CN109831844A - 一种无频闪高功率因数led驱动方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无频闪高功率因数LED驱动方法及电路，通过开关管M控制调控LED灯串电流保持恒定，同时，进行母线输入电压及LED灯串负端电压检测，将母线电压信号和LED负端电压信号相结合，使输入电流的波形与母线电压的波形反向，并同时保证电容上有足够的储能维持LED电流恒定。该LED驱动电路在消除频闪的同时，提高了功率因数，满足市场对LED照明的要求。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体涉及一种无频闪高功率因数LED 驱动方法及电路。
背景技术
在LED照明领域中，有对LED的电流进行控制的，有对LED的功 率因数(PF)进行调节的，有对LED的频闪进行控制的，往往是只针 对LED的一项参数进行调节，而对一项参数的调节同时会引起另一项 参数的变差，如目前高压线性产品频闪严重，对于减小频闪，如果简 单的并联电容又会造成PF下降，所以方法不可取，一般采用在市电 (sin波电压)电压较低时采用大电流充电，电压较高时采用小电流 充电，可以减小芯片的损耗(芯片损耗随电压升高而变大),且现有 技术在优化效率的前提下频闪只可以控制在30％左右，但这并不能满 足市场对LED照明的要求，因而，同时对功率及电流这两项参数进行 调整是目前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种无频闪高功率因数 LED驱动方法及电路，其在消除频闪的同时，提高了功率因数，满足 市场对LED照明的要求。
其技术方案如下：
一种无频闪高功率因数LED驱动方法，其包括：检测输入电压， 当LED灯串正端及电容C正端的输入电流IB2不为零时，控制每个周 期中电流IB2随输入电压VB1呈反向变化；检测采样电阻R1一端的 电压VB5，控制开关管M的导通大小，使流过LED灯串的电流恒定；其中，所述电容C正端连接控制部及LED灯串正端，进行储能及供电； 所述开关管M的漏极连接LED灯串负端、栅极连接控制部、源极连接 所述采样电阻R1。
较佳的，在输入电压VB1小于输出电压VB2时，电容C放电，电 流IB2为0；当输入电压VB1大于等于输出电压VB2时，控制电流IB2 的波形与输入电压VB1的波形反向；当输入电压VB1上升时，输出电 流IB2下降；当输入电压VB1下降时，输出电流IB2上升，VB1越大 IB2越小，达到优化效率的目的。
较佳的，检测LED灯串负端的电压VB3，调控LED灯串正端及电 容C正端的输入电流IB2的平均值的大小，使电流IB2平均值随电压 VB3平均值呈反向变化。
一种无频闪高功率因数LED驱动电路，包括整流电路(10)、控 制电路(20)、电容C、采样电阻R1、由电阻R2和电阻R3串联形成 的电阻组合，以及开关管M；其中，所述整流电路(10)连接外部交 流电源，并连接控制电路(20)进行供电；所述控制电路(20)还连 接LED灯串的正端、电阻组合、开关管M、采样电阻R1的一端进行 采样和驱动控制；所述电容C一端连接LED灯串正端及控制电路(20)、 一端接地，进行储能及供电。
较佳的，所述控制电路(20)包括五个端，分别为B1端、B2端、B4端、B5端、B6端；所述整流电路(10)的输入端连接外部交流供 电，输出端连接B1端进行供电；所述B2端，连接LED灯串的正端及 电容C的正端，所述电容的负极接地；所述B4端连接开关管M的栅 极；所述B5端连接采样电阻及开关管的源极，所述采样电阻R1另一 端接地；所述电阻组合一端连接B1端，另一端接地，该电阻R2和电 阻R3的连接端连接该B6端。
较佳的，所述控制电路(20)包括电压控制电流电路(22)、电 流控制电路(21)，其中，电流控制电路(21)上设有B4端、B5端， 电压控制电流电路(22)上设有B1端、B2端、B3端、B6端，所述 B3端连接LED灯串的负端及开关管M的漏极。
较佳的，所述电压控制电流电路(22)包括电压反馈电路(2211)、 逻辑控制电路(2221)、充电电流控制电路(2231)；所述电压反馈电 路(2211)上设有B3端，其根据B3端的电压大小输出电压反馈信号 给逻辑控制电路(2221)，所述逻辑控制电路(2221)上设有B6端， 逻辑控制电路(2221)根据电压反馈信号VB3和/或VB6输出电流控 制信号给充电电流控制电路(2231)；充电电流控制电路(2231)上 设有B1端和B2端。
较佳的，所述电压反馈电路(2211)包括功率管M1、功率管M2、 比较器P1、电容C2，其中，功率管M1和功率管M2的栅极互连、漏 极互连；比较器P1的两个比较端分别连接获得B3端的电压VB3及第 一参考电压Vref1，输出端连接功率管M1和功率管M2的栅极，功率 管M1的源极连接偏置端bias1，功率管M2的源极连接偏置端bias2； 所述功率管M1和功率管M2的漏极连接电容C2并输出电压反馈信号 B7。
较佳的，所述逻辑控制电路(2221)包括减法单元P3、加法单 元P4、放大器P2、功率管M4、采样电阻R4，所述减法单元P3的两 个输入端连接获得B6端的电压VB6与参考电压Vref2，输出端连接 加法单元P4的输入端；加法单元P4的另一输入端连接获得电压反馈 信号B7，输出端输出控制信号D4、并连接放大器P2的输入端，根据 控制信号D4通过所述功率管M4控制所述电流控制信号的大小。
较佳的，所述充电电流控制电路(2231)包括放大器,对电流控 制信号进行放大；所述电流控制电路(21)包括比较器，用于将采样 电阻的电压与参考电压Vref2进行比较。
附图说明
图1为本发明中LED驱动电路的电路结构图；
图2为本发明中LED驱动电路的工作过程图；
图3为本发明中控制电路的电路结构图；
图4为本发明中电压控制电流电路的电路结构图；
图5为本发明中电压反馈电路的电路结构图；
图6为本发明中充电电流控制电路的电路结构图；
图7为本发明中电流控制电路的电路结构图；
图8为本发明中的逻辑控制电路的电路结构图；
图9和图10为本发明中LED驱动电路的具体工作过程图。
具体实施方式
需要说明的是，本发明所述的“呈反向变化”，是指两个参数的 变化趋势相反，即一个参数随着另一个参数的增大而减小，或者说一 个参数随另一个参数的减小而增大。
本发明提出了一种无频闪高功率因数LED驱动方法及电路，其具 体实施内容如图1至图10所示。
该方法主要包括：检测输入电压，当LED灯串正端及电容C正端 的输入电流IB2不为零时，控制每个周期中电流IB2随输入电压VB1 呈反向变化；检测采样电阻R1一端的电压VB5，控制开关管M的导 通大小，使流过LED灯串的电流恒定；其中，所述电容C正端连接控制部及LED灯串正端，进行储能及供电；所述开关管M的漏极连接 LED灯串负端、栅极连接控制部、源极连接所述采样电阻R1。
进一步的，在输入电压VB1小于输出电压VB2时，电容C放电， 电流IB2为0；当输入电压VB1大于等于输出电压VB2时，控制电流 IB2的波形与输入电压VB1的波形反向；当输入电压VB1上升时，输 出电流IB2下降；当输入电压VB1下降时，输出电流IB2上升，VB1 越大IB2越小，达到优化效率的目的。
进一步的，检测LED灯串负端的电压VB3，调控LED灯串正端及 电容C正端的输入电流IB2的平均值的大小，使电流IB2平均值随电 压VB3平均值呈反向变化。
从而，通过检测VB3，控制电容C充电电流IC和流过LED电流 ILED的总电流大小，控制电容C的充电电流IC，在电流IB2为0时 确保电容C上的储能足够维持LED灯串的电流恒定。
优选的，上述检测电压VB3为平均值，上述检测的输入电压VB1 为瞬态值，根据上述电压VB3调控输入电流IB2的平均值，从而保证 在一个周期内电容C的储能足够；根据上述输入电压VB1调控输入电 流IB2的瞬态值，使得其变化相反，满足了效率的优化。优选的，上 述电压VB5为实时检测值，并实时控制开关管M的导通大小，使流过 LED灯串的电流在各个时刻恒定。
为了实施上述LED驱动方法，本发明还提供了一种LED驱动电路， 其包括整流电路10、控制电路20、电容C、采样电阻R1、由电阻R2 和电阻R3串联形成的电阻组合，以及开关管M；其中，所述整流电 路(10)连接外部交流电源，并连接控制电路(20)进行供电；所述 控制电路(20)还连接LED灯串的正端、电阻组合、开关管M、采样 电阻R1的一端进行采样和驱动控制；所述电容C一端连接LED灯串 正端及控制电路(20)、一端接地，进行储能为LED灯串供电。
进一步的，其具体见电路结构如图1所示，所述控制电路20包 括五个端，分别为B1端、B2端、B4端、B5端、B6端；所述整流电 路10的输入端连接外部交流供电，输出端连接B1端进行供电；所述 B2端，连接LED灯串的正端及电容C的正端，所述电容的负极接地； 所述B4端连接开关管M的栅极；所述B5端连接采样电阻及开关管的 源极，所述采样电阻R1另一端接地；所述电阻组合一端连接B1端， 另一端接地，该电阻R2和电阻R3的连接端连接该B6端。
其中，整流电路10将交流电转变为半波直流电VB1，控制电路20控制B2输出端的电压VB2大于等于LED灯串的导通电压，功率管 M处于导通状态，LED灯串中有电流流过，控制电路20检测采样电阻 R1一端的电压VB5，通过B4端的输出电压VB4大小控制功率管M的 导通大小，维持电压VB5恒定，从而控制LED灯串中的电流恒定。
其中，R2、R3的电阻组合的设置,目的是保证B2端的输出电流 IB2的波形(有电流输出时)与B1端输入电压VB1(母线输入电压) 波形反向，检测输入电压VB1的变化(通过检测VB6来实现对输入电 压VB1的检测)，从而控制输出电流IB2，即，在一个周期内，当VB1 上升时，IB2下降；当VB1下降时，IB2上升；当VB1最大时，IB2 最小；VB1的最大值越大，则IB2的最小值越小；在VB1的平均值增 大时，则IB2的平均值减小；进一步优化效率(保持功率不变)。
其工作过程如图2所示：
在电压VB1小于电压VB2时，电容C放电，B2端电流IB2为0；
当电压VB1大于等于电压VB2时，控制B2端输出电流IB2的波 形与输入电压VB1的波形反向；
当输入电压VB1上升时，B2端输出电流IB2下降；
当输入电压VB1下降时，B2端输出电流IB2上升，VB1越大IB2 越小，达到优化效率的目的。
进一步的，为了保证电容C上的储能充足，控制电路20通过检 测LED灯串负端的电压VB3，控制LED灯串正端及电容C正端的输入 电流IB2，使电容C上的储能用于在电容C放电时保证LED灯串中有 足够电流。
具体的，控制电路20检测B3、B6端电压VB3、VB6大小，控制 B2端的电流IB2大小。在一个周期中：在电压VB1大于等于电压VB2 时，B2端输出电流IB2的波形与输入电压VB1的波形反向；电压VB1 小于电压VB2时，B2端电流IB2为0。在多个周期的平均值中：B3 端电压VB3也就是LED灯串负端的电压，通过检测VB3，控制电路20 用于控制电容C充电电流IC和流过LED电流ILED的总电流大小，控 制电容C的充电电流IC，在B2端的电流IB2为零时确保电容C上的 储能(ILED*t＝C*V)能够提供足够的能量维持电流Iled不变，做到 无频闪(频闪为0)。
更进一步的实施例中，控制电路20的结构如图3所示，包括电 压控制电流电路22、电流控制电路21，其中，电流控制电路21用于 根据B5端的电压VB5大小，控制B4端输出电压VB4的大小；电压控 制电流电路22用于根据B3、B6端电压VB3、VB6大小，控制B2端输 出电流IB2。
更进一步的实施例中，电压控制电流电路22的结构如图4所示， 包括电压反馈电路2211、逻辑电路2221、充电电流控制电路2231， 电压反馈电路2211用于检测VB3电压并输出反馈信号B7，逻辑电路 2221用于检测输入电压VB1并根据输入电压VB1与反馈信号B7输出 控制信号B8，充电电流控制电路2231根据控制信号B8输出充电电 流IB2。
更进一步的实施例中，电压反馈电路2211如图5所示，其中比 较器P1，用于将LED灯串负端的电压VB3与第一参考电压Vref1进 行比较，得到比较信号F1，比较信号F1决定了是功率管M1导通给 电容C2充电还是功率管M2导通电容C2放电；当VB3大于Vref1时 给电容放电降低B7，VB3小于Vref1时给电容充电，提高B7，通过 合理设置bias1，bias2和电容C2值，B7可以反映多个周期VB3的 平均值(一种取VB3平均电压的方法，不是唯一方法)。
更进一步的实施例中，充电电流控制电路2231如图6所示，包 括放大器,用于对电流控制信号B8进行K倍放大,当B1端的电压大于 B2端的电压时,B2端有电流输出；当B1端的电压增加时，(本申请中， 用上升下降表示一个周期内电压的变化，用增加减小表示整个周期电 压的变化)，减小IB2的大小，反之，则增大IB2的大小。
更进一步的实施例中，电流控制电路21如图7所示，包括比较 器，用于将采样电阻R端的电压VB5与参考电压Vref2进行比较，当 电压VB5大于Vref2时，减小采样电阻R上的电流，当电压VB5小于 Vref2时，增大采样电阻R上的电流，保持LED灯串中的电流恒定。
更进一步的实施例中，逻辑控制电路2221结构如图8所示，包 括减法单元P3、加法单元P4、放大器P2、功率管M4、采样电阻R4， 减法单元P3用于将检测到的电压VB6与参考电压Vref2相减，得到 与输入电压VB1波形反向的信号D5，加法单元P4将信号D5与B7相 加，得到信号D4，用于控制B8的大小。
通过对该LED驱动电路的各个电路组成进行设计，其最优的实现 了消除频闪和提高功率因数，具体的工作过程如图9和10所示。
图9中：
在t1时刻，电压VB1大于电压VB2，电容C充电，电压VB3增 大，逻辑电路2221输出的电流控制信号B8随输入电压VB1的上升而 减小，B2端的输出电流IB2也同样随输入电压VB1的上升而减小， 在电压VB1最大时，电流IB2最小；随后电压VB1下降，电流控制信 号B8上升，输出电流IB2也上升；
在t2时刻，电压VB1小于电压VB2，电容C开始放电，输出电 流IB2为0。在此期间，输入电压VB1与输出电流IB2反向。电容C 上的储能要保证在放电时LED灯串中的电流充足；
在t2至t3时刻，电压VB1一直小于电压VB2，电容C持续放电， 消耗储能。
图10中：
当输入电压VB1增大时，电压VB3变化(如图中虚线所示)，电 压反馈电路2211输出的反馈信号B7充电时间缩短而放电时间增加， 如图中虚线所示(与实线所示状态相比)；B2端的输出电流IB2也减 小(因为提前导通和延后截止，IB2在幅值降低的同时，占空比会稍微增大，平均电流减小)。优选地，IB2＝K*B8。VB6电压采样母线电 压用来控制充电电流IB2有效优化，同时为了降低LED电流纹波，通 过检测VB2确保C1上面储能足够(ILED*t＝C*V)，其输出就可以满足, 既优化了效率，同时降低了LED频闪(最优至频闪为0)。
综上，本发明提供了一种无频闪高功率因数LED驱动方法及电路， 通过开关管M控制调控LED灯串电流保持恒定，同时，将母线电压信 号和LED负端电压信号相结合，使输入电流的波形与母线电压的波形 反向，并同时保证电容上有足够的储能维持LED电流恒定。其在消除 频闪的同时提高功率因数，满足市场对LED照明的要求。
上述实施例对本发明的原理仅是示意性的。应当理解，本文描述 的布置和细节的修改和变型将对本领域技术人员来说显而易见。因此， 意图是仅受接下来的专利权利要求的范围限制，而不受通过本文对实 施例的描述和说明而提出的具体细节限制。
Claims (10)
1.一种无频闪高功率因数LED驱动方法，特征在于，其包括：
检测输入电压，当LED灯串正端及电容C正端的输入电流IB2不为零时，控制每个周期中电流IB2随输入电压VB1呈反向变化；
检测采样电阻R1一端的电压VB5，控制开关管M的导通大小，使流过LED灯串的电流恒定；
其中，所述电容C正端连接控制部及LED灯串正端，进行储能及供电；所述开关管M的漏极连接LED灯串负端、栅极连接控制部、源极连接所述采样电阻R1。
2.根据权利要求1所述的LED驱动方法，其特征在于，优选的，在输入电压VB1小于输出电压VB2时，电容C放电，电流IB2为0；当输入电压VB1大于等于输出电压VB2时，控制电流IB2的波形与输入电压VB1的波形反向；当输入电压VB1上升时，输出电流IB2下降；当输入电压VB1下降时，输出电流IB2上升，VB1越大IB2越小，达到优化效率的目的。
3.根据权利要求1或2所述的LED驱动方法，其特征在于，检测LED灯串负端的电压VB3，调控LED灯串正端及电容C正端的输入电流IB2的平均值的大小，使电流IB2平均值随电压VB3平均值呈反向变化。
4.一种无频闪高功率因数LED驱动电路，其特征在于，包括整流电路(10)、控制电路(20)、电容C、采样电阻R1、由电阻R2和电阻R3串联形成的电阻组合，以及开关管M；其中，
所述整流电路(10)连接外部交流电源，并连接控制电路(20) 进行供电；所述控制电路(20)还连接LED灯串的正端、电阻组合、开关管M、采样电阻R1的一端进行采样和驱动控制；所述电容C一端连接LED灯串正端及控制电路(20)、一端接地，进行储能及供电。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路(20)包括五个端，分别为B1端、B2端、B4端、B5端、B6端；所述整流电路(10)的输入端连接外部交流供电，输出端连接B1端进行供电；所述B2端，连接LED灯串的正端及电容C的正端，所述电容的负极接地；所述B4端连接开关管M的栅极；所述B5端连接采样电阻及开关管的源极，所述采样电阻R1另一端接地；所述电阻组合一端连接B1端，另一端接地，该电阻R2和电阻R3的连接端连接该B6端。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路(20)包括电压控制电流电路(22)、电流控制电路(21)，其中，电流控制电路(21)上设有B4端、B5端，电压控制电流电路(22)上设有B1端、B2端、B3端、B6端，所述B3端连接LED灯串的负端及开关管M的漏极。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电压控制电流电路(22)包括电压反馈电路(2211)、逻辑控制电路(2221)、充电电流控制电路(2231)；所述电压反馈电路(2211)上设有B3端，其根据B3端的电压大小输出电压反馈信号给逻辑控制电路(2221)，所述逻辑控制电路(2221)上设有B6端，逻辑控制电路(2221)根据反馈信号VB3和/或VB6输出电流控制信号给充电电流控制电路(2231)；充电电流控制电路(2231)上设有B1端和B2端。
8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电压反馈电路(2211)包括功率管M1、功率管M2、比较器P1、电容C2，其中，功率管M1和功率管M2的栅极互连、漏极互连；比较器P1的两个比较端分别连接获得B3端的电压VB3及第一参考电压Vref1，输出端连接功率管M1和功率管M2的栅极，功率管M1的源极连接偏置端biasl，功率管M2的源极连接偏置端bias2；所述功率管M1和功率管M2的漏极连接电容C2并输出电压反馈信号B7。
9.根据权利要求7或8所述的LED驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制电路(2221)包括减法单元P3、加法单元P4、放大器P2、功率管M4、采样电阻R4，所述减法单元P3的两个输入端连接获得B6端的电压VB6与参考电压Vref2，输出端连接加法单元P4的输入端；加法单元P4的另一输入端连接获得电压反馈信号B7，输出端输出控制信号D4、并连接放大器P2的输入端，根据控制信号D4通过所述功率管M4控制所述电流控制信号的大小。
10.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述充电电流控制电路(2231)包括放大器，对电流控制信号进行放大；所述电流控制电路(21)包括比较器，用于将采样电阻的电压与参考电压Vref2进行比较。
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