CN109152143A - Led驱动器和led照明装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种LED驱动器和LED照明装置。在电子镇流器输出端口级联整流桥和整流滤波电路输出直流电流驱动LED负载。通过将功率开关周期性地将整流滤波电路的输入端短路，可以控制流入LED负载的平均电流，实现恒流控制。由此，可以不使用电感元件即可基于电子镇流器的输出驱动LED负载，电路结构简单，成本低，体积小。同时，控制难度较低。

Description

LED驱动器和LED照明装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种LED驱动器和LED照明装置。
背景技术
电子镇流器(Electrical Ballast)，是镇流器的一种，是指将直流或低频交流电压转换成高频交流电压，驱动低压气体放电灯(杀菌灯)、卤钨灯等光源工作的电子控制装置。由于电子镇流器不具有恒压输出功能或恒流输出功能，仅通过自激振荡来对外传递能量，电子镇流器不能直接应用于驱动需要专供直流电源的LED(发光二极管)负载。
在现有技术中，一般通过在电子镇流器输出端口级联的整流桥、升压型变换器和降压型变换器来形成LED驱动器。如图1所示，整流桥RB用于对交流电进行整流输出直流电。升压型变换器BOOST进行恒压控制，在电子镇流器EB输出电压变化较大的情况下，使得输入到下一级电路的电压保持基本恒定。降压型变换器BUCK进行恒流控制，基于升压型换器BOOST的输出电压进行功率变换，将其转换为基本恒定的电流输出，驱动LED负载。
由于需要设置两级变换器，现有的基于电子镇流器的LED驱动器成本高和体积大，并且，两级电路协调控制存在困难。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LED驱动器和LED照明装置，以简单的电路结构基于现有的电子镇流器的输出来驱动LED负载，从而降低设备的成本和体积，从而降低控制难度。
第一方面，提供一种LED驱动器，用于连接电子镇流器驱动LED负载，包括：
整流桥，接收电子镇流器输出的交流电输出直流电；
串联连接在所述整流桥的两个输出端之间的功率开关和第二检测电路；
所述功率开关响应于开关控制信号导通或关断；
所述第二检测电路用于检测所述整流桥的输出电流输出第二检测信号,所述第二检测信号表征所述整流桥的输出电流；
整流滤波电路,与所述功率开关并联连接，对所述直流电进行整流和滤波后输出到所述LED负载；
第一检测电路，用于检测流过所述LED负载的电流输出第一检测信号；
控制电路，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号输出所述开关控制信号，以实现恒流控制。
优选地，所述控制电路包括：
包括电流补偿电路，接收所述第一检测信号和表征期望电流的基准电压输出补偿信号，所述补偿信号表征所述第一检测信号和所述基准电压的差值；
所述控制电路根据所述补偿信号和所述第二检测信号输出所述开关控制信号，来调节所述开关控制信号的占空比，以实现所述恒流控制。
优选地，所述控制电路还包括：
信号转换电路，用于根据所述第二检测信号输出与所述整流桥的输出电流同步的第三检测信号；
比较器，比较所述补偿信号和所述第三检测信号输出比较结果；
逻辑电路，根据所述比较结果输出所述开关控制信号。
优选地，所述电流补偿电路包括：
跨导放大器，具有接收所述第一检测信号的同相端和接收所述基准电压的反相端；
电容，连接在所述跨导放大器与接地端之间。
优选地，所述信号转换电路为受控电压源。
优选地，所述整流滤波电路包括：
二极管，连接在所述整流滤波电路的输入端和输出端之间；
电容，连接在所述整流滤波电路的输出端和接地端之间。
优选地，所述第一检测电路为与所述LED负载串联的第一电阻。
优选地，所述第二检测电路为连接在所述整流桥和所述整流滤波电路之间的第二电阻。
优选地，所述第二电阻连接在所述整流桥的输出端口的第一端和所述整流滤波电路的输入端之间。
优选地，所述第二电阻连接在所述整流桥的输出端口的第二端和所述接地端之间。
第二方面，提供一种LED照明装置，包括：电子镇流器；如上所述的LED驱动器；和LED负载。
在电子镇流器输出端口级联整流桥和整流滤波电路输出直流电流来驱动LED负载。由于电子镇流器本身可以看作一个电流源，通过将功率开关周期性地将整流滤波电路的输入端短路，可以控制流入LED负载的平均电流，实现恒流控制。由此，可以不使用电感元件即可基于电子镇流器的输出驱动LED负载，电路结构简单，成本低，体积小。同时，控制难度较低。
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是现有技术中基于电子镇流器的LED驱动电路的示意图；
图2是本发明一个实施例的LED照明装置的示意图；
图3是本发明另一个实施例的LED照明装置的示意图；
图4是本发明实施例的控制电路的示意图；
图5是本发明实施例的控制电路的工作波形图。
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2是本发明一个实施例的LED照明装置的示意图。如图2所示，LED照明装置包括电子镇流器1、LED驱动器2和LED负载3。
电子镇流器1可以连接低频交流电，输出高频交流电。电子镇流器通过自激振荡对外传输能量，其输出端可以等效为交流电流源。
LED驱动器2输入电子镇流器1输出的交流电，输出基本恒定的电流驱动LED负载3。
LED驱动器2包括整流桥21、整流滤波电路22、功率开关PS、第一检测电路23、第二检测电路24和控制电路25。
整流桥21接收电子镇流器EB输出的交流电，对其进行整流后输出直流电。整流桥21可以为全桥性整流桥，也可以为半桥型整流桥。由于电子镇流器1的输出等效为交流电流源，经过整流后，整流桥21的输出可以等效为直流电流源。由此，通过对直流电流源进行斩波可以控制流入负载的电流平均值。
整流滤波电路22连接整流桥21的输出端口，用于对所述直流电进行整流和滤波后输出到LED负载3。优选地，在本实施例中，整流滤波电路22包括连接在整流滤波电路22的输入端in和输出端out之间的二极管D1以及连接在整流滤波电路22的输出端out和接地端之间的电容C1。其中，二极管D1用于防止电流反向流动。电容C1用于对输出到LED负载3的信号进行滤波。
本领域技术人员容易理解，整流滤波电路22也可以采用其他的结构。
功率开关PS连接在整流滤波电路22的输入端in和接地端之间，响应于开关控制信号导通或关断。在功率开关PS导通时，整流滤波电路22的输入端口被短路，整流桥21输出的直流电流全部流过功率开关PS，而没有电流流向LED负载3。在功率开关PS关断时，整流桥21输出的整流电流经由整流滤波电路22整流滤波后输出到LED负载3。由此，通过连续地导通和关断功率开关PS，对电子镇流器输出的电流进行斩波，可以控制流向LED负载3的电流平均值，从而保持LED驱动器2的输出电流恒定。
第一检测电路23用于检测流过LED负载3的电流输出第一检测信号Vi1。在本实施例中，第一检测电路23为与LED负载3串联连接的电阻R1。在图2中，电阻R1连接在LED负载3和接地端之间，由此，电阻R1与LED负载3连接端的电压可以作为第一检测信号Vi1表征流过LED负载3的电流。当然，电阻R1也可以连接在LED驱动器的输出端和LED负载之间。这时，可以将电阻R1两端电压作为第一检测信号表征流过LED负载3的电流。
第二检测电路24用于检测整流桥的输出电流输出第二检测信号Vi2。在本实施例中，第二检测电路24为连接在接地端和整流桥21的输出端口的第二端o2之间的电阻R2。根据电路理论，从整流桥21的输出端口的第一端o1流出的电流会从第二端o2流入整流桥21。因此，第二端o1的电压的幅值可以用于表征整流桥的输出电流。
在另一个实施例中，如图3所示，第二检测电路24为连接在整流桥21的输出端口的第一端o1的电阻R3。此时，电阻R3的两端电压可以作为第二检测信号Vi2表征整流桥21的输出电流。
控制电路25根据第一检测信号Vi1和第二检测信号Vi2输出开关控制信号Q。开关控制信号Q控制功率开关PS导通和关断，使得整流滤波电路的输入端周期性的被短路，从而实现恒压控制。
图4是本发明实施例的控制电路的示意图。如图4所示，控制电路25可以包括电流补偿电路251、信号转换电路252、比较器COMP和逻辑电路253。
电流补偿电路251接收第一检测信号Vi1和表征期望电流的基准电压Vref，输出补偿信号Vc。补偿信号Vc表征第一检测信号Vi1和基准电压Vref的差值。在一个优选实施方式中，电流补偿电路251包括跨导放大器GM和连接在所述跨导放大器与接地端之间的电容C2。跨导放大器GM具有接收第一检测信号Vi1的同相端和接收基准电压Vref的反相端。跨导放大器GM基于第一检测信号Vi1与基准电压Vref的差值向电容C2充电或抽取电流，从而使得电容C2两端电压Vc可以用于表征第一检测信号和基准电压的差值。当然，本领域技术人员容易理解，电流补偿电路251也可以利用其它的电路或元件实现，例如差分放大电路。
信号转换电路，用于根据所述第二检测信号输出与所述整流桥的输出电流同步的第三检测信号。其用于对第二检测信号Vi1进行必要的转换使得输出的第三检测信号既可以表征整流桥输出电流的变化情况，又具有适用于控制电路的信号形式。信号转换电路252可以采用各种电子元件或电路来实现。例如，在第二检测电路为连接在接地端和整流桥21的输出端口的第二端o2之间的电阻R2时，第二端o2的电压被作为第二检测信号Vi2。此时，第二检测信号Vi2为小于0的电压，其幅值可以表征整流桥21的输出电流。由此，信号转换电路252可以采用控制系数为-1的受控电压源，从而可以将第二检测信号Vi2反相，输出表征整流桥21的输出电流的第三检测信号Vi3。应理解，控制系数也可以根据实际需要和电路其它部分的参数设定为其它值。在第二检测电路24为连接在整流桥21的输出端口的第一端o1的电阻R3时，由于电阻R3的一端并不持续接地，此时，根据电阻R3的两端电压来生成第三检测信号Vi3。
比较器COMP比较补偿信号Vc和第三检测信号Vi3输出比较结果Va。在本实施例中，比较器COMP的同相端输入第三检测信号Vi3，反相端输入补偿信号Vc。
逻辑电路253根据比较结果Va输出开关控制信号Q。逻辑电路253用于对比较结果进行逻辑变换以及波形整形。在本实施例中，逻辑电路253包括非门。但是，本领域技术人员可以理解，根据电流补偿电路251以及信号转换电路252的设置不同或者有效电平设置的不同，逻辑电路253可以采用其它逻辑来对比较结果Va进行变换。逻辑电路253还可以包括有源器件对比较结果Va进行波形整形，使得开关控制信号Q可以满足功率开关PS的要求。
通过补偿电路以及比较器配合信号转换电路和逻辑电路构建的控制电路，结构简单，并且可以获得较高的控制精度。
图5是本发明实施例的控制电路的工作波形图。如图5所示，补偿信号Vc为相对稳定的量。第三检测信号Vi3随整流桥21的输出电流波动。在第三检测信号Vi3小于补偿信号Vc时，比较结果Va为无效电平(在本实施例中为低电平)，开关控制信号Q为有效电平(在本实施例中为高电平)。也即，在第三检测信号Vi3小于补偿信号Vc时，控制电路25控制功率开关PS导通，使得整流滤波电路21的输入端口被短路。在第三检测信号Vi3大于补偿信号Vc时，比较结果Va为有效电平，开关控制信号Q为无效电平。也即，在第三检测信号Vi3大于补偿信号Vc时，控制电路25控制功率开关PS关断。
当第一检测信号Vi1大于基准电压Vref时，即流过LED负载的电流偏大时，补偿信号Vc增大，比较结果Va的占空比减小。通过一个采用非门的逻辑电路后，与比较结果Va反相的开关控制信号Q的占空比增大，功率开关PS的导通时间会增大。这会减小了流过LED负载的平均电流。
当第一检测信号Vi1小于基准电压Vref时，即流过LED负载的电流偏小，补偿信号Vc减小，比较结果Va的占空比增大。通过一个采用非门的逻辑电路后，与比较结果Va反相的开关控制信号Q的占空比减小，功率开关PS的导通时间会减小，这会增大流过LED负载的平均电流。
由此，可以使得LED驱动器2的输出电流(也即流过LED负载的电路)向基准电压Vref对应的预期电流值收敛。
类似地，在整流桥21的输出电流幅值出现波动时，开关控制信号Q的占空比也会相应增大或减小，使得LED驱动器2的输出电流(也即流过LED负载的电路)向基准电压Vref对应的预期电流值收敛。
本实施例在电子镇流器输出端口级联整流桥和整流滤波电路输出直流电流来驱动LED负载。由于电子镇流器本身可以看作一个电流源，通过将功率开关周期性地将整流滤波电路的输入端短路，可以控制流入LED负载的平均电流，实现恒流控制。由此，可以不使用电感元件即可基于电子镇流器的输出驱动LED负载，电路结构简单，成本低，体积小。同时，控制难度较低。
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 (11)

1.一种LED驱动器，用于连接电子镇流器驱动LED负载，包括：
整流桥，接收电子镇流器输出的交流电输出直流电；
串联连接在所述整流桥的两个输出端之间的功率开关和第二检测电路；
所述功率开关响应于开关控制信号导通或关断；
所述第二检测电路用于检测所述整流桥的输出电流输出第二检测信号,所述第二检测信号表征所述整流桥的输出电流；
整流滤波电路,与所述功率开关并联连接，对所述直流电进行整流和滤波后输出到所述LED负载；
第一检测电路，用于检测流过所述LED负载的电流输出第一检测信号；
控制电路，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号输出所述开关控制信号，以保持所述LED驱动器的输出电流恒定。
2.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制电路包括：
包括电流补偿电路，接收所述第一检测信号和表征期望电流的基准电压输出补偿信号，所述补偿信号表征所述第一检测信号和所述基准电压的差值；
所述控制电路根据所述补偿信号和所述第二检测信号输出所述开关控制信号，来调节所述开关控制信号的占空比，以保持所述LED驱动器的输出电流恒定。
3.根据权利要求2所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制电路还包括：
信号转换电路，用于根据所述第二检测信号输出与所述整流桥的输出电流同步的第三检测信号；
比较器，比较所述补偿信号和所述第三检测信号输出比较结果；
逻辑电路，根据所述比较结果输出所述开关控制信号。
4.根据权利要求2所述的LED驱动器，其特征在于，所述电流补偿电路包括：
跨导放大器，具有接收所述第一检测信号的同相端和接收所述基准电压的反相端；
电容，连接在所述跨导放大器与接地端之间。
5.根据权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述信号转换电路为受控电压源。
6.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述整流滤波电路包括：
二极管，连接在所述整流滤波电路的输入端和输出端之间；
电容，连接在所述整流滤波电路的输出端和接地端之间。
7.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述第一检测电路为与所述LED负载串联的第一电阻。
8.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述第二检测电路为连接在所述整流桥和所述整流滤波电路之间的第二电阻。
9.根据权利要求8所述的LED驱动器，其特征在于，所述第二电阻连接在所述整流桥的输出端口的第一端和所述整流滤波电路的输入端之间。
10.根据权利要求8所述的LED驱动器，其特征在于，所述第二电阻连接在所述整流桥的输出端口的第二端和所述接地端之间。
11.一种LED照明装置，包括：
电子镇流器；
根据权利要求1-10中任一项所述的LED驱动器；和
LED负载。
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