CN109309992A - 一种半压供电的无纹波led电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半压供电的无纹波LED电路，器件包括供电单元、负载单元、储能电容、第一恒流器、第一取样电阻、第二恒流器和第二取样电阻，LED电路包括供电支路、充电支路和放电支路；供电单元、负载单元、第一恒流器、第一取样电阻串联设置在供电支路中并接地；供电单元、负载单元、储能电容、第二恒流器、第二取样电阻、第一取样电阻串联设置在充电支路中并接地；储能电容、负载单元、第一恒流器、第一取样电阻串联设置在放电支路中并构成循环回路；供电支路、充电支路与放电支路按序交替并循环工作。本发明利用主从恒流器逻辑控制方法和储能电容充放电临界工作模式，实现输入高功率因数，输出低正向电压值及无纹波，并兼容调光系统。

Description

一种半压供电的无纹波LED电路

技术领域

本发明涉及电子驱动电路控制技术领域，特别涉及一种半压供电的无纹波LED电路。

背景技术

LED作为一种高效的新光源，由于具有寿命长，能耗低，节能环保，正广泛应用于各领域照明。

目前线性和开关恒流驱动电源都存在功率因数与无纹波技术矛盾冲突，普通线性恒流驱动器存在输出电压高，LED负载成本高以及IC非共地工作模式等一些致命的缺点，严重影响智能控制系统在LED供电电路中的驳接。

发明内容

为了克服现有LED线性驱动电路技术存在的不足，本发明提供了一种半压供电的无纹波LED电路，利用主从恒流器逻辑控制方法和电容充放电临界工作模式实现输入高功率因数输出无纹波控制技术，所述技术方案如下：

本发明提供了第一种半压供电的无纹波LED电路，包括LED电路中的器件包括供电单元、负载单元、储能电容、第一恒流器、第一取样电阻、第二恒流器和第二取样电阻，所述LED电路包括供电支路、充电支路和放电支路；

所述供电单元、负载单元、第一恒流器、第一取样电阻串联设置在所述供电支路中并接地；

所述供电单元、负载单元、储能电容、第二恒流器、第二取样电阻、第一取样电阻串联设置在所述充电支路中并接地；

所述储能电容、负载单元、第一恒流器、第一取样电阻串联设置在所述放电支路中并构成循环回路；

随着电路中电流的变化，所述第一恒流器与第二恒流器交替工作，所述供电支路、充电支路与放电支路按序交替并循环工作。

进一步地，本发明提供的LED电路还包括多个用于控制充电支路或放电支路中电流流向的二极管。

进一步地，所述储能电容的正极与负载单元的一端之间设有第一二极管，所述储能电容的正极与负载单元的另一端之间设有第二二极管，所述储能电容的负极与第二恒流器之间设有第三二极管，所述储能电容的负极与地之间设有第四二极管，所述第一二极管和第四二极管的导通方向为放电支路的导通方向，所述第二二极管和第三二极管的导通方向为充电支路的导通方向。

进一步地，所述第一恒流器包括第一放大器和第一功率管，所述第一放大器的输出端与第一功率管连接，所述第一放大器的正向输入端与第一基准电压连接，所述第一放大器的反向输入端及第一功率管均与第一取样电阻连接，所述第一功率管用于控制流经第一取样电阻的电流为恒定值；

当所述第一取样电阻的端电压大于所述第一基准电压，则所述第一放大器控制第一功率管处于截止状态。

进一步地，所述第二恒流器包括第二放大器和第二功率管，所述第二放大器的输出端与第二功率管连接，所述第二放大器的正向输入端与第二基准电压连接，所述第二放大器的反向输入端及第二功率管均与第二取样电阻连接，所述第二功率管用于控制流经第二取样电阻的电流为恒定值；

当所述第一取样电阻与第二取样电阻的端电压之和大于所述第二基准电压，则所述第二放大器控制第二功率管处于截止状态。

进一步地，所述负载单元包括一个或多个串联的LED负载，所述负载单元的正向电压低于供电单元的输入电压峰值的二分之一。

进一步地，所述第一恒流器与第二恒流器工作在共地连接方式，以用于能够接入调光控制系统。

进一步地，所述供电单元包括交流市电、保险丝及整流器。

进一步地，所述储能电容包括一个电容器或者多个并联设置的电容器。

进一步地，所述第一功率管为NMOS晶体管MN101，所述第二功率管为NMOS晶体管MN201。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)利用主从恒流器逻辑控制方法和储能电容充放电临界工作模式，实现输入高功率因数，输出低LED正向电压值及无纹波；

2)第一恒流器与第二恒流器的IC工作在共地连接方式，使得本发明的电路兼容智能调光控制系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的半压供电的无纹波LED电路的电路示意图；

图2是本发明实施例提供的第一恒流器与第二恒流器共地工作方式的连接示意图；

图3是本发明实施例提供的半压供电的无纹波LED电路实现调光控制系统驳接的示意图；

图4是本发明实施例提供的半压供电的无纹波LED电路的输入电压与电流的波形图；

图5是本发明实施例提供的LED负载的端电压与流经的电流的实时状态图；

图6是本发明实施例提供的第一恒流器的拓扑图；

图7是本发明实施例提供的第二恒流器的拓扑图。

其中，附图标记包括：1-负载单元，2-储能电容，3-第一恒流器，31-第一放大器，32-第一功率管，4-第一取样电阻，5-第二恒流器，51-第二放大器，52-第二功率管，6-第二取样电阻，71-第一二极管，72-第二二极管，73-第三二极管，74-第四二极管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种半压供电的无纹波LED电路，参见图1，所述LED电路包括供电单元、负载单元1、储能电容2、第一恒流器3、第一取样电阻4、第二恒流器5和第二取样电阻6，如图1所示，所述负载单元1包括一个或多个串联的LED负载，所述LED电路包括供电支路(图1中支路Ⅰ)、充电支路(图1中支路Ⅱ)和放电支路(图3中支路Ⅲ)。参见图1中的支路Ⅰ：所述供电单元、负载单元1、第一恒流器3、第一取样电阻4串联设置在所述供电支路中并接地；参见图1中的支路Ⅱ：所述供电单元、负载单元1、储能电容2、第二恒流器5、第二取样电阻6、第一取样电阻4串联设置在所述充电支路中并接地；参见图1中的支路Ⅲ：所述储能电容2、负载单元1、第一恒流器3、第一取样电阻4串联设置在所述放电支路中并构成循环回路。

随着电路中电流的变化，所述第一恒流器3与第二恒流器5交替工作，所述供电支路(支路Ⅰ)、充电支路(支路Ⅱ)与放电支路(支路Ⅲ)按序交替并循环工作，需要说明的是，在第一恒流器3与第二恒流器5交替工作的过程中，存在第一恒流器3与第二恒流器5同时工作的阶段，包括：(供电支路切换为充电支路过程中)第一恒流器3逐渐截止的同时第二恒流器5逐渐饱和导通，或者(充电支路切换为供电支路过程中)第二恒流器5逐渐截止的同时第一恒流器3逐渐饱和导通，具体的工作原理与过程如下：

在本发明的一个优选实施例中，所述负载单元1的正向电压V_F低于供电单元的输入电压峰值(220V*1.414)的二分之一，即实现半压供电以实现无纹波，比如，设定负载单元的正向电压V_F为150V。从接通市电开始，市电经过整流为所述负载单元1供电，此时电流经过供电支路(支路Ⅰ)，电压波形参见图4，从一个波形的零点开始，电流随电压升高而增大，直至电压升高至正向电压设定值(150V)，此时由供电支路(支路Ⅰ)切换为充电支路(支路Ⅱ)，自此之后，流经负载单元1的电流即为恒定值，由供电支路(支路Ⅰ)切换为充电支路(支路Ⅱ)是通过截止第一恒流器3同时导通第二恒流器5而实现的，对于供电支路(支路Ⅰ)和充电支路(支路Ⅱ)来说，切换的全过程包括在输入电压介于150V与V₁(V₁大于150V，V₁小于峰值V_p)之间时，供电支路(支路Ⅰ)的电流由强变弱，所述充电支路(支路Ⅱ)的电流由弱变强，在V₁结点处，第一恒流器3截止，第二恒流器5饱和导通；

在输入电压介于V₁与V_p之间时，供电支路(支路Ⅰ)的漏电流小，可以忽略不计，所述充电支路(支路Ⅱ)的电流在第二恒流器5的控制下保持恒定，具体以下述第一恒流器3的工作原理进行说明；正如上述，电流流经充电支路(支路Ⅱ)的过程，是电压波形继续上升的过程，优选越过波峰后电压下降一定幅值(下降至V₁)，此过程为充电支路(支路Ⅱ)工作，过程中所述第二恒流器5使流经负载单元1的电流为恒定值；

直至输入电压由V₁继续下降(至150V)，在此过程中，所述充电支路(支路Ⅱ)的电流由强变弱，所述放电支路(支路Ⅲ)的电流由弱变强，在此过程中，所述第一恒流器3和第二恒流器5共同使流经负载单元1的电流为恒定值，在150V结点处，第二恒流器5截止(具体以下述第二恒流器的工作原理进行说明)，第一恒流器3饱和导通，充电支路(支路Ⅱ)的漏电流小，可以忽略不计；

当输入电压从150V继续下降至0的过程中，所述放电支路(支路Ⅲ)的电流由强变弱(不为0)，所述供电支路(支路Ⅰ)的电流由弱变强，在此过程中，所述第一恒流器3使流经负载单元1的电流为恒定值。

以上为一个周期，然后从一个波形的零点开始下一周期的循环。在本发明的实施例中，所述储能电容2工作在充放电临界工作模式，即在充电时，储能电容2没有饱和充电；在放电时，储能电容2也没有彻底放完电量。

为了使供电支路(支路Ⅰ)切换为充电支路(支路Ⅱ)，首先，第一恒流器3得处于截止状态，其次，控制切换支路后的电流流向为充电支路(支路Ⅱ)的方向，因此，本发明提供的LED电路还包括多个用于控制充电支路或放电支路中电流流向的二极管，在一个优选的实施例中，所述储能电容2的正极与负载单元1的一端之间设有第一二极管71，所述储能电容2的正极与负载单元1的另一端之间设有第二二极管72，所述储能电容2的负极与第二恒流器5之间设有第三二极管73，所述储能电容2的负极与地之间设有第四二极管74，如图1所示，所述第一二极管71和第四二极管74的导通方向为放电支路的导通方向，所述第二二极管72和第三二极管73的导通方向为充电支路的导通方向。即在第一恒流器处于截止状态以后，在所述第一二极管71和第四二极管74的反向阻止作用下，电流只能流经充电支路；同理在第二恒流器处于截止状态以后，在所述第二二极管72和第三二极管73的反向阻止作用下，电流只能流经放电支路。

以下就第一恒流器和第二恒流器的工作原理分别进行说明：

参见图6可知，所述第一恒流器3包括第一放大器31和第一功率管32，所述第一放大器31的输出端与第一功率管32连接，所述第一放大器31的正向输入端与第一基准电压V_ref1连接，所述第一放大器31的反向输入端及第一功率管32均与第一取样电阻4连接，所述第一功率管32用于控制流经第一取样电阻4的电流为恒定值，优选地，所述第一功率管32为NMOS晶体管MN101。当所述第一取样电阻4的端电压大于所述第一基准电压V_ref1，则所述第一放大器31控制第一功率管32处于截止状态。如图6所示，所述第一基准电压V_ref1为一个固定的预设值(假设为0.5V)，而第一取样电阻4应当满足：当输入电压为150V时，第一取样电阻4的端电压等于V_ref1(假设为0.5V)。

参见图7可知，所述第二恒流器5包括第二放大器51和第二功率管52，所述第二放大器51的输出端与第二功率管52连接，所述第二放大器51的正向输入端与第二基准电压V_ref2连接，所述第二放大器51的反向输入端及第二功率管52均与第二取样电阻6连接，所述第二功率管52用于控制流经第二取样电阻6的电流为恒定值，优选地，所述第二功率管52为NMOS晶体管MN201。当所述第一取样电阻4与第二取样电阻6的端电压之和大于所述第二基准电压V_ref2，则所述第二放大器51控制第二功率管52处于截止状态。由此可知，所述第二基准电压V_ref2的预设值不局限于某一个值，而是可以在一个合适的范围内(只要在储能电容2充电一段时间后，而充电存在波动性，输入电压降低至150V时，充电支路中第二取样电阻6与第一取样电阻4的端电压之和)浮动，具体参见图7，第二恒流器5的工作原理如下：第二取样电阻6为第二恒流器5的取样电阻，第二放大器51的正向输入端至第二取样电阻之间的基准电压为定值(假设0.5V)，而总基准电压为在此基础上加上浮地基准，浮地基准即为第一取样电阻4两端电压。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一恒流器3与第二恒流器5工作在共地连接方式，如图2所示，以用于能够方便接入智能调光控制系统，如图3所示。

在本发明实施例中，所述供电单元包括交流市电(220V交流电)、保险丝(FU1)及整流器(DB1)，优选地，所述储能电容2包括一个电容器(参见说明书附图)或者多个并联设置的电容器(未图示)。

在本发明中，LED电路中三个支路的切换中，也是第一恒流器3和第二恒流器在电流强弱中交替工作，在第一恒流器3或第二恒流器5的恒流作用下，除了在接通电源后初始一定时间内，其余时间，电路中流经负载单元1的电流均为恒定值，参见图5，使得LED负载工作过程中恒压恒流，实现光源的无纹波。

现有的LED照明行业中，功率因数和无纹波存在矛盾冲突，为了克服现有LED线性驱动电路技术存在不足，本发明提供了一种利用主从恒流器逻辑控制方法和储能电容充放电临界工作模式，实现输入高功率因数，输出低LED正向电压值及无纹波；同时采用特殊的应用电路使IC(第一恒流器与第二恒流器)工作在共地连接方式以方便实现智能控制系统驳接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半压供电的无纹波LED电路，其特征在于，所述LED电路中的器件包括供电单元、负载单元(1)、储能电容(2)、第一恒流器(3)、第一取样电阻(4)、第二恒流器(5)和第二取样电阻(6)，所述LED电路包括供电支路、充电支路和放电支路；

所述供电单元、负载单元(1)、第一恒流器(3)、第一取样电阻(4)串联设置在所述供电支路中并接地；

所述供电单元、负载单元(1)、储能电容(2)、第二恒流器(5)、第二取样电阻(6)、第一取样电阻(4)串联设置在所述充电支路中并接地；

所述储能电容(2)、负载单元(1)、第一恒流器(3)、第一取样电阻(4)串联设置在所述放电支路中并构成循环回路；

随着电路中电流的变化，所述第一恒流器(3)与第二恒流器(5)交替工作，所述供电支路、充电支路与放电支路按序交替并循环工作。

2.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，还包括多个用于控制充电支路或放电支路中电流流向的二极管。

3.根据权利要求2所述的LED电路，其特征在于，所述储能电容(2)的正极与负载单元(1)的一端之间设有第一二极管(71)，所述储能电容(2)的正极与负载单元(1)的另一端之间设有第二二极管(72)，所述储能电容(2)的负极与第二恒流器(5)之间设有第三二极管(73)，所述储能电容(2)的负极与地之间设有第四二极管(74)，所述第一二极管(71)和第四二极管(74)的导通方向为放电支路的导通方向，所述第二二极管(72)和第三二极管(73)的导通方向为充电支路的导通方向。

4.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，所述第一恒流器(3)包括第一放大器(31)和第一功率管(32)，所述第一放大器(31)的输出端与第一功率管(32)连接，所述第一放大器(31)的正向输入端与第一基准电压连接，所述第一放大器(31)的反向输入端及第一功率管(32)均与第一取样电阻(4)连接，所述第一功率管(32)用于控制流经第一取样电阻(4)的电流为恒定值；

当所述第一取样电阻(4)的端电压大于所述第一基准电压，则所述第一放大器(31)控制第一功率管(32)处于截止状态。

5.根据权利要求4所述的LED电路，其特征在于，所述第二恒流器(5)包括第二放大器(51)和第二功率管(52)，所述第二放大器(51)的输出端与第二功率管(52)连接，所述第二放大器(51)的正向输入端与第二基准电压连接，所述第二放大器(51)的反向输入端及第二功率管(52)均与第二取样电阻(6)连接，所述第二功率管(52)用于控制流经第二取样电阻(6)的电流为恒定值；

当所述第一取样电阻(4)与第二取样电阻(6)的端电压之和大于所述第二基准电压，则所述第二放大器(51)控制第二功率管(52)处于截止状态。

6.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，所述负载单元包括一个或多个串联的LED负载，所述负载单元的正向电压低于供电单元的输入电压峰值的二分之一。

7.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，所述第一恒流器(3)与第二恒流器(5)工作在共地连接方式，以用于能够接入调光控制系统。

8.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，所述供电单元包括交流市电、保险丝及整流器。

9.根据权利要求1所述的LED电路，其特征在于，所述储能电容(2)包括一个电容器或者多个并联设置的电容器。

10.根据权利要求5所述的LED电路，其特征在于，所述第一功率管(32)为NMOS晶体管MN101，所述第二功率管(52)为NMOS晶体管MN201。