CN109309983B - Led驱动电路及led灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动电路，包括：控制单元以及主电路。其中，控制单元接收用于对LED负载进行调光的调光信号，并且采用电流滞环控制以产生控制信号，其中电流滞环控制的滞环宽度随调光信号变化而变化；主电路包括接收交流输入电压并输出直流母线电压的前级电路，以及后级电路，后级电路接收直流母线电压并在控制信号的控制下通过输出端输出LED负载所需求的驱动电流，从而使LED负载产生目标的照明强度。本发明拓宽了LED调光技术中模拟调光的调光深度，实现深度调光，并满足在整个调光范围内均具有良好的调光线性度。

Description

LED驱动电路及LED灯

技术领域

本发明大体涉及LED驱动电路，尤其涉及一种具有深度调光功能的LED驱动电路及具有该LED驱动电路的LED灯。

背景技术

在LED驱动技术领域，PWM调光和模拟调光是两种常用的调光技术手段。其中，PWM调光常用于深度调光的场合，然而，PWM调光时电流被斩波，从而在输出电流上形成较大纹波，并且成为潜在的EMI干扰源；模拟调光在调光深度较浅时尚具有良好的性能，但需要深度调光时，模拟调光能达到的调光深度会受到开关器件所允许的最大工作频率的限制，或者会受到电感最大纹波电流的限制，使得电感电流出现断续，影响模拟调光的线性度。

因此，有必要提供一种方法以解决如上所述的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种LED驱动电路，包括：控制单元(20)以及主电路(10)。其中，所述控制单元(20)接收用于对LED负载(30)进行调光的调光信号(DS)，并且采用电流滞环控制以产生控制信号(CS1)，其中电流滞环控制的滞环宽度随所述调光信号(DS)变化而变化。所述主电路(10)包括接收交流输入电压(V_in)并输出直流母线电压(V_bus)的前级电路(11)以及后级电路(12)，所述后级电路(12)接收所述母线电压(V_bus)并在所述控制信号(CS1)的控制下通过输出端输出所述LED负载(30)所需求的驱动电流以使所述LED负载(30)产生目标的照明强度。

本发明的另一个方面在于提供一种LED灯，用于与外部电源相连接，包括含有若干个发光二极管单元的LED负载(30)；以及用于驱动所述LED负载(30)的如上所述的驱动电路。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的LED驱动电路的示例性电路框图；

图2是根据本发明的又一个具体实施方式的LED驱动电路的示例性电路框图；

图3是根据图1所示的LED驱动电路的一个具体电路图；

图4是根据图1所示的LED驱动电路的又一个具体电路图；

图5是根据图1所示的LED驱动电路的再一个具体电路图；

图6是根据图1所示的LED驱动电路的再一个具体电路图；

图7是根据图1所示的LED驱动电路的再一个具体电路图；

图8是根据图3至图6所示的任意LED驱动电路在滞环宽度连续调节方式下的波形图；及

图9根据图7所示的LED驱动电路在滞环宽度分段调节方式下的波形图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的示例性LED驱动电路100的功能框图。如图1所示，LED驱动电路100包括主电路10和控制单元20，控制单元20接收一个指示LED负载30照明强度的调光信号DS，并依据调光信号DS采用电流滞环控制以产生一个控制信号给主电路10，其中，电流滞环控制的滞环宽度随着调光信号DS变化而变化。主电路10包括前级电路11和后级电路12，前级电路11从外部接收交流输入电压V_in，经过一定的控制最终输出一个直流母线电压V_bus。后级电路12与前级电路11连接接收母线电压V_bus，然后在所述控制信号的控制下实现恒定电流输出，通过输出端向LED负载30提供一个所需要的驱动电流，该驱动电流可以让LED负载30产生目标的照明强度。其中，前级电路11具有多种拓扑结构以及控制方法，其目标在于实现AC-DC变换，并输出恒定直流电压，在某些实施方案中，前级电路11甚至还可以包括功率因数校正控制功能。调光信号DS由外部产生并传输给控制单元20，可以是一个模拟信号，也可以是一个数字信号。

在已有的模拟调光方案中，电流滞环控制的滞环宽度往往是固定不变的，因此当调光深度增加时，会出现电感电流断续的情况，从而影响调光线性度。为了解决这一问题，本发明提出了滞环宽度可调的技术方案，即根据调光信号确定相应的滞环宽度。当调光深度增大时，相应地降低滞环宽度，从而扩展了模拟调光能达到的调光深度，并实现在整个调光范围内都具有良好的调光线性度。

继续参照图1，后级电路12例如为buck电路，其包括可控开关SW1、二极管和电感L1，在本实施例中，buck电路12还包括一个用于滤波的电容，图1中buck电路12采用开关浮地的拓扑结构，即在该拓扑中，可控开关S1是不接地的。图2示出了根据本发明的又一个具体实施方式的示例性驱动电路200的示意图，与图1相比较，图2的不同仅在于Buck电路12采用输出浮地的拓扑结构，即在该拓扑中，buck电路12的输出端是不接地的。

图1和图2所示的两种拓扑结构均是实际驱动电路中经常应用到的电路拓扑。本发明所提出的拓宽模拟调光深度的技术方案对于该两种拓扑结构均适用，为简明起见，在后续的说明中，将仅仅以图1所示的拓扑结构作为例子进行说明。

图3示出一种实施方式下的电路结构图，如图3所示，控制单元20包括第一模块21和第二模块22，其中，第一模块21接收调光信号DS，并依据调光信号DS确定电流滞环控制的上限电流值I_peak和下限电流值I_valley，其中，上限电流值I_peak和下限电流值I_valley之间的差值便是滞环宽度。第二模块22检测流过电感L1的电感电流I_L，并结合第一模块21的输出生成控制信号CS1，用以控制可控开关S1的开通或关断。具体为，当电感电流I_L达到上限电流值I_peak时，控制关断可控开关S1，当电感电流I_L达到下限电流值I_valley时，则控制开通可控开关S1。

图4示出另一种实施方式下的电路结构图，如图4所示，控制单元20包括第一模块21，第二模块22以及辅助电路23，其中，第一模块21接收调光信号DS，并依据调光信号DS确定电流滞环控制的上限电流值I_peak。辅助电路23包括辅助电容C1和辅助电阻R1，辅助电容C1的一端接地，另一端与辅助电阻R1的一端连接，辅助电阻R1的另一端与所述输出端的正极相连，辅助电容C1两端的电容电压V_C通过辅助电容C1另一端与第二模块22的连接而提供给第二模块22。

第二模块22检测流过可控开关SW1的开关电流I_S，并结合第一模块21的输出生成控制信号CS1以及辅助电路所提供的电容电压Vc，用以控制可控开关SW1的开通或关断。具体过程为：将开关电流I_S与上限电流值I_peak相比较，当I_S上升达到上限电流值I_peak时则控制可控开关SW1关断，此时I_S开始下降，再将电容电压V_C与一个门限电平V_th比较，当述电容电压V_C达到门限电平V_th时控制可控开关S1开通，此时I_S开始上升。这两个步骤不断地交替进行，从而实现电流滞环控制。在电感L1的电感量确定后，滞环宽度由辅助电容C1从零电压充电至门限电平V_th所需要的充电时间决定。其中，辅助电路23还包括一个放电电路(未示出)，当辅助电容C1被充电使得电容电压V_C达到门限电平V_th并且可控开关S1导通后，该放电电路自启动使辅助电容C1放电至零电压，并且保持该零电压直至可控开关S1关断，辅助电容C1又开始充电，周而复始不断循环。

本发明通过控制辅助电容C1的充电时间来实现调整滞环宽度的目的。影响辅助电容的充电时间的因素有:门限电平V_th的选取、辅助电容C1的容值、辅助电阻R1的阻值以及辅助电容C1的平均充电电流等。因此，可以通过调整以上影响充电时间的诸因素中的一个，实现调整滞环宽度的目的。

继续参照图4，门限电平V_th由第一模块21根据调光信号DS确定并提供至第二模块22，从而通过调节门限电平V_th实现改变滞环宽度。

在另一种可能的实施方式中，如图5所示，辅助电路23还包括一个串联连接在辅助电容C1与辅助电阻R1之间的三级管Q，第一模块21根据调光信号DS向三极管Q的基极发出一个辅助控制信号用于控制三极管Q的等效电阻，因此，通过调整三极管Q的等效电阻调整辅助电容C1的充电时间，进而调整滞环宽度。

在另一种可能的实施方式中，如图6所示，辅助电路23还包括一个串联连接在辅助电容C1与辅助电阻R1之间的第二可控开关SW2，第一模块21根据调光信号DS向第二可控开关SW2的控制极发出一个辅助控制信号用于控制第二可控开关SW2的开通或关断，只有当第二可控开关SW2导通时，辅助电容C1才可充电，从而调整了辅助电容C1的实际平均充电电流的大小。因此，通过调整辅助电容C1等效充电电流的大小来调整辅助电容的充电时间，进而调整滞环宽度。

图3至图6所示的实施方式中，滞环宽度均可以随着调光信号DS而平滑的调整。该调光方式下滞环宽度随调光信号变化的曲线如图8所示，图8中从上到下依次为调光信号DS、滞环宽度以及电感电流I_L随时间变化的波形，其中，滞环宽度随调光信号DS的变化而连续平滑改变，其结果体现在电感电流I_L上便是电感电流I_L在平均值逐渐降低的同时其峰-峰值之差也逐渐减小。

图7示出另一种实施方式下的电路结构图，如图7所示，滞环宽度的调整呈阶跃式变化。该实施方式下，滞环宽度包括第一滞环宽度和第二滞环宽度，其中，所述第一滞环宽度大于所述第二滞环宽度，滞环宽度根据调光信号DS选取上述二者之中的一个。辅助电路23进一步包括一支路231，该支路231根据调光信号DS改变辅助电容C1的充电电流，从而使得辅助电容C1具有第一充电时间和第二充电时间。当调光信号DS高于预定义的值DS1时，辅助电容C1在支路231的控制下具有所述第一充电时间，对应产生所述第一滞环宽度；当调光信号DS低于预定义的值DS1时，辅助电容C1在支路231的控制下具有所述第二充电时间，对应产生所述第二滞环宽度。该方案下滞环宽度可以随着调光信号DS而阶跃式变化。

继续参照图7，其中支路231与辅助电容C1并联连接，该支路231包括串联连接的第三辅助电容C3和第三可控开关S3。第一模块21根据调光信号DS向第三可控开关SW3的控制极发出一个辅助控制信号用于控制第三可控开关SW3的开通与关断，具体为，当调光信号DS高于预定义的值DS1时，第三可控开关SW3受控导通，第三辅助电容C3与辅助电容C1并联，第三辅助电容C3与辅助电容C1共同充电，第三辅助电容C3将一部分充电电流分流，从而使辅助电容C1具有第一充电电流，从而使辅助电容C1具有所述第一充电时间，对应产生所述第一滞环宽度；当调光信号DS低于预定义的值DS1时，第三可控开关SW3受控关断，第三辅助电容C3不分流，从而使辅助电容C1具有第二充电电流，对应产生所述第二滞环宽度。因此，本方案通过第三可控开关SW3的通断控制，分段式调整辅助电容C1的充电时间长短，进而实现分段式调整滞环宽度。

该调光方式下滞环宽度随调光信号变化的曲线如图9所示，图9中从上到下依次为调光信号DS、滞环宽度以及电感电流I_L随时间变化的波形，其中，滞环宽度随调光信号DS的变化而阶跃变化，具体为，以预定义的值DS1为分界点，滞环宽度在其前后分别取不同的值，其结果体现在电感电流I_L上便是电感电流I_L的平均值随着调光信号DS的降低而逐渐降低，但其峰-峰值随滞环宽度的变化而阶跃式改变。

本发明还提出了一种LED灯，该LED灯直接与外部市电电源相连接。该LED灯包括含有若干个发光二极管单元的LED负载30以及上面所述的驱动电路100，该驱动电路100可以是本说明书中前面所描述的任一种驱动电路，用于驱动光源模块以为LED负载30提供工作能量。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (8)

1.一种LED驱动电路，包括：控制单元(20)以及主电路(10)；其中，

所述控制单元(20)接收用于对LED负载(30)进行调光的调光信号(DS)，并且采用电流滞环控制以产生控制信号(CS1)，其中所述电流滞环控制的滞环宽度随所述调光信号(DS)变化而变化；

所述主电路(10)包括：

前级电路(11)，其接收交流输入电压(V_in)并输出直流母线电压(V_bus)；以及

后级电路(12)，其接收所述母线电压(V_bus)并在所述控制信号(CS1)的控制下通过输出端输出所述LED负载(30)所需求的驱动电流以使所述LED负载(30)产生目标的照明强度，所述后级电路(12)包括第一可控开关(SW1)，所述控制信号(CS1)被提供给所述第一可控开关(SW1)以控制所述第一可控开关(SW1)的开通和关断，从而使所述需求的驱动电流在所述滞环宽度限定的范围内变化,

所述控制单元(20)包括第一模块(21)、第二模块(22)以及辅助电路(23)；

所述第一模块(21)接收所述调光信号(DS)并根据所述调光信号(DS)确定所述电流滞环控制的上限电流值(I_peak)；

所述辅助电路(23)包括辅助电容(C1)和辅助电阻(R1)，所述辅助电容(C1)的一端接地，另一端与所述辅助电阻(R1)的一端连接，所述辅助电阻(R1)的另一端与所述输出端的正极相连，所述辅助电容(C1)的电容电压(V_C)通过所述辅助电容(C1)另一端与所述第二模块(22)的连接而提供给所述第二模块(22)；

所述第二模块(22)检测流过所述第一可控开关(SW1)的开关电流(I_S)并根据所述开关电流(I_S)和所述电容电压(V_C)开通或关断所述第一可控开关(SW1)，当所述开关电流(I_S)达到所述上限电流值(I_peak)时，关断所述第一可控开关(SW1)，当所述电容电压(V_C)达到一个门限电平(V_th)时，开通所述第一可控开关(SW1)；

所述滞环宽度由所述辅助电容(C1)由零电压充电至所述门限电平(V_th)的充电时间所决定。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述控制单元(20)包括第一模块(21)和第二模块(22)，所述后级电路(12)进一步包括电感(L1)；

所述第一模块(21)用于根据所述调光信号(DS)确定所述电流滞环控制的上限电流值(I_peak)和下限电流值(I_valley)；以及，

所述第二模块(22)用于检测流过所述电感(L1)的电感电流(I_L)并根据所述电感电流(I_L)开通或关断所述第一可控开关(SW1)，当所述电感电流(I_L)达到所述上限电流值(I_peak)时，关断所述第一可控开关(SW1)，当所述电感电流(I_L)达到所述下限电流值(I_valley)时，开通所述第一可控开关(SW1)。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述第一模块(21)进一步根据所述调光信号(DS)确定所述门限电平(V_th)，并将所述门限电平(V_th)提供给所述第二模块(22)。

4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述辅助电路(23)还包括串联在所述辅助电阻(R1)和所述辅助电容(C1)之间的三极管(Q)；

所述第一模块(21)根据所述调光信号(DS)向所述三极管(Q)的基极提供辅助控制信号，以用于控制所述三极管(Q)的等效电阻，所述辅助电容(C1)的充电时间由所述三极管的等效电阻调整。

5.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述辅助电路(23)进一步包括串联在所述辅助电阻(R1)和所述辅助电容(C1)之间的第二可控开关(SW2)；

所述第一模块(21)根据所述调光信号(DS)向所述第二可控开关(SW2)的控制极提供辅助控制信号，以用于控制所述辅助电容(C1)的平均充电电流，所述辅助电容(C1)的充电时间由所述辅助电容(C1)的平均充电电流调整。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述滞环宽度包括第一滞环宽度和第二滞环宽度，并且所述第一滞环宽度大于所述第二滞环宽度，所述辅助电路(23)进一步包括支路(231)，所述支路(231)根据所述调光信号(DS)改变所述辅助电容(C1)的充电电流，从而使得所述辅助电容(C1)具有第一充电时间和第二充电时间；

当所述调光信号(DS)高于预定义的值(DS1)时，所述辅助电容(C1)具有所述第一充电时间，对应产生所述第一滞环宽度，当所述调光信号(DS)低于所述预定义的值(DS1)时，所述辅助电容(C1)具有所述第二充电时间，对应产生所述第二滞环宽度。

7.如权利要求6所述的LED驱动电路，其中，所述支路(231)并联连接在所述辅助电容(C1)的两端，并包括第三可控开关(SW3)和与所述第三可控开关(SW3)串联的第三辅助电容(C3)；

所述第一模块(21)根据所述调光信号(DS)向所述第三可控开关(SW3)的控制极提供辅助控制信号；

当所述调光信号(DS)高于所述预定义的值(DS1)时，所述第三可控开关(SW3)受控导通，从而使所述辅助电容(C1)具有所述第一充电时间，当所述调光信号(DS)低于所述预定义的值(DS1)时，所述第三可控开关(SW3)受控关断，从而使所述辅助电容(C1)具有所述第二充电时间。

8.一种LED灯，用于与外部电源相连接，包括，

含有若干个发光二极管单元的LED负载(30)；以及

用于驱动所述LED负载(30)的如权利要求1至7任一项所述的驱动电路。

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