CN110505730B - 线性led驱动电路及全电压输入的线性led驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法，包括：正极连接输入电压、负极连接第一恒流控制模块的第一LED负载；正极连接第一LED负载负极、负极连接第二LED负载正极的二极管，第二LED负载的负极连接第二恒流控制模块；连接于第一～第二LED负载正极之间的开关管；输入端连接第一LED负载、输出端连接开关管及第一恒流控制模块的高低压切换模块；提供基准信号的基准信号产生模块。当输入电压小于高压基准电压时，各LED负载并联，当输入电压大于高压基准电压时，各LED负载串联，并根据输入电压实现恒流控制。

Description

线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法。

背景技术

通常情况下，单段线性LED驱动中整体的效率由LED导通电压与输入电压决定，满足如下关系式：

由于串联LED数目是固定的，因此在输入电压超过LED正向压降时多余的电压是由LED下方的恒流控制管所承担的，V_IN-V_LED就是恒流控制管上的电压，在输入电压越高时，系统的效率就越低。

如图1所示为常见的单段线性LED驱动系统1，交流电压AC通过整流桥11后转化为输入电压V_IN，并向LED灯段供电，所述LED灯段由n个LED灯串联形成，所述LED灯段的输出端连接恒流控制芯片12，通过所述恒流控制芯片12内的恒流控制管的开关实现恒流控制，电容C和电阻R并联于输入电压的两端，为可调器件。通常，在线性LED驱动中LED数目固定后，设计的输入电压也就固定了，无法有太大的变化，否则会因为效率太低而导致驱动芯片发热，因此输入电压的范围比较窄，无法做全电压的应用。

如图2所示为一种全电压应用的LED驱动电路2，交流电压AC通过电压输入模块21转化为输入电压V_IN；第一LED灯段LED1的正极连接所述输入电压V_IN、负极连接第一芯片22的OUT端后接地；所述第一芯片22的LN端接收连接于输入电压V_IN两端的电阻R1和R2的分压，采样端Rcs通过电阻R5接地；二极管D的正极连接第一LED灯段LED1的负极、正极连接第二芯片23的OUT端；第二芯片23的Rcs端通过电阻R3连接第三芯片24的Rcs端，第二芯片23的GND端连接第三芯片24的Rcs端；第三芯片24的OUT端连接第一LED灯段的正极、Rcs端通过电阻R4连接第三芯片24的GND端后连接第二LED灯段LED2的正极；第二LED灯段LED2的负极接地。在低压时两段LED并联，在高压时两段LED串联，以此实现全电压应用，该方案需要使用3颗芯片，外围电路比较复杂。

因此，提出一种外围电路简单的全电压应用的LED驱动方案已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法，用于解决现有技术中全电压应用的LED驱动方案的外围电路复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性LED驱动电路，所述线性LED驱动电路至少包括：

电压输入模块、第一LED负载、第二LED负载、二极管、开关管、高低压切换模块、第一恒流控制模块、第二恒流控制模块及基准信号产生模块；

所述第一LED负载的正极连接所述电压输入模块的输出端、负极连接所述第一恒流控制模块；

所述二极管的正极连接所述第一LED负载的负极、负极连接所述第二LED负载的正极，所述第二LED负载的负极连接所述第二恒流控制模块；

所述开关管连接于所述第一LED负载的正极与所述第二LED负载的正极之间，用于实现所述第一LED负载与所述第二LED负载的并联；

所述高低压切换模块的输入端连接所述第一LED负载的输出端，输出端分别连接所述开关管的控制端及所述第一恒流控制模块，用于根据所述第一LED负载的输出电压检测所述输入电压的状态，当所述输入电压为低压状态时开启所述开关管及所述第一恒流控制模块；当所述输入电压为高压状态时关断所述开关管及所述第一恒流控制模块；

所述基准信号产生模块连接所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块，为所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块提供基准信号。

优选地，所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块均包括功率开关管、采样电阻及驱动单元；

所述功率开关管的漏端连接对应LED负载的负极、源端连接所述采样电阻后接地；所述驱动单元的输入端分别连接所述功率开关管的源端及所述基准信号产生模块的输出端、输出端连接所述功率开关管的栅端，用于产生所述功率开关管的驱动信号，进而实现恒流控制。

优选地，所述基准信号产生模块包括电流设置单元及电流设置电阻；所述电流设置单元的输入端连接所述电流设置电阻的一端、输出端连接所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块；所述电流设置电阻的另一端接地；通过所述电流设置单元及所述电流设置电阻调整所述基准信号。

更优选地，所述线性LED驱动电路还包括过压检测模块，所述过压检测模块的输入端连接所述第二LED负载的负极、输出端连接所述电流设置单元，当所述输入电压超过设定电压时，控制所述基准信号产生模块调整所述基准信号进而减小流过对应LED负载的电流。

更优选地，所述基准信号产生模块还包括跨导运算放大器、补偿单元及补偿电容；所述跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二恒流控制模块及所述电流设置单元的输出端、输出端连接所述补偿电容的上极板；所述补偿电容的下极板接地；所述补偿单元的输入端分别连接所述补偿电容的上极板及所述过压检测模块的输出端、输出端连接所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块，用于对所述电流设置单元产生的基准信号进行积分，以实现各LED负载输出电流在各工作周期内的恒流。

优选地，所述线性LED驱动电路还包括工作电压产生模块，所述工作电压产生模块的一端连接所述电压输入模块的输出端、另一端通过储能电容接地，为所述线性LED驱动电路中的各模块供电。

更优选地，所述高低压切换模块的输入端连接母线电压检测模块的输出端，通过所述母线电压检测模块检测所述输入电压的状态；所述母线电压检测模块连接于所述电压输入模块的两端，用于对所述输入电压进行采样。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全电压输入的线性LED驱动方法，所述全电压输入的线性LED驱动方法至少包括：

输入电压逐渐升高，当所述输入电压小于LED负载的导通电压时，各LED负载并联，且没有LED负载点亮；

当所述输入电压大于LED负载的导通电压时，并联的各LED负载导通，并通过各自的恒流控制模块实现恒流控制；

当所述输入电压大于高压基准电压时，各LED负载切换为串联连接方式，各LED负载均熄灭；

当所述输入电压大于串联的各LED负载的导通电压之和时，串联的各LED负载均点亮，且通过同一个恒流控制模块实现恒流控制；

所述输入电压升高至峰值后开始慢慢下降，当所述输入电压小于所述各LED负载的导通电压之和时串联的各LED负载均熄灭；

当所述输入电压小于所述高压基准电压时，各LED负载切换为并联连接方式，各LED负载均点亮并通过各自的恒流控制模块实现恒流控制；

当所述输入电压小于LED负载的导通电压时，各LED负载均熄灭；

其中，各LED负载的导通电压相等。

优选地，在进行恒流控制时，对最低电位的LED负载的负极电压进行检测，若大于过压基准电压则调整恒流控制的基准信号以对流经LED负载的电流进行降电流，进而降低损耗、提高输出效率。

更优选地，对调整后的所述基准信号进行积分补偿，基于积分补偿后的所述基准信号实现各LED负载的恒流控制。

如上所述，本发明的线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法，具有以下有益效果：

本发明的线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法通过单芯片实现LED负载的低压并联、高压串联，以此实现全电压恒流驱动；同时，通过过压降电流提高效率；由于高效率的实现，整个系统可以高度集成，外围电路简化。

附图说明

图1显示为现有技术中的单段线性LED驱动系统示意图。

图2显示为现有技术中的全电压应用的LED驱动电路示意图。

图3显示为本发明的线性LED驱动电路的第一种实施方式示意图。

图4显示为本发明的线性LED驱动电路低压时的工作原理示意图。

图5显示为本发明的线性LED驱动电路高压时的工作原理示意图。

图6显示为本发明的线性LED驱动电路的第一种实施方式的波形示意图。

图7显示为本发明的线性LED驱动电路的第二种实施方式示意图。

图8显示为本发明的线性LED驱动电路的第二种实施方式的波形示意图。

图9显示为本发明的线性LED驱动电路的第三种实施方式的波形示意图。

图10显示为本发明的线性LED驱动电路的第四种实施方式的波形示意图。

元件标号说明

1 单段线性LED驱动系统

11 整流桥

12 恒流控制芯片

2 全电压应用的LED驱动电路

21 电压输入模块

22～24 第一～第三芯片

3 线性LED驱动电路

31 电压输入模块

32 母线电压检测模块

33 第一恒流控制模块

331 第一驱动单元

34 第二恒流控制模块

341 第二驱动单元

35 高低压切换模块

36 基准信号产生模块

361 电流设置单元

362 跨导运算放大器

363 补偿单元

37 工作电压产生模块

38 过压检测模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，所述线性LED驱动电路3包括：

电压输入模块31、母线电压检测模块32、第一LED负载LED1、第二LED负载LED2、二极管D、开关管Q3、高低压切换模块35、第一恒流控制模块33、第二恒流控制模块34、基准信号产生模块36及工作电压产生模块37。

如图3所示，所述电压输入模块31提供输入电压Vin。

具体地，在本实施例中，所述电压输入模块31包括交流电源AC、保险丝F及整流桥311，所述交流电源AC输出电压为正弦电压，所述交流电源AC的一端连接于所述整流桥311，另一端经过所述保险丝F连接至所述整流桥311。所述保险丝F连接于所述交流电源AC与所述整流桥311之间，用于保护所述电压输入模块31；所述整流桥311包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流电源AC经由所述保险丝F连接于各二极管组的两个二极管之间。所述电压输入模块31的输出电压为正弦电压整流后的整流电压，即为正弦电压的绝对值。

如图3所示，所述母线电压检测模块32连接于所述电压输入模块31的两端，用于对所述输入电压Vin进行采样。

具体地，在本实施例中，所述母线电压检测模块32包括第一电阻Rd1及第二电阻Rd2，所述第一电阻Rd1的一端接收所述输入电压Vin、另一端连接所述第二电阻Rd2并作为所述母线电压检测模块32的输出端，所述第二电阻Rd2的另一端接地。在实际应用中，任意可检测所述输入电压Vin的电路均适用于本实施例。

如图3所示，所述第一LED负载LED1的正极连接所述电压输入模块31的输出端、负极连接所述第一恒流控制模块33。

具体地，所述第一LED负载LED1为多个LED灯的串联、并联或串并联，可根据需要进行设置。

如图3所示，所述二极管D的正极连接所述第一LED负载LED1的负极、负极连接所述第二LED负载LED2的正极，用于在高压时对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行串联连接。

如图3所示，所述第二LED负载LED2的正极连接所述二极管D的负极、负极连接所述第二恒流控制模块34。

具体地，所述第二LED负载LED2为多个LED灯的串联、并联或串并联，可根据需要进行设置。

需要说明的是，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2可设计为不同的结构，根据实际需要设定。在本实施例中，为了便于说明，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2为相同的结构、具有相同的导通电压。

如图3所示，所述开关管Q3连接于所述第一LED负载LED1的正极与所述第二LED负载LED2的正极之间，用于在低压时实现所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的并联。

具体地，在本实施例中，所述开关管Q3采用NMOS管实现，在实际应用中，可根据需要选择开关管的类型，不以本实施例为限。

如图3所示，所述高低压切换模块35的输入端连接所述母线电压检测模块32的输出端，输出端分别连接所述开关管Q3的控制端及所述第一恒流控制模块33，用于根据所述第一LED负载LED1的输出电压检测所述输入电压Vin的状态，当所述输入电压Vin为低压状态时开启所述开关管Q3及所述第一恒流控制模块33；当所述输入电压Vin为高压状态时关断所述开关管Q3及所述第一恒流控制模块33。

具体地，在本实施例中，所述高低压切换模块35根据所述母线电压检测模块32的输出信号确定所述输入电压Vin的状态，当所述输入电压Vin小于高压基准电压VLN时，所述输入电压Vin被认为处于低压状态，所述高低压切换模块35输出高电平，以导通所述开关管Q3；当所述输入电压Vin大于所述高压基准电压VLN时，所述输入电压Vin被认为处于高压状态，所述高低压切换模块35输出低电平，以关断所述开关管Q3。

更具体地，在本实施例中，所述高压基准电压VLN大于所述第一LED负载LED1或所述第二LED负载LED2的导通电压，且小于所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和。在实际应用中，可根据各LED负载的导通电压及LED负载的数量设定所述高压基准电压VLN，不以本实施例为限。

如图3所示，所述基准信号产生模块36连接所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34，为所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34提供基准信号。

具体地，所述基准信号产生模块36包括电流设置单元361及电流设置电阻Rset。所述电流设置单元361的输入端连接所述电流设置电阻Rset的一端、输出端连接所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34；所述电流设置电阻Rset的另一端接地；通过所述电流设置单元361及所述电流设置电阻Rset调整所述基准信号。

如图3所述，所述第一恒流控制模块33连接所述第一LED负载LED1的负极及所述基准信号产生模块36的输出端，基于所述基准信号产生模块36提供的基准信号进行恒流控制。

具体地，在本实施例中，所述第一恒流控制模块33包括第一功率开关管Q1、第一采样电阻Rs1及第一驱动单元331。所述第一功率开关管Q1的漏端连接所述第一LED负载LED1的负极、源端连接所述第一采样电阻Rs1后接地，所述第一驱动单元331的反相输入端连接所述第一功率开关管Q1的源端、正相输入端连接所述基准信号、输出端连接所述第一功率开关管Q1的栅端，用于产生所述第一功率开关管Q1的驱动信号，进而实现恒流控制。在本实施例中，所述第一驱动单元331采用运算放大器实现，在实际应用中可根据需要选择所述第一驱动单元331的具体器件或电路结构；且任意可实现恒流控制的电路结构均适用于本实施例的第一恒流控制模块33，不以本实施例为限。

如图3所示，所述第二恒流控制模块34连接所述第二LED负载LED2的负极及所述基准信号产生模块36的输出端，基于所述基准信号产生模块36提供的基准信号进行恒流控制。

具体地，在本实施例中，所述第二恒流控制模块34包括第二功率开关管Q2、第二采样电阻Rs2及第二驱动单元341，其连接关系与所述第一恒流控制模块33相同，且为保证低压并联时所述第一LED负载LED1和所述第二LED负载LED2电流的平衡，设定所述第一采样电阻Rs1与所述第二采样电阻Rs2相等，即Rs1＝Rs2。在此不一一赘述。所述第二恒流控制模块34也可采用任意与所述第一恒流控制模块33结构不同的能实现恒流控制的电路结构，不以本实施例为限。

如图3所示，所述工作电压产生模块37的一端连接所述电压输入模块31的输出端、另一端通过储能电容Cvdd接地，为所述线性LED驱动电路3中的各模块供电。

如图4～图6所示，本实施例中的线性LED驱动电路3的工作原理如下：

如图6所示，t0时刻，系统启动，所述输入电压Vin从零开始逐渐增大。如图4所示，此时所述母线电压检测模块32采样到的电压比较小，所述高低压切换模块35输出高电压，导通所述开关管Q3(所述开关管Q3的栅端电压Q3_G为高电平)，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于导通状态(所述第一功率开关管Q1的栅端电压Q1_G及所述第二功率开关管Q2的栅端电压Q2_G为高电平)。

随着所述输入电压Vin的升高，在t1时刻，所述输入电压Vin达到LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2同时导通，电流(ILED1及ILED2)分别通过所述第一LED负载LED1流经所述第一恒流控制模块33、通过所述第二LED负载LED2流经所述第二恒流控制模块34，所述电流设置单元361通过外置的所述电流设置电阻Rset设置内部基准信号，所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34基于所述基准信号分别对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制，此时，输入电流Iin为流过所述第一LED负载LED1的电流ILED1与流过所述第二LED负载LED2的电流ILED2之和。

由于所述输入电压Vin的幅值小于所述高压基准电压VLN，因此，所述输入电压Vin升高至峰值时，所述开关管Q3仍处于导通状态，随后所述输入电压Vin慢慢降低，t2时刻，所述输入电压Vin降低至LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2均关断，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于关断状态，直至t3时刻所述输入电压Vin下降至零，在t0～t3的一个周期内，所述输入电压Vin的全电压范围内实现LED负载的驱动。

如图6所示，下一周期的输入电压Vin到来，所述输入电压Vin从零开始逐渐增大。如图5所示，此时所述母线电压检测模块32采样到的电压比较小，所述高低压切换模块35输出高电压，导通所述开关管Q3，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于导通状态。

随着所述输入电压Vin的升高，在t4时刻，所述输入电压Vin达到LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2同时导通，电流分别通过所述第一LED负载LED1流经所述第一恒流控制模块33、通过所述第二LED负载LED2流经所述第二恒流控制模块34，所述电流设置单元361通过外置的所述电流设置电阻Rset设置内部基准信号，所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34基于所述基准信号分别对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制。

所述输入电压Vin持续升高，在t5时刻，所述输入电压Vin达到所述高压基准电压VLN(所述高压基准电压VLN大于一个LED负载的导通电压，且小于二个LED负载的导通电压之和)，此时，所述母线电压检测模块3232采样到的电压达到翻转值，所述高低压切换模块35输出电压翻转为低电压，所述开关管Q3关断，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述二极管D实现串联，且所述第一功率开关管Q1处于关断状态，所述第二功率开关管Q2处于导通状态。由于此时，所述输入电压Vin小于所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和，因此，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2均未点亮。

所述输入电压Vin持续升高，在t6时刻，所述输入电压Vin达到所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和(在本实施例中为2VLED)，此时，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2开始导通，电流通过所述第一LED负载LED1流经所述第二LED负载LED2、所述第二恒流控制模块34，所述电流设置单元361通过外置的所述电流设置电阻Rset设置内部基准信号，所述第二恒流控制模块34基于所述基准信号对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制，此时，所述输入电流Iin与流过所述第一LED负载LED1的电流ILED1、流过所述第二LED负载LED2的电流ILED2均相等。

随着所述输入电压Vin升高至峰值，所述输入电压Vin开始慢慢下降，t7时刻，所述输入电压Vin下降至所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和，随后所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2关断。

所述输入电压Vin持续下降，t8时刻，所述输入电压Vin下降至所述高压基准电压VLN，所述母线电压检测模块32采样到的电压达到翻转值，所述高低压切换模块35输出电压翻转为高电压，所述开关管Q3导通，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联连接，且所述第一功率开关管Q1与所述第二功率开关管Q2均处于导通状态，所述第一恒流控制模块33与所述第二恒流控制模块34分别对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制。

所述输入电压Vin持续下降，t9时刻，所述输入电压Vin下降至LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2关断，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于关断状态，直至t10时刻所述输入电压Vin下降至零，在t3～t10的一个周期内，所述输入电压Vin的全电压范围内实现LED负载的驱动。

实施例二

如图7所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，本实施例与实施例一的不同之处在于，增加过压检测模块38，以降低高输入电压时的损耗及发热、提高输出效率。

具体地，如图7所示，所述过压检测模块38的输入端连接所述第二LED负载LED2的负极、输出端连接所述电流设置单元361，通过检测所述第二LED负载LED2的负极电压判断所述输入电压Vin是否过压，当所述输入电压Vin超过设定电压时，控制所述基准信号产生模块36调整所述基准信号进而减小流过对应LED负载的电流，以保证一定输入电压Vin范围内输入功率不会变化太大。

更具体地，在本实施例中，所述过压检测模块38包括过压检测电阻Rovp及比较器(图中未显示)，所述过压检测电阻Rovp检测所述第二LED负载LED2的负极电压，并输入到所述比较器，当所述第二LED负载LED2的负极电压大于过压基准电压Vovp时，判定所述输入电压Vin过压，进而实现对输出电流的控制。

需要说明的是，在本实施例中，将所述过压检测模块38中的过压检测电阻Rovp设置于外部，连接于所述第二LED负载LED2的负极与所述过压检测模块38之间，以便于设置，提高灵活性。在实际使用中，可将所述过压检测电阻Rovp设置于所述过压检测模块38中，以简化外围电路。

如图7～图8所示，本实施例中的线性LED驱动电路3的工作原理如下：

如图8所示，t0时刻，系统启动，所述输入电压Vin从零开始逐渐增大，所述高低压切换模块35输出高电压，导通所述开关管Q3，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于导通状态。

随着所述输入电压Vin的升高，在t1时刻，所述输入电压Vin达到LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2同时导通，所述电流设置单元361通过外置的所述电流设置电阻Rset设置内部基准信号，所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34基于所述基准信号分别对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制。

所述输入电压Vin持续升高，在t2时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压大于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin大于VLED+Vovp)，则所述过压检测模块38控制所述基准信号产生模块36调整所述基准信号，以此逐渐减小流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流，提高输出效率。随着所述输入电压Vin升高至峰值后开始慢慢下降，流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流逐渐上升，直至t3时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压小于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin小于VLED+Vovp)，则所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2重新回到恒流控制阶段。

所述输入电压Vin持续降低，t4时刻，所述输入电压Vin降低至LED负载的导通电压VLED，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2均关断，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于关断状态，直至t5时刻所述输入电压Vin下降至零，在t0～t5的一个周期内，所述输入电压Vin的全电压范围内实现LED负载的驱动。

如图8所示，下一周期的输入电压Vin到来，所述输入电压Vin从零开始逐渐增大，所述高低压切换模块35输出高电压，导通所述开关管Q3，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于导通状态。

随着所述输入电压Vin的升高，在t6时刻，所述输入电压Vin达到LED负载的导通电压，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2同时导通，并处于恒流状态。

所述输入电压Vin持续升高，t7时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压大于所述过压基准电压Vovp，则所述过压检测模块38控制所述基准信号产生模块36调整所述基准信号，以此逐渐减小流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流，提高输出效率。

所述输入电压Vin持续升高，t8时刻，所述输入电压Vin达到所述高压基准电压VLN，此时，所述母线电压检测模块32采样到的电压达到翻转值，所述高低压切换模块35输出电压翻转为低电压，所述开关管Q3关断，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述二极管D实现串联，且所述第一功率开关管Q1处于关断状态，所述第二功率开关管Q2处于导通状态。由于此时，所述输入电压Vin小于所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和，因此，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2均未点亮。

所述输入电压Vin持续升高，在t9时刻，所述输入电压Vin达到所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和，此时，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2开始导通，电流通过所述第一LED负载LED1流经所述第二LED负载LED2、所述第二恒流控制模块34，所述电流设置单元361通过外置的所述电流设置电阻Rset设置内部基准信号，所述第二恒流控制模块34基于所述基准信号对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2进行恒流控制。

所述输入电压Vin持续升高，在t10时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压大于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin大于2VLED+Vovp)，则所述过压检测模块38控制所述基准信号产生模块36调整所述基准信号，以此逐渐减小流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流，提高输出效率。随着所述输入电压Vin升高至峰值后开始慢慢下降，流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流逐渐上升，直至t11时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压小于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin小于2VLED+Vovp)，则所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2重新回到恒流控制阶段。

所述输入电压Vin持续降低，t12时刻，所述输入电压Vin下降至所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2的导通电压之和，随后所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2关断。

所述输入电压Vin持续下降，t13时刻，所述输入电压Vin下降至所述高压基准电压VLN，所述母线电压检测模块3232采样到的电压达到翻转值，所述高低压切换模块35输出电压翻转为高电压，所述开关管Q3导通，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2通过所述开关管Q3实现并联连接，且所述第一功率开关管Q1与所述第二功率开关管Q2均处于导通状态。由于所述第二LED负载LED2的负极电压大于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin大于VLED+Vovp)，则所述过压检测模块38控制所述基准信号产生模块36调整所述基准信号，以此逐渐增大流经所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的电流，提高输出效率。直至t14时刻，所述第二LED负载LED2的负极电压小于所述过压基准电压Vovp(即所述输入电压Vin小于VLED+Vovp)，则所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2重新回到恒流控制阶段。

所述输入电压Vin持续下降，t15时刻，所述输入电压Vin下降至LED负载的导通电压，所述第一LED负载LED1与所述第二LED负载LED2关断，且所述第一功率开关管Q1及所述第二功率开关管Q2均处于关断状态，直至t16时刻所述输入电压Vin下降至零，在t5～t16的一个周期内，所述输入电压Vin的全电压范围内实现LED负载的驱动。

实施例三

如图9所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，本实施例与实施例二的不同之处在于，增加跨导运算放大器362、补偿单元363及补偿电容Ccomp，以保证各工作周期内输出电流的恒流。

具体地，所述跨导运算放大器362的正相输入端连接所述电流设置单元361的输出端、反相输入端连接所述第二恒流控制模块34、输出端连接所述补偿电容Ccomp的上极板；所述补偿电容Ccomp的下极板接地；所述补偿单元363的输入端连接所述补偿电容Ccomp的上极板及所述过压检测模块38的输出端、输出端连接所述第一恒流控制模块33及所述第二恒流控制模块34，用于对所述电流设置单元361产生的基准信号进行积分，以实现各LED负载输出电流在各工作周期内的恒流。

本实施例的线性LED驱动电路的工作原理与实施例二基本相同，不同之处在于，通过所述补偿单元363输出的补偿电压对所述第一LED负载LED1及所述第二LED负载LED2的峰值电流进行控制，而不是实施例二中的基准信号(设定值)控制，但是波形形状与实施例二一致。

实施例四

如图10所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，本实施例与实施例三的不同之处在于，省去所述母线电压检测模块3232，通过所述第一LED负载LED1的负极电压反映所述输入电压Vin的变化，以此简化电路，节约成本。

具体地，由于LED导通后正向导通电压随导通电流的变化不会太大，因此所述第一LED负载LED1的负极电压一定程度上反映了母线电压，本实施例中，直接将所述高低压切换模块35连接于所述第一LED负载LED1的负极，通过所述第一LED负载LED1的负极对所述输入电压Vin进行采样。

本实施例的线性LED驱动电路的工作原理与实施例三基本相同，在此不一一赘述。

综上所述，本发明提供一种线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法，包括：所述第一LED负载的正极连接所述电压输入模块的输出端、负极连接所述第一恒流控制模块；所述二极管的正极连接所述第一LED负载的负极、负极连接所述第二LED负载的正极，所述第二LED负载的负极连接所述第二恒流控制模块；所述开关管连接于所述第一LED负载的正极与所述第二LED负载的正极之间；所述高低压切换模块的输入端连接所述第一LED负载的输出端，输出端分别连接所述开关管的控制端及所述第一恒流控制模块；所述基准信号产生模块为第一恒流控制模块及第二恒流控制模块提供基准信号。当输入电压小于高压基准电压时，各LED负载并联，并根据输入电压实现恒流控制；当输入电压大于高压基准电压时，各LED负载串联，并根据输入电压实现恒流控制。本发明的线性LED驱动电路及全电压输入的线性LED驱动方法通过单芯片实现LED负载的低压并联、高压串联，以此实现全电压恒流驱动；同时，通过过压降电流提高效率；由于高效率的实现，整个系统可以高度集成，外围电路最简化。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种线性LED驱动电路，其特征在于，所述线性LED驱动电路至少包括：

电压输入模块、第一LED负载、第二LED负载、二极管、开关管、高低压切换模块、第一恒流控制模块、第二恒流控制模块、过压检测模块及基准信号产生模块；

所述第一LED负载的正极连接所述电压输入模块的输出端、负极连接所述第一恒流控制模块；

所述二极管的正极连接所述第一LED负载的负极、负极连接所述第二LED负载的正极，所述第二LED负载的负极连接所述第二恒流控制模块；

所述开关管连接于所述第一LED负载的正极与所述第二LED负载的正极之间，用于实现所述第一LED负载与所述第二LED负载的并联；

所述高低压切换模块的输入端连接所述第一LED负载的负极，输出端分别连接所述开关管的控制端及所述第一恒流控制模块，用于根据所述第一LED负载的负极电压检测输入电压的状态，当所述输入电压为低压状态时开启所述开关管及所述第一恒流控制模块；当所述输入电压为高压状态时关断所述开关管及所述第一恒流控制模块；

所述过压检测模块的输入端连接所述第二LED负载的负极、输出端连接所述基准信号产生模块，当所述输入电压超过设定电压时，控制所述基准信号产生模块调整输出的基准信号，进而减小流过对应LED负载的电流；

所述基准信号产生模块连接所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块，为所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块提供基准信号；所述基准信号产生模块包括电流设置单元、电流设置电阻、跨导运算放大器、补偿单元及补偿电容；所述电流设置单元的输入端连接所述电流设置电阻的一端，输出端连接所述跨导运算放大器；所述电流设置电阻的另一端接地；所述跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二恒流控制模块及所述电流设置单元的输出端，输出端连接所述补偿电容的上极板；所述补偿电容的下极板接地；所述补偿单元的输入端分别连接所述补偿电容的上极板及所述过压检测模块的输出端，输出端连接所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块，用于对所述电流设置单元产生的基准信号进行积分，以实现各LED负载输出电流在各工作周期内的恒流。

2.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第一恒流控制模块及所述第二恒流控制模块均包括功率开关管、采样电阻及驱动单元；

所述功率开关管的漏端连接对应LED负载的负极、源端连接所述采样电阻后接地；所述驱动单元的输入端分别连接所述功率开关管的源端及所述基准信号产生模块的输出端、输出端连接所述功率开关管的栅端，用于产生所述功率开关管的驱动信号，进而实现恒流控制。

3.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述线性LED驱动电路还包括工作电压产生模块，所述工作电压产生模块的一端连接所述电压输入模块的输出端、另一端通过储能电容接地，为所述线性LED驱动电路中的各模块供电。

4.一种全电压输入的线性LED驱动方法，基于如权利要求1-3任意一项所述的线性LED驱动电路实现，其特征在于，所述全电压输入的线性LED驱动方法至少包括：

输入电压逐渐升高，当所述输入电压小于所述第一LED负载或所述第二LED负载的导通电压时，所述第一LED负载与所述第二LED负载并联，且没有LED负载点亮；

当所述输入电压大于所述第一LED负载或所述第二LED负载的导通电压时，所述第一LED负载与所述第二LED负载导通，并通过各自的恒流控制模块实现恒流控制；

当所述输入电压大于高压基准电压时，所述第一LED负载与所述第二LED负载切换为串联连接方式，所述第一LED负载与所述第二LED负载均熄灭；

当所述输入电压大于串联的所述第一LED负载与所述第二LED负载的导通电压之和时，所述第一LED负载与所述第二LED负载均点亮，且通过同一个恒流控制模块实现恒流控制；

所述输入电压升高至峰值后开始慢慢下降，当所述输入电压小于所述第一LED负载与所述第二LED负载的导通电压之和时所述第一LED负载与所述第二LED负载均熄灭；当所述输入电压小于所述高压基准电压时，所述第一LED负载与所述第二LED负载切换为并联连接方式，所述第一LED负载与所述第二LED负载均点亮并通过各自的恒流控制模块实现恒流控制；

当所述输入电压小于所述第一LED负载或所述第二LED负载的导通电压时，所述第一LED负载与所述第二LED负载均熄灭；

其中，所述第一LED负载与所述第二LED负载的导通电压相等。

5.根据权利要求4所述的全电压输入的线性LED驱动方法，其特征在于：在进行恒流控制时，对所述第二LED负载的负极电压进行检测，若大于过压基准电压则调整恒流控制的基准信号以对流经所述第一LED负载与所述第二LED负载的电流进行降电流，进而降低损耗、提高输出效率。

6.根据权利要求5所述的全电压输入的线性LED驱动方法，其特征在于：对调整后的所述基准信号进行积分补偿，基于积分补偿后的所述基准信号实现所述第一LED负载及所述第二LED负载的恒流控制。

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