特征在于，所述输出电流控制模块包括：

第一运算放大器和第一开关管；

所述第一运算放大器的正相输入端接所述基准电压模块，所述第一运算放大器的输出端接所述第一开关管的受控端，所述第一开关管的输入端为所述输出电流控制模块的输入端，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一开关管的输出端共接并作为所述输出电流控制模块的输出端。

8.如权利要求6所述的恒功率驱动装置，其特征在于，所述基准电压模块包括第一输出端和第二输出端，

所述第一输出端接所述输入电压检测模块，用于对所述输入电压检测模块提供所述第一基准电压；

所述第二输出端接所述输出电流控制模块，用于对所述输出电流控制模块提供所述第二基准电压。

9.如权利要求6所述的恒功率驱动装置，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、第三电阻、第四电阻、第二运算放大器、第三运算放大器、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及振荡器；

所述第一电阻的第一端接所述LED灯组，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端以及所述第二运算放大器的正相输入端共接，所述第二电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出端接所述第二开关管的受控端，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二开关管的输出端以及所述第三电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端、所述第三运算放大器的反相输入端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第三运算放大器的正相输入端接所述基准电压模块，所述第四电阻的第二端接地，所述第三开关管的输入端和所述第四开关管的输入端接入工作电源，所述第三开关管的受控端与输出端、所述第二开关管的输入端以及所述第四开关管的受控端共接，所述第四开关管的输出端接所述振荡器的输入端，所述振荡器的输出端接所述输出电流控制模块。

10.如权利要求6所述的恒功率驱动装置，其特征在于，所述输出电流设定模块包括限流电阻，

所述限流电阻的第一端接所述输出电流控制模块，所述限流电阻的第二端接地。