CN109714869B - 一种led照明驱动电流线性调整及调光控制电路 - Google Patents

一种led照明驱动电流线性调整及调光控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，所述LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路包括AC供电模块、LED模块、驱动IC、调光控制模块以及线性电流调整模块。在输入电压增大时，所述线性电流调整模块可控制流过LED模块的电流减少，以达到输入功率的平衡，进而提高其线性调整率；所述调光控制模块可通过外部输入电压变化来改变驱动IC的内部基准电压的变化，从而实现LED模块电流的改变，配合维持电流驱动部分，打开及关闭维持电流通路，从而可以适用于可控硅调光应用，同时该结构可兼容0‑10V和PWM(Pulse Width Modulation；脉冲宽度调制)驱动方式，从而可以提高适用性。

Description

一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路
技术领域
本发明涉及一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路。
背景技术
一般业界在线性LED照明驱动时，基本只注意对于灯珠电流的控制，当他们与可控硅调光器结合时，还需外加调光控制IC的辅助，不仅结构变成复杂，而且增加了成本。另外当外部电源电压波动升高时，其LED灯珠及驱动IC会承受高压冲击，这会造成器件损伤，使电路可靠性降低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，所述LED照明驱动电流线性调整电路包括AC供电模块、LED模块、驱动IC及调光控制模块以及线性电流调整模块，所述线性电流调整模块可控制在输入电压增大时使流过LED模块的电流减少，以达到输入功率的平衡，进而提高其线性调整率；所述调光控制模块可通过外部输入电压变化来改变驱动IC的内部基准电压的变化，从而实现LED模块电流的改变，配合维持电流驱动部分，打开及关闭维持电流通路，从而可以适用于可控硅调光应用，有很好的兼容性,同时该结构可兼容0-10V和PWM(Pulse Width Modulation；脉冲宽度调制)驱动方式，从而可以提高适用性。
根据本发明的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，所述LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路包括AC供电模块，所述AC供电模块10用于提供输入电压；LED模块20，与所述AC供电模块10、驱动IC 30及线性电流调整模块40相连，所述LED模块20包括至少一并LED灯珠串；所述驱动IC 30，与所述AC供电模块10、所述LED模块20、所述调光控制模块35和所述线性电流调整模块40相连，用于调光及恒流控制；所述调光控制模块，所述调光控制模块35与所述第1节点110(驱动IC DIM管脚)相连，所述调光控制模块用于生成一参考电压作为所述驱动IC的调光控制DIM管脚的输入；所述线性电流调整模块40，与所述驱动IC30和所述LED模块20相连，用于在所述输入电压增大时控制流过LED模块电流减小，从而达到功率的平衡。
本发明的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，所述LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路包括AC供电模块、LED模块、驱动IC、调光控制模块以及线性电流调整模块。在输入电压增大时，所述线性电流调整模块40可控制流过LED模块的电流减少,以达到输入功率的平衡，进而提高其电流线性调整率；所述调光控制模块可通过外部输入电压变化来改变驱动IC的内部基准电压VREF的变化，从而实现LED模块电流的改变，配合维持电流驱动部分，打开及关闭维持电流通路，从而可以适用于可控硅调光应用，同时该结构可兼容0-10V和PWM(Pulse Width Modulation；脉冲宽度调制)驱动方式，从而可以提高适用性。
另外，根据本发明上述的LED照明驱动电流线性调整电路，还可以具有如下附加的技术特征：
所述线性电流调整模块40包括第一电阻单元与MOS管，所述第一电阻单元包括串联的第一电阻、第二电阻，所述第一电阻R7和MOS管的漏极相连，连接点为第2节点120，所述第一电阻R7和第二电阻R8相连，连接点为第3节点130(驱动IC SET管脚)，所述第二电阻R8与第一电容C8并联连接，所述第一电容C8与第二电阻R8并联后与所述MOS管的源极相连，连接点为第4节点140，所述第4节点140与第三电阻R6相连，所述第三电阻R6接地。
所述驱动IC30内部运算放大器的反向输入端与第3节点130相连，所述驱动IC内部运算放大器的输出端与所述MOS管的栅极相连。
所述调光控制模块35包括一个RC分压电阻单元,所述RC分压电阻单元包括串联的第四电阻R4、第五电阻R5和与第五电阻并联的第二电容C2,第四电阻R4和第五电阻R5的连接点为第1节点110，当所述第1节点110在输入电压的电压值大于或者等于第一基准电压时，所述驱动IC的参考电压为一定值；当所述输入电压的电压值小于第一基准电压时，所述驱动IC的参考电压与所述输入电压呈线性关系。
所述AC供电模块与所述LED模块之间还设置有整流桥，所述整流桥与所述AC供电模块的火线和零线相连。
所述调光控制模块包含一个RC分压电阻单元，所述RC分压电阻单元包括串联的第四电阻R4、第五电阻R5，第五电阻与第二电容C2并联连接，所述第五电阻R5接地。
所述LED照明驱动电流线性调整电路还包括可控硅调光器，所述可控硅调光器设置在所述火线与所述整流桥之间,另外驱动IC还提供可控硅调光器的维持电流,其所述AC供电模块10连接驱动IC 30,其驱动IC内部CS管脚80,串联一电阻R3至AC供电模块10位置,专门提供控硅调光器的维持电流,来提高调光兼容性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的一个实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路的结构框图；
图2是本发明的一个实施例的LED照明驱动电流线性调整电路的电路图；
图3是本发明的一个实施例的LED照明驱动电流线性调整电路的应用电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明的一个实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路的结构框图；图2是本发明的一个实施例的LED照明驱动电流线性调整电路的电路图。参考图1-图2，本发明提供了一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，所述线性电流调整模块可控制流过LED模块20的电流减少，以达到输入功率的平衡，进而提高其线性调整率；所述调光控制模块可通过外部输入电压变化来改变驱动IC的内部基准电压的变化，从而实现LED模块20电流的改变，配合维持电流驱动部分，打开及关闭维持电流通路，从而可以适用于可控硅调光应用，同时该结构可兼容0-10V和PWM(Pulse Width Modulation；脉冲宽度调制)驱动方式，从而可以提高适用性。
所述LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路包括AC供电模块10、LED模块20、驱动IC 30及线性电流调整模块40及调光控制模块35。
AC供电模块10用于为电路提供交流电，在本实施例中，所述AC供电模块10为电路中提供交流120V或230V的输入电压，其整流后直流电压标记为Vin；在其他实施例中，所述AC供电模块10可为电路是提供交流120V或230V或者其他不同数值的输入电压。
LED模块20与AC供电模块10、驱动IC 30及线性电流调整模块40相连，LED模块20由一并或者多并LED灯珠串组成，LED模块20接收到AC供电模块10提供的输入电压后即可点亮LED灯珠开始工作。
所述AC供电模块10与所述LED模块20、调光控制模块35、驱动IC30相连，所述驱动IC 30通过所述第1节点110与所述调光控制模块35相连，所述调光控制模块35用于生成一参考电压，即调光控制模块35与AC供电模块10相连、调光控制模块35用于生成一输入电压VDIM。
线性电流调整模块40与所述驱动IC 30和所述LED模块20分别相连，用于在所述输入电压增大时控制使流过所述LED模块20的电流减小，以达到输入功率的平衡，进而提高其线性调整率；调光控制模块35可通过外部输入电压变化来改变驱动IC的内部基准电压的变化，从而实现LED模块20电流的改变，同时配合维持电流驱动80部分，打开及关闭维持电流通路，从而可以适用于可控硅调光应用，有很好的兼容性,同时该结构可兼容0-10V和PWM(Pulse Width Modulation；脉冲宽度调制)驱动方式，从而可以提高适用性。
在具体实施中，参考图2，所述线性电流调整模块40包括第一电阻单元与MOS管Q1，第一电阻单元包括串联的第一电阻R7、第二电阻R8，所述第二电阻R8与第一电容C8并联连接，所述第一电容C8与所述MOS管Q1之间的连接点为第4节点140，所述第4节点140与第三电阻R6相连，所述第三电阻R6接地。
在具体实施中，参考图2，所述驱动IC 30内部运算放大器EA的反向输入端与所述第3节点相连，所述驱动IC 30内部运算放大器EA的输出端与所述MOS管Q1的栅极相连。
在具体实施中，参考图2，所述驱动IC 30内部运算放大器EA的反向输入端与所述第一电阻R7存在一参考电压VSET(功率线性反馈及灯珠恒流调控)，所述调光控制模块35提供一输入电压VDIM在第1节点110，所述参考电压VSET的电压值小于所述驱动电压VREF的电压值且与所述输入电压VDIM的电压值相关，具体地，当所述输入电压VDIM的电压值大于或者等于第一基准电压时，所述受参考VREF影响其电压VSET被调整为一定值(反馈后调至VREF同值)；当所述输入电压VDIM的电压值小于第一基准电压时，所述参考电压VSET与所述输入电压VDIM呈线性关系。在本发明的实施例中，所述第一基准电压设定为1.5V，当输入电压VDIM>1.5V时，参考电压VSET＝0.75V；当输入电压VDIM<1.5V时，参考电压VSET与输入电压VDIM的线性关系为：VSET＝VDIM/2。
在具体实施中，参考图2，所述AC供电模块10与所述LED模块20之间还设置有整流桥BD1，所述整流桥BD1与所述AC供电模块10的火线(记作L)及零线(记作N)相连。
在具体实施中，参考图2，所述调光控制模块35还设置有RC分压电阻单元，所述RC分压电阻单元包括串联的第四电阻R4、第五电阻R5，第五电阻R5与第二电容C2并联连接，所述第五电阻R5接地。第四电阻与第五电阻的连接点为第1节点110，调光控制模块35通过第1节点110与驱动IC30相连。
在具体实施中，参考图2，所述LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路还包括可控硅调光器70，所述可控硅调光器70设置在所述火线L与所述整流桥BD1之间。
下面以一个具体的实施例来说明本发明的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路的工作原理，参考图2，当第一电阻R7在电路中断开时，运算功率放大器EA的输出端OUT-MOS管Q1-第二电阻R8-第三电阻R6-参考电压VREF形成一负回授的回路，此时只要MOS管Q1正常工作，参考电压VSET就会锁定在0.75V，且第二电阻R8上无电流通过，因此参考电压VREF＝V6＝0.75V(达到灯珠恒流控制作用)，V6为流过第三电阻R6的电压。①ISENSE＝V6/R6，ISENSE为流过第三电阻R6的电流。②
当第一电阻R7在电路中导通时，运算放大器EA的输出端OUT-MOS管Q1-第二电阻R8-第三电阻R6-参考电压VREF形成的负回授的回路仍然存在，因此，VREF＝0.75V，但由于有第一电阻R7的缘故，此时会有一电流ICOMP流经第一电阻R7、第二电阻R8，则
ICOMP＝(VDN–VREF)/R7＝(VDN–0.75)/R7，VDN为LED模块20的负端电压，③
V6＝VREF–ICOMP*R8＝0.75–[(VDN–0.75)/R7]*R8④
Figure GDA0003013805560000041
由①、⑤可得出：
Figure GDA0003013805560000051
由于
Figure GDA0003013805560000052
均是定值，则上述等式⑥满足函数у＝C–mχ，
其中
Figure GDA0003013805560000053
(为线性调整斜率)。
VDN＝VDP–VLED，其中VDP为LED模块20的输入电压，VLED为流过LED模块20的电压，可知当输入电压Vin电压越高，VDP与VDN的电压差也越大，致使ICOMP越大，V6电压越低，因此可以降低ISENSE与ILED的电流值大小，ILED为流过LED模块20的电流。
参考图3,其预设输入交流电为110V，流过LED模块20的电压Vf为127V，所述驱动IC30采用ORG IC U1。则第一电阻R7、第二电阻R8的电阻值估计式如下：
VF为LED输出跨压，VP1为默认交流电压的峰值，VP2为默认交流电压乘上110％后的峰值。
Figure GDA0003013805560000054
Figure GDA0003013805560000055
Figure GDA0003013805560000056
利用上面的式子可以得到第一电阻R7与第二电阻R8的关系式，通过指定第一电阻R7即可得到第二电阻R8。
Figure GDA00030138055600000513
Figure GDA0003013805560000057
Figure GDA0003013805560000058
Figure GDA0003013805560000059
指定R7＝100KΩ，得到R8＝671Ω，可选择常用电阻680Ω。
又因为
Figure GDA00030138055600000510
因此V6也满足函数у＝C1–m1χ的关系，C1＝VREF(1
Figure GDA00030138055600000511
Figure GDA00030138055600000512
故线性可调整电压范围VDN为0～120V。
又因VDN＝VDP–VLED，VDP＝VDN+VLED，故输入电压范围VDP为127～247V，但因灯珠耐压有限,无法到247V；虽然VDN为120V,但电压升至一半(60V),此灯珠电流已减半,而灯珠亮度已差很多，因此需要设定工作区间。
Figure GDA0003013805560000061
可由线性调整电压范围VDN，来预估的比值。
因
Figure GDA0003013805560000062
此比值大小，可确认ISENSE的调整深度，第二电阻R8越大其斜率越大,其调整深度越大及越深。
在具体实施中，本发明的LED照明驱动电流线性调整电路除了具备高低压补偿功能之外，还具有LED短路保护的功能。具体地，当LED模块20短路时，参考电压VDN会瞬间被拉高，驱动IC 30会发出信号关闭MOS管Q1，此时只有小电流流经第一电阻R7、第二电阻R8、第三电阻R6，从而可避免MOS管Q1被烧毁。
本发明的LED照明驱动电流线性调整及调光控制模块35，参考图2，其驱动IC 30能够产生恒定电流，可通过改变SET管脚及GND管脚之间的电阻值来设置电流的大小，同时通过DIM管脚的电压变化来改变SET管脚的基准电位，从而达到改变LED电流变化的目的。
本发明实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路还可应用于可控硅调光应用模式，由于SET管脚的电压会随着DIM管脚的电压变化而变化，当SET管脚的电压低于0.4V时，通道CS会被打开，额外提供一路泄放电流，来增加可控硅调光的兼容性，同时当DIM管脚的电压低于1.5V后，SET管脚的电压和DIM管脚的电压存在一定的线性比例关系，从而可以保证可控硅调光的LED电流变化的平滑性，也可以提升调光的体验。
本发明实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路还可应用于0-10V调光应用，具体地，由于SET管脚在DIM管脚的电压低于1.5V后，SET管脚的基准电位和DIM管脚存在一定的线性比例关系，利用该特性来完成0-10V的应用，通过RC分压电阻单元中的第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2来进行设定，通过设置第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2的数值，便得DIM管脚的输入电压在1.5V左右，计算公式为VIN*R4/(R4+R5)＝1.5，其中VIN按照最大10V来设定。
本发明实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路35还可应用于PWM调光应用，按照PWM系统的最高电压为基准进行设计，同时根据第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2的计算公式为VPWM*R5/(R4+R5)＝1.5，按照上述的设定可以大致计算出R4/R5的比例，从而完成PWM的调光应用。
本发明实施例的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路35，在高压反馈控制应用中，利用第一电阻R7及第二电阻R8的反馈，可以得到很好的线性调整；在多种应用在各调光应用时，由于采用DIM管脚的电压位准调控，使得在调光应用中更加准确，另外提供可控硅调光泄放电流，来增加其调光的兼容性，进而大大提高了此IC驱动的效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，包括AC供电模块、LED模块、驱动IC、线性电流调整模块及调光控制模块；
所述AC供电模块用于提供输入电压；
所述LED模块与所述AC供电模块、所述驱动IC和所述线性电流调整模块相连，所述LED模块包括至少一并LED灯珠串；
所述驱动IC与所述AC供电模块、所述LED模块、所述调光控制模块和所述线性电流调整模块相连，用于调光及恒流控制；
所述线性电流调整模块与所述驱动IC和所述LED模块分别相连，用于在所述输入电压增大时控制使流过所述LED模块的电流减小，从而达到功率的平衡；所述线性电流调整模块包括第一电阻单元与MOS管，所述第一电阻单元包括串联的第一电阻、第二电阻，所述第一电阻和MOS管的漏极相连，连接点为第2节点，所述第一电阻和第二电阻相连，连接点为第3节点，所述第二电阻与第一电容并联连接，所述第一电容与所述MOS管的源极相连，连接点为第4节点，所述第4节点与第三电阻相连，所述第三电阻接地；
所述调光控制模块与所述AC供电模块和所述驱动I C相连，所述调光控制模块可通过外部输入电压变化来对所述驱动IC的内部基准电压进行调整，从而达到改变所述LED模块电流的目的。
2.根据权利要求1所述的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，所述驱动IC内部运算放大器的反向输入端与第3节点相连，所述驱动IC内部运算放大器的输出端与所述MOS管的栅极相连。
3.根据权利要求1所述的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，当所述输入电压的电压值大于或者等于第一基准电压时，所述驱动IC的参考电压为一定值；当所述输入电压的电压值小于第一基准电压时，所述驱动IC的参考电压与所述输入电压呈线性关系。
4.根据权利要求1所述的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，所述AC供电模块与所述LED模块之间还设置有整流桥，所述整流桥与所述AC供电模块的火线和零线相连。
5.根据权利要求1所述的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，所述调光控制模块设置有RC分压电阻单元，所述RC分压电阻单元包括串联的第四电阻、第五电阻，第五电阻与第二电容并联连接，所述第五电阻接地。
6.根据权利要求4所述的LED照明驱动电流线性调整及调光控制电路，其特征在于，还包括可控硅调节器，所述可控硅调节器设置在所述火线与所述整流桥之间。
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