CN108925004A - 发光二极管驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光二极管驱动系统，用于向发光二极管提供启动电压，包括，AC电源模块、定压保护模块、桥式模块、降压模块、功率因数调节模块、降压设定模块及发光二极管；桥式模块，用于将来自电源的交流全波波形电压整流成交流半波波形电压；降压模块，具有金属氧化物半导体，用于将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源；功率因数调节模块，用于执行功率因数的校正；降压设定模块，用于对发光二极管的电流限制的设定；其中，降压电路模块能够接收要供应给发光二极管的全电压，使直流电源与发光二极管的启动电压相匹配。本技术方案能够提高电源的使用效率及全电压输入。

Description

发光二极管驱动系统
技术领域
本发明涉及一种驱动系统，尤其是指一种发光二极管驱动系统。
背景技术
发光二极管(LED)驱动是用来调节一个或多个LED功率的设备，一种LED 驱动程序，能够响应LED或LED电路的变化；随着温度的变化，LED的电学特性也随之变化。
LED驱动器是一种独立的电源，能够输出与LED的电气特性相匹配的功率， LED驱动器可以通过脉宽调制电路提供调光功能，并且可以同时控制多个通道，以控制不同LED或LED阵列。
LED的功率水平由LED驱动器维持，由于LED的电气特性会随着温度的升高或降低而发生变化。因此，如果没有合适的驱动程序或系统，LED可能会变得过热或不稳定，从而导致性能变差或故障。
现有的LED驱动器通常通过桥式集成电路(IC)将交流的全波形式(AC)整流到交流的半波形式，通常，LED电流限制器是由金属氧化物半导体(MOS)功率晶体管设定的，然而，这类设计产生了功率损耗问题和差动输入电压问题。
现有的LED驱动器，如果其输入电压供应超过规定的阈值电压，则电压调节器产生恒定的额定输出电压，然而，如果输入电压供应低于该阈值电压，线性电压调节器的输出可能低于恒定额定电压。
功率损耗的问题是由于采用交流半波形式电压而产生的，由于LED启动电压使用直流电源，这将产生电源功率损失。
关于差分输入电压问题，由于vin＝vf+vds，在vin增加而LED的vf保持不变的情况下，vds将产生更高的功率差分伏安值，导致MOS功率晶体管温度升高，最终导致器件烧毁；因此，这种电路设计只适用于单电压器件的使用。
因此，有必要提高电源使用效率以及全电压(85Vac～305Vac)输入，同时提供过电压保护，以克服现有的LED驱动器的设计缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种发光二极管驱动系统，用于提高电源使用效率及全电压输入。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种发光二极管驱动系统，用于向发光二极管提供启动电压，包括，AC电源模块、定压保护模块、桥式模块、降压模块、功率因数调节模块、降压设定模块及发光二极管；
所述AC电源模块与所述定压保护模块电连接，定压保护模块与所述桥式模块电连接，桥式模块与所述降压模块电连接，降压模块与所述降压设定模块电连接，降压设定模块与所述发光二极管电连接；
所述定压保护模块，用于适应和接收不同的输入电压，输出一个固定电压；
所述桥式模块，用于将来自电源的交流全波波形电压整流成交流半波波形电压；
降压模块，具有金属氧化物半导体，用于将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源；
功率因数调节模块，用于执行功率因数的校正；
降压设定模块，用于对发光二极管的电流限制的设定；
其中，降压电路模块能够接收要供应给发光二极管的全电压，使直流电源与发光二极管的启动电压相匹配。
优选地，所述定压保护模块包括：智能电压保护电路，所述智能电压保护电路可将不同的输入电压进行电压变换，以输出一个固定电压。
优选地，所述发光二极管驱动系统还包括电压感测模块、降压调节模块；所述电压感测模块与所述降压设定模块电连接；所述降压调节模块与所述电压感测模块电连接；所述电压感测模块用于感测电路电压，所述降压调节模块用于维持电路电压的稳定。
优选地，所述发光二极管包括一用于限制电流的金属氧化物半导体功率晶体管。
优选地，所述发光二极管驱动系统还包括，发光二极管功率设定模块、功率感测模块、发光二极管功率调节模块；发光二极管功率设定模块与所述发光二极管电连接，所述功率感测模块与发光二极管功率设定模块电连接，所述发光二极管功率调节模块与所述功率感测模块电连接；
所述发光二极管功率调节模块用于确定所述发光二极管所需的合适功率，所述功率感测电路模块用于感测发光二极管的功率；所述发光二极管功率调节模块用于保持所述发光二极管电压的稳定。
优选地，所述发光二极管驱动系统还包括，与所述降压模块分别电连接的发光二极管保护模块、欠压保护模块、芯片热能保护模块、电流采样保护模块、过压保护模块及逐周期功率限制模块；
所述发光二极管保护模块用于发光二极管开路保护和/或发光二极管短路保护；欠压保护模块用于保护供电欠压的集成电路或芯片；电流采样保护模块，用于保护要在一个开路上电流采样电阻；所述逐周期功率限制模块用于有效地保护MOS场效晶体管；所述芯片热能保护模块用于在驱动电源过热时，减小电流输出。
优选地，所述功率因数调节模块包括一个有源功率因数校正电路，用于获得较高的功率因数和较低的总谐波失真。
优选地，所述发光二极管驱动系统在连续功率电感饱和模式下工作，金属氧化物半导体功率晶体管在零功率开关模式。
优选地，所述发光二极管驱动系统还包括一个循环电流极限保护功能，以保护金属氧化物半导体功率晶体管、电感和续流二极管。
优选地，所述发光二极管驱动系统还包括一个浮接地芯片，用于隔离干扰和防止零电压和过零的冲击，保护金属氧化物半导体功率晶体管以及续流二极管。
本技术方案提出了一种发光二极管驱动系统，通过桥式模块将交流全波波形电压整流为交流半波波形电压，降压模块将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源，更好地增强了电源的性能，提高了电源利用率，通过功率调节模块对功率因数进行校正，提高了全电压的输入，定压保护模块可将不同大小的输入电压变换为固定电压输出。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构。
图1为本发明的电路结构模块框图；
图2为本发明的电路设计及结构方块图；
图3为本发明的定压保护模块电路结构框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
一种发光二极管驱动系统，用于向发光二极管提供启动电压，包括：AC电源模块101、定压保护模块102、桥式模块103、降压模块104、功率因数调节模块112、降压设定模块105及发光二极管108；
所述AC电源模块101与所述定压保护模块102电连接，定压保护模块102 与所述桥式模块103电连接，桥式模块103与所述降压模块104电连接，降压模块104与所述降压设定模块105电连接，降压设定模块105与所述发光二极管108电连接；
所述定压保护模块102，用于适应和接收不同的输入电压，输出一个固定电压；
所述桥式模块103，用于将来自电源的交流全波波形电压整流成交流半波波形电压；
降压模块104，具有金属氧化物半导体，用于将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源；
功率因数调节模块112，用于执行功率因数的校正；
降压设定模块105，用于对发光二极管108的电流限制的设定；
其中，降压电路模块能够接收要供应给发光二极管的全电压，使直流电源与发光二极管的启动电压相匹配。
通过桥式模块将交流全波波形电压整流为交流半波波形电压，降压模块将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源，更好地增强了电源的性能，提高了电源利用率，通过功率调节模块对功率因数进行校正，提高了全电压的输入。克服了现有线性LED驱动集成电路(IC)的设计缺陷，以灯泡的实际电压为例，全电压指的是进入的电压是灯泡中的实际电压；当使用电阻时，降低了灯泡的电压，使灯泡的实际电压达到12V。
在一具体实施例中，所述定压保护模块包括：智能电压调节电路，所述智能电压保护电路可将不同的输入电压进行电压变换，以输出一个固定电压。
参考图3，本实施例涉及智能电压调节电路，包括：耦合到接收电压的可变电压发生器；和耦合到所述可变电压发生器的第一处理元件，所述第一处理元件耦合从第二处理元件接收编程指令控制所述智能电压调节器电路的特性，所述第一处理元件响应于所述编程指令在所述智能电压调节器电路的操作期间动态地改变所述特性，所述第一处理元件适于执行来自第二处理元件的编程指令，以产生可变电压产生器的选择信号，该可变电压产生器从可变电压产生器的多个不同可能的输出电压中选择可变电压产生器的输出电压。通过调节点位器，即可对电压进行调节。
在一具体实施例中，所述发光二极管包括一用于限制电流的金属氧化物半导体功率晶体管。
在一具体实施例中，所述发光二极管驱动系统还包括电压感测模块106、降压调节模块107；所述电压感测模块106与所述降压设定模块105电连接；所述降压调节模块107与所述电压感测模块106电连接；所述电压感测模块106用于感测电路的电压，所述降压调节模块107用于维持电路电压的稳定。
如图1所示，LED驱动器的全电压通过桥式模块103，所述桥式模块103 为集成电路，将交流电全波波形电压整流为交流半波波形电压，并使用降压电路模块104将AC电源整流成DC电源。优选地，该LED电流限制是由金属氧化物半导体(MOS)功率晶体管或降压设定模块105设定的，这样的电路设计可以克服传统电路所面临的初始设计缺陷。在功率损耗的第一个问题上，由于所提出的驱动系统具有与发光二极管108相匹配的直流电源，发光二极管108使用的是直流电源的启动电压，因此电源功率的效率能够得到极大的改善。该功率的改善可以通过以下方式来实现：通过使用电压感测电路模块106来感测电路的电压、降压电压调节模块107用于维持电路电压的稳定，同时维持了一个固定输出的电压，并持续地将输入电压和调节电压之间的差作为余热消散。该电路提供了从2V至100V的电压，可达4MHz的开关频率，以及高达96％的工作效率。
而在第二个问题上，即克服差分输入电压，由于vin＝vf+vds，而vin可以通过降压模块104调整至接近Vf电压，因此Vds将承受一更小的电压差的功率。因而使MOS功率晶体管的使用寿命更长，适用于全电压器件的使用。
所述的LED驱动系统所使用的系统称为JF 1606，JF1606是一种高分辨率的LED定流控制芯片，包括功率因数调节模块112和降压模块104，功率因数调节模块112，用于功率因数的校正和恒定。该LED定流控制芯片适用于电压在85Vac-305Vac之间的具有定流LED的全范围输入电压。本驱动系统将有源功率因数校正电路集成，可以实现实现很高的功率因数以及很低的总谐波失真。由于工作在连续功率电感模式下，MOS功率晶体管处于零功率开关模式，因此开关损耗得以减少，且获得更高的电感使用率。功率因数的改善是通过将功率因数校正电容增加到功率因数校正电路中。当视在功率(KVA)大于工作功率(KW) 时，电源系统必须提供更多的无功电流加上工作电流。功率电容作为无功电流发生器。
恒流控制器(稳态电流、独立时间电流、固定电流)是一种不随时间变化的直流控制器。如果负载是恒流，可以通过恒压源获得稳定的电流。当负载变化时，可以通过恒流电源获得稳定电流。
此外，本驱动系统还具有多种保护功能，提高了系统的可靠性，在一具体实施例中，所述发光二极管驱动系统还包括，与所述降压模块104分别电连接的发光二极管保护模块113、欠压保护模块114、芯片热能保护模块115、电流采样保护模块116、过压保护模块117及逐周期功率限制模块118；
所述发光二极管保护模块113用于发光二极管开路保护和/或发光二极管短路保护；欠压保护模块114用于保护供电欠压的集成电路或芯片；电流采样保护模块116，用于保护要在一个开路上电流采样电阻；所述逐周期功率限制模块118用于有效地保护MOS场效晶体管；所述芯片热能保护模块115用于在驱动电源过热时，减小电流输出；过压保护模块117用于保护供电过压的集成电路或芯片。
此外，在一具体实施例中，所述发光二极管驱动系统还包括，发光二极管功率设定模块109、功率感测模块110、发光二极管功率调节模块111；发光二极管功率设定模块109与所述发光二极管108电连接，所述功率感测模块110 与发光二极管功率设定模块109电连接，所述发光二极管功率调节模块111与所述功率感测模块110电连接；
所述发光二极管功率设定模块109用于确定发光二极管所需的合适功率；功率感测电路模块110用于感测电路的功率，发光二极管功率调节模块111，用于保持发光二极管108电压的稳定。
所述电源系统的特征还包括：
有源功率因数校正，高功率因数值，低总谐波失真；
高达95％的系统效率；
±3％LED输出电流精度；
优异的线电压调整率和负载调整率；
连续功率电感临界模式；
超低(30uA)启动电压；
LED开路/短路保护；
电流采样电阻开路保护；
逐周期电源限制；
芯片电源欠压保护；
自动重启功能；
热能调节功能；
所述发光二极管驱动系统的发光二极管在系统中的应用包括；
LED灯泡；
LED灯管；
LED路灯；
所有LED照明产品电源。
系统特征描述
所述的LED驱动系统称为JF 1606，其框图如图2所示，其为有源功率因数校正LED恒流控制芯片，驱动系统运行在连续功率电感模式下，因此实现极高的功率因数、极低的总谐波失真和高效率。
使用该装置作为LED驱动的方法，包括以下步骤：
1、系统启动
在系统开启后，母线电压通过启动电阻给IC电源(VCC)引脚的电容器充电。当VCC电压上升到启动阈值电压时，芯片内部控制电路开始工作，Vref电压被快速拉升至1.5V。
系统随后开始发出脉冲信号，Vref电压从1.5V开始逐渐上升，电感峰值电流随之上升，从而实现输出LED电流的软启动，有效地防止了输出电流过冲。在输出电压建立后，VCC输出电压通过二极管供电，从而降低了功耗。
2、恒定输出电流控制设定
所述发光二极管驱动系统对电感电流进行逐周期采样，所述发光二极管驱动系统工作于连续电感功率临界模式，以实现高精度输出定流控制，LED输出电流计算方法如下：
Iout＝Vref/Rcs
其中，Vref是内部基准参考电压，Rcs是电流采样电阻值。
3、反馈网络
所述发光二极管驱动系统通过回馈网路来检测输出电压的状况，回馈电路的降压阈值设置为0.2V，迟滞电压设置为0.15V。回馈网路引脚也可以用来感测阈值为1.6V的过压保护。回馈网路的上下分压电阻比例可以设置为：
Rfbl/(Rfbl+Rfbh)＝1.6V/Vovp
其中，Rfbl为回馈网络的下分压电阻，Rfbh为反馈网络的上分压电阻，Vovp 是过电压保护的设定点，回馈网路的上下分压电阻建议设置在5KΩ至10KΩ。
4、热能调节功能
所述发光二极管驱动系统带有热调节特性，当驱动电源过热时，输出电流逐渐减小，从而控制及维持输出功率和温度在设定值，以提高系统的可靠性，芯片内部的过热控制点设置在150℃。
5、保护功能
所述发光二极管驱动系统具有多个内置保护功能，以确保系统的可靠性。当发光二极管置于开路电路时，输出电压逐渐上升，回馈网路引脚可以在功率晶体管关断时检测到输出电压，当回馈网路上升到OVP保护阈值时，会触发保护逻辑，使开关停止工作。当发光二极管短路时，由于输出电压很低，无法通过二极管给VCC供电，所以VCC电压会逐渐下降，直到VCC达到欠压保护阈值。系统进入保护模式时，VCC电压开始下降，当VCC达到低压保护阈值时，系统将重新启动。系统会持续该检测程序，一旦故障解除，系统就能够重新开始正常工作。
当输出短路或变压器达到其饱和状态时，共源极峰值电压值将会比较高。当共源极电压上升到内部值的限制(1V)时，该开关周期立即停止，此逐周期电流限制功能可以保护功率MOS晶体管，电感和续流二极管。
使用隔离电源的一个具体实施例
一般情况下，所有的隔离式降压线路都包含一个或多个变压器，通过调整变压器的匝数比，可以得到较高或较低或是负电位的输出电压。在一些隔离式降压线路结构中，可在变压器上绕上多个绕组，以输出多种电压值；一些变换器还会使用变压器作为储能设备，但其它的变换器仍需要独立的电感装置，这种类型的电源变换模式均为“直流-交流-直流”变换。然而，这将是一种代价高昂的做法。
另一个实施方式是采用非隔离电源，非隔离电源是最简单的功率开关方式，其电源变换方式为“直流-直流”变换。根据电压转换可分为三种基本类型：升压斩波器(BoostChopper)(又称为升压变换器)、降压斩波器(Buck Chopper)(又称为降压变换器)和降压升压斩波器(Buck-Boost Chopper)(又称降压-升压转换器)。它们的结构相似，输入、输出和接地都在一个点上交汇，都采用电感进行储能。两者的主要区别在于电感的连接方式，如果电感位于电路的输出端，则为降压斩波器；如果电感位于输入端，则为升压斩波器；当电感接地时，则为降压-升压斩波器(Buck-Boost Chopper)。
当脉冲占空比极短时，开关装置的效率会下降，如果需要更高的电压转换，则需要用到有变压器的隔离电源。
另一个实施例采用基于全电压降压型LED定流控制芯片，全电压降压型 LED定流控制芯片接收桥式半波波形功率，将其整流为直流电源，并经LC滤波后，将电源供应给LED使用。LC电路(又称谐振电路、储能电路、调谐电路) 包括彼此连接的电感及电容。
全电压降压型LED定流控制芯片设计为浮接地，将控制芯片的地与桥式模块103的地通过二极管连接起来，由此可以隔离两个零件之间干扰，并防止零电压及零交越的影响，延长了MOS功率晶体管、续流二极管的寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管驱动系统，用于向发光二极管提供启动电压，其特征在于：包括，AC电源模块、定压保护模块、桥式模块、降压模块、功率因数调节模块、降压设定模块及发光二极管；
所述AC电源模块与所述定压保护模块电连接，定压保护模块与所述桥式模块电连接，桥式模块与所述降压模块电连接，降压模块与所述降压设定模块电连接，降压设定模块与所述发光二极管电连接；
所述定压保护模块，用于适应和接收不同的输入电压，输出一个固定电压；
所述桥式模块，用于将来自电源的交流全波波形电压整流成交流半波波形电压；
降压模块，具有金属氧化物半导体晶体管，用于将交流半波波形电压整流为用于发光二极管的直流电源；
功率因数调节模块，用于执行功率因数的校正；
降压设定模块，用于对发光二极管的电流限制的设定；
其中，降压电路模块能够接收要供应给发光二极管的全电压，使直流电源与发光二极管的启动电压相匹配。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述定压保护模块包括：智能电压保护电路，所述智能电压保护电路可将不同的输入电压进行电压变换，以输出一个固定电压。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：还包括电压感测模块、降压调节模块；所述电压感测模块与所述降压设定模块电连接；所述降压调节模块与所述电压感测模块电连接；所述电压感测模块用于感测电路电压，所述降压调节模块用于维持电路电压的稳定。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管包括一用于限制电流的金属氧化物半导体功率晶体管。
5.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管驱动系统还包括，发光二极管功率设定模块、功率感测模块、发光二极管功率调节模块；发光二极管功率设定模块与所述发光二极管电连接，所述功率感测模块与发光二极管功率设定模块电连接，所述发光二极管功率调节模块与所述功率感测模块电连接；
所述发光二极管功率调节模块用于确定所述发光二极管所需的合适功率，所述功率感测电路模块用于感测发光二极管的功率；所述发光二极管功率调节模块用于保持所述发光二级管电压的稳定。
6.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管驱动系统还包括，与所述降压模块分别电连接的发光二极管保护模块、欠压保护模块、芯片热能保护模块、电流采样保护模块、过压保护模块及逐周期功率限制模块；
所述发光二极管保护模块用于发光二极管开路保护和/或发光二极管短路保护；欠压保护模块用于保护供电欠压的集成电路或芯片；电流采样保护模块，用于保护要在一个开路上电流采样电阻；所述逐周期功率限制模块用于有效地保护MOS场效晶体管；所述芯片热能保护模块用于在驱动电源过热时，减小电流输出。
7.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述功率因数调节模块包括一个有源功率因数校正电路，用于获得较高的功率因数和较低的总谐波失真。
8.如权利要求4所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管驱动系统在连续功率电感饱和模式下工作，金属氧化物半导体功率晶体管在零功率开关模式。
9.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管驱动系统还包括一个循环电流极限保护功能，以保护金属氧化物半导体功率晶体管、电感和续流二极管。
10.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于：所述发光二极管驱动系统还包括一个浮接地芯片，用于隔离干扰和防止零电压和过零的冲击，保护金属氧化物半导体功率晶体管以及续流二极管。
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