CN109714851B - Led驱动器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED驱动器及其驱动方法，所述LED驱动器包括串联连接在AC电源两端的至少两个串联的子LED驱动器，其中，各个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器均包括：开关电路，其具有第一参考地，电感器，其第一端与第一参考地连接；以及第一电容器，其第一端与电感器的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；其中，所述电感器的值被设计为使得所述各个子驱动器在串联连接下均工作在开环模式。所述LED驱动器及其驱动方法能够实现各个子LED驱动器之间的输出电流均衡。

Description

LED驱动器及其驱动方法
技术领域
本发明涉及照明技术领域，特别涉及一种LED驱动器及其驱动方法。
背景技术
随着LED照明技术的发展，多个LED驱动器的串联模式得到了广泛的应用，但是利用传统的恒流输出LED驱动器来实现多个LED驱动器的串联模式时却面临以下问题：如何保持串联连接下的多个LED驱动器之间的输入电压的平衡以确保多个驱动器之间的LED输出电流相同。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种LED驱动器及其驱动方法，所述LED驱动器包括串联连接在AC电源两端的至少两个子LED驱动器，其中每个子LED驱动器构造相同并且在其所包括的电感器的值控制下而工作在开环模式，从而可以实现串联连接的各个子LED驱动器之间的输出电流均衡。
为此，本发明提供了一种LED驱动器，其包括串联连接在AC电源两端的至少两个子LED驱动器，其中，各个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器均包括：开关电路，其具有连接至第一参考地的第一参考地接口，电感器，其第一端与第一参考地连接；以及第一电容器，其第一端与电感器的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；其中，每个子LED驱动器的电感器的值被设计为使得串联连接下的所述各个子LED驱动器均工作在开环模式。
其中，所述开关电路包括基于功率MOSFET的LED功率开关芯片。
其中，所述电感器的值由所述负载的期望电压和电流、所述开关电路的最长导通时间和所述子LED驱动器上所施加的电压决定。
其中，所述最长导通时间为5至35μs。
其中，所述LED功率开关芯片包括降压型有源功率因数校正LED功率开关芯片，其具有恒流输出环路补偿接口、第一参考地接口、芯片供电接口、电感电流消磁检测和输出过压保护接口、内部功率MOSFET漏极输入接口和电流采样输入接口，其中，所述内部功率MOSFET漏极输入接口连接至AC电源；所述电流采样输入接口经由第一电阻器(R1)连接至第一参考地，所述芯片供电接口和所述恒流输出环路补偿接口分别经由第二电容器(C2)和第三电容器(C3)连接至第一参考地，以及所述电感电流消磁检测和输出过压保护接口通过第二电阻器(R2)连接至所述电感器的第二端，通过第三电阻器(R3)连接至所述电感器的第一端。
其中，每个子LED驱动器还包括连接在其电源两端的桥式整流装置。
其中，每个子LED驱动器的桥式整流装置通过与其并联的可调电阻器连接在其电源两端。
其中，所述LED驱动器还包括连接至其AC电源输入端的电感镇流器。
所述LED驱动器包括两个串联的LED子驱动器，以及每个LED子驱动器的电感器的值为0.5mH至15mH。
另外，本发明还提供了一种LED驱动器的驱动方法，所述LED驱动器包括串联连接在AC电源两端的至少两个子LED驱动器，其中，各个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器均包括：开关电路，其具有连接至第一参考地的第一参考地接口，电感器，其第一端与第一参考地连接；以及第一电容器，其第一端与电感器的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；所述驱动方法包括：调节每个子LED驱动器的电感器的值使得串联连接下的所述各个子驱动器均工作在开环模式。
其中所述LED驱动器包括n个子LED驱动器，以及每个LED子驱动器上所施加的电压为所述AC电源输入电压的1/n。
在本发明提供的LED驱动器中，其所包括的串联连接下的多个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器包括开关电路、电感器和电容器，其中电容器两端将连接待驱动的LED负载，这样构造的子LED驱动器构成了一个BUCK电路，通过调节各个电感器的值，所述各个子LED驱动器都将工作在开环模式下，由此在各个子驱动器所要驱动的LED负载相同的情况下，各个子LED驱动器的输入阻抗相同，因此各个子LED驱动器所驱动的负载的输出电流相同，从而实现了各个子LED驱动器之间的输出电流均衡。
附图说明
以下结合附图对本发明提供的LED驱动器及其驱动方法进行详细描述。
图1示出了根据本发明的实施例的LED驱动器的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的LED驱动器所包括的子LED驱动器的结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的子LED驱动器的结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的LED驱动器的结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的LED驱动器的结构示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的LED驱动器的结构示意图；
图7示出了根据本发明的实施例的LED驱动器的结构示意图；
以及
图8示出了根据本发明的LED驱动器的各输出信号的波形图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的LED驱动器及其驱动方法进行详细描述。
第一实施例
图1示出了根据本发明的第一实施例的一种LED驱动器的结构示意图。如图1所示，该LED驱动器包括串联连接在AC交流电源两端的第一子驱动器10和第二子驱动器20，每个子LED驱动器用于驱动具有至少一个LED的LED负载。第一子驱动器10和第二子驱动器20构造相同。
图2示出了根据如图1所示的LED驱动器所包括的第一子LED驱动器或第二子LED驱动器的一种具体实现方式。如图2所示，本发明的LED驱动器的每个子LED驱动器均包括：开关电路，其具有连接至第一参考地的第一参考地接口；电感器L，其第一端与第一参考地连接；以及第一电容器，其第一端与电感器L的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；其中，每个子LED驱动器的电感器L的值被设计为使得所述各个子驱动器均工作在开环模式。
其中，第一参考地可以为开关电路所在的芯片的参考地，第二参考地可以为开关电路所在的芯片之外的其他元件的参考地。
如上所述，本发明的LED驱动器所包括的各个子LED驱动器包括开关电路，电感器和电容器，其中电容器两端将连接待驱动的LED负载。这样设置的子LED驱动器相当于一个复杂的BUCK电路，其中，通过对电感器的值的设计可以使得各个子LED驱动电路均工作在开环模式下。
本发明的开关电路可以为基于功率MOSFET的LED功率开关芯片，并且具有基于功率MOSFET的最长导通时间Ton_max。对于这种开关电路，所述电感器的值由所述LED负载的期望电压和电流、所述开关电路的最长导通时间Ton_max和所述子LED驱动器上所施加的电压决定。其中，最长导通时间Ton_max可以选为5至35μs。然而，本发明不限于此，任何能够与电感器和电容器配合使用并且能够在电感器的值的控制下使得子LED驱动器工作在开环模式下的开关电路均属于本发明的保护范围。
本发明的LED驱动器包括多个串联连接在AC电源两端的子LED驱动器。这些子LED驱动器工作在串联模式下，AC电源的输入电压将会在多个子LED驱动器上再分配，因此每个子LED驱动器的输入电压将小于单个子LED驱动器直接连接在AC电源两端时的输入电压，这会使得每个子LED驱动器不能给其要驱动的LED负载提供足够的驱动电压，因此子LED驱动器的导通时间Ton将持续增大，直至增大到所述开关电路的最长导通时间Ton_max。在子LED驱动器的导通时间Ton达到最长导通时间Ton_max时，并且由于电感器L的值设计为使得各个子LED驱动器均工作在开环模式下，子LED驱动器的输出电流将仅仅由LED负载的等效阻抗决定，为了在各个LED负载之间获得电流均衡，通常情况下，各个子LED驱动器所驱动的LED负载是相同的，由此，各个子LED驱动器的输出电流将基本上相同，从而能够实现各个子LED驱动器之间的输出电流均衡。其中，LED的负载越大，则电感器L的电感值越小，二者成近似反比例关系。当所述LED驱动器包括两个串联的LED子驱动器时，每个LED子驱动器的电感器L的值可以为0.5mH至15mH。
图3示出了本发明LED驱动器所包括的子LED驱动器的一种具体实施方式。如图3所示，作为子LED驱动器的LED功率开关可以包括降压型有源功率因数校正LED功率开关芯片U1(例如，非隔离、降压型有源功率因数校正LED功率开关的KP106X系列芯片)，其具有恒流输出环路补偿接口COMP、第一参考地接口GND、芯片供电接口VDD、电感电流消磁检测和输出过压保护接口FB、内部功率MOSFET漏极输入接口Drain和电流采样输入接口CS，其中，所述内部功率MOSFET漏极输入接口Drain连接至AC电源；所述电流采样输入接口CS经由电阻器R2或R3连接至该开关芯片U1的第一参考地，所述芯片供电接口VDD和所述恒流输出环路补偿接口COMP分别经由电容器C6和电容器C7连接至第一参考地，所述电感电流消磁检测和输出过压保护接口FB通过电阻器R4连接至所述电感器的第二端，通过电阻器R5连接至所述电感器的第一端。
如图3所示，优选地，可以在所述内部功率MOSFET漏极输入接口Drain与地线之间连接电容器C3，电容器C3可以起到滤波的作用，其取值不宜过大，可在100N-150N之间，该电容器C3的大小会影响功率因素及谐波失真，电容值越大功率因素值越小，谐波失真越大。
优选地，该子LED驱动器的电流采样输入接口CS和地线之间连接有二极管D1，该二极管D1是作为降压式变换电路(Buck电路)的整个子LED驱动器的续流二极管D1，在该子LED驱动器关断时，该二极管D1为快恢复的整流二极管，其能够起到续流的作用。优选地，该二极管D1的反向恢复时间比较小，例如小于75ns。
图1所示的LED驱动器仅仅包括两个子LED驱动器，但是本发明不限于此，本发明的LED驱动器所包括的子LED驱动器的数量可以为两个以上。
如图1所示，例如，本发明的LED驱动器包括工作在串联模式且串联连接在220V-240V的AC电源两端的两个子LED驱动器，每个子LED驱动器所驱动的LED负载为相同的元件，并且具有相同的参数，此时，每个子LED驱动器的输入电压降低至大约为110V-120V，这会导致每个子LED驱动器不能够提供足以供应LED负载的输出。因此，每个子LED驱动器的导通时间Ton将上升，直到最长导通时间Ton_max为止(例如，该最长导通时间可以是5μs至35μs，该值的大小取决于所采用的开关电路)。在导通时间Ton为最长导通时间Ton_max时，由于电感器L的值设计为使得每个子LED驱动器工作在开环模式下，每个子LED驱动器的输出电流由LED负载的等效阻抗所决定。由于两个子LED驱动器所驱动的LED负载相同，因而这两个子LED驱动器的输出电流将相同，由此两个子LED驱动器的输出电流基本上相同，两个驱动器之间的输出电流将得到平衡。
如图1所示，由于两个子LED驱动器的构造相同，并且两个子LED驱动器所驱动的LED负载也相同，因此为了实现两个驱动器之间的输出电流平衡，每个子LED驱动器所包括的电感器的值也应当是相同的。该电感器的值要确保使得每个子LED驱动器工作在开环模式。实际中，调节电感器的值使得每个子LED驱动器在额定电压输入Vin/N(Vin为AC电源的输入电压，N为子LED驱动器的数量)下进入开环状态，此时可以看到LED输出电流为原来的闭环状态的恒定输出到明显变小的转折点。
图4和图5分别示出了基于图3所示的子LED驱动器的本发明的LED驱动器的结构示意图。
图4和图5中的LED驱动器均包括两个串联的子LED驱动器，串联连接在AC电源两端。每个子LED驱动器的输入端连接至桥式整流装置BR1的输出端。在图5中，在桥式整流装置BR1的输入端与输出端之间还并联有可调电阻器VDR1，并在可调电阻器VDR1的输入端与AC电源的电源输出端L之间设置保险丝F1，以起到电流过载保护的作用。
图6示出了根据本发明实施例的LED驱动器的结构示意图。与图1所示的结构不同，本实施例的LED驱动器的第一子LED驱动器10与AC电源输入端L之间设置有电感镇流器(简称CCG)。以兼容市场上现有的电感镇流器CCG传统灯管，使得用户不需要改变现有的灯具及线路即可直接更换成本实施例的LED驱动器来使用。图7示出了基于图3所示的子LED驱动器的包括电感镇流器CCG的LED驱动器的结构示意图。
图8示出了现有技术(上图)以及根据本发明(下图)的LED驱动器的各输出信号的波形图。图8示出了现有技术中改进前的LED驱动器和根据本发明的改进后的LED驱动器的各输出信号的波形图比较。现有技术中改进前的LED驱动器中，两个子LED驱动器工作在串联模式，其中一个子LED驱动器工作在开环模式，而另一个子LED驱动器工作在闭环模式，此时两个子LED驱动器的输入电压不同且差别较大，且两个子LED驱动器的输出电流也不同且差别较大，因此无法在两个子LED驱动器之间实现平衡：
具体地，Vin_LED1＝123.3V(C1)，I_LED1＝47.24mA(C3)；
Vin_LED2＝99.6V(C2)，I_LED2＝28.31mA(C4)。
以本发明的构思对现有技术的LED驱动器进行改进，通过调整每个子LED驱动器所包括的电感器的值，使得LED驱动器所包括的两个子LED驱动器均工作在开环模式下，此时两个子LED驱动器的输入电压基本上相同并且输出电流也基本上相同，从而能够在两个子LED驱动器之间实现平衡：
具体地，Vin_LED1＝116.5V(C1)，I_LED1＝48.2mA(C3)；
Vin_LED2＝115.1V(C2)，I_LED2＝47.2mA(C4)。
由以上实施例可以看出，根据本发明的LED驱动器包括了串联连接在AC电源两端的多个子LED驱动器，所述多个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器包括开关电路、电感器和电容器，其中电容器两端将连接待驱动的LED负载，这样构造的子LED驱动器的构造类似于BUCK电路，通过调节各个电感器的值，使得所述各个子LED驱动器都将工作在开环模式下，由此在各个子驱动器所要驱动的LED负载相同的情况下，各个子LED驱动器的输入阻抗相同，由此各个子LED驱动器所驱动的负载的输出电流相同，从而实现了各个子LED驱动器之间的输出电流均衡。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种LED驱动器，包括串联连接在AC电源两端的至少两个子LED驱动器，其中，各个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器均包括：
开关电路，其具有连接至第一参考地的第一参考地接口，
电感器，其第一端与第一参考地连接；以及
第一电容器，其第一端与电感器的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；
其中，每个子LED驱动器的电感器的值被设计为使得串联连接下的所述各个子LED驱动器均工作在开环模式。
2.根据权利要求1所述的LED驱动器，其中，所述开关电路包括基于功率MOSFET的LED功率开关芯片。
3.根据权利要求2所述的LED驱动器，其中，所述电感器的值由所述负载的期望电压和电流、所述开关电路的最长导通时间和所述子LED驱动器上所施加的电压决定。
4.根据权利要求3所述的LED驱动器，其中，所述最长导通时间为5至35μs。
5.根据权利要求2所述的LED驱动器，其中，所述LED功率开关芯片包括降压型有源功率因数校正LED功率开关芯片，其具有恒流输出环路补偿接口、第一参考地接口、芯片供电接口、电感电流消磁检测和输出过压保护接口、内部功率MOSFET漏极输入接口和电流采样输入接口，其中，
所述内部功率MOSFET漏极输入接口连接至AC电源；
所述电流采样输入接口经由第一电阻器(R2,R3)连接至第一参考地，
所述芯片供电接口和所述恒流输出环路补偿接口分别经由第二电容器(C6)和第三电容器(C7)连接至第一参考地，以及
所述电感电流消磁检测和输出过压保护接口通过第二电阻器(R4)连接至所述电感器的第二端，通过第三电阻器(R5)连接至所述电感器的第一端。
6.根据权利要求5所述的LED驱动器，其中，每个子LED驱动器还包括连接在其电源两端的桥式整流装置。
7.根据权利要求6所述的LED驱动器，其中，每个子LED驱动器的桥式整流装置通过与其并联的可调电阻器连接在其电源两端。
8.根据权利要求5所述的LED驱动器，还包括连接至其AC电源输入端的电感镇流器。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的LED驱动器，其包括两个串联的LED子驱动器，以及每个LED子驱动器的电感器的值为0.5mH至15mH。
10.一种LED驱动器的驱动方法，所述LED驱动器包括串联连接在AC电源两端的至少两个子LED驱动器，其中，各个子LED驱动器构造相同，每个子LED驱动器均包括：
开关电路，其具有连接至第一参考地的第一参考地接口，
电感器，其第一端与第一参考地连接；以及
第一电容器，其第一端与电感器的第二端连接，其第二端连接至第二参考地，以及第一电容器的第一端和第二端之间将连接待驱动的具有至少一个LED的负载；
所述驱动方法包括：
调节每个子LED驱动器的电感器的值使得串联连接下的所述各个子驱动器均工作在开环模式。
11.根据权利要求10所述的LED驱动器的驱动方法，其中所述LED驱动器包括n个子LED驱动器，以及每个LED子驱动器上所施加的电压为所述AC电源输入电压的1/n。
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